[发明专利]硅基薄膜叠层太阳能电池隧道结的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源中薄膜太阳电池的技术领域，特别是改善叠层电池隧道结电荷传输性能的一种硅基薄膜叠层太阳能电池隧道结的制作方法。

背景技术

由于太阳光光谱中的能量分布较宽，现有的任何一种半导体材料都只能吸收其中能量比其能隙值高的光子。太阳光中能量较小的光子将透过电池，被背电极金属吸收，转变成热能；而高能光子超出能隙宽度的多余能量，则通过光生载流子的能量热释作用传递给电池材料本身的点阵原子，使材料本身发热。这些能量都不能通过光生载流子传给负载，变成有效的电能。太阳光光谱可以被分成连续的若干部分，用能量宽度与这些部分有最好匹配的材料做成电池，并按能隙从大到小的顺序从外向里叠合起来，让波长最短的光被最外边的宽带隙材料电池利用，波长较长的光能够透射进去让较窄能隙材料电池利用，这样就有可能最大限度地将光能变成电能，这样的电池结构就是叠层电池。

非晶硅太阳能电池的发展面临着同样的问题。由于非晶硅的光学带隙为1.7eV，使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退，即所谓的光致衰退S-W效应，使得电池性能不稳定。解决这些问题的途径就是制备叠层太阳能电池。叠层电池的内部存在着NP隧道结，隧道结是相邻的顶电池和底电池相连的区域。有较弱的整流特性，对电流起反向阻挡作用。隧道结内载流子的传输机制是“非局域复合”。所谓非局域复合是指电子和空穴从不同的地方隧穿到同一个缺陷态上并复合掉。对非局域复合，为获得高复合速率，隧道结中央区域的缺陷态密度应该大一些。为制备一个高缺陷态密度的复合层以提高复合速率，前人采用过两大类方法。第一类是插入一个宽带隙的异质材料薄层(非硅基材料)，如TiO_x或NbO_x等。其优点是透光性好和具有类金属性，因此能够为复合提供足够多的载流子。但是，这些材料一般是用电子束蒸发制备，因此与叠层电池的制备工艺不兼容。第二类是插入一层P型重掺杂的非晶硅。后者的优点是其工艺与叠层电池的制备工艺相兼容。然而，非晶材料的掺杂效率低。

因此，在专利技术中提出一种具有较高复合速率的复合层材料对制备高质量隧道结乃至高效叠层太阳能电池是很有实际意义的。

发明内容

本发明的目的在于提出一种具有较高复合速率的隧道结设计以提高硅薄膜叠层太阳能电池隧道结的性能，这种复合层材料的制备要采用等离子体辅助化学气相沉积系统，制备过程简便易行，既能够得到大面积高复合速率的叠层电池隧道结，同时又具有成本低，可规模化生产的优点。

为了实现本发明的目的提供一种硅基薄膜叠层电池隧道结的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在不锈钢衬底上，利用等离子体辅助化学气相沉积技术在反应室中依次生长P型层、复合层和N型层，形成隧道结；

步骤2：将隧道结在反应室内降至室温，取出；

步骤3：用磁控溅射的方法，在隧道结的N型层上生长ITO透明电极。

所述P型层的材料为硼掺杂的微晶硅，其中SiH₄:H₂为0.005-0.02，B₂H₆:SiH₄为0.005-0.02。

其中P型层的厚度为8-12nm，反应室的反应气体压强为100Pa-200Pa，辉光功率密度为0.5W/cm²-1.5W/cm²，不锈钢衬底的温度为150℃-250℃。

所述复合层的材料为纳米非晶硅复合层，其中SiH₄:H₂为0.005-0.02。

所述复合层的材料为纳米非晶硅复合层，其中B₂H₆:SiH₄为0.03-0.05。

其中复合层的厚度为1-3nm，反应室的反应气体压强为500Pa-700Pa，辉光功率密度为0.5W/cm²-1.5W/cm²，不锈钢衬底的温度为50℃-150℃。

所述N型层的材料为磷掺杂的非晶硅，其中SiH₄:H₂为0.1-0.2，PH₃:SiH₄为0.005-0.01。