[发明专利]硅多结太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明包括至少两个子电池的硅多结太阳能电池(multiple solar cell)， 并涉及其制备方法。

背景技术

硅太阳能电池通常具有p-i-n的层序，即p-型层或p-层、本征层(intrinsic  layer)或i-层和n-型层或n-层，电场产生在整个i-层上。多电池包括各自 具有p-i-n层序的多个子电池，容许电场显著地放大。

为了制备多电池，通常使用化学汽相沉积(CVD)，尤其是等离子体增 强(PE)CVD方法。

单个子电池的多个层是通过在分级(fractionate)等离子体中含硅气体 而产生的。所用沉积气体通常是硅烷(SiH₄)或二硅烷(Si₂H₆)。除了(未 掺杂的)i-层，掺杂的p-和n-层被沉积，即，光进入i-层所经由的p层通常 通过混合硼(尤其通过混合二硼烷(B₂H₆)或三甲基硼(B(CH₃)₃))到沉 积气体中而沉积的，而n-层通过添加磷(例如通过混合磷化氢到沉积气体 中)而沉积的。

为了经济地制备硅多结太阳能电池，已经证实使用尤其是单室法是特 别适合的，通过单室法，多结太阳能电池的所有层的沉积在一个且相同的 反应器内依次以p-i-n-p-i-n的层序来进行，也就是说，在沉积掺杂层和本征 层之间不清洗反应器。因此，在PECVD法中，单个层的沉积可以在不运 输基底或也不中断等离子体的情况下进行。

由于很快的沉积速率，p-、i-和n层优选由非晶硅沉积。

p-i-n型硅多结太阳能电池的质量基本上由本征层的质量来决定。因此， 必须保持硅多结太阳能电池的本征层的缺陷密度尽可能低。

发明内容

因此，本发明的目的是大大地减低硅多结太阳能电池的本征层的缺陷 密度。

这是根据本发明通过一种硅多结太阳能电池来实现的，该硅多结太阳 能电池包括至少两个子电池，每个子电池包括p-型层、本征层和磷掺杂的 n-型层，光经由p-型层落入特定子电池的本征层，p-型层具有在与置于其前 的子电池的n-型层的界面处的第一子层，以及具有非晶第二子层，其特征 在于p-型层的第一子层包括纳米晶硅，该纳米晶硅包括尺寸为1-100nm的 晶体，并且具有至少2nm的层厚度，所述n-型层具有比与其接触的位于其 后的子电池的p-型层的层厚度更小的层厚度。

本发明的硅多结太阳能电池包括至少两个子电池，每个子电池包括p- 层、沉积于p-层上的i-层、以及沉积于i-层上的磷掺杂的n-层.

本发明基于以下发现：除了由不饱和连接电子引起的缺陷尤其意外的 掺杂导致本征层的缺陷。使用单室法尤其存在危险，因为掺杂元素可因而 由先前沉积的掺杂层扩展到本征层内。可能的源是例如以与基底上的多电 池的相同方式在PECVD法中沉积在反应器壁上、在单室法中还沉积在 PECVD反应器的电极上的不充分结合的掺杂元素。

这里尤其重要的部分是展开掺杂n-层所需的磷。

现在根据本发明已经发现，如果沉积在第一个或在前的子电池的磷掺 杂的n-层上的第二个或随后的每个子电池的p-层构建为至少部分纳米晶或 微晶，则可极大地排除磷展开到本征层内。所述纳米或微晶硅在这里应理 解为含有尺寸为1nm-1μm、尤其是10-100nm晶体的硅。

本发明的太阳能电池可以是例如具有两个子电池的串叠电池(tandem  cell)或者具有三个子电池的三结电池，每个子电池都具有p-i-n层序，光 经由p-层落入特定子电池的本征层。

本发明的硅多结太阳能电池的制备优选通过CVD在单室法中实施，即 以第一子电池和每个另外子电池的p-i-n层序沉积是通过CVD在一个且相 同反应器中实施。优选使用PECVD法。

所用沉积气体优选为硅烷、二硅烷或其他硅烷氢气体，而沉积气体可 以具有混合在其中的氢气(H₂)或惰性气体。在PECVD法中分级气体的 等离子体可以通过施加直流电压或交流电压来产生。交流电场的频域由低 频千赫范围经由MHz范围的放射频率延伸到GHz的微波范围。优选使用 1-100MHz范围频率的交流电场。