專利名稱：一種高效柱狀薄膜太陽能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜太陽能電池，特別是一種金屬與半導(dǎo)體接觸形成肖特基結(jié)構(gòu) 的高效柱狀薄膜太陽能電池。
背景技術(shù)：
目前基于晶體硅的電池組件市場(chǎng)占有率約達(dá)90%，基本上占了太陽能電池的絕大 部份，但是，晶體硅電池本身生產(chǎn)成本較高，組件價(jià)格居高不下，這為薄膜硅太陽能電池的 發(fā)展創(chuàng)造了機(jī)遇?，F(xiàn)在市面上常見的薄膜太陽能電池有硅基薄膜太陽能電池，CIGS，CdTe, 染料敏太陽能電池，但是這些電池都或多或少的存在一些不足，要么轉(zhuǎn)化效率低要，要么有 制程復(fù)雜，要么材料稀有，都或多或少地存在一些瓶頸，使得薄膜太陽能電池?zé)o法在太陽能 電池占據(jù)一定的份額。因此有必要對(duì)薄膜太陽能電池進(jìn)行深入研究，通過各種技術(shù)來降低薄膜太陽能電 池的發(fā)電成本，使薄膜太陽能電池在太陽能發(fā)電中占據(jù)一席之地。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高效柱 狀薄膜太陽能電池及其制備方法。技術(shù)方案本發(fā)明公開了一種高效柱狀薄膜太陽能電池，包括襯底，襯底上為TC0 薄膜層構(gòu)成背電極，第一 TC0薄膜層上為二氧化硅填充層，二氧化硅填充層內(nèi)間隔設(shè)置柱 狀金屬層，金屬層上為柱狀半導(dǎo)體層，所述金屬層和半導(dǎo)體構(gòu)成肖特基接觸層，所述二氧化 硅填充層高度大于金屬層高度，小于等于柱狀金屬層和半導(dǎo)體層總高度；二氧化硅層上為 第二 TC0薄膜層構(gòu)成前電極。本發(fā)明中，所述襯底材質(zhì)為玻璃、石英、塑料或者柔性襯底不銹鋼中的任意一個(gè)。本發(fā)明中，所述第一 TC0薄膜層采用ZA0薄膜，厚度為500 900nm。本發(fā)明中，所述金屬層材質(zhì)為鋁、鎳、鉛、金或銅，厚度為20 lOOnm。本發(fā)明中，所述第二厚度TC0薄膜層厚度為lOOnm 500nm。本發(fā)明中，所述半導(dǎo)體層為多晶硅半導(dǎo)體層，厚度為0.5 lum。本發(fā)明中，所述二氧化硅層厚度為0. 5 1. lum。本發(fā)明中，所述半導(dǎo)體層材質(zhì)為GaAs。本發(fā)明還公開了制備高效柱狀薄膜太陽能電池的方法，包括如下步驟步驟一，在襯底上采用磁控濺射鍍上TC0薄膜層，靶材為ZA0靶材，厚度為500 900nm，濺射電源為0. 2kV lkV，水平場(chǎng)為2X 1(T2 5X 1(T2T ；步驟二，采用半導(dǎo)體光刻技術(shù)進(jìn)行光刻、涂膠、曝光、熱固膠、顯影，制做窗口 ；步驟三，在TC0薄膜層上生長(zhǎng)鋁層，厚度為20 lOOnm ；步驟四，在鋁層上摻雜N型非晶硅，在500°C條件下退火1小時(shí) 6小時(shí)，使非晶硅 層轉(zhuǎn)化為多晶硅半導(dǎo)體層，形成肖特基柱狀結(jié)構(gòu)；
步驟五，二次曝光，曝光圖形步驟二中曝光圖形相反；步驟六，在多晶硅半導(dǎo)體層上沉積二氧化硅，二氧化硅層厚度大于鋁層厚度，小于 鋁層和多晶硅半導(dǎo)體層厚度之和；步驟七，去除光刻膠，制做前電極，濺射ZA0薄膜層，所述ZA0薄膜層厚度為 lOOnm 500nmo本發(fā)明在襯底上此襯底有多種選擇，采用濺射技術(shù)鍍上一層TC0層，接著在其上 利用光刻技術(shù)曝光出圖形在其上濺射金屬層，接著沉積上一層非晶硅層，利用激光技術(shù)誘 導(dǎo)非晶變多晶，二次曝光在原來未曝光的地方沉積上一層二氧化硅其厚度大于金屬層厚 度，小于金屬加多晶硅層厚度，起透明絕緣作用，接著再制做背電極，背電極的制做方法參 照現(xiàn)在的薄膜電池制做背電極技術(shù)。本發(fā)明中金屬層和半導(dǎo)體層構(gòu)成的太陽光吸收層是太陽能電池的最關(guān)鍵層，采用 金屬透導(dǎo)，激光技術(shù)，光刻技術(shù)形成肖特基結(jié)構(gòu)，構(gòu)成最基本的偏壓結(jié)，也是吸收太陽能主 要部位，二氧化硅層起隔離絕緣和透光的作用，主要優(yōu)點(diǎn)是用料少，吸光充分，轉(zhuǎn)化率高，缺 陷少無衰減現(xiàn)象。有益效果本發(fā)明所述高效柱狀薄膜太陽能電池與以前的太陽能電池最大的不 同是其不用激光劃線把其分為一個(gè)個(gè)小電池，本發(fā)明所述薄膜太陽能電池，由于結(jié)構(gòu)的特 殊性，不存在電池尺寸效應(yīng)，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)的太陽能電池，其本身就是由各個(gè)柱狀小電池組 成，而這種柱狀結(jié)構(gòu)的太陽能電池不僅使制程無需激光劃線，其吸光效率也明顯增加，載流 子壽命增加，相對(duì)的這種太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率較之前的薄膜太陽能電池具有較高的光電 轉(zhuǎn)化效率，轉(zhuǎn)化效率較之前的薄膜太陽能電池具有較高的光電轉(zhuǎn)化效率，具有成本低，無 毒，無污染等特性。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的具體說明，本發(fā)明的上述和 /或其他方面的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚。圖la至圖le為本發(fā)明中的流程圖。圖2為本發(fā)明所公開的新型柱狀太陽能電池的結(jié)構(gòu)圖。圖3為本發(fā)明所公開的新型柱狀太陽能電池的電路圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例下面對(duì)照附圖la le詳細(xì)說明此薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)和優(yōu)選技術(shù)，本發(fā)明所 用襯底如圖la所示，可以是玻璃、石英、塑料、柔性襯底不銹鋼等。本實(shí)施例采用玻璃，由 于玻璃上鍍膜，光刻技術(shù)更為成熟，接著采用PVD方式鍍一層TC0薄膜層，所述TC0薄膜層 最好使用ZA0薄膜，原因是ZA0抗等離子H的能力好，且可調(diào)節(jié)性好，對(duì)與下面的工藝匹配 性較好，本實(shí)施例采用磁控濺射方式，濺射電源為0. 2kV lkV之間，水平場(chǎng)在2*10_2 5*10_2T，靶材為ZA0靶材，鍍完后其效果圖如圖lb。接著使用光刻技術(shù)，精度要求不高，制 作所需要的窗口。由于本實(shí)施例所要求的精度不高，只需要制作本實(shí)施例所需要的窗口既 可，而其窗口大小需根據(jù)光照強(qiáng)度確定，所以本實(shí)施例是很容易實(shí)現(xiàn)而且設(shè)備不貴，光刻曝 光完之后，采用濺射方式濺射出一層金屬層，此層金屬可以是鋁、鎳、鉛、金或銅等，本實(shí)施
4例使用鋁，由于鋁偏宜，可以與較多半導(dǎo)體形成肖特基接觸。濺射完鋁后使用PECVD鍍上一 層非晶半導(dǎo)體層，由于直接長(zhǎng)多晶不好長(zhǎng)，速度太慢難以產(chǎn)業(yè)化，而且條件苛刻，所以本實(shí) 施例采用先鍍非晶硅層再通過金屬誘導(dǎo)技術(shù)使非晶硅轉(zhuǎn)多晶硅半導(dǎo)體層，可以采用兩種方 式一種是鍍完非晶膜之后在500°C退火一個(gè)小時(shí)左右，之后非晶既轉(zhuǎn)為多晶，另外可以用以 激光形式，在鍍完非晶膜之后采用激光照射窗口位置，可以使非晶轉(zhuǎn)化成多晶，完成這一功 能轉(zhuǎn)換之后，去除光刻膠，其效果圖如圖lc所示。接著通過二次曝光在原來不是窗口的地 方制作窗口，采用PECVD方式鍍上一層二氧化硅，此二氧化硅的厚度必須大于金屬層厚度 起絕緣透光功能，建議略小于金屬加半導(dǎo)體層厚度，完成后其效果圖如圖Id所示，再接著 采用PVD方式鍍上一層TC0薄膜層，完成背電極的制做，本實(shí)施例的工藝完全可以采用現(xiàn)在 成熟的磁控濺射工藝技術(shù)，完成之后其效果圖如圖le所示。本發(fā)明所述的高效柱狀太陽能電池其結(jié)構(gòu)如圖2所示，下面按照具體制程來說 明1、準(zhǔn)備一塊超白玻璃1，要求具有較好的透光率。2、采用磁控濺射方式鍍上一層TC0薄膜層2，靶材為ZA0靶材，厚度在500 900nm 之間，濺射電源為0. 2kV lkV之間，水平場(chǎng)在2*1(T2 5*10_2T。3、采用半導(dǎo)體光刻技術(shù)進(jìn)行一次光刻，涂膠，曝光，熱固膠，顯影，則完成窗口制 做，該步驟可以采用常規(guī)技術(shù)，且非本發(fā)明創(chuàng)造點(diǎn)所在；4、PVD濺射鋁層6，厚度為20 lOOnm之間，靶材為鋁耙，本實(shí)施選擇60nm ；后再 用PECVD方式鍍上一層非晶硅，在反應(yīng)室內(nèi)通入0. 5 lml/min的磷烷以實(shí)現(xiàn)鍍出來的非 晶硅是低摻雜N型非晶硅，其厚度在0. 5 lum，本實(shí)施選擇0. Sum。5、在500°C條件下退火lh 6h，使得非晶硅轉(zhuǎn)為多晶硅半導(dǎo)體層5，形成肖特基柱 狀結(jié)構(gòu)。6、二次曝光，其曝光圖形與一次曝光圖形相反，該步驟可以采用常規(guī)技術(shù)，且非本 發(fā)明創(chuàng)造點(diǎn)所在；曝光完成后，采用PECVD沉積一層二氧化硅3，其厚度在0. 5 1. lum之 間，既大于金屬層厚度，同時(shí)小于等于金屬層和多晶硅半導(dǎo)體層之和，本實(shí)施例選擇0. Sum。7、去除光刻膠，接著制做前電極，使用PVD濺射ZA0薄膜4，該層厚度在lOOnm 500nm之間，該步驟可以采用本領(lǐng)域通用的常規(guī)技術(shù)，且非本發(fā)明創(chuàng)造點(diǎn)所在。8、完成后其電路圖如圖3所示，此電池具有短路電流大，弱光響應(yīng)好，受光面積 大，其柱狀面積大小需根據(jù)光照強(qiáng)度進(jìn)行合格的設(shè)計(jì)。本發(fā)明巧秒地結(jié)合金屬誘導(dǎo)技術(shù)，激光技術(shù)，半導(dǎo)體技術(shù)，柱狀結(jié)構(gòu)，構(gòu)成一種新 型的薄膜太陽能電池，具有用料少，成本底，轉(zhuǎn)化效率高，無毒無污染的優(yōu)點(diǎn)，其特征在于， 襯底，TC0層，肖特基結(jié)構(gòu)，柱狀結(jié)構(gòu)，二氧化硅透明絕緣層，背電極印刷技術(shù)。本發(fā)明選用肖特基結(jié)構(gòu)金屬層5和半導(dǎo)體層6構(gòu)成的結(jié)，既特定金屬與半導(dǎo)體接 觸所產(chǎn)生的勢(shì)壘效果，而且金屬層可以誘導(dǎo)非晶硅轉(zhuǎn)化為多晶硅，所述金屬層材質(zhì)可以是 鋁，鎳，鉛，金，銅等，半導(dǎo)體材料可以是硅系半導(dǎo)體，化合物半導(dǎo)體如GaAs，有機(jī)半導(dǎo)體等。本發(fā)明選用柱狀結(jié)構(gòu)，每?jī)蓚€(gè)柱狀結(jié)之間填滿透明絕緣材料如Si02層結(jié)構(gòu)，此層 最主是要利用金屬誘導(dǎo)技術(shù)，與傳統(tǒng)金屬誘導(dǎo)技術(shù)不太一樣是既可以使用退火形式也可以 采用激光激發(fā)，使非晶硅轉(zhuǎn)成多晶硅。本發(fā)明提供了一種高效柱狀薄膜太陽能電池及其制備方法的思路，具體實(shí)現(xiàn)該技術(shù)方案的方法和途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些 改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù) 加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
一種高效柱狀薄膜太陽能電池，其特征在于，包括襯底，襯底上為TCO薄膜層構(gòu)成背電極，第一TCO薄膜層上為二氧化硅填充層，二氧化硅填充層內(nèi)間隔設(shè)置柱狀金屬層，金屬層上為柱狀半導(dǎo)體層，所述金屬層和半導(dǎo)體構(gòu)成肖特基接觸層，所述二氧化硅填充層高度大于金屬層高度，小于等于柱狀金屬層和半導(dǎo)體層總高度；二氧化硅層上為第二TCO薄膜層構(gòu)成前電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效柱狀薄膜太陽能電池，其特征在于，所述襯底材質(zhì) 為玻璃、石英、塑料或者柔性襯底不銹鋼中的任意一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效柱狀薄膜太陽能電池，其特征在于，所述第一TCO薄 膜層采用ZAO薄膜，厚度為500 900nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效柱狀薄膜太陽能電池，其特征在于，所述金屬層材 質(zhì)為鋁、鎳、鉛、金或銅，厚度為20 lOOnm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效柱狀薄膜太陽能電池，其特征在于，所述第二厚度 TCO薄膜層厚度為IOOnm 500nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效柱狀薄膜太陽能電池，其特征在于，所述半導(dǎo)體層 為多晶硅半導(dǎo)體層，厚度為0. 5 lum。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效柱狀薄膜太陽能電池，其特征在于，所述二氧化硅 層厚度為0. 5 1. lum。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效柱狀薄膜太陽能電池，其特征在于，所述半導(dǎo)體層 材質(zhì)為GaAs。
9.一種制備權(quán)利要求1所述高效柱狀薄膜太陽能電池的方法，其特征在于，包括如下 步驟步驟一，在襯底上采用磁控濺射鍍上TCO薄膜層，靶材為ZAO靶材，厚度為500 900nm，濺射電源為0. 2kV lkV，水平場(chǎng)為2 X IO"2 5 X ICT2T ；步驟二，采用半導(dǎo)體光刻技術(shù)進(jìn)行光刻、涂膠、曝光、熱固膠、顯影，制做窗口 ；步驟三，在TCO薄膜層上生長(zhǎng)鋁層，厚度為20 IOOnm ；步驟四，在鋁層上摻雜N型非晶硅，在500°C條件下退火1小時(shí) 6小時(shí)，使非晶硅層轉(zhuǎn) 化為多晶硅半導(dǎo)體層；步驟五，二次曝光，曝光圖形步驟二中曝光圖形相反；步驟六，在多晶硅半導(dǎo)體層上沉積二氧化硅，二氧化硅層厚度大于鋁層厚度，小于鋁層 和多晶硅半導(dǎo)體層厚度之和；步驟七，去除光刻膠，制做前電極，濺射ZAO薄膜層，所述ZAO薄膜層厚度為IOOnm 500nmo
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高效柱狀薄膜太陽能電池，包括襯底，襯底上為TCO薄膜層，第一TCO薄膜層上為二氧化硅填充層，二氧化硅填充層內(nèi)間隔設(shè)置柱狀金屬層，金屬層上為柱狀半導(dǎo)體層，所述金屬層和半導(dǎo)體構(gòu)成肖特基接觸層，所述二氧化硅填充層高度大于金屬層高度，小于等于柱狀金屬層和半導(dǎo)體層總高度；二氧化硅層上為第二TCO薄膜層。本發(fā)明還公開了其制備方法，包括采用濺射技術(shù)在襯底上鍍上TCO層，在其上濺射金屬層，沉積非晶硅層，誘導(dǎo)非晶硅變多晶硅，沉積上二氧化硅層，再制做背電極。本發(fā)明較之前的薄膜太陽能電池具有較高的光電轉(zhuǎn)化效率，具有成本低，無毒，無污染等特性。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101866966SQ200910264859
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2009年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者張宏勇, 鄒福松, 鄭振生 申請(qǐng)人:江蘇華創(chuàng)光電科技有限公司