[发明专利]具有渐变锗组分本征层的非晶硅薄膜太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其是涉及具有渐变锗组分本征层的非晶硅薄膜太阳电池及其制备方法。

背景技术

随着经济的飞速发展，人们对能源的需求量也越来越大，现代社会使用的常规能源如煤、石油和天然气，不仅储量有限而且在自然界分布不均，还存在严重的污染环境等问题，这一经济的资源载体将在21世纪中期接近估计，能源危机迟早会发生，因此利用可再生能源，特别是太阳能是解决问题的有效途径，其中利用光伏效应开发的太阳电池得到了越来越多的研究与应用，充分开发利用太阳能已成为世界各国政府可持续发展能源的战略决策。

国际上太阳电池的研究和生产，大致可以分为三个阶段，分别为晶体硅太阳电池、薄膜太阳电池及新型太阳电池。

第一阶段的太阳电池以单晶硅、多晶硅太阳电池为代表，具有较高的转换效率，目前占据主要的市场份额，但同时存在高能耗、高成本的问题，难以与传统能源相抗衡。

第二阶段的太阳电池为薄膜太阳电池，目前已成功研发的薄膜太阳电池包括：硅基薄膜电池、铜铟镓硒系列薄膜电池、碲化镉系列薄膜电池等，其中硅基薄膜太阳电池具有成本低、可以使用玻璃和塑料等廉价衬底、易于实现大面积、产业化生产等优点，成为国际上研究最多，发展最快的光伏电池之一，但是，硅基薄膜太阳电池的转化效率较低，因此，增加光吸收，提高电池的转换效率是亟待解决的问题。

第三阶段的太阳电池具有如下条件：薄膜化，转换效率高，原料丰富且无毒。目前第三代太阳电池还处在概念和简单的试验研究。已经提出的主要有叠层太阳电池、多带隙太阳电池和热载流子太阳电池等。其中，叠层太阳电池是太阳电池发展的一个重要方向。

对于晶体硅而言，当光入射到裸硅电池表面时，约三分之一的光被反射，从而使得电池对光的吸收减少，因此通常在电池的正面上制作光学减反射膜，以提高电池对光的吸收。在硅基薄膜太阳电池中，光线首先进入具有高透过率的玻璃衬底，通常采用的方法为在玻璃衬底上淀积一层具有高透过率的透明导电氧化物薄膜以实现光学上的增透反射效果。但由于玻璃与空气折射率的诧异，对可见光仍存在约8％的反射。

发明内容

本发明为了克服上述的不足，提供了具有渐变锗组分本征层的非晶硅薄膜太阳电池及其制备方法，增强电池对太阳光的吸收，最大限度减小光的反射，从而进一步提高太阳电池的转换效率。

本发明的技术方案如下：

具有渐变锗组分本征层的非晶硅薄膜太阳电池，从下往上依次包括氮化硅薄膜，玻璃层；透明导电薄膜，P型重掺杂微晶Si薄膜，P型重掺杂氢化单晶碳化硅缓冲层，P型轻掺杂氢化非晶硅，本征氢化非晶硅锗薄膜，n型氢化非晶硅薄膜，背面的透明导电薄膜和铝衬底，所述氮化硅薄膜上设有正电极，所述铝衬底下端设有负电极。

其中，所述氮化硅薄膜包括第一氮化硅薄膜和第二氮化硅薄膜，所述第一氮化硅薄膜的厚度为30nm，所述第二氮化硅薄膜的厚度为55nm。

其中，所述玻璃层的厚度为500nm。

其中，所述透明导电薄膜的厚度为10nm。

其中，所述P型重掺杂微晶Si薄膜的厚度为6nm，所述P型重掺杂氢化单晶碳化硅缓冲层的厚度为15nm，所述P型轻掺杂氢化非晶硅的厚度为10nm，所述本征氢化非晶硅锗薄膜的厚度为300nm，所述n型氢化非晶硅薄膜的厚度为15nm，所述背面的透明导电薄膜为厚度为10nm，所述铝衬底的厚度为200nm。

其中，所述本征氢化非晶硅锗薄膜含有渐变锗组分。

为解决上述问题，本发明还提供了一种具有渐变锗组分本征层的非晶硅薄膜太阳电池的制备方法，包括如下步骤：

S1、取一玻璃衬底，并用电子清洗剂清洗以及去离子水冲洗，然后用高纯氨气吹干；

S2、采用PECVD法在清洗干净的玻璃一面制备氮化硅减反射膜；采用低压化学气象淀积技术或溅射技术在另一面制备前电极TCO薄膜；

S3、将洁净的透明导电玻璃装入淀积夹具后，推入烘炉进行预热；

S4、基本预热后将其转移入PECVD淀积炉，进行淀积，依次淀积P型重掺微晶Si薄膜，厚度为6nm；P型重掺氢化单晶碳化硅缓冲层，厚度为15nm；P型氢掺杂氢化非晶硅，厚度为10nm；渐变锗组分的本征氢化非晶硅锗薄膜，厚度为300nm；n型氢化非晶硅薄膜，厚度为15nm；

S5、在淀积完成后，将基片装载夹具取出，放入冷却室慢速降温；

S6、采用低压化学气象淀积技术或溅射技术在步骤S4所得的n型氢化非晶硅薄膜上制备一层ITO薄膜；

S7、采用磁控溅射法在步骤S7所得的ITO薄膜上镀铝，形成电池背电极。