[发明专利]薄膜太阳电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳电池技术领域，具体地说涉及一种薄膜太阳电池。

背景技术

众所周知，随着全球能源危机的日益加剧，太阳能作为一种清洁、可再生的能源，在全球范围内越来越受到关注。其中，光伏发电时大规模、经济地利用太阳能的最重要的手段之一，太阳电池组件是实现光电转换的最主要部件，目前占市场主导地位的是晶体硅太阳电池，其余的多为薄膜太阳电池。受原材料限制和制备工艺的影响，晶体硅电池已经很难再提高转换效率和降低成本。目前各国的研究重点都转向了低成本、高效率和大面积的薄膜太阳电池的研发上。

非晶硅太阳电池是1976年出现的新型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同，硅材料消耗很少，电耗更低，非常吸引人。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅太阳能电池无疑是太阳电池的主要发展产品之一。

制造非晶硅太阳电池的方法有多种，最常见的是辉光放电法，还有反应溅射法、化学气相沉积法、电子束蒸发法和热分解硅烷法等。辉光放电法是将一石英容器抽成真空，充入氢气或氩气稀释的硅烷，用射频电源加热，使硅烷电离，形成等离子体。非晶硅膜就沉积在被加热的衬底上。若硅烷中掺人适量的氢化磷或氢化硼，即可得到N型或P型的非晶硅膜。衬底材料一般用玻璃或不锈钢板。这种制备非晶硅薄膜的工艺，主要取决于严格控制气压、流速和射频功率，同时，衬底的温度控制也很重要。

由于材料自身的特点，非晶硅一般采用PiN或者NiP结构，如图1所示。它是在衬底100上顺序沉积透明导电氧化物薄膜200，P型掺杂层300，未掺杂的非晶硅本征吸收层400，N型掺杂层500，最后用溅射或者LPCVD工艺沉积一层导电薄膜，作为背电极600。此种制作工艺，可以采用一连串沉积室，在生产中构成连续程序，以实现大批量生产。同时，非晶硅太阳电池很薄，可以制成叠层式，或采用集成电路的方法制造，在一个平面上，用适当的掩模工艺，一次制作多个串联电池，以获得较高的电压。

非晶硅太阳电池一般采用具有宽光学带隙的P型掺碳非晶硅作为电池的窗口层。但是，具有宽光学带隙的P型掺杂层300和非晶硅本征吸收层400之间存在能带之间的失配问题，P/i界面形成一个带隙突变的异质结。P/i界面的能带失配将导致界面处缺陷态密度增加，使得界面处电子和空穴复合几率增加，降低电池的收集效率；大量研究显示，解决P/i界面缺陷态密度问题是提高太阳电池开路电压(Voc)和填充因子(FF)的有效途径。同时，P型非晶硅碳中的硼和碳将会扩散进入非晶硅本征吸收层400形成缺陷中心，硼和碳会在界面处堆积影响非晶硅本征吸收层400内电场的均匀分布，降低电池的整体性能。

为了解决P型掺杂层300和非晶硅本征吸收层400之间的能带失配，人们开发了不同的缓冲层。早期的研究通过加入渐变带隙的本征非晶硅碳缓冲层710，来解决P型掺杂层300和非晶硅本征吸收层400之间的能带失配(R.R.Arya，A.Catalano，and R.S.Oswald，“Amorphous silicon p-i-n solar cells with graded interface”，Appl.Phys.Lett.，1986，49，pp.1089)。

如图2所示，在P型掺杂层300和非晶硅本征吸收层400之间增加了一层非晶硅碳缓冲层710。

2004年韩国的S.Y.Myong(S.Y.Myong，S.S.Kim，and K.S.Lim，J.Appl.Phys.95，15252004)等人采取未稀释的非晶硅碳层和氢稀释的非晶硅碳层组成的双层缓冲层来提高非晶硅电池P/i界面的特性，达到提高电池效率的目的。采用上述缓冲层技术一定程度上解决了P型掺杂层300和非晶硅本征吸收层400之间的能带失配问题，降低了P/i界面处电子和空穴的复合，对电池性能的提高起到了一定的效果。

但是上述两种方案的缓冲层都掺杂有碳元素，不能有效阻挡P型掺杂层300和非晶硅碳缓冲层710中硼元素和碳元素向非晶硅本征吸收层400的扩散。