[发明专利]一种柔性非晶硅薄膜太阳电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池制造技术领域，具体涉及一种制造基于PI膜衬底的柔性非晶硅薄膜太阳能电池的制备方法。

背景技术

薄膜太阳能电池是当今发展最为迅速的太阳能电池，目前商业化应用的薄膜太阳能电池主要是基于玻璃衬底的非晶硅薄膜太阳能电池。非晶硅薄膜太阳能电池的加工原理为：使用硅烷(SiH₄)等离子体分解法，通过在硅烷掺杂乙硼烷(B₂H₆)和磷化氢(PH₃)等气体，在低成本基板上(玻璃、不锈钢)低温成膜，形成具备光伏功能的P-I-N(单结或叠层)结构，最后引入电极，切片，封装。

柔性衬底非晶硅薄膜太阳能电池是指在柔性材料(如不锈钢、聚合物)上制作的非晶硅太阳能电池。柔性太阳能电池与平板式晶体硅、玻璃衬底的非晶硅等硬衬底电池相比，其最大的特点是重量轻、厚度薄和可卷曲性，其重量比功率和体积比功率较其他电池高几个数量级。具有极好的柔软性，可以任意卷曲、裁剪、粘贴，既使弯成很小的半径，作数百次卷曲，电池性能也不会发生变化。其次，柔性衬底非晶硅电池与晶体硅电池相比还具有良好的温度特性和极高的充电效率，以及良好的光谱响应和高可靠性等优点。这些特点使柔性衬底非晶硅太阳能电池不但可以完全胜任目前其他平板类太阳能电池应用(例如光伏电站、通讯站等)的所有角色，而且在一些特殊应用场合，可把柔性太阳能电池贴在任意弯曲的表面上，用在平板类太阳电池难以胜任的许多其他领域，这使柔性太阳电池携带、运输和保管极为方便。这是以玻璃为衬底的硬电池所不能及的。

但是由于柔性衬底非晶硅薄膜太阳电池采用聚合物或不锈钢衬底，其制备技术相对复杂，目前商业化水平很低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性非晶硅薄膜太阳电池的制备方法，该方法可以提高非晶硅薄膜太阳能电池的柔软性，光电转化效率与稳定性。

本发明提供的柔性非晶硅薄膜太阳电池的制备方法，其步骤包括：

(1)清洗聚酰亚胺薄膜，作为柔性衬底；

(2)在真空条件下对衬底进行预烘，预烘温度为200～300℃，清除聚酰亚胺薄膜中包含的挥发性物质；

(3)在聚酰亚胺薄膜上制备Al背电极；

(4)在Al背电极上制备ZnO薄膜缓冲层，其中衬底温度为200～300℃，氩氧比：15∶0～35∶0，本底真空度10^-3～10^-4Pa，溅射功率：80～150W，溅射气压：1Pa，溅射时间：1小时～2小时；

(5)按照下述过程在ZnO薄膜缓冲层上制备NIP非晶硅薄膜：

(5.1)在ZnO薄膜缓冲层上制备N型微晶硅薄膜，其中通入的各气体流量为：PH₃：20～40sccm，SiH₄：10～15sccm，射频功率为80～150W，衬底温度为180～240℃，溅射气压为1Pa，溅射时间为1分钟～2分钟；

(5.2)在N型微晶硅薄膜上制备I型非晶硅薄膜，其中通入的各气体流量为：SiH₄：15～25sccm，射频功率为80～150W，衬底温度为180～240℃，溅射气压为1Pa，溅射时间为40分钟～1小时；

(5.3)在I型非晶硅薄膜上制备P型非晶碳化硅薄膜，其中通入的各气体流量为：B₂H₆：25sccm，CH₄：35sccm，SiH₄：40sccm，射频功率为80～150W，衬底温度为180～240℃，溅射气压为1Pa，溅射时间为30秒～1分钟；

(6)在P型非晶碳化硅薄膜上制备Al前电极。

本发明提供了一种完整的具有产业化潜力的柔性衬底非晶硅薄膜太阳电池制备工艺。所采用的柔性衬底为聚酰亚胺薄膜(Polyimide film，简称PI膜)，此柔性太阳能电池最大的特点是重量轻、厚度薄和可卷曲性，其重量比功率和体积比功率较其他电池高几个数量级。具有极好的柔软性，可以任意卷曲、裁剪、粘贴，既使弯成很小的半径，作数百次卷曲，电池性能也不会发生变化。针对PI膜的半透明特点，本发明采用“PI膜/Al底电极/N型非晶硅薄膜/I型非晶硅薄膜/P型非晶硅薄膜/TCO(透明导电薄膜)”的倒结构太阳电池模型，并且在Al底电极和N型非晶硅薄膜之间加入ZnO缓冲层。在制备该电池的过程中，通过预烘工艺有效的减少PI膜释放的挥发性物质，并且使预烘工艺与镀铝电极工艺一体化，有利于节省工序与成本。同时改进了清洗方式。