[发明专利]一种纳米硅薄膜太阳能电池椭园偏振光实时监控制备方法

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及一种薄膜太阳能电池的制备方法，尤其涉及一种纳米硅薄膜太阳能电池椭园偏振光实时监控制备方法，属于光电应用和新能源技术领域。

(二)背景技术：

不可再生能源如煤炭和石油等地球储存量有限，而社会高速发展又需要大量能源。所以能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能发电资源，寻求经济发展的新动力。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的洁净能源。应用太阳能，既不会出现大气污染，也不会影响生态平衡，只要阳光所及之处，均能利用太阳能。

目前太阳能的利用主要有光热、光化学转换和太阳电池发电三种形式。光热利用成本低、方便、效率较高，但不利于能量传输，一般只能就地使用，且输出能量形式不具有通用性。光化学转换在自然界中以光合作用的形式普遍存在，但目前人类还不能很好地利用。太阳电池是一种小型的半导体器件，当太阳光投射到它的表面时，它就把光能直接转换成电能。太阳电池的发电利用以电能作为最终表现形式，具有传输方便的特点，在通用性、可存储性等方面具有前两者无法替代的优势。

单晶硅和多晶硅太阳电池的制备技术已很成熟，其产品的光电转换效率达17％-22％，占太阳电池产品市场份额的95％。但高昂的材料成本在全部生产成本中占据主导地位，使其成本始终居高不下，而且制作全过程中要消耗很多的能源。为此，基于薄膜技术的第二代太阳电池便发展起来了。薄膜光伏电池工艺，经过多年的研究发展，主要包括非晶硅(a-Si)薄膜太阳电池和(μc-Si)微晶硅薄膜太阳电池以及纳米硅薄膜太阳电池，碲化镉(CdTe)薄膜太阳电池和铜铟(镓)硒(CI(Ga)Se)薄膜太阳电池以及染料敏化TiO₂纳米薄膜太阳电池。薄膜太阳电池不用硅片做原材料(＞300微米厚)，而是在玻璃等廉价衬底上或柔性衬底上沉积压微米到微米量级的半导体有源层，并且采用低温工艺沉积薄膜工艺。

在众多薄膜电池中，很有前途的薄膜太阳电池之一为纳米硅薄膜太阳电池。这是因为纳米硅薄膜有独特的微观结构即纳米硅薄膜的组分是大量的微小晶粒占总体积百分比～50％，另外50％是由小晶粒中间无序状态的硅原子构成，各晶粒之间界面层度为2-4个原子层，与非晶硅(a-Si:H)、微晶硅(μc-Si:H)和多晶硅(pc-Si)相比，纳米尺寸硅晶粒和大量界面的存在对薄膜结构物性有重要的作用即由于量子力学的隧道效应而表现出高电导率(δ＝10^-3～10^-1Ω^-1·cm^-1)、低电导激活能(ΔE＝0.12～0.15eV)的特征，并且其薄膜电池光谱响应曲线的峰值波长比单晶硅的峰值波长小即向短波方向移动，这表明纳米硅薄膜太阳电池在可见光及红外范围光吸收系数比单晶硅高，这有利于太阳光的充分吸收而提高光电转换效率，其光电转换效率的理论值为31.34％，这比单晶硅太阳电池的理论值27％高。纳米硅薄膜的光能隙E_g^opt的范围为1.6～2.2eV，不同晶态比值X_c和晶粒尺寸d值的硅薄膜具有不同宽度的光能隙E_g^opt值，并且通过控制沉淀过程中的工艺条件可以人为的改变nc-Si:H膜的结构，进而改变其光能隙即硅膜中所含晶粒尺寸越小其光能隙越大。这样通过工艺参数的调节改变nc-Si:H膜的光能隙值，就可以选配出合理的顶底电池带隙组合。另外，纳米硅薄膜制备无须高温扩散工艺，基本上克服了非晶硅薄膜电池的S-W效应即光致效率退化效应，并且其制备工艺即PECVD工艺与现代半导体工业相匹配可以降低成本。所以纳米硅薄膜将可能成为取代单晶硅、非晶硅的光伏材料。

但是，上述所有薄膜太阳能电池的薄膜制备技术的成熟度很差，这表现在薄膜太阳能电池的光电转换效率低，并且没有工艺的重复性。

本发明旨在用椭园偏振光实时监控技术并采用纳米硅薄膜材料制备薄膜光伏电池，以提升工艺的重复性和提高纳米硅薄膜太阳能电池的光电转换效率。

(三)发明内容

1.发明目的：

本发明的目的是提供一种纳米硅薄膜太阳能电池椭园偏振光实时监控制备方法，它克服了现有技术的不足，采用椭园偏振光实时监控技术制备纳米硅薄膜太阳能电池；通过椭园偏振光实时监控技术，可提高纳米硅薄膜太阳能电池工艺的重复性，并提高纳米硅薄膜太阳能电池的光电转换效率。

2.技术方案内容：

本发明一种纳米硅薄膜太阳能电池椭园偏振光实时监控制备方法，该方法包括以下步骤：