[发明专利]N型掺杂硅薄膜、其制备方法和包括其的太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体而言，涉及一种N型掺杂硅薄膜、其制备方法和包括其的太阳能电池。

背景技术

硅基太阳能电池包括有单晶硅异质结太阳电池和硅薄膜太阳能电池，其中，N型硅层是上述种类的硅基太阳能电池中必不可少的结构。现有技术中通常采用非晶硅薄膜作为单晶硅异质结太阳能电池和硅薄膜太阳能电池中的N型硅层，然而非晶硅薄膜的能带宽度约1.8eV，N型掺杂的激活能约0.4eV，上述较小的能带宽度和较大的激活能不仅不利于太阳能电池内建电场的建立和光生载流子的收集，也不利于限制N型硅层与本征硅层界面处空穴向N型硅层的扩散；并且，由于非晶硅薄膜的电导率也相对较小，从而也不利于减小电池的串联电阻，上述问题最终也导致了太阳能电池的转换效率降低。

为了提高N型掺杂硅薄膜的带隙宽度，申请号为CN200910068153.9的专利申请中提出一种硅薄膜太阳电池用宽带隙N型纳米硅材料及其制备方法，获得了高电导率、宽带隙的N型纳米硅层。然而，上述方法中需要较高的衬底温度，从而不仅使工艺生产中能耗较大，还会对硅片造成损伤，并且形成的N型纳米硅层的晶粒尺寸为5～20纳米，较大的晶粒尺寸不利于产生量子尺寸效应，进而影响了带隙的展宽效率。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种N型掺杂硅薄膜、其制备方法和包括其的太阳能电池，以解决现有技术中含有由非晶硅薄膜制备的N型掺杂硅薄膜导致太阳能电池的转换效率降低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种N型掺杂硅薄膜的制备方法，包括以下步骤：利用等离子体增强化学气相沉积工艺在位于反应室的太阳能电池半成品上沉积形成N型掺杂硅薄膜，等离子体增强化学气相沉积工艺的反应气体包括硅源气体、氢气和掺杂气体，其中，氢气与硅源气体流量比为80:1～150:1，实施等离子体增强化学气相沉积工艺时，太阳能电池半成品的表面温度为50～70℃、等离子体增强化学气相沉积工艺的辉光功率密度为0.8W/cm²～1.5W/cm²，反应气压为500Pa～750Pa；形成的N型掺杂硅薄膜的晶粒尺寸小于5nm，能带宽度大于1.9eV，激活能小于0.1eV。

进一步地，掺杂气体和硅源气体的流量比为1:10～1:60。

进一步地，在实施等离子体增强化学气相沉积工艺之前，制备方法还包括对太阳能电池半成品进行表面处理的过程，过程包括：对反应室进行抽真空处理，以使反应室的真空度大于等于10^-5Pa；向反应室内通入氢气，利用等离子体增强化学气相沉积工艺对太阳能电池半成品进行表面处理。

进一步地，进行表面处理的步骤中，等离子体增强化学气相沉积工艺的反应气压为450Pa～700Pa，辉光功率密度为0.8W/cm²～1.5W/cm²，优选表面处理的时间为5～15s。

进一步地，在实施等离子体增强化学气相沉积工艺之前以及对太阳能电池半成品进行表面处理之后，制备方法还包括：停止向反应室通入氢气；对反应室进行抽真空处理，以使反应室的真空度大于等于10^-1Pa。

进一步地，在实施等离子体增强化学气相沉积工艺之后，制备方法还包括：依次停止通入掺杂气体、硅源气体和氢气。

进一步地，硅源气体为SiH₄和/或Si₂H₆，掺杂气体为PH₃和/或AsH₃。

进一步地，太阳能电池半成品为单结硅薄膜太阳能电池半成品、多结硅薄膜太阳能电池半成品和/或单晶硅异质结太阳能电池半成品。

进一步地，太阳能电池半成品为单结硅薄膜太阳能电池半成品或多结硅薄膜太阳能电池半成品时，太阳能电池半成品的结构包括依次层叠的衬底和金属电极，依次层叠的衬底、透明导电电极、P型硅层和本征硅层，依次层叠的衬底、金属电极、N型硅层、本征硅层和P型硅层，或依次层叠的衬底、透明导电电极、P型硅层、本征硅层、N型硅层、P型硅层和本征硅层，且N型掺杂硅薄膜形成于太阳能电池半成品的远离衬底的一侧表面上。

进一步地，太阳能电池半成品为单晶硅异质结太阳能电池半成品时，太阳能电池半成品的结构包括层叠的P型硅层和本征硅层，和/或层叠的N型硅层和本征硅层，且N型掺杂硅薄膜形成于至少一层本征硅层的表面上。