專利名稱：一種非晶硅/微晶硅疊層太陽電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硅基薄膜太陽電池制備技術(shù)，具體而言是一種非晶硅/微晶硅疊層太陽電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
太陽能是用之不竭的可再生能源，對環(huán)境保護(hù)具有十分重要的意義，太陽能的有效利用已經(jīng)成為人類的共識。太陽能的利用，尤其是光伏發(fā)電技術(shù)，是最有希望的可再生能源技術(shù)。太陽能電池發(fā)電具有安全可靠、無污染、無需消耗燃料、可再生、無機(jī)械轉(zhuǎn)動部件等獨特優(yōu)點，尤其是可與建筑物相結(jié)合，構(gòu)成光伏屋頂發(fā)電系統(tǒng)，已經(jīng)成為可再生能源中最重要的組成部分，也是近年來發(fā)展最快，最具活力、最受矚目的研究領(lǐng)域，國際上許多國家都把太陽能光伏發(fā)電的商業(yè)化開發(fā)和利用作為重要的發(fā)展方向。硅基薄膜太陽電池除了具有節(jié)省原材料、耗能低、成本低、易于大面積生產(chǎn)的優(yōu)勢外，還有著原材料豐富、無污染等優(yōu)點。非晶硅太陽電池由于具有光致衰退效應(yīng)，因而限制了其應(yīng)用。微晶硅太陽電池的材料有序性得到提高，衰退很小，并且和非晶硅結(jié)合可以有效的擴(kuò)展光譜響應(yīng)范圍，提高電池光電轉(zhuǎn)換效率，降低電池成本?，F(xiàn)有非晶硅薄膜太陽電池已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，考慮到進(jìn)一步提高硅基薄膜電池效率和降低成本，非晶硅/微晶硅疊層太陽電池的研究具有很重要的意義。但是，對于現(xiàn)有的大部分非晶硅太陽電池生產(chǎn)線技術(shù)升級到非晶硅/微晶硅疊層太陽電池，有著很大的困難， 例如，部分設(shè)備無法制備微晶硅，需要生產(chǎn)線升級換代，投入大筆資金，不利于產(chǎn)品降低成本等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述存在問題，提供一種非晶硅/微晶硅疊層太陽電池及其制備方法，該方法可大幅降低投資、提高電池轉(zhuǎn)換效率、降低太陽電池成本。本發(fā)明的技術(shù)方案
一種非晶硅/微晶硅疊層太陽電池，由玻璃襯底、透明導(dǎo)電膜TC0、P型非晶硅窗口層 P1、非晶硅本征層Ipn型非晶硅層N1、高電導(dǎo)率和高晶化率的η型微晶硅層N1+、ρ型微晶硅層P2、微晶硅本征層I2、非晶硅/微晶硅過渡區(qū)靠近非晶硅區(qū)的η型層N2、ZnO層、金屬Al 層、EVA層和背板玻璃層組成并依次組成疊層結(jié)構(gòu)，其中以P1-I1-N1非晶硅電池作為疊層電池的頂電池，以P2-I2-N2微晶硅電池作為疊層電池的底電池，以ZnO和Al作為復(fù)合背電極?！N所述非晶硅/微晶硅疊層太陽電池的制備方法，步驟如下
1)對玻璃襯底上的透明導(dǎo)電膜TCO進(jìn)行磨邊、去離子水清洗、烘干后，用波長IOMnm激光刻劃TC0，清洗激光刻劃后的TCO ；
2)采用PECVD法制備P1-I1-N1非晶硅電池；
3)破真空取出非晶硅頂電池，采用PECVD法用H或Ar等離子體處理非晶硅電池N1層； 4)采用PECVD法制備高晶化率和高電導(dǎo)率的N1+層；5)采用PECVD法制備P2-I2-N2微晶硅底電池，在非晶硅/微晶硅過渡區(qū)靠近非晶硅區(qū)制備N2層；
6)用波長532nm激光刻劃硅薄膜，隔離出39個子電池；
7)用PVD法濺射ZnO和Al復(fù)合背電極；
8)用波長532nm激光刻劃ZnO和Al復(fù)合背電極并隔離子電池背電極；
9)制作電池絕緣邊并焊接引線，層壓封裝電池即可。所述采用PECVD法制備非晶硅N1層和對破真空的非晶硅頂電池N1層用H或Ar等離子處理的工藝參數(shù)為輝光激發(fā)頻率13. 56 IOOMHz、反應(yīng)氣體壓強(qiáng)0. Γ Ο Torr、輝光功率密度l(Tl000mW/cm2、處理樣品溫度10(T30(TC、H或Ar等離子處理時間l(Tl000S。所述采用PECVD法制備高晶化率和高電導(dǎo)率的N1+層的工藝參數(shù)為輝光激發(fā)頻率13. 56 IOOMHz、反應(yīng)氣體壓強(qiáng)0. Γ Ο Torr、輝光功率密度l(Tl000mW/ cm2、處理樣品溫度10(T30(TC、氫稀釋硅烷濃度SC < 5%、含磷氣體與硅烷比PH3/SiH4 < 4%、N1+層厚度為 5 30nmo所述采用PECVD法制備非晶硅/微晶硅過渡區(qū)靠近非晶硅區(qū)的N2層的工藝參數(shù)為輝光激發(fā)頻率13. 56 100MHz、反應(yīng)氣體壓強(qiáng)0. Γ10 Torr、輝光功率密度l(Tl000mW/ cm2、處理樣品溫度10(T30(TC、氫稀釋硅烷濃度SC < 8%、含磷氣體與硅烷比PH3/SiH4 < 4%、 N2層厚度為2(T40nm。本發(fā)明有益效果是
存放在大氣當(dāng)中的非晶硅頂電池在制備微晶硅底電池前，用H或Ar等離子體處理頂電池η層，消除η層表面同大氣中的氧氣反應(yīng)生成SiOx層，然后制備高晶化率和高電導(dǎo)率的η 層，可以和P型微晶硅層形成良好的歐姆接觸；制備微晶硅底電池的η層采用非晶硅/微晶硅過渡區(qū)靠近非晶硅的η型材料，可以顯著提高材料的電導(dǎo)率，增強(qiáng)電池的內(nèi)建電場，減小電池串聯(lián)電阻，提高電池的開路電壓，從而提高非晶硅/微晶硅疊層太陽電池的轉(zhuǎn)換效率。 整個工藝制備過程簡單、易于控制、產(chǎn)品優(yōu)良率高、電池轉(zhuǎn)換效率高；僅增加沉積微晶硅電池的設(shè)備和工藝步驟，就可移植到現(xiàn)有的硅基薄膜電池生產(chǎn)線上，以最低的成本把現(xiàn)有非晶硅電池升級為新一代非晶硅/微晶硅疊層太陽電池。


圖1為該非晶硅/微晶硅疊層太陽電池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.玻璃襯底 2.透明導(dǎo)電膜TCO 3. ρ型非晶硅窗口層卩工
4.非晶硅本征層I15. η型非晶硅層N1
6.高晶化率和高電導(dǎo)率的η型微晶硅層N1+
7.ρ型微晶硅層P28.微晶硅本征層I2
9.非晶硅/微晶硅過渡區(qū)靠近非晶硅區(qū)的η型層N2
10.ZnO層 11.金屬Al層 12. EVA層 13.背板玻璃層。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。一種非晶硅/微晶硅疊層太陽電池，結(jié)構(gòu)如附圖1所示，由玻璃襯底1、透明導(dǎo)電膜
4TCO 2、P型非晶硅窗口層P1 3、非晶硅本征層I1 4、η型非晶硅層N1 5、高電導(dǎo)率和高晶化率的η型微晶硅層N1+ 6、ρ型微晶硅層P2 7、微晶硅本征層I2 8、非晶硅/微晶硅過渡區(qū)靠近非晶硅區(qū)的η型層N2 9,ZnO層10、金屬Al層11、EVA層12和背板玻璃層13組成并依次組成疊層結(jié)構(gòu)，其中以P1-I1-N1非晶硅電池作為疊層電池的頂電池，以P2-I2-N2微晶硅電池作為疊層電池的底電池，以ZnO和Al作為復(fù)合背電極。所述非晶硅/微晶硅疊層太陽電池的制備步驟如下
1)對玻璃襯底上的透明導(dǎo)電膜TCO進(jìn)行磨邊、去離子水清洗、烘干后，用波長IOMnm激光刻劃TC0，清洗激光刻劃后的TCO ；
2)采用PECVD法制備P1-I1-N1非晶硅電池；
3)破真空取出非晶硅頂電池，采用PECVD法用H或Ar等離子體處理非晶硅頂電池N1
層；
4)采用PECVD法制備高晶化率和高電導(dǎo)率的N1+層；
5)采用PECVD法制備P2-I2-N2微晶硅底電池，在非晶硅/微晶硅過渡區(qū)靠近非晶硅區(qū)制備N2層；
6)用波長532nm激光刻劃硅薄膜，隔離出39個子電池；
7)用PVD法濺射ZnO和Al復(fù)合背電極；
8)用波長532nm激光刻劃ZnO和Al復(fù)合背電極隔離子電池背電極；
9)制作電池絕緣邊并焊接引線，層壓封裝電池即可。在該實施例中，對非晶硅頂電池N1層用H或Ar等離子處理，輝光激發(fā)頻率 40. 68MHz，反應(yīng)氣體壓強(qiáng)1. 6 Torr,輝光功率密度85mW/ cm2,處理樣品溫度180°C，處理時間120S。高晶化率和高電導(dǎo)率的微晶硅N1+層的制備是輝光激發(fā)頻率40. 68MHz,反應(yīng)氣體壓強(qiáng)1. 6 Torr，輝光功率密度90mW/cm2，處理樣品溫度180°C，氫稀釋硅烷濃度SC=O. 8%，含磷氣體與硅烷比PH3/SiH4=l. 2%，厚度20nm。該制備方法的特點是沉積完pin型非晶硅頂電池后，再把電池放到另一沉積設(shè)備中用H或Ar等離子體處理頂電池η層消除η層表面同大氣中的氧氣反應(yīng)生成SiOx層，后沉積一層高晶化率和高電導(dǎo)率的η型微晶硅，這樣可以和ρ型微晶硅層形成良好的歐姆接觸；制備微晶硅底電池的η層采用非晶硅/微晶硅過渡區(qū)靠近非晶硅區(qū)的η型材料，可以顯著提高材料的電導(dǎo)率，增強(qiáng)電池的內(nèi)建電場，減小電池串聯(lián)電阻，提高電池的開路電壓，從而提高非晶硅/微晶硅疊層太陽電池的轉(zhuǎn)換效率。該實施例制備的非晶硅/微晶硅疊層太陽電池，電池尺寸為1024mmX635mm，電池的轉(zhuǎn)換效率為8. 12%。
權(quán)利要求
1.一種非晶硅/微晶硅疊層太陽電池，其特征在于由玻璃襯底、透明導(dǎo)電膜TC0、P型非晶硅窗口層P1、非晶硅本征層Ip η型非晶硅層N1、高電導(dǎo)率和高晶化率的η型微晶硅層 Ν1+、ρ型微晶硅層P2、微晶硅本征層I2、非晶硅/微晶硅過渡區(qū)靠近非晶硅區(qū)的η型層Ν2、 ZnO層、金屬Al層、EVA層和背板玻璃層組成并依次組成疊層結(jié)構(gòu)，其中以P1-I1-N1非晶硅電池作為疊層電池的頂電池，以P2-I2^2微晶硅電池作為疊層電池的底電池，以ZnO和Al作為復(fù)合背電極。
2.一種如權(quán)利要求1所述非晶硅/微晶硅疊層太陽電池的制備方法，其特征在于步驟如下1)對玻璃襯底上的透明導(dǎo)電膜TCO進(jìn)行磨邊、去離子水清洗、烘干后，用波長IOMnm激光刻劃TC0，清洗激光刻劃后的TCO ；2)采用PECVD法制備P1-I1-N1非晶硅電池；3)破真空取出非晶硅頂電池，采用PECVD法用H或Ar等離子體處理非晶硅電池N1層；4)采用PECVD法制備高晶化率和高電導(dǎo)率的N1+層；5)采用PECVD法制備P2-I2-N2微晶硅底電池，在非晶硅/微晶硅過渡區(qū)靠近非晶硅區(qū)制備N2層；6)用波長532nm激光刻劃硅薄膜，隔離出39個子電池；7)用PVD法濺射ZnO和Al復(fù)合背電極；8)用波長532nm激光刻劃ZnO和Al復(fù)合背電極并隔離子電池背電極；9)制作電池絕緣邊并焊接引線，層壓封裝電池即可。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述非晶硅/微晶硅疊層太陽電池的制備方法，其特征在于所述采用PECVD法制備非晶硅N1層和對破真空的非晶硅頂電池N1層用H或Ar等離子處理的工藝參數(shù)為輝光激發(fā)頻率13. 56 100MHz、反應(yīng)氣體壓強(qiáng)0. Γ Ο Torr、輝光功率密度 10 1000mW/cm2、處理樣品溫度10(T30(TC、H或Ar等離子處理時間l(Tl000S。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述非晶硅/微晶硅疊層太陽電池的制備方法，其特征在于 所述采用PECVD法制備高晶化率和高電導(dǎo)率的N1+層的工藝參數(shù)為輝光激發(fā)頻率 13. 56 100MHz、反應(yīng)氣體壓強(qiáng)0. Γ10 Torr、輝光功率密度IO^lOOOmff/ cm2、處理樣品溫度10(T30(TC、氫稀釋硅烷濃度SC < 5%、含磷氣體與硅烷比PH3/SiH4 < 4%、N1+層厚度為 5 30nmo
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述非晶硅/微晶硅疊層太陽電池的制備方法，其特征在于所述采用PECVD法制備非晶硅/微晶硅過渡區(qū)靠近非晶硅區(qū)的隊層的工藝參數(shù)為輝光激發(fā)頻率13. 56 100MHz、反應(yīng)氣體壓強(qiáng)0. Γ10 Torr、輝光功率密度l(Tl000mW/ cm2、處理樣品溫度10(T300°C、氫稀釋硅烷濃度SC < 8%、含磷氣體與硅烷比PH3/SiH4 < 4%、N2層厚度為 20 40nm。
全文摘要
一種非晶硅/微晶硅疊層太陽電池，由玻璃襯底、透明導(dǎo)電膜、P1-I1-N1非晶硅電池、P2-I2-N2微晶硅電池、非晶硅/微晶硅過渡區(qū)靠近非晶硅區(qū)的n型層、ZnO層、Al層、EVA層和背板玻璃組成并依次組成疊層結(jié)構(gòu)，其中以P1-I1-N1非晶硅電池作為頂電池，以P2-I2-N2微晶硅電池作為底電池，以ZnO和Al作為復(fù)合背電極。本發(fā)明的優(yōu)點存放在大氣中的非晶硅頂電池在制備微晶硅底電池前，用H或Ar等離子體處理頂電池n層，可消除n層表面同大氣中的氧氣反應(yīng)生成SiOx層；該制備工藝簡單、易于控制、產(chǎn)品優(yōu)良率高、電池轉(zhuǎn)換效率高，可方便移植到現(xiàn)有的硅基薄膜電池生產(chǎn)線上，產(chǎn)品升級換代成本低，有利于推廣。
文檔編號H01L31/075GK102208477SQ20111013757
公開日2011年10月5日 申請日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者任慧志, 張曉丹, 王宗畔, 葛洪, 趙穎 申請人:南開大學(xué)