[发明专利]可调带隙量子阱结构的不锈钢衬底太阳能电池及制备方法

说明书

技术领域

    本发明属于柔性太阳能电池制造技术领域，特别涉及一种可调带隙量子阱结构的不锈钢衬底太阳能电池及制备方法。

背景技术

硅晶体的第一代太阳能电池由于转化效率高在目前的工业生产和市场上处于主导地位。但是由于需要消耗大量的原材料，成本较高，成为了太阳能电池发展的主要障碍。为了节约原材料，进一步推进太阳能电池的发展，薄膜太阳能电池成为近些年太阳能电池的研究热点。

传统的薄膜太阳能电池结构采用刚性材料和钢化玻璃材料作为基底，这限制了其使用范围。随着太阳能电池成本越来越低，该种电池越来越多的进入民用领域，例如屋顶、书包和帐篷等等，作为一种便携电源，这就要求其具有柔性的衬底。

柔性衬底薄膜太阳能电池是指在柔性材料即聚酰亚胺（PI）或柔性不锈钢上制作的薄膜太阳能电池，由于其具有携带轻便、重量轻以及不易粉碎的优势，以及独特的使用特性，从而具有广阔的市场竞争力。

目前，技术相对成熟的薄膜太阳能电池大多都是硅基材料，其PIN中的I层一般都是非晶或者微晶硅（Si）薄膜。非晶或者微晶硅（Si）薄膜又称无定型硅，就其微观结构来看，是短程有序但是长程无序的不规则网状结构，包含大量的悬挂键和空位等缺陷。但是由于非晶或者微晶硅（Si）薄膜带隙宽度在1.7eV左右，对太阳能辐射光谱的长波很不敏感，使其光电转化效率较低，而且还存在明显的光致衰退效应，使太阳能电池的光致性能稳定性较差，导致薄膜太阳能电池的市场竞争力较差。

发明内容

针对现在技术存在的不足，本发明提供一种可调带隙量子阱结构的不锈钢衬底太阳能电池及制备方法，通过采用带隙宽度可以调整到太阳能电池最敏感的区域的In_xGa_1-xN晶体薄膜作为柔性太阳能电池的P层，其量子阱结构提高了太阳能电池的光电转化效率和光致性能的稳定性。

一种可调带隙量子阱结构的不锈钢衬底太阳能电池，是以不锈钢片作为柔性衬底，衬底上是AlN绝缘层，AlN绝缘层上方是Al背电极，Al背电极上方是作为缓冲层的镓掺杂氧化锌（GZO）基导电薄膜，GZO基导电薄膜上方是N型氢化纳米晶硅（nc-Si:H）薄膜，N型nc-Si:H薄膜上方是I层本征nc-Si:H薄膜，I层本征nc-Si:H薄膜上方是P型In_xGa_1-xN薄膜，P型In_xGa_1-xN薄膜上方是GZO基导电薄膜，GZO基导电薄膜上方是Al金属电极；具体结构是：Al电极/GZO/P型In_xGa_1-xN/I层本征nc-Si:H/N型nc-Si:H/GZO/Al背电极/AlN绝缘层/柔性不锈钢衬底，其中P层In_xGa_1-xN薄膜的带隙宽度可调且具有量子阱结构。

本发明的一种可调带隙量子阱结构的不锈钢衬底太阳能电池的制备方法按照以下步骤进行：

（1）将不锈钢柔性衬底基片去离子水超声波清洗后，用N₂吹干送入磁控溅射反应室，在9.0×10^-4 Pa真空的条件下，沉积制备AlN绝缘层，以Ar和N₂混合气体反应源，Ar和N₂的流量比10:1，以金属铝为靶材，将衬底基片加热到100~300℃，沉积时间为30~60min，此时的结构是AlN绝缘层/柔性不锈钢衬底；

    （2）继续磁控溅射制备金属Al背电极，以Ar作为气体反应源，Ar流量为10~20sccm，以金属铝为靶材，衬底温度为50~350℃，沉积时间为3~10min，此时的结构是Al背电极/AlN绝缘层/柔性不锈钢衬底；

（3）然后采用电子回旋共振等离子增强有机物化学气相沉积系统（ECR-PEMOCVD）制备GZO基透明导电薄膜，向反应室中通入Ar携带的三甲基镓（TMGa）、二乙基锌(DEZn)和O₂，TMGa、DEZn和O₂的流量比为1:2:80，此时控制微波功率为650W，沉积温度为200～400℃，沉积气压为0.8~1.2Pa，沉积时间为10～20min，此时的结构是GZO/Al背电极/AlN绝缘层/柔性不锈钢衬底；