[发明专利]三结叠层太阳能薄膜电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池技术，尤其涉及一种三结叠层太阳能薄膜电池及其制备方法。

背景技术

目前，随着能源供应的紧张，将太阳能直接转换成电能的太阳能电池越来越受到人们的关注。

常用的太阳能电池按照材料分类大致包括单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池和多元化合物太阳能电池等。其中，非晶硅太阳能电池与单晶硅和多晶硅太阳能电池相比，制造工艺大大简化，硅材料消耗很少，电耗更低，在弱光条件也能发电。

图1是现有技术的非晶硅单结太阳能薄膜电池的结构示意图，如图1所示，该太阳能薄膜电池依次包括透明基板1、透明导电膜2、P型掺杂层30、本征非晶硅薄膜31a、N型掺杂层32、背反射电极6和金属背电极7，因此形成了没有添加杂质的本征(intrinsic)非晶硅薄膜31a被夹在P型掺杂层30和N型掺杂层32之间的PIN结构。

上述以非晶硅作为本征层的薄膜电池，由于其带隙宽度为1.7电子伏(eV)，因此只能吸收400-800纳米(nm)波长的太阳光，电池的光电转化效率一般为6-8％。此外，其存在所谓的光致衰退(Staebler-Wronski，简称S-W)效应，使得电池的光电转化效率会随着光照时间的延续而衰减。解决这些问题的途径就是制备叠层太阳能薄膜电池，叠层太阳能薄膜电池是在已制备的PIN结构的单结太阳能薄膜电池上再沉积一个或多个PIN结构的子电池而制成。

图2是现有技术的非晶硅/微晶硅双结叠层太阳能薄膜电池的结构示意图，如图2所示，该太阳能薄膜电池依次包括透明基板1、透明导电膜2、PIN结构的顶电池3、PIN结构的底电池5、背反射电极6和金属背电极7。其中，顶电池3包括P型掺杂层30、本征非晶硅薄膜31a和N型掺杂层32；底电池5包括P型掺杂层30、本征微晶硅薄膜31c和N型掺杂层32。上述底电池5的本征微晶硅薄膜31c的带隙宽度为1.1eV，因此太阳能薄膜电池的光谱吸收范围扩展到1100nm，同时光电转化效率为8-12％。

为了进一步提高太阳能薄膜电池的性能，现有技术还提供有三结叠层太阳能薄膜电池。图3是现有技术的非晶硅/非晶硅锗/微晶硅三结叠层太阳能薄膜电池的结构示意图，如图3所示，该太阳能薄膜电池依次包括透明基板1、透明导电膜2、PIN结构的顶电池3、PIN结构的中间电池4、PIN结构的底电池5、背反射电极6和金属背电极7，其中顶电池3包括P型掺杂层30、本征非晶硅薄膜31a和N型掺杂层32，中间电池4包括P型掺杂层30、本征非晶硅锗薄膜31b和N型掺杂层32，底电池5包括P型掺杂层30、本征微晶硅薄膜31c和N型掺杂层32，其中本征非晶硅薄膜31a、本征非晶硅锗薄膜31b和本征微晶硅薄膜31c的带隙宽度分别为1.7ev、1.45ev和1.1eV，从太阳光的入射方向依次减少，从而扩大了太阳能薄膜电池的光谱吸收范围，提高了光电转化效率。

综上，顶电池、中间电池和底电池的PIN结构都可以归结为包括P型掺杂层、本征层和N型掺杂层，具体采用不同的材料制备而成。

但是，发明人在进行本发明的研究过程中发现现有技术中存在如下缺陷：传统的以非晶硅作为顶电池本征层时，由于其带隙宽度只有1.7ev，因此吸收光的波长主要集中在400-800nm，对于小于400nm波长的光吸收的非常少，使太阳能薄膜电池无法实现宽谱吸收，同时因非晶硅容易产生S-W效应，从而降低太阳能薄膜电池的效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种三结叠层太阳能薄膜电池及其制备方法，以便提高顶电池的带隙宽度，扩大太阳能薄膜电池的光谱吸收范围，克服光衰效应，从而提高光电转化效率。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种三结叠层太阳能薄膜电池，包括顶电池、中间电池和底电池，分别包括P型掺杂层、本征层和N型掺杂层，其中：

所述顶电池的本征层为晶粒尺寸为2-10纳米以及晶化率为10-20％的本征纳米硅薄膜。

本发明实施例还提供一种三结叠层太阳能薄膜电池制备方法，包括在透明基板上依次形成透明导电膜、顶电池、中间电池、底电池、背反射电极和金属背电极的流程，其中，所述形成顶电池的流程包括：

在所述透明导电膜上沉积硼掺杂非晶硅碳层；

在所述硼掺杂非晶硅碳层上，采用硅烷浓度为1-5％的硅烷和氢气的混合气体，在1.0-1.5托的沉积气压、180-220℃的沉积温度以及15-30瓦的辉光功率下，沉积本征纳米硅薄膜，其中，所述本征纳米硅薄膜的晶粒尺寸为2-10纳米，晶化率为10-20％；

在所述本征纳米硅薄膜上沉积磷掺杂纳米硅层。