可調(diào)帶隙量子阱結(jié)構(gòu)的柔性襯底太陽(yáng)能電池及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于柔性太陽(yáng)能電池制造【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種可調(diào)帶隙量子阱結(jié)構(gòu)的柔性襯底太陽(yáng)能電池及制備方法。本發(fā)明的太陽(yáng)能電池具體結(jié)構(gòu)是：Al電極/GZO/P型nc-Si:H/I層本征InxGa1-xN/N型nc-Si:H/GZO/Al背電極/AlN/PI柔性襯底；其制備方法是首先磁控濺射制備AlN絕緣層和Al背電極，然后采用ECR-PEMOCVD依次沉積GZO基透明導(dǎo)電薄膜、N型nc-Si:H薄膜、InxGa1-xN量子阱本征晶體薄膜、P型nc-Si:H薄膜、GZO基透明導(dǎo)電薄膜，最后制備金屬Al電極。本發(fā)明的可調(diào)帶隙量子阱結(jié)構(gòu)的柔性襯底太陽(yáng)能電池具有優(yōu)異的柔軟性，重量輕，攜帶方便，具有產(chǎn)業(yè)化潛力和市場(chǎng)空間，而且制備工藝簡(jiǎn)單，能實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。
【專利說(shuō)明】可調(diào)帶隙量子阱結(jié)構(gòu)的柔性襯底太陽(yáng)能電池及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于柔性太陽(yáng)能電池制造【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種可調(diào)帶隙量子阱結(jié)構(gòu)的柔性襯底太陽(yáng)能電池及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]柔性襯底薄膜太陽(yáng)能電池是指在柔性材料即聚酰亞胺（PI)或柔性不銹鋼上制作的薄膜太陽(yáng)能電池，由于其具有攜帶輕便、重量輕以及不易粉碎的優(yōu)勢(shì)，以及獨(dú)特的使用特性，從而具有廣闊的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。目前已經(jīng)商業(yè)化應(yīng)用的薄膜太陽(yáng)能電池以基于玻璃襯底的非晶硅薄膜為主，其制作方法是：使用硅烷（SiH4),同時(shí)摻雜硼烷（B2H6)和磷烷（PH3)等氣體，在廉價(jià)的玻璃襯底上低溫制備而成，形成光伏PIN單結(jié)或者多結(jié)薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)。
[0003]目前,技術(shù)相對(duì)成熟的薄膜太陽(yáng)能電池大多都是娃基材料,其PIN中的I層一般都是非晶或者微晶硅（Si)薄膜。非晶或者微晶硅（Si)薄膜又稱無(wú)定型硅，就其微觀結(jié)構(gòu)來(lái)看，是短程有序但是長(zhǎng)程無(wú)序的不規(guī)則網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，包含大量的懸掛鍵和空位等缺陷。但是由于非晶或者微晶硅（Si)薄膜帶隙寬度在I. 7eV左右，對(duì)太陽(yáng)能輻射光譜的長(zhǎng)波很不敏感，使其光電轉(zhuǎn)化效率較低，而且還存在明顯的光致衰退效應(yīng)，使太陽(yáng)能電池的光致性能穩(wěn)定性較差，導(dǎo)致薄膜太陽(yáng)能電池的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種可調(diào)帶隙量子阱結(jié)構(gòu)的柔性襯底太陽(yáng)能電池及制備方法，通過(guò)采用帶隙寬度可以調(diào)整到太陽(yáng)能電池最敏感的區(qū)域的InxGahN晶體薄膜作為柔性太陽(yáng)能電池的本征層（I層)，其量子阱結(jié)構(gòu)提高了太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率和光致性能的穩(wěn)定性。
[0005]本發(fā)明的可調(diào)帶隙量子阱結(jié)構(gòu)的柔性襯底太陽(yáng)能電池，是以聚酰亞胺（PI)作為柔性襯底，襯底上是AlN絕緣層，AlN絕緣層上方是Al背電極，Al背電極上方是作為緩沖層的鎵摻雜氧化鋅（GZO)基導(dǎo)電薄膜，GZO基導(dǎo)電薄膜上方是N型氫化納米晶硅（nc-Si :H)薄膜，N型nc-Si :H薄膜上方是I層本征InxGa1J薄膜，I層本征InxGapxN薄膜上方是P型nc- Si:H薄膜，P型nc- Si :H薄膜上方是GZO基導(dǎo)電薄膜，GZO基導(dǎo)電薄膜上方是Al金屬電極；具體結(jié)構(gòu)是=Al 電極 /GZO /P 型 nc-Si :H/I 層本征 InxGai_xN/N 型 nc_Si :H/GZ0 /Al背電極/AIN/ PI柔性襯底，其中I層本征InxGahN薄膜的帶隙寬度可調(diào)且具有量子阱結(jié)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明的可調(diào)帶隙量子阱結(jié)構(gòu)的柔性襯底太陽(yáng)能電池的制備方法按照以下步驟進(jìn)行：
(I)將PI襯底基片用去離子水超聲波清洗5min后，用N2吹干送入磁控濺射反應(yīng)室，在9. OX 10_4 Pa真空的條件下，以金屬鋁為靶材，以Ar和N2混合氣體作為反應(yīng)源，Ar和N2流量比（4~10) :1，將柔性PI襯底基片加熱到10(T20(TC，沉積制備AlN絕緣層，沉積時(shí)間為30~60min ；
(2)在磁控濺射制備中繼續(xù)制備金屬Al背電極，以金屬鋁為靶材，以氬氣作為氣體反應(yīng)源，控制氬氣流量為l(T20sccm，襯底溫度為5(Tl50°C，沉積時(shí)間為3~lOmin，此時(shí)的結(jié)構(gòu)是Al背電極/AlN絕緣層/ PI柔性襯底；
(3)采用電子回旋共振等離子增強(qiáng)有機(jī)物化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)（ECR-PEMOCVD)，制備GZO基透明導(dǎo)電薄膜，將沉積有AlN絕緣層和Al背電極的柔性PI襯底基片于反應(yīng)室內(nèi)加熱到200~400°C，向反應(yīng)室中通入Ar攜帶的三甲基鎵（TMGa)、二乙基鋅（DEZn)和02，TMGa、DEZn和O2的流量比為1:2:80，控制微波功率為650W，沉積氣壓為O. 8^1. 2Pa，沉積時(shí)間為10~20min，此時(shí)的結(jié)構(gòu)是GZO基透明導(dǎo)電薄膜/Al背電極/AIN/ PI柔性襯底基片；
(4)繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備N(xiāo)型nc_Si: H薄膜，向反應(yīng)室中通入Ar稀釋的SiH4以及H2稀釋的PH3, Ar稀釋的SiH4流量為5~8sccm，H2稀釋的PH3流量為為O. 5~5sccm，H2流量為25~40sccm，控制沉積溫度為250~350°C，微波功率為650W，沉積氣壓為O. 8~I. 2Pa，沉積時(shí)間為30~80min，此時(shí)的結(jié)構(gòu)是N型nc-Si:H/GZ0 /Al背電極/AIN / PI柔性襯底基片;
(5)繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備帶隙可調(diào)的InxGai_xN量子阱本征晶體薄膜，向反應(yīng)室中通入H2稀釋的TMGa和三甲基銦（TMIn )，TMGa和TMIn流量比為2:1，N2流量為8(Tl20sccm，沉積溫度為200~300 °C，微波功率為650W，沉積氣壓為O. 9~I. 4Pa，沉積時(shí)間為40~60min，此時(shí)結(jié)構(gòu)是I層本征InxGai_xN/N型nc_Si :H/GZ0 /Al背電極/AlN絕緣層/ PI柔性襯底基片；
(6)繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備P型nc-Si : H薄膜，向反應(yīng)室中通入Ar稀釋的SiH4以及H2稀釋的B2H6, Ar稀釋的SiH4流量為5~8sccm，為H2稀釋的B2H6流量為O. 3~8sccm，H2流量為25sccm，沉積溫度為250°C~350°C，微波功率為650W，沉積氣壓為O. 8Pa~I. 2Pa，沉積時(shí)間為30~80min，此時(shí)結(jié)構(gòu)是P型nc- Si :H/I層本征ΙncaβΝ/Ν型nc_Si : GZO H/GZO Al背電極/AlN絕緣層/ PI柔性襯底基片；
(7)繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備GZO基透明導(dǎo)電薄膜，向反應(yīng)室中通入Ar攜帶的TMGa、DEZn和02，TMGa,DEZn和氧氣O2的流量比為1:2:80，沉積溫度為200~400°C，微波功率為650W，沉積氣壓為0. 8~I. 2Pa，沉積時(shí)間為10~20min，此時(shí)結(jié)構(gòu)是GZO /P型nc_Si:H/I層本征InxGai_xN/N型nc-Si:H/GZ0 /Al背電極/AIN/ PI柔性襯底基片；
(8)最后采用磁控濺射反應(yīng)室制備金屬Al電極，以Ar作為氣體反應(yīng)源，以金屬鋁為靶材，Ar流量為l(T20sccm，襯底溫度為5(Tl50°C，沉積時(shí)間為3~lOmin，最終得到結(jié)構(gòu)為Al電極 /GZO /P 型 nc-Si :H/I 層本征 InxGai_xN/N 型 nc_Si :H/GZ0 /Al 背電極 /AIN/ PI 柔性襯底基片的太陽(yáng)能柔性電池。
[0007]其中，所述的磁控濺射用金屬鋁靶材的純度為99. 99%。
[0008]所述的InxGahN量子阱本征晶體薄膜，χ在0~1間任意取值。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是：
本發(fā)明的 Al 電極 /GZO /P 型 nc-Si :Η/Ι 層本征 InxGai_xN/N 型 nc_Si :H/GZ0 /Al 背電極/AIN/ PI柔性襯底基片的太陽(yáng)能柔性電池，所采用的柔性襯底為PI，此柔性太陽(yáng)能電池最大的特點(diǎn)是重量輕、攜帶方便、不易粉碎，其重量比功率和體積比功率較其它種類的電池高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。具有很好的柔性，可以任意卷曲、裁剪和粘貼；本發(fā)明還改變了 I層材料和結(jié)構(gòu)，引入具有帶隙可調(diào)的InxGahN量子阱本征晶體薄膜作為I層，InxGai_xN材料具有穩(wěn)定好，耐腐蝕且具有隧穿勢(shì)壘以及低的光損系數(shù)，提高了電池的轉(zhuǎn)化效率；本發(fā)明還在Al背電極和N型Si基薄膜之間加入GZO透明導(dǎo)電薄膜，GZO —方面作為緩沖層，GZO另一方面作為透明導(dǎo)電電極，增加了薄膜太陽(yáng)能電池的透光率同時(shí)提高了透明電極的耐腐蝕性能，使得薄膜太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率得到了很大的提高；本發(fā)明還采用AlN作為絕緣層，其晶格失配率相差很小，還制備出質(zhì)量均勻的Al背電極。
[0010]綜上，本發(fā)明的可調(diào)帶隙量子阱結(jié)構(gòu)的柔性襯底太陽(yáng)能電池具有優(yōu)異的柔軟性，重量輕，攜帶方便，具有產(chǎn)業(yè)化潛力和市場(chǎng)空間，而且制備工藝簡(jiǎn)單，能實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖I是本發(fā)明的可調(diào)帶隙量子阱結(jié)構(gòu)的柔性襯底太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)圖；
圖2是本發(fā)明的可調(diào)帶隙量子阱結(jié)構(gòu)的柔性襯底太陽(yáng)能電池的制備流程圖；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例I中的InxGahN量子阱本征晶體薄膜的原子力顯微鏡（AFM)圖
片;
圖4是本發(fā)明實(shí)施例I中的P型nc- Si:H薄膜的X射線光電子能譜分析（XPS)圖；
圖5是本發(fā)明實(shí)施例I中的P型nc- Si :H薄膜的Raman譜線；
圖6是本發(fā)明實(shí)施例I中的P型nc- Si :H薄膜的的原子力顯微鏡（AFM)圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0013]本發(fā)明中采用RENISHAW in Via Raman Microscope光譜儀測(cè)試沉積薄膜的Raman光譜，激光光源為632. 8nm的Ne-He激光器，激光功率為35mW，分辨率為2 μ m ;
本發(fā)明中XPS采用的是美國(guó)Thermo VG公司生產(chǎn)的型號(hào)為ESCALAB250的多功能表面分析系統(tǒng)。X射線源為Al靶K α (I486. 6eV)線；
本發(fā)明利用的原子力顯微鏡（AFM)的型號(hào)是Picoscan 2500，產(chǎn)于Agilent公司。在正常室溫的測(cè)試條件下對(duì)薄膜樣品的形貌進(jìn)行了測(cè)試與分析。樣品的測(cè)試分析區(qū)域是2μρηχ2βΜ。
[0014]實(shí)施例I
本實(shí)施例的可調(diào)帶隙量子阱結(jié)構(gòu)的柔性襯底太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)圖如圖I所示，制備方法是:
(1)將PI襯底基片用去離子水超聲波清洗5min后，用N2吹干送入磁控濺射反應(yīng)室，在9. 0X10—4 Pa真空的條件下，以金屬鋁為靶材，金屬鋁的純度為99. 99%，以Ar和N2混合氣體作為反應(yīng)源，Ar和N2流量比6:1，將柔性PI襯底基片加熱到100°C，沉積制備AlN絕緣層，沉積時(shí)間為30min ；
(2)在磁控濺射制備中繼續(xù)制備金屬Al背電極，以氬氣作為氣體反應(yīng)源，控制氬氣流量為lOsccm，襯底溫度為50°C，沉積時(shí)間為3min，此時(shí)的結(jié)構(gòu)是Al背電極/AlN絕緣層/ PI柔性襯底；
(3)采用ECR-PEMOCVD制備GZO基透明導(dǎo)電薄膜，將沉積有AlN絕緣層和Al背電極的柔性PI襯底基片于反應(yīng)室內(nèi)加熱到200°C，向反應(yīng)室中通入Ar攜帶的TMGa、二 DEZn和02，TMGa,DEZn和O2的流量比為1:2:80，控制微波功率為650W，沉積氣壓為O. 8Pa，沉積時(shí)間為lOmin，此時(shí)的結(jié)構(gòu)是GZO基透明導(dǎo)電薄膜/Al背電極/AIN/ PI柔性襯底基片；
(4)繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備N(xiāo)型nc_Si:H薄膜，向反應(yīng)室中通入Ar稀釋的SiH4以及H2稀釋的PH3, Ar稀釋的SiH4流量為5sCCm，H2稀釋的PH3流量為為O. 5sccm,H2流量為25sccm,控制沉積溫度為250°C，微波功率為650W，沉積氣壓為O. 8Pa，沉積時(shí)間為30min，此時(shí)的結(jié)構(gòu)是N型nc-Si:H/GZ0 /Al背電極/AIN / PI柔性襯底基片；
(5)繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備帶隙可調(diào)的InxGai_xN量子阱本征晶體薄膜，向反應(yīng)室中通入H2稀釋的TMGa和TMIn，TMGa和TMIn流量比為2:1，N2流量為80sccm，沉積溫度為300°C，微波功率為650W，沉積氣壓為O. 9Pa，沉積時(shí)間為40min，此時(shí)結(jié)構(gòu)是I層本征InxGai_xN/N型nc-Si :H/GZ0 /Al背電極/AlN絕緣層/ PI柔性襯底基片；
采用原子力顯微鏡對(duì)InxGahN量子阱本征晶體薄膜的形貌進(jìn)行了測(cè)試分析，結(jié)果如圖3所示，由圖3可以看出InxGahN量子阱本征晶體薄膜形貌很平整，晶粒分布很均勻；
(6)繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備P型nc-Si :H薄膜，向反應(yīng)室中通入Ar稀釋的SiH4以及H2稀釋的B2H6, Ar稀釋的SiH4流量為5sCCm，為H2稀釋的B2H6流量為O. 3sccm,H2流量為25sccm，沉積溫度為250°C，微波功率為650W，沉積氣壓為O. 8?I. 2Pa，沉積時(shí)間為30min，此時(shí)結(jié)構(gòu)是P型nc- Si : H/1層本征InxGai_xN/N型nc-Si : GZO H/GZ0 Al背電極/AlN絕緣層/ PI柔性襯底基片；
采用XPS分析設(shè)備對(duì)得到P型nc- Si: H薄膜進(jìn)行測(cè)試分析，結(jié)果如圖4所示，由圖4可以看出P型nc- Si :H薄膜性能良好,繼續(xù)采用Raman光譜儀對(duì)P型nc- Si :H薄膜的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了測(cè)試分析，結(jié)果如圖5所示，由圖5可以看出P型nc- Si :H薄膜的結(jié)構(gòu)性能良好，繼續(xù)采用原子力顯微鏡對(duì)P型nc- Si :H薄膜的形貌進(jìn)行了測(cè)試分析，結(jié)果如圖6所示，由圖6可以看出B摻雜P型Si薄膜形貌很平整，晶粒分布很均勻；
(7)繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備GZO基透明導(dǎo)電薄膜，向反應(yīng)室中通入Ar攜帶的TMGa、DEZn和02，TMGa、DEZn和氧氣O2的流量比為1:2:80，沉積溫度為200°C，微波功率為650W，沉積氣壓為0. 8Pa，沉積時(shí)間為lOmin，此時(shí)結(jié)構(gòu)是GZO /P型nc_Si:H/I層本征InxGai_xN/N型nc-Si:H/GZ0 /Al背電極/AIN/ PI柔性襯底基片；
(8)最后采用磁控濺射反應(yīng)室制備金屬Al電極，以Ar作為氣體反應(yīng)源，Ar流量為lOsccm，襯底溫度為50°C，沉積時(shí)間為:TlOmin，最終得到結(jié)構(gòu)為Al電極/GZO /P型nc-Si :H/I層本征InxGai_xN/N型nc_Si :H/GZ0 /Al背電極/AIN/ PI柔性襯底基片的太陽(yáng)能柔性電池。
[0015]實(shí)施例2
本實(shí)施例的可調(diào)帶隙量子阱結(jié)構(gòu)的柔性襯底太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)圖如圖I所示，制備方法是：
(1)將PI襯底基片用去離子水超聲波清洗5min后，用N2吹干送入磁控濺射反應(yīng)室，在9. 0X10—4 Pa真空的條件下，以金屬鋁為靶材，金屬鋁的純度為99. 99%，以Ar和N2混合氣體作為反應(yīng)源，Ar和N2流量比7: 1，將柔性PI襯底基片加熱到120°C，沉積制備AlN絕緣層，沉積時(shí)間為40min ；
(2)在磁控濺射制備中繼續(xù)制備金屬Al背電極，以氬氣作為氣體反應(yīng)源，控制氬氣流量為15SCCm，襯底溫度為100°C，沉積時(shí)間為6min，此時(shí)的結(jié)構(gòu)是Al背電極/AlN絕緣層/PI柔性襯底；
(3)采用ECR-PEMOCVD制備GZO基透明導(dǎo)電薄膜，將沉積有AlN絕緣層和Al背電極的柔性PI襯底基片于反應(yīng)室內(nèi)加熱到280°C，向反應(yīng)室中通入Ar攜帶的TMGa、二 DEZn和02，TMGa,DEZn和O2的流量比為1:2:80，控制微波功率為650W，沉積氣壓為I. OPa，沉積時(shí)間為15min，此時(shí)的結(jié)構(gòu)是GZO基透明導(dǎo)電薄膜/Al背電極/AIN/ PI柔性襯底基片；
(4)繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備N(xiāo)型nc_Si:H薄膜，向反應(yīng)室中通入Ar稀釋的SiH4以及H2稀釋的PH3, Ar稀釋的SiH4流量為6sCCm，H2稀釋的PH3流量為為2sCCm，H2流量為30sccm,控制沉積溫度為300°C，微波功率為650W，沉積氣壓為I. 2Pa，沉積時(shí)間為40min，此時(shí)的結(jié)構(gòu)是N型nc-Si:H/GZ0 /Al背電極/AIN / PI柔性襯底基片；
(5)繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備帶隙可調(diào)的InxGai_xN量子阱本征晶體薄膜，向反應(yīng)室中通入H2稀釋的TMGa和TMIn，TMGa和TMIn流量比為2:1，N2流量為90sccm，沉積溫度為240°C，微波功率為650W，沉積氣壓為l.OPa，沉積時(shí)間為50min，此時(shí)結(jié)構(gòu)是I層本征InxGai_xN/N型nc-Si :H/GZ0 /Al背電極/AlN絕緣層/ PI柔性襯底基片；
(6)繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備P型nc-Si :H薄膜，向反應(yīng)室中通入Ar稀釋的SiH4以及H2稀釋的B2H6, Ar稀釋的SiH4流量為6sCCm，為H2稀釋的B2H6流量為2sCCm，H2流量為25sccm，沉積溫度為300°C，微波功率為650W，沉積氣壓為I. OPa,沉積時(shí)間為50min，此時(shí)結(jié)構(gòu)是P型nc- Si :H/I層本征InxGai_xN/N型nc-Si : GZO H/GZ0 Al背電極/AlN絕緣層/PI柔性襯底基片；
(7)繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備GZO基透明導(dǎo)電薄膜，向反應(yīng)室中通入Ar攜帶的TMGa、DEZn和02，TMGa、DEZn和氧氣O2的流量比為1:2:80，沉積溫度為250°C，微波功率為650W，沉積氣壓為I. IPa，沉積時(shí)間為15min，此時(shí)結(jié)構(gòu)是GZO /P型nc_Si:H/I層本征InxGai_xN/N型nc-Si:H/GZ0 /Al背電極/AIN/ PI柔性襯底基片；
(8)最后采用磁控濺射反應(yīng)室制備金屬Al電極，以Ar作為氣體反應(yīng)源，Ar流量為12SCCm，襯底溫度為100°C，沉積時(shí)間為5min，最終得到結(jié)構(gòu)為Al電極/GZO /P型nc-Si:H/I層本征InxGai_xN/N型nc-Si : H/GZ0 /Al背電極/AIN/ PI柔性襯底基片的太陽(yáng)能柔性電池。
[0016] 實(shí)施例3
本實(shí)施例的可調(diào)帶隙量子阱結(jié)構(gòu)的柔性襯底太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)圖如圖I所示，制備方法是：
(1)將PI襯底基片用去離子水超聲波清洗5min后，用N2吹干送入磁控濺射反應(yīng)室，在9. 0X10—4 Pa真空的條件下，以金屬鋁為靶材，金屬鋁的純度為99. 99%，以Ar和N2混合氣體作為反應(yīng)源，Ar和N2流量比9:1，將柔性PI襯底基片加熱到200°C，沉積制備AlN絕緣層，沉積時(shí)間為60min ；
(2)在磁控濺射制備中繼續(xù)制備金屬Al背電極，以氬氣作為氣體反應(yīng)源，控制氬氣流量為20SCCm，襯底溫度為150°C，沉積時(shí)間為lOmin，此時(shí)的結(jié)構(gòu)是Al背電極/AlN絕緣層/PI柔性襯底；
(3)采用ECR-PEMOCVD制備GZO基透明導(dǎo)電薄膜，將沉積有AlN絕緣層和Al背電極的柔性PI襯底基片于反應(yīng)室內(nèi)加熱到280°C，向反應(yīng)室中通入Ar攜帶的TMGa、二 DEZn和02，TMGa,DEZn和O2的流量比為1:2:80，控制微波功率為650W，沉積氣壓為I. 2Pa，沉積時(shí)間為20min，此時(shí)的結(jié)構(gòu)是GZO基透明導(dǎo)電薄膜/Al背電極/AIN/ PI柔性襯底基片；
(4)繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備N(xiāo)型nc_Si:H薄膜，向反應(yīng)室中通入Ar稀釋的SiH4以及H2稀釋的PH3, Ar稀釋的SiH4流量為8sCCm，H2稀釋的PH3流量為為5sCCm，H2流量為40sccm,控制沉積溫度為350°C，微波功率為650W，沉積氣壓為I. OPa,沉積時(shí)間為80min，此時(shí)的結(jié)構(gòu)是N型nc-Si:H/GZ0 /Al背電極/AIN / PI柔性襯底基片；
(5)繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備帶隙可調(diào)的InxGai_xN量子阱本征晶體薄膜，向反應(yīng)室中通入H2稀釋的TMGa和TMIn，TMGa和TMIn流量比為2:1，N2流量為120sccm，沉積溫度為200°C，微波功率為650W，沉積氣壓為1.4Pa，沉積時(shí)間為60min，此時(shí)結(jié)構(gòu)是I層本征InxGai_xN/N型nc-Si :H/GZ0 /Al背電極/AlN絕緣層/ PI柔性襯底基片；
(6)繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備P型nc-Si :H薄膜，向反應(yīng)室中通入Ar稀釋的SiH4以及H2稀釋的B2H6, Ar稀釋的SiH4流量為8sCCm，為H2稀釋的B2H6流量為8sCCm，H2流量為25sccm，沉積溫度為350°C，微波功率為650W，沉積氣壓為I. 2Pa，沉積時(shí)間為80min，此時(shí)結(jié)構(gòu)是P型nc- Si :H/I層本征InxGai_xN/N型nc-Si : GZO H/GZ0 Al背電極/AlN絕緣層/PI柔性襯底基片；
(7)繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備GZO基透明導(dǎo)電薄膜，向反應(yīng)室中通入Ar攜帶的TMGa、DEZn和02，TMGa、DEZn和氧氣O2的流量比為1:2:80，沉積溫度為400°C，微波功率為650W，沉積氣壓為I. 2Pa，沉積時(shí)間為20min，此時(shí)結(jié)構(gòu)是GZO /P型nc_Si:H/I層本征InxGai_xN/N型nc-Si:H/GZ0 /Al背電極/AIN/ PI柔性襯底基片；
(8)最后采用磁控濺射反應(yīng)室制備金屬Al電極，以Ar作為氣體反應(yīng)源，Ar流量為20SCCm，襯底溫度為150°C，沉積時(shí)間為lOmin，最終得到結(jié)構(gòu)為Al電極/GZO /P型nc-Si :H/I層本征InxGai_xN/N型nc_Si :H/GZ0 /Al背電極/AIN/ PI柔性襯底基片的太陽(yáng)能柔性電池。
[0017]實(shí)施例4
本實(shí)施例的可調(diào)帶隙量子阱結(jié)構(gòu)的柔性襯底太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)圖如圖I所示，制備方法是：
(1)將PI襯底基片用去離子水超聲波清洗5min后，用N2吹干送入磁控濺射反應(yīng)室，在9. 0X10—4 Pa真空的條件下，以金屬鋁為靶材，金屬鋁的純度為99. 99%，以Ar和N2混合氣體作為反應(yīng)源，Ar和N2流量比4:1，將柔性PI襯底基片加熱到180°C，沉積制備AlN絕緣層，沉積時(shí)間為50min ；
(2)在磁控濺射制備中繼續(xù)制備金屬Al背電極，以氬氣作為氣體反應(yīng)源，控制氬氣流量為12SCCm，襯底溫度為80°C，沉積時(shí)間為4min，此時(shí)的結(jié)構(gòu)是Al背電極/AlN絕緣層/ PI柔性襯底；
(3)采用ECR-PEMOCVD制備GZO基透明導(dǎo)電薄膜，將沉積有AlN絕緣層和Al背電極的柔性PI襯底基片于反應(yīng)室內(nèi)加熱到250°C，向反應(yīng)室中通入Ar攜帶的TMGa、二 DEZn和02，TMGa,DEZn和O2的流量比為1:2:80，控制微波功率為650W，沉積氣壓為0. 9Pa，沉積時(shí)間為18min，此時(shí)的結(jié)構(gòu)是GZO基透明導(dǎo)電薄膜/Al背電極/AIN/ PI柔性襯底基片；
(4)繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備N(xiāo)型nc_Si:H薄膜，向反應(yīng)室中通入Ar稀釋的SiH4以及H2稀釋的PH3, Ar稀釋的SiH4流量為6sCCm，H2稀釋的PH3流量為為lsccm，H2流量為25sccm,控制沉積溫度為320°C，微波功率為650W，沉積氣壓為I. OPa,沉積時(shí)間為80min，此時(shí)的結(jié)構(gòu)是N型nc-Si:H/GZO /Al背電極/AIN / PI柔性襯底基片；
(5)繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備帶隙可調(diào)的InxGai_xN量子阱本征晶體薄膜，向反應(yīng)室中通入H2稀釋的TMGa和TMIn，TMGa和TMIn流量比為2:1，N2流量為115sccm，沉積溫度為240°C，微波功率為650W，沉積氣壓為l.OPa，沉積時(shí)間為55min，此時(shí)結(jié)構(gòu)是I層本征InxGai_xN/N型nc-Si :H/GZ0 /Al背電極/AlN絕緣層/ PI柔性襯底基片；
(6)繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備P型nc-Si :H薄膜，向反應(yīng)室中通入Ar稀釋的SiH4以及H2稀釋的B2H6, Ar稀釋的SiH4流量為7sCCm，為H2稀釋的B2H6流量為4sCCm，H2流量為25sccm，沉積溫度為260°C，微波功率為650W，沉積氣壓為I. 2Pa，沉積時(shí)間為50min，此時(shí)結(jié)構(gòu)是P型nc- Si :H/I層本征InxGai_xN/N型nc-Si : GZO H/GZ0 Al背電極/AlN絕緣層/PI柔性襯底基片；
(7)繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備GZO基透明導(dǎo)電薄膜，向反應(yīng)室中通入Ar攜帶的TMGa、DEZn和02，TMGa、DEZn和氧氣O2的流量比為1:2:80，沉積溫度為290°C，微波功率為650W，沉積氣壓為I. IPa，沉積時(shí)間為14min，此時(shí)結(jié)構(gòu)是GZO /P型nc_Si:H/I層本征InxGai_xN/N型nc-Si:H/GZ0 /Al背電極/AIN/ PI柔性襯底基片；
(8)最后采用磁控濺射反應(yīng)室制備金屬Al電極，以Ar作為氣體反應(yīng)源，Ar流量為20SCCm，襯底溫度為110°C，沉積時(shí)間為9min，最終得到結(jié)構(gòu)為Al電極/GZO /P型nc-Si:H/I層本征InxGai_xN/N型nc-Si : H/GZ0 /Al背電極/AIN/ PI柔性襯底基片的太陽(yáng)能柔性電池。
[0018] 實(shí)施例5
本實(shí)施例的可調(diào)帶隙量子阱結(jié)構(gòu)的柔性襯底太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)圖如圖I所示，制備方法是：
(1)將PI襯底基片用去離子水超聲波清洗5min后，用N2吹干送入磁控濺射反應(yīng)室，在
9.0X10—4 Pa真空的條件下，以金屬鋁為靶材，金屬鋁的純度為99. 99%，以Ar和N2混合氣體作為反應(yīng)源，Ar和N2流量比10:1，將柔性PI襯底基片加熱到120°C，沉積制備AlN絕緣層，沉積時(shí)間為30min ；
(2)在磁控濺射制備中繼續(xù)制備金屬Al背電極，以氬氣作為氣體反應(yīng)源，控制氬氣流量為15SCCm，襯底溫度為50°C，沉積時(shí)間為lOmin，此時(shí)的結(jié)構(gòu)是Al背電極/AlN絕緣層/PI柔性襯底；
(3)采用ECR-PEMOCVD制備GZO基透明導(dǎo)電薄膜，將沉積有AlN絕緣層和Al背電極的柔性PI襯底基片于反應(yīng)室內(nèi)加熱到300°C，向反應(yīng)室中通入Ar攜帶的TMGa、二 DEZn和02，TMGa,DEZn和O2的流量比為1:2:80，控制微波功率為650W，沉積氣壓為I. 2Pa，沉積時(shí)間為20min，此時(shí)的結(jié)構(gòu)是GZO基透明導(dǎo)電薄膜/Al背電極/AIN/ PI柔性襯底基片；
(4)繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備N(xiāo)型nc_Si:H薄膜，向反應(yīng)室中通入Ar稀釋的SiH4以及H2稀釋的PH3, Ar稀釋的SiH4流量為5. 5sccm, H2稀釋的PH3流量為為3sCCm，H2流量為25sccm,控制沉積溫度為320°C，微波功率為650W，沉積氣壓為0. 8Pa，沉積時(shí)間為80min，此時(shí)的結(jié)構(gòu)是N型nc-Si:H/GZ0 /Al背電極/AIN / PI柔性襯底基片；
(5)繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備帶隙可調(diào)的InxGai_xN量子阱本征晶體薄膜，向反應(yīng)室中通入H2稀釋的TMGa和TMIn，TMGa和TMIn流量比為2:1，N2流量為80sccm，沉積溫度為200°C，微波功率為650W，沉積氣壓為1.4Pa，沉積時(shí)間為45min，此時(shí)結(jié)構(gòu)是I層本征InxGai_xN/N型nc-Si :H/GZO /Al背電極/AIN絕緣層/ PI柔性襯底基片；
(6)繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備P型nc-Si :H薄膜，向反應(yīng)室中通入Ar稀釋的SiH4以及H2稀釋的B2H6, Ar稀釋的SiH4流量為5sCCm，為H2稀釋的B2H6流量為2sCCm，H2流量為25sccm，沉積溫度為250°C，微波功率為650W，沉積氣壓為O. 8Pa，沉積時(shí)間為50min，此時(shí)結(jié)構(gòu)是P型nc- Si :H/I層本征InxGai_xN/N型nc-Si : GZO H/GZ0 Al背電極/AlN絕緣層/PI柔性襯底基片；
(7)繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備GZO基透明導(dǎo)電薄膜，向反應(yīng)室中通入Ar攜帶的TMGa、DEZn和02，TMGa、DEZn和氧氣O2的流量比為1:2:80，沉積溫度為250°C，微波功率為650W，沉積氣壓為I. IPa，沉積時(shí)間為lOmin，此時(shí)結(jié)構(gòu)是GZO /P型nc_Si:H/I層本征InxGai_xN/N型nc-Si:H/GZ0 /Al背電極/AIN/ PI柔性襯底基片；
(8)最后采用磁控濺射反應(yīng)室制備金屬Al電極，以Ar作為氣體反應(yīng)源，Ar流量為20sccm，襯底溫度為150°C，沉積時(shí)間為5min，最終得到結(jié)構(gòu)為Al電極/GZO /P型nc_Si:H/I層本征InxGai_xN/N型nc-Si : H/GZ0 /Al背電極/AIN/ PI柔性襯底基片的太陽(yáng)能柔性電池。
【權(quán)利要求】
1.一種可調(diào)帶隙量子阱結(jié)構(gòu)的柔性襯底太陽(yáng)能電池，其特征在于是以PI作為柔性襯底，襯底上是AlN絕緣層，AlN絕緣層上方是Al背電極，Al背電極上方是作為緩沖層的GZO基導(dǎo)電薄膜，GZO基導(dǎo)電薄膜上方是N型nc-Si :H薄膜，N型nc_Si :H薄膜上方是I層本征InxGa1^xN薄膜，I層本征InxGa^N薄膜上方是P型nc- Si : H薄膜，P型nc- Si : H薄膜上方是GZO基導(dǎo)電薄膜，GZO基導(dǎo)電薄膜上方是Al金屬電極；具體結(jié)構(gòu)是：A1電極/GZO /P型nc-Si :H/I層本征InxGai_xN/N型nc-Si:H/GZ0 /Al背電極/AIN/ PI柔性襯底，其中I層本征InxGahN薄膜的帶隙寬度可調(diào)且具有量子阱結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)帶隙量子阱結(jié)構(gòu)的柔性襯底太陽(yáng)能電池，其特征在于所述的InxGa1J量子阱本征晶體薄膜，χ在0~1間任意取值。
3.—種如權(quán)利要求1所述的可調(diào)帶隙量子阱結(jié)構(gòu)的柔性襯底太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行： (1)將PI襯底基片用去離子水超聲波清洗后，用N2吹干送入磁控濺射反應(yīng)室，在.9. OX 10_4 Pa真空的條件下，以金屬鋁為靶材，以Ar和N2混合氣體作為反應(yīng)源，Ar和N2流量比（4-10) :1，將柔性PI襯底基片加熱到100-200°C，沉積制備AlN絕緣層，沉積時(shí)間為30~60min ； (2)在磁控濺射制備中繼續(xù)制備金屬Al背電極，以Ar作為氣體反應(yīng)源，以金屬鋁為靶材，控制氬氣流量為lOlOsccm，襯底溫度為50-l50°C，沉積時(shí)間為3~lOmin，此時(shí)的結(jié)構(gòu)是Al背電極/AlN絕緣層/ PI柔性襯底； (3)采用ECR-PEMOCVD制備GZO基透明導(dǎo)電薄膜，將沉積有AlN絕緣層和Al背電極的柔性PI襯底基片于反應(yīng)室內(nèi)加熱到200~400°C，向反應(yīng)室中通入Ar攜帶的三甲基鎵(TMGa)、二乙基鋅（DEZn)和02，TMGa、DEZn和O2的流量比為1:2:80，控制微波功率為650W，沉積氣壓為O. 8^1. 2Pa，沉積時(shí)間為10~20min，此時(shí)的結(jié)構(gòu)是GZO基透明導(dǎo)電薄膜/Al背電極/AIN/ PI柔性襯底基片； (4 )繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備N(xiāo)型nc_Si : H薄膜，向反應(yīng)室中通入Ar稀釋的SiH4以及H2稀釋的PH3, Ar稀釋的SiH4流量為5~8sccm，H2稀釋的PH3流量為為O. 5~5sccm，H2流量為25~40sccm，控制沉積溫度為250~350°C，微波功率為650W，沉積氣壓為O. 8~1. 2Pa，沉積時(shí)間為30~80min，此時(shí)的結(jié)構(gòu)是N型nc-Si:H/GZO /Al背電極/AIN / PI柔性襯底基片; (5)繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備帶隙可調(diào)的InxGai_xN量子阱本征晶體薄膜，向反應(yīng)室中通入H2稀釋的TMGa和三甲基銦（TMIn )，TMGa和TMIn流量比為2:1，N2流量為80-l20sccm，沉積溫度為200~300 °C，微波功率為650W，沉積氣壓為O. 9~I. 4Pa，沉積時(shí)間為40~60min，此時(shí)結(jié)構(gòu)是I層本征InxGai_xN/N型nc_Si :H/GZ0 /Al背電極/AlN絕緣層/ PI柔性襯底基片； (6)繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備P型nc-Si : H薄膜，向反應(yīng)室中通入Ar稀釋的SiH4以及H2稀釋的B2H6, Ar稀釋的SiH4流量為5~8sccm，為H2稀釋的B2H6流量為O. 3~8sccm，H2流量為25sccm，沉積溫度為250°C~350°C，微波功率為650W，沉積氣壓為O. 8Pa~I. 2Pa，沉積時(shí)間為30~80min，此時(shí)結(jié)構(gòu)是P型nc- Si :H/I層本征Ιy^β^Ν/Ν型nc_Si : GZO H/GZO Al背電極/AlN絕緣層/ PI柔性襯底基片； (7)繼續(xù)采用ECR-PEMOCVD制備GZO基透明導(dǎo)電薄膜，向反應(yīng)室中通入Ar攜帶的TMGa、DEZn和02，TMGa,DEZn和氧氣O2的流量比為1:2:80，沉積溫度為200~400°C，微波功率為650W，沉積氣壓為O. 8~I. 2Pa，沉積時(shí)間為10~20min，此時(shí)結(jié)構(gòu)是GZO /P型nc_Si:H/I層本征InxGai_xN/N型nc-Si:H/GZ0 /Al背電極/AIN/ PI柔性襯底基片； (8)最后采用磁控濺射反應(yīng)室制備金屬Al電極，以Ar作為氣體反應(yīng)源，以金屬鋁為靶材，Ar流量為l(T20sccm，襯底溫度為5(Tl50°C，沉積時(shí)間為3~lOmin，最終得到結(jié)構(gòu)為Al電極 /GZO /P 型 nc-Si :H/I 層本征 InxGai_xN/N 型 nc_Si :H/GZO /Al 背電極 /AIN/ PI 柔性襯底基片的太陽(yáng)能柔性電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種可調(diào)帶隙量子阱結(jié)構(gòu)的柔性襯底太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于所述的磁控濺射用金屬鋁靶材的純度為99. 99%。
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK103715284SQ201310742938
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】張鐵巖, 趙琰, 張東, 鞠振河, 鄭洪 , 李昱材, 宋世巍, 王健, 邊繼明, 劉寶丹 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工程學(xué)院