專利名稱：一種提高單室沉積硅基太陽(yáng)電池用窗口層材料性能的方法
一種提高單室沉積硅基太陽(yáng)電池用窗口層材料性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硅基薄膜太陽(yáng)電池制備領(lǐng)域，尤其是一種提高單室沉積硅基太陽(yáng)電池
用窗口層材料性能的方法。背景技術(shù)：
單室等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)技術(shù)的低成本特點(diǎn)，再與新型高效非晶 /微晶硅基(納米硅基)疊層電池技術(shù)相結(jié)合，將使硅基薄膜太陽(yáng)電池低成本的潛在優(yōu)勢(shì)得 到真正體現(xiàn)。但是由于單室沉積存在的交叉污染問(wèn)題是一個(gè)必須要關(guān)注的問(wèn)題，特別是對(duì) 于微晶硅基(納米硅基)薄膜太陽(yáng)電池其污染問(wèn)題則更嚴(yán)重，因?yàn)槲⒕Ч璧膿诫s效率高，這 種"無(wú)意"的雜質(zhì)摻雜將會(huì)使得污染問(wèn)題變的更為嚴(yán)重，使得單室沉積的微晶硅基(納米硅 基)薄膜太陽(yáng)電池的短路電流密度遠(yuǎn)低于分室制備的微晶硅基(納米硅基)薄膜太陽(yáng)電池 的短路電流密度，而幾乎接近于非晶硅薄膜太陽(yáng)電池的水平，而開(kāi)路電壓又小于非晶硅薄 膜太陽(yáng)電池，所以其電池的光電轉(zhuǎn)換效率很低。 為了提高微晶硅基(納米硅基)薄膜太陽(yáng)電池的效率，盡可能降低存在的交叉污 染問(wèn)題，對(duì)于單室沉積的微晶硅基(納米硅基)薄膜太陽(yáng)電池，其本征層的沉積往往需要略 微高的晶化率，也就是同分室沉積的微晶硅基(納米硅基)薄膜太陽(yáng)電池相比，不得不犧 牲相應(yīng)的開(kāi)路電壓，以便具有一定的短路電流，這樣同分室沉積相比，單室沉積的微晶硅基 (納米硅基)薄膜太陽(yáng)電池的開(kāi)路電壓往往比較低，而且由于不可能完全消除相應(yīng)的污染 問(wèn)題，因此，其短路電流密度也不是很高。 因此，如何能夠盡可能地提高微晶硅基(納米硅基)薄膜太陽(yáng)電池的短路電流密 度和開(kāi)路電壓是需要解決的問(wèn)題。 通過(guò)我們對(duì)電池結(jié)構(gòu)的分析，無(wú)論是對(duì)于單室沉積的單結(jié)微晶硅基(納米硅基) 薄膜太陽(yáng)電池，還是多結(jié)微晶硅基(納米硅基)薄膜太陽(yáng)電池，其窗口層是非常重要的。因 為，此窗口層的電導(dǎo)率對(duì)于電池內(nèi)建電場(chǎng)的建立(影響著開(kāi)路電壓)、光學(xué)透過(guò)率(影響著 電池的短路電流密度)是非常重要的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。另外，對(duì)于微晶硅基(納米硅基)薄膜 太陽(yáng)電池來(lái)說(shuō)，其晶化率也是一個(gè)非常重要的參數(shù)，因?yàn)槠溆绊懼S后沉積的微晶硅基薄 膜太陽(yáng)電池的有源本征層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述存在問(wèn)題，提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低且實(shí)用性強(qiáng)的提
高單室沉積硅基太陽(yáng)電池用窗口層材料性能的方法。 本發(fā)明的技術(shù)方案 —種提高單室沉積硅基太陽(yáng)電池用窗口層材料性能的方法，制備單室沉積硅 基薄膜太陽(yáng)電池的窗口層材料采用高頻率、高氣壓、高功率密度和小電極間距相結(jié)合的 工藝，工藝參數(shù)為頻率27. 12MHz-100MHz、反應(yīng)氣體氣壓1Torr-10Torr、襯底溫溫度為 IO(TC -30(TC、功率密度0. 15W/ci^-lW/ci^、電極間距5mm-15mm、沉積時(shí)間小于20min。
所述反應(yīng)氣體為硅烷、氫氣、硼烷和三甲基硼的混合氣，氫稀釋硅烷濃度SC二 [SiH4]/[SiH4+H2]%《5%、硼與硅的原子百分比為0. 5-10%。 所述單室沉積硅基薄膜太陽(yáng)電池中的硅基既包括微晶硅基中的微晶硅、微晶硅 鍺、微晶硅碳或微晶硅氧，也包括納米硅基中的納米硅、納米硅鍺、納米硅碳或納米硅氧。
所述提高單室沉積硅基太陽(yáng)電池用窗口層材料性能的方法，既適用于單結(jié)微晶硅 基或納米硅基薄膜太陽(yáng)電池，也適用于由其構(gòu)成的雙結(jié)或三結(jié)疊層硅基薄膜太陽(yáng)電池。
所述提高單室沉積硅基太陽(yáng)電池用窗口層材料性能的方法，也適用于分室微晶硅 基薄膜太陽(yáng)電池的沉積。 本發(fā)明的工作原理 傳統(tǒng)的微晶硅基薄膜太陽(yáng)電池其窗口層材料，往往采用低壓、大電極間距和低功 率密度的方式來(lái)制備，通常制備的材料雖然電導(dǎo)率可以比較高，但透過(guò)率不是很好，特別是 短波長(zhǎng)區(qū)域。本發(fā)明在單室沉積微晶硅基(納米硅基)薄膜太陽(yáng)電池的窗口層材料時(shí)，采 用高頻率、高壓、高功率密度和小電極間距相結(jié)合的方式來(lái)進(jìn)行制備，該技術(shù)的特點(diǎn)是易于 快速成核，致使制備的窗口層材料的帶隙更大即吸收更小、透過(guò)率更大，同時(shí)電導(dǎo)率和晶化 率也比較大，該窗口層材料能夠明顯地提高電池的開(kāi)路電壓和短路電流密度，進(jìn)而提高電 池的光電轉(zhuǎn)換效率。 本發(fā)明的有益效果是該方法工藝簡(jiǎn)單、成本低、交叉污染低、實(shí)用性強(qiáng)，利用快速 成核工藝制備的窗口層材料同時(shí)具有高電導(dǎo)率和高透過(guò)率，明顯提高了硅基薄膜太陽(yáng)電池 的開(kāi)路電壓和短路電流密度，進(jìn)而提高硅基薄膜太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率，特別是對(duì)單室 沉積微晶硅基(納米硅基)薄膜太陽(yáng)電池的產(chǎn)業(yè)化具有非常重要的意義。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 : 在單室內(nèi)制備單結(jié)p/i/n型微晶硅薄膜太陽(yáng)電池，包括以下步驟
1)將Zn0玻璃襯底放在真空腔室內(nèi)，真空度大于10—3Pa ; 2)在襯底上沉積P層微晶硅薄膜；反應(yīng)氣中硅烷=2SCCM、氫氣流量二 190SCCM、 硼烷(0. 1% ) = 8SCCM、反應(yīng)腔室中的反應(yīng)氣氣壓為2Torr、襯底溫度為18(TC、輝光功率為 0. 18W/cm^輝光激勵(lì)頻率為75MHz、電極間距為12mm、沉積時(shí)間為120秒；
3)采用固定的硼污染治理技術(shù)處理后，沉積微晶硅薄膜太陽(yáng)電池的i層和n層；
4)采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(M0CVD)技術(shù)制備背反射電極Zn0和熱蒸發(fā)Al 電極，即可制得微晶硅薄膜太陽(yáng)電池。 采用標(biāo)準(zhǔn)的AMl. 5光譜進(jìn)行電池的J-V特性測(cè)試結(jié)果為短路電流密度、開(kāi)路電壓 和效率分別為25. 14mA/cm2、0. 52V和7. 32 % ，同傳統(tǒng)工藝制備的窗口層材料相比電流提高 了 25%，開(kāi)路電壓提高了 5%，效率提高了 20%。 實(shí)施例2 :在單室內(nèi)制備雙結(jié)p/i/n型非晶硅/微晶硅疊層薄膜太陽(yáng)電池，包括以 下步驟 1)將非晶硅頂電池襯底放在真空腔室內(nèi)，真空度大于10—3Pa ; 2)在襯底上沉積P層微晶硅薄膜反應(yīng)氣中硅烷=2SCCM、氫氣流量二 190SCCM、
硼烷(0. 1% ) = 10SCCM、反應(yīng)腔室中的反應(yīng)氣壓保持在4Torr、襯底溫度為20(TC、輝光功率為0. 5W/cm^輝光激勵(lì)頻率為75MHz、電極間距為10mm、沉積時(shí)間為90秒；
3)采用固定的硼污染治理技術(shù)處理后，沉積微晶硅薄膜太陽(yáng)電池的i層和n層；
4)采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)技術(shù)制備背反射電極ZnO和熱蒸發(fā)Al 電極，即可制得非晶硅/微晶硅疊層薄膜太陽(yáng)電池。 采用標(biāo)準(zhǔn)的AMl. 5光譜進(jìn)行電池的J-V特性測(cè)試結(jié)果為短路電流密度、開(kāi)路電壓 和效率分別為14. lmA/cm2、1. 334V和11. 49%，同傳統(tǒng)工藝制備的窗口層材料相比電流提高 了 8%，開(kāi)路電壓提高了 7%，效率提高了 13%。 實(shí)施例3 :在單室內(nèi)制備p/i/n型非晶硅/非晶硅/微晶硅三疊層薄膜太陽(yáng)電池， 包括以下步驟 1)將非晶硅/非晶硅雙結(jié)頂電池襯底放在真空腔室內(nèi)，真空度大于10—3Pa ;
2)在襯底上沉積P層微晶硅薄膜反應(yīng)氣中硅烷=3SCCM、氫氣流量二 300SCCM、 硼烷(0. 1% ) = 10SCCM、反應(yīng)腔室中的反應(yīng)氣壓為6Torr、襯底溫度為20(TC、輝光功率為 lW/cm^輝光激勵(lì)頻率為75腿z、電極間距為8mm、沉積時(shí)間為45秒； 3)采用固定的硼污染治理技術(shù)處理后，沉積微晶硅薄膜太陽(yáng)電池的i層和n層；
4)采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)技術(shù)制備背反射電極ZnO和熱蒸發(fā)Al 電極，即可制得非晶硅/非晶硅/微晶硅三疊層薄膜太陽(yáng)電池。 采用標(biāo)準(zhǔn)的AMI. 5光譜進(jìn)行電池的J-V特性測(cè)試結(jié)果為短路電流密度、開(kāi)路電 壓和效率分別為8. 2mA/cm2、2. 18V和9. 6%，同傳統(tǒng)工藝制備的窗口層材料相比電流提高了 8%，開(kāi)路電壓提高了 10%，效率提高了 16%。 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍 為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種提高單室沉積硅基太陽(yáng)電池用窗口層材料性能的方法，其特征在于制備單室沉積硅基薄膜太陽(yáng)電池的窗口層材料采用高頻率、高氣壓、高功率密度和小電極間距相結(jié)合的工藝，工藝參數(shù)為頻率27.12MHz-100MHz、反應(yīng)氣體氣壓1Torr-10Torr、襯底溫溫度為100℃-300℃、功率密度0.15W/cm2-1W/cm2、電極間距5mm-15mm、沉積時(shí)間小于20min。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述提高單室沉積硅基太陽(yáng)電池用窗口層材料性能的方法，其 特征在于所述反應(yīng)氣體為硅烷、氫氣、硼烷和三甲基硼的混合氣，氫稀釋硅烷濃度SC = [SiH4]/[SiH4+H2]%《5%、硼與硅的原子百分比為0. 5-10%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述提高單室沉積硅基太陽(yáng)電池用窗口層材料性能的方法，其特征 在于所述單室沉積硅基薄膜太陽(yáng)電池中的硅基既包括微晶硅基中的微晶硅、微晶硅鍺、微 晶硅碳或微晶硅氧，也包括納米硅基中的納米硅、納米硅鍺、納米硅碳或納米硅氧。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述提高單室沉積硅基太陽(yáng)電池用窗口層材料性能的方法，其特征 在于所述提高單室沉積硅基太陽(yáng)電池用窗口層材料性能的方法，既適用于單結(jié)微晶硅基 或納米硅基薄膜太陽(yáng)電池，也適用于由其構(gòu)成的雙結(jié)或三結(jié)疊層硅基薄膜太陽(yáng)電池。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述提高單室沉積硅基太陽(yáng)電池用窗口層材料性能的方法，其特征在于所述提高單室沉積硅基太陽(yáng)電池用窗口層材料性能的方法，也適用于分室微晶硅基薄膜太陽(yáng)電池的沉積。
全文摘要
一種提高單室沉積硅基太陽(yáng)電池用窗口層材料性能的方法，制備單室沉積硅基薄膜太陽(yáng)電池的窗口層材料采用高頻率、高氣壓、高功率密度和小電極間距相結(jié)合的工藝，該方法既適用于單結(jié)、雙結(jié)或三結(jié)疊層微晶硅基或納米硅基薄膜太陽(yáng)電池，也適用于分室微晶硅基薄膜太陽(yáng)電池的沉積。本發(fā)明的有益效果是該方法工藝簡(jiǎn)單、成本低、交叉污染低、實(shí)用性強(qiáng)，利用快速成核工藝制備的窗口層材料同時(shí)具有高電導(dǎo)率和高透過(guò)率，明顯提高了硅基薄膜太陽(yáng)電池的開(kāi)路電壓和短路電流密度，進(jìn)而提高硅基薄膜太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率，特別是對(duì)單室沉積微晶硅基(納米硅基)薄膜太陽(yáng)電池的產(chǎn)業(yè)化具有非常重要的意義。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101697363SQ200910071050
公開(kāi)日2010年4月21日 申請(qǐng)日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者孫建, 張曉丹, 熊紹珍, 王光紅, 耿新華, 許盛之, 趙穎, 鄭新霞, 魏長(zhǎng)春 申請(qǐng)人:南開(kāi)大學(xué);