專利名稱：一種采用新型中間層的疊層太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及薄膜疊層太陽能電池中間層技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及非晶硅疊層電池中間層的制備方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，隨著全球能源危機(jī)日益加劇，開發(fā)和發(fā)展利用新能源技術(shù)已經(jīng)成為目前我們的主要課題。太陽能作為清潔，可再生的能源，越來越受到人們的關(guān)注。其中，光伏發(fā)電是大規(guī)模、經(jīng)濟(jì)利用太陽能的重要手段之一。由于太陽能光譜中的能量分布較寬，現(xiàn)有的任何一種半導(dǎo)體材料只能吸收能量比其能隙值高的光子。能量較小的光子將透過電池，被電極金屬吸收，轉(zhuǎn)變成熱能；高能光子超出能隙寬度的多余的能量，則通過光生載流子的能量熱釋作用傳給電池材料本身的點陣原子，使材料本身發(fā)熱。這些能量都不能通過光生載流子傳給負(fù)載，變成有效的電能。為了提高對太陽能的利用率，人們提出了疊層太陽能電池的概念。疊層太陽能電池子電池按能隙從大到小的順序從外向里疊合起來，并使電池材料的能帶寬度與光譜最好的匹配，讓波長最短的光波最早被電池吸收利用，波長較長的光能夠透射進(jìn)去讓能隙較窄的電池吸收利用，這最大限度的提高了電池對太陽光的吸收利用，從而提高電池性能與效率。對于疊層太陽能電池，最佳的頂、底電池的光吸收層的能隙分別為1.7eV和l.0eV。非晶硅/微晶硅疊層電池由于制備工藝簡單、能耗少、無污染以及非晶硅和微晶硅帶隙分別為1.74eV和1.12eV。這大大的增加了非晶硅/微晶硅疊層太陽能電池在市場競爭能力。在非晶硅/微晶硅疊層太陽能電池中，為了降低非晶硅電池光致衰退效應(yīng)，非晶硅電池厚度需盡量減小，從而導(dǎo)致頂電池光電流減小。在非晶硅/微晶硅疊層電池中引入中間層，其作用主要是將一部分光反射回頂層，提高頂電池光的吸收，可以有效提高頂電池的光電流，使頂、底子電池電流得以匹配。因此，中間層要具有較低的折射率，較小的光吸收以及良好的電導(dǎo)率。1996年,瑞士 Neuchatel大學(xué)IMT小組的D.Fischer等人首次將ZnO作為中間層應(yīng)用于非晶硅/微晶硅疊層電池[I]。雖然ZnO具有較低的折射率(2.0eV左右)和較大的帶隙(3.0eV)，但作為中間層時需要追加額外的激光劃刻工序。由于n型硅氧薄膜(n-SiOx:H)的制備工藝與非晶硅和微晶硅電池的相似，并且其光學(xué)性質(zhì)可調(diào)，因此，n-SiOx:H薄膜作為中間層在工業(yè)生產(chǎn)上得到了應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容:本實用新型是為了克服傳統(tǒng)N型硅氧薄膜中間層由于低折射率的要求而重?fù)?，?dǎo)致薄膜電導(dǎo)率低的問題。本實用新型可有效提高電池的電流傳導(dǎo)能力，降低串聯(lián)電阻損耗。一種采用新型中間層的疊層太陽能電池，依次包括襯底、透明導(dǎo)電層、非晶硅頂電池、中間層、微晶硅底電池、背電極，其特征在于中間層是利用掩膜方法制備的柱狀N型硅氧中間層。[0007]掩膜模板空洞的面積與兩空洞間遮擋面積比為1:3到1:4。通過實驗結(jié)果證明，此比例最有效的增加頂電池的光電流同時，電流能快速的傳導(dǎo)，降低串聯(lián)電阻損耗。上述電池結(jié)構(gòu)中，所述N型硅氧薄膜的厚度大概在80nm到IOOnm之間；非晶頂硅電池的厚度為150nnT300nm,微晶娃底電池厚度為1.5iinr2iim。本實用新型的中間層采用掩膜的方法，所制備的薄膜由若干小柱狀組成。不僅可以有增反效果，且柱狀之間由于掩模的遮擋，未沉積硅氧，而是沉積微晶硅薄膜，產(chǎn)生的電流可以直接從頂電池N層傳導(dǎo)到柱狀間沉積的微晶硅P層，解決了硅氧薄膜由于需要低折射率而重?fù)诫s導(dǎo)致薄膜電導(dǎo)率低下的問題，能夠有效的提高電池電流的傳導(dǎo)能力，降低串聯(lián)電阻損耗。普通娃氧薄膜制備的疊層電池Jsc=9.9mA/cnT2，Voc=L 20V, FF=70.6%, n=9.8% ;而采用掩膜制備的疊層電池Jsc=I0.7mA/cnT2，Voc=L 25V, FF=72.6%, n=10.3%。通過實驗結(jié)果對比，采用掩膜沉積的柱狀硅氧薄膜能夠有效的提高電池電流的傳導(dǎo)能力，降低串聯(lián)電阻損耗，從而提聞電池的性能。

:圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記:1、襯底，2、透明導(dǎo)電層，3、非晶硅電池P層，4、非晶硅電池i層，5、非晶娃電池N層,6、娃氧中間層,7、微晶娃P層,8,微晶娃i層,9、微晶娃N層，10、背電極。
具體實施方式
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以下結(jié)合附圖，通過實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。如圖所示，一種采用新型中間層的疊層薄膜太陽能電池，由襯底1、透明導(dǎo)電層2、非晶硅頂電池、硅氧中間層6、微晶硅底電池、背電極10。一種采用新型中間層的疊層太陽能電池包括襯底、透明導(dǎo)電減反膜、頂電池、中間層、底電池、背電極，透明導(dǎo)電減反膜、頂電池、中間層、底電池、背電極依次沉積于襯底上，底電池為P-1-N結(jié)的微晶硅電池，依次沉積在透明導(dǎo)電層上。所述中間層由若干個柱狀的N型硅氧薄膜組成，沉積在頂電池的N型非晶硅薄膜上，底電池為微晶硅P-1-N薄膜電池，依次沉積在中間層上。上述電池結(jié)構(gòu)中，所述N型硅氧薄膜是由若干柱狀薄膜層組成。采用掩膜模板制備，掩膜孔洞的大小(即柱狀面積)約為Icm2Icm2，且孔洞的面積與兩孔洞間遮擋的面積為3:1 到 4:1。本實用新型采用掩膜方法制備柱狀的N型硅氧薄膜中間層。柱狀之間由于掩膜的遮擋，沒有沉積硅氧薄膜，而是沉積微晶硅P層，沉積的柱狀低折射率硅氧薄膜可以增加光的反射，達(dá)到增加頂電池光電流的作用，而且產(chǎn)生的電路的電流可以直接從頂電池N層傳導(dǎo)到柱狀間沉積的微晶硅P層，解決了 N型摻雜硅氧由于重?fù)诫s導(dǎo)致電導(dǎo)率低的問題。本實用新型的制作步驟如下:1、采用LPCVD方法，在玻璃襯底I上制備ZnO透明導(dǎo)電氧化物薄膜層2 ；2、在TCO上，在真空度高于10_7托的真空室中，襯底溫度為150°(Tl80°C，壓強(qiáng)為400 1000毫托、射頻功率為2.5 20W (13.56MHZ)的條件下，以SiH4,H2,B2H6 (P型摻雜)和PH3 (N型摻雜)為氣源，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)方法，依次沉積非晶硅P層
3、非晶硅i層4、非晶硅N層5，形成頂電池，P層的厚度為8 20nm，i層厚度為20(T300nm，N層厚度為15 20nm;3、在頂電池N層上，放一塊孔洞面積約為lcnT4Cm2，且兩孔洞間遮擋的面積孔洞的面積比約為1:3或1:4的掩模板。在襯底溫度為15(Tl80oC，反應(yīng)壓強(qiáng)為60(Tl400毫托、射頻功率為2.5 20W (13.56MHZ)的條件下，以PH3XO2分別為N型和氧摻雜氣源，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法，制備N型硅氧薄膜中間層6，厚度為8(Tl00nm ；4、在中間層上，在真空度高于10_7托的真空室中，襯底溫度為150°(T180°C，壓強(qiáng)為800 1000毫托、射頻功率為20 80W (60MHZ)的條件下，以SiH4' H2、B2H6 (P型摻雜)和PH3(N型摻雜)為氣源，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)方法，依次沉積微晶硅P層7、微晶硅i層8、微晶硅N層9，形成底電池，P層的厚度為8 20nm，i層厚度為l 2mm，N層厚度為15 20nm。5、在底電池N層上，釆用磁控濺射方法，制備ITO背電極10。
權(quán)利要求1.一種采用新型中間層的疊層太陽能電池，依次包括襯底、透明導(dǎo)電層、非晶硅頂電池、中間層、微晶硅底電池、背電極，其特征在于中間層是利用掩膜方法制備的柱狀N型硅氧中間層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用新型中間層的疊層太陽能電池，其特征在于掩膜模板空洞的面積與兩空洞間遮擋面積比為1:3到1:4。
專利摘要一種采用新型中間層的疊層太陽能電池屬于薄膜疊層太陽能電池領(lǐng)域。本實用新型依次包括襯底、透明導(dǎo)電層、非晶硅頂電池、中間層、微晶硅底電池、背電極，其特征在于中間層是利用掩膜方法制備的柱狀N型硅氧中間層。中間層為利用孔洞的面積與兩孔洞間遮擋的面積為3:1到4:1掩膜模板制成的柱狀N型硅氧薄膜，本實用新型采用掩膜的方法在頂電池與底電池之間制備了柱狀的N型硅氧薄膜中間層，解決了硅氧薄膜由于低折射率而需要重?fù)诫s導(dǎo)致薄膜電導(dǎo)率低下的問題，能夠有效的提高電池電流的傳導(dǎo)能力，降低串聯(lián)電阻損耗的效果。
文檔編號H01L31/076GK202996852SQ20122066178
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者張銘, 沈華龍, 王濤, 嚴(yán)輝, 潘清濤, 賈海軍 申請人:北京工業(yè)大學(xué)