[发明专利]一种硅薄膜太阳能电池的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备廉价、高效硅薄膜太阳能电池的方法，属于新能源、半导体光电子学等技术领域。

背景技术

当前，世界各国争相推出各种太阳能开发计划，把新世纪的全球能源园地装点得五彩缤纷、春意盎然。据全球权威能源机构的预测，到本世纪中期，太阳能将成为人类能源构成中的重要组成部分，而到本世纪末将成为人类能源构成中的“主力军”。在现有太阳能电池种类中，单晶硅大阳能电池技术最为成熟，大规模产业化光电转换效率最高，达到16％—18％。但该电池缺点是能耗高，高纯硅用料多，严峻的晶硅短缺使越来越多的太阳能电池生产设备处于停产、半停产状态，而不断上涨的晶硅价格也在一步步吞噬太阳能电池生产商的利润。多晶硅太阳能电池省去晶硅拉棒工序，能耗降低且生产效率大大提高，而且方形结构较圆形单晶片更能提高晶硅利用率(因太阳能电池组件多为方形)，因此多晶硅太阳能电池已是单晶硅太阳能电池的替代产品。但存在的缺点是：由于还是属于体硅工艺，硅片厚度一般大于200微米，无法摆脱对晶体硅的高度依赖。硅材料是构成晶体硅太阳电池组件成本中很难降低的部分，因此为了适应太阳电池高效率、低成本、大规模生产发展的需要，最有效的办法是不采用由硅原料、硅锭、硅片到太阳电池的工艺路线，而采用直接由高纯多晶硅原料到太阳能电池的工艺路线，即发展薄膜太阳电池的技术。

首先从薄膜太阳能的应用来看，薄膜太阳能由于“薄”和“柔性”等特性，对于其在应用环境上极大地拓展了空间，相对于晶体硅只能采用平面形式的应用不同，它可以以任意形状出现，就是说可以覆盖在任意物体表面，或者以折叠形式储存运输，这就使得其可以在野外运动作战为主的军事应用环境中发挥作用。在野外行动中，能源如何解决是个很大问题，通信设备，电子计算机设备等都将是需要电能供应的设备，而太阳能无处不在，因此可以想象未来太阳能在军事领域的拓展性应用即将开始，而这个开始就是薄膜太阳能电池打开的。由于非晶硅薄膜太阳能电池的成本低，便于大规模生产，普遍受到人们的重视并得到迅速发展，目前世界上己有许多家公司在生产该种电池产品。非晶硅作为太阳能材料尽管是一种很好的电池材料，但由于其光学带隙为1.7eV，使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，这样一来就限制了非晶硅太阳能电池的转换效率。此外，其光电效率会随着光照时间的延续而衰减，使得电池性能不稳定。硒铟铜和碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜电池高，成本较单晶硅电池低，并且易于大规模生产，还没有效率衷减问题，似乎是非晶硅薄膜电池的一种较好的替代品，在美国已有一些公司开始建设这种电池的生产线。但是这种电池的原材料之一镉对环境有较强的污染，与发展太阳电池的初衷相背离，而且硒、铟、碲等都是较稀有的金属，对这种电池的大规模生产会产生很大的制约。多晶硅薄膜电池由于所使用的硅远较单晶硅少，又无效率衰退问题，而效率高于非晶硅薄膜电池。另外，采取将多晶硅/非晶硅层叠薄膜结构可以综合容易吸收可视光的非晶硅特性和容易吸收红外线的薄膜多晶硅的特性来提高转换效率。通过该叠层结构，太阳能电池光电转换效率可以超过12％，使得产品能够作为家用产品使用。

多晶硅薄膜集晶体硅材料和非晶硅薄膜优点于一体，在高效太阳能电池领域具有重大应用价值。多晶硅薄膜的制备工艺可分为两大类：一类是高温工艺，制备过程中温度高于800℃，衬底需要使用耐高温的昂贵石英，不适合大规模民用。另一类是低温工艺，整个加工工艺温度低于600℃，可用廉价玻璃、塑料作衬底，因此可以大面积制作，但由于生长的硅膜晶粒太小，未能制成高转换效率的多晶硅薄膜太阳能电池。目前制备多晶硅薄膜多采用化学气相沉积法，包括各种等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。另外通过固相晶化、区熔再结晶、激光退火、金属诱导结晶等技术晶化非晶硅薄膜也可以获得多晶硅薄膜。但目前尚存在如下问题：1)多晶硅薄膜低温沉积，质量差，薄膜晶粒尺寸小，电池效率低。2)多晶硅薄膜高温沉积，能耗高，尚缺少适于生长优质多晶硅薄膜的廉价而优良的衬底材料。如何在普通玻璃、塑料、金属等廉价衬底上获得大面积、高质量大晶粒多晶硅薄膜是当前高效、廉价硅基薄膜太阳能电池制作中的重大难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺方法简单、操作方便、生产成本低的硅薄膜太阳能电池的制作方法。