[实用新型]一种非晶硅电池使用的p型半导体

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种非晶硅电池使用的p型半导体。

背景技术

薄膜太阳能电池以其低能耗、低成本、可大面积集成以及较高的转换效率代表着光伏发电技术的发展趋势。硅基薄膜太阳能电池目前占据薄膜光伏电池的最大市场份额，一般采用PECVD(等离子体增强型化学气相沉积)设备、使用含硅烷的源气体制备而成。单结硅基薄膜电池通常表现为p-i-n结构，掺硼的硅薄膜（p层）作为窗口区，未掺杂的本征硅薄膜（i层）作为光吸收区，掺磷的硅薄膜（n层）用来形成内建电场，并采用透明导电氧化物薄膜作为前电极，金属薄膜作为背部电极。    

p-i-n三层通常称为一个光伏单元，或一个“结”，单结太阳能电池含有单一的光伏单元。在玻璃衬底上制备的单结非晶硅太阳能电池的结构一般为:玻璃/透明导电氧化物薄膜/p-a-SiC:H/i-a-Si:H/n-a-Si:H/金属薄膜，其中p型a-SiC:H和n型a-Si:H在i层a-Si:H两端建立一个内部电场，入射光透过p型a-SiC:H非晶硅层进入i层并在其中产生电子和空穴对，电子和空穴对被电场分离后由外部电路收集，从而将光能转换成电能。由于非晶硅具有相对较宽的能带隙（1.8 eV～2 eV）,决定了这种材料对能量小于1.8 eV的入射光子无吸收响应，导致其光谱利用效率不高，非晶硅的太阳光谱响应范围为300nm～700nm。微晶硅薄膜是由晶粒尺寸小于几十纳米的硅晶粒组成，晶粒间界为非晶相,其同时拥有非晶硅和晶体硅的优点，通过控制制备工艺，其光学能带隙甚至可以达到1.1 eV。相对于非晶硅，由微晶硅制成的薄膜电池具有较好的长波段响应，有效光谱吸收长波极限可以延伸至1100 nm。为了提高薄膜太阳能电池的光电转换效率，利用非晶硅和微晶硅分别对太阳光谱的短波和长波响应高的特点设计得到的非晶硅/微晶硅叠层太阳能电池是目前国际上高效硅基薄膜电池的研究热点。得益于全世界范围内大量的着眼于光电转换效率提升的研究工作，当下硅基薄膜光伏电池最高的实验室效率已经超过13%。从工业界来说，非晶硅a-Si:H薄膜光伏电池最近几年在全世界范围内大量投产。抛开已经取得的成绩不谈，目前对于非晶硅薄膜电池领域还需要进一步的研究来提升产品的转换效率。研究重点包括尽可能地减少光致衰减，光限域管理，能带隙调制工程以及界面处理和p层性能改进等。

p层被夹叠在TCO前电极与本征吸收层（i层）之间，在硅基薄膜电池中起到建立内建电势的作用，同时它也作为一个光学窗口层允许入射光穿过。理想的说，p层允许所有有用的光通过它进入本征吸收层（i层），同时p层也必须与前电极形成完美的电学接触以最大限度的提升空穴的导出效率。典型的p层需要通过各种办法来降低光吸收，例如通过掺杂碳（C）元素来扩宽能带隙或者通过制备多晶或者微晶结构来降低光吸收。硼（B）元素，作为一种典型的p-型掺杂源，可以通过三甲基硼TMB源气体引入到PECVD设备的反应腔体中参与化学反应。B元素的掺入量对p层硅基薄膜的电学性能起决定作用，而且一旦B元素经扩散进入i层，则会引起薄膜光伏电池性能的致命衰退。另外，在沉积p层的过程中不能对前电极透明导电氧化物薄膜造成损伤或者致使其分解。正是因为这些苛刻的条件要求，我们不得不对p层在薄膜电池中的作用进行广泛而深入的研究。前电极和p层的接触界面以及p层和i层的接触界面特征在一定程度上决定了电池的性能。当前，前电极与p层以及p层和i层界面优化的办法可归纳为以下两种：1）在p和i层之间增加一缓冲过渡膜层，例如，本征碳化硅（SiC:H）膜层，由于其与非晶硅之间的能带结构不同，会形成较高的导带失配，有利于对向p层漂移的电子进行散射，同时并不影响空穴的收集效率；2）重掺杂的p型硅基膜层被用来作为接触层，夹叠在前电极和p层之间，可以降低与前电极层的接触势垒。第一种办法常常会带来较大的光致衰减，而第二种方案则会加大入射光在窗口层中的额外吸收。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种非晶硅电池使用的p型半导体，该p型半导体既能允许更多有用的光通过它进入本征吸收层i层，同时能与前电极或者前一结电池完美接触以最大限度的提升空穴的导出效率，从太阳光谱利用效率和载流子收集效率两方面进行提升以提高由该p型半导体制备的光伏电池的能量转换效率。