[发明专利]非晶硅薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非晶硅薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

硅薄膜太阳电池有原材料消耗少，易于大面积连续化生产，制备过程污染小等优点；是光伏电池的重要发展方向。传统的非晶硅薄膜太阳电池光吸收层（I层）制备过程中，多使用固定氢稀释方法，而高效率的非晶硅太阳电池光吸收层需在非晶硅到微晶硅过渡的阶段，即初晶态（邻近非晶硅到微晶硅相变阈值的非晶硅材料），此状态制备窗口窄，需要特定的氢稀释度（H₂/SiH₄流量比，一般10-40之间）；而氢稀释度选择较低时（10左右）制备出的薄膜多为非初晶态非晶硅；氢稀释度选择较高时，制备薄膜达到一定厚度即微晶化，纵向均匀性很难保证；故使用固定氢稀释很难得到性能良好的初晶态材料及电池。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种新的能提高非晶硅材料均匀性的太阳能电池的光吸收层的制备方法，用这种方法制备的太阳能电池，可有效提高电池的初始效率及光照稳定性。

实现本发明目的的技术方案是一种非晶硅薄膜太阳能电池的制备方法，所述太阳能电池的I层光吸收层所用薄膜材料为采用梯度氢稀释方法制备而得的初晶态非晶硅I-a-Si:H薄膜材料；所述梯度氢稀释方法将氢稀释浓度通过改变H₂与SiH₄的流量来实现氢稀释浓度由高到低变化。

所述梯度氢稀释方法包括阶梯状梯度氢稀释法、非线性梯度氢稀释法和线性梯度稀释法。

作为一种最优实施方案，所述阶梯状梯度氢稀释法在开始沉积时氢稀释度为40，镀膜结束时氢稀释度为10，平均氢稀释度为25；所述非线性梯度氢稀释法在开始镀膜时氢稀释度为40，经过一级阶梯与三段梯度顺序降低的氢稀释变化，镀膜结束时，氢稀释度达到28，平均氢稀释度31；所述线性梯度稀释法在开始沉积时氢稀释度为40，镀膜结束时氢稀释度为28，平均氢稀释度为34。

前述制备而得的初晶态非晶硅I-a-Si:H薄膜材料可以用来制备非晶硅薄膜太阳能电池：包括玻璃基板、电池前电极、硅薄膜太阳能电池和背电极；所述硅薄膜太阳能电池为单结硅薄膜太阳能电池或多结叠层硅薄膜太阳能电池，每结硅薄膜太阳能电池包括依次沉积的P层、I层和N层；所述单结硅薄膜太阳能电池的I层和多结叠层硅薄膜太阳能电池的顶电池的I层为采用如权利要求1或2或3所述方法制备而得的初晶态非晶硅I-a-Si:H。

所述每结硅薄膜太阳能电池的P层为由P1层和P2层组成的两层结构；所述P1层为沉积在电池前电极上的非晶硅碳层P-a-SiC:H；所述P2层为纳米硅碳P-nc-SiC:H。

所述P1层到I层之间的带隙变化通过梯度CH₄掺杂量获得；所述P1层带隙为1.9eV、厚度为10nm；P2层厚度为8nm，带隙由1.9eV渐变到为1.75eV。

所述单结硅薄膜太阳能电池的I层和多结叠层硅薄膜太阳能电池的顶电池的I层的厚度为300nm、带隙为1.75eV；所述单结硅薄膜太阳能电池的N层和多结叠层硅薄膜太阳能电池的各结电池的N层为纳米硅材料，带隙为1.8eV、厚度为30nm。

所述背电极采用AZO/Al混合膜，其中AZO厚度70nm；Al膜200nm。

采用了上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：（1）对于非晶硅太阳电池，光吸收层在低氢稀释度下非晶硅到高氢稀释度下微晶硅过渡的初晶态时效率最高，此状态制备窗口窄（特定的较高氢稀释度），在较高的氢稀释度下，制备薄膜达到一定厚度即微晶化，纵向均匀性很难保证；使用梯度氢稀释方法，开始采用高氢稀释度，使薄膜很快进入初晶态，随着薄膜的生长，降低氢稀释度，避免了在薄膜生长过程中，固定高氢稀释度使薄膜微晶化的问题，从而使薄膜一直处在初晶态的状态，极大的改善了薄膜的纵向均匀性；此种均匀性良好的光吸收层用于电池可有效提升电池的光电转换效率。

（2）对于非晶硅太阳电池，P层与I层界面状态对电池性能影响很大；采用梯度氢稀释光吸收层，薄膜开始生长时，氢稀释度较高，薄膜的生长速率较低，而低速生长的薄膜性能稳定，与P层的界面接触良好。

（3）本发明提出的梯度氢稀释法，特别是非线性梯度氢稀释法来制备的光吸收层用于电池，良好的界面接触与稳定的体层，可以提高电池的开路电压Voc与填充因子FF，进而提升电池的光电转化效率；并且能改善电池的光照衰退效应。