專利名稱：一種非晶硅疊層太陽能電池制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于非晶硅太陽能電池制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種非晶硅疊 層太陽能電池的制備方法。
背景技術(shù)：
能源危機與環(huán)境污染是人類正面臨的重大挑戰(zhàn)，開發(fā)新能源和可再生
清潔能源是21世紀(jì)最具決定影響的技術(shù)領(lǐng)域之一。據(jù)世界能源委員會和國 際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所預(yù)測，全球化石燃料不足使用100年，而且，由于 燃燒化石燃料排放的co2等氣體隨能耗指數(shù)增加，已嚴(yán)重破壞了生態(tài)平 衡。造成了諸如溫室效應(yīng)，酸雨等一系列問題。尋求一種可再生，無污染 的清潔能源成為了一項迫切任務(wù)。太陽能電池正是在這種形勢下發(fā)展起來 的。
太陽能電池根據(jù)所用材料的不同，可分為(l)硅太陽能電池；(2)以無機 鹽如砷化鎵III一 IV族化合物.硫化鎘，銅銦硒等多種化合物為材料的電 池；(3)納米晶太陽電池。在各類電池中，因為硅是地球上儲量第二大元素， 作為半導(dǎo)體材料，人們對它的研究最多，且其性能穩(wěn)定，無毒，無污染.因 此硅系列電池技術(shù)比較成熟，且已具有商業(yè)價值.在硅系列太陽電池中， 單晶硅轉(zhuǎn)化效率高，但成本高，限制了它的應(yīng)用，而非晶硅在可見光內(nèi)有 較高的吸收系數(shù)，可實現(xiàn)低成本的大面積薄膜沉積，使之較單晶硅太陽電 池有更為廣闊的應(yīng)用前景。
對于單結(jié)太陽能電池，即便是用晶體材料制備的，其轉(zhuǎn)換效率的理論 極限一般在AM1.5的光照條件下也只有25%左右。這是因為，太陽光譜的 能量分布較寬，兩任何一種半導(dǎo)體只能吸收其中能量比自己帶隙值高的光子。其余的光子不是穿過電池被背面金屬吸收轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，就是將能量?遞給電池材料本身的原子，使材料發(fā)熱。這些能量都不能通過產(chǎn)生光生載 流子變成電能。不僅如此，這些光子產(chǎn)生的熱效應(yīng)還會升高電池工作溫度 而使電池性能下降。
疊層a-Si:H太陽電池能提高效率、解決單結(jié)電池存在的穩(wěn)定性問題，
這是因為
(1) 疊層電池把不同禁帶寬度的材料組合在一起，加寬了光譜響應(yīng)的范圍。
(2) 頂電池的i層較薄，以致光照后產(chǎn)生的空間電荷對i層電場的調(diào)制
己不明顯，i層中電場強度分布變化不大.仍是高場區(qū)，有源區(qū)上的這種高 電場顯然足以把i層中的光生載流子有效抽出，從而阻止光致衰退的發(fā)生。
C3)底電池產(chǎn)生的光生載流子約為單結(jié)電池的一半，底電池的光致衰退
效應(yīng)較小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種非晶硅疊層太陽能電池制備方法，該方法 可以提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，使之有利于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
(1) 清洗基片；
(2) 在基片上制備P型非晶碳化硅薄膜；其中通入的各氣體流量為 B2H6:25 35sccm, CH4:25~35sccm, SiH4:35 45sccm,射頻功率為80 150W， 襯底溫度為180 24(TC;
(3) 在P型非晶碳化硅薄膜制備I型非晶硅薄膜，其中通入的各氣體流 量為SiH4:25 35sccm,射頻功率為80 150W，襯底溫度為180 240°C ;
(4) 在I型非晶硅薄膜上制備N型微晶硅薄膜，其中通入的各氣體流 量為PH3:25~35sccm，SiH4:15 25sccm,射頻功率為80 150W，襯底溫度為 180~240°C;
(5) 在N型非晶硅薄膜上制備P型非晶碳化硅薄膜，其中通入的各氣體流量為B2H6:40~50sccm, CH4:20 30sccm， SiH4:15~25sccm，射頻功率為 80~150W，襯底溫度為180 240。C;
(6) 在P型非晶碳化硅薄膜制備1型非晶硅薄膜，其中通入的各氣體流 量為SiH4: 25 35sccm，射頻功率為80 150W，襯底溫度為180 240。C;
(7) 在I型非晶硅薄膜制備N型微晶硅薄膜，其中通入的各氣體流量 為PH3: 25 35sccm， SiH4:15~25sccm,射頻功率為80 150W，襯底溫度為 180 240°C;
(8) 在N型微晶硅薄膜上制備P型非晶碳化硅薄膜，其中通入的各氣 體流量為B2H6:40 50sccm, CH4:20~30sccm, SiH4: 15 25sccm,射頻功率為 80 150W，襯底溫度為l 80-240°C;
(9) 在P型非晶碳化硅薄膜上制備I型非晶硅薄膜，其中通入的各氣體 流量為SiH4: 25 35sccm,射頻功率為80 150W，襯底溫度為180 240°C ;
(10) 制備N型微晶硅薄膜，其中通入的各氣體流量為PH3: 25~35sccm, SiH4: 15 25sccm,射頻功率為80 150W ， 襯底溫度為 賜 240。C;
(11)用電阻蒸發(fā)式真空鍍鋁設(shè)備來蒸鍍鋁底電極，其中本底真空度 為10^Pa —"Pa,濺射時間為2分鐘 4分鐘，電壓為150 V 175V。
本發(fā)明涉及非晶硅疊層太陽能電池制備工藝技術(shù)。此疊層太陽能電池 最大的特點是把不同禁帶寬度的材料組合在一起，加寬了光譜響應(yīng)的范圍 并有效阻止光致衰退的發(fā)生。本發(fā)明采用"玻璃襯底/TCO (透明導(dǎo)電薄膜) /頂層PIN非晶硅薄膜/第二層PIN非晶硅薄膜/第三層PIN非晶硅薄膜/ Al底 電極"結(jié)構(gòu)的太陽能電池模型，并且使用透明導(dǎo)電ZnO薄膜作為前電極。采 用六室連續(xù)等離子增強化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)制備此太陽能電池的各層薄膜。 在制備該電池的過程中，通過不斷的工藝優(yōu)化，改善了電池的轉(zhuǎn)換效率和 穩(wěn)定性，同時改進(jìn)了清洗方式。提供了一種完整的具有產(chǎn)業(yè)化潛力的非晶 硅疊層太陽能電池的制備工藝。該工藝可以提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效 率，使之有利于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
具體實施例方式
本發(fā)明采用"玻璃襯底/TCO (透明導(dǎo)電薄膜)/頂層PIN非晶硅薄膜/第 二層PIN非晶硅薄膜/第三層PIN非晶硅薄膜/ Al底電極"結(jié)構(gòu)的疊層太陽能 電池模型。所涉及制造工藝技術(shù)分為三部分，
下面通過借助實施例將更加詳細(xì)說明本發(fā)明。 實例l:
本發(fā)明實例，禾IJ用利用PECVD (等離子增強化學(xué)氣相淀積)技術(shù)制備 各薄膜層，具體包括下述步驟
(1) 清洗基片
(2) 在基片上制備P型非晶碳化硅薄膜，其中通入的各氣體流量為
B2H6:30sccm， CH4:30sccm， SiH4:45sccm，射頻功率為120W，襯底溫度為 230 °C;
(3) 在P型非晶碳化硅薄膜制備I型非晶硅薄膜，其中通入的各氣體流 量為SiH4:30sccm,射頻功率為120W，襯底溫度為22(TC;
(4) 在I型非晶硅薄膜上制備N型微晶硅薄膜，其中通入的各氣體流 量為PH3:25sccm, SiH4:20sccm,射頻功率為120W，襯底溫度為22(TC;
(5) 在N型微晶硅薄膜制備P型非晶碳化硅薄膜，其中通入的各氣體 流量為B2H6:45sccm, CH4:25sccm, SiH4:20sccm,射頻功率為120W，襯底溫 度為22(TC;
(6) 在P型非晶碳化硅薄膜上制備I型非晶硅薄膜，其中通入的各氣體 流量為SiH4:35sccm,射頻功率為150W，襯底溫度為180。C;
(7) 在I型非晶硅薄膜上制備N型微晶硅薄膜，其中通入的各氣體流 量為PH3:35sccm， SiH4:20sccm,射頻功率為80W，襯底溫度為22(TC;
(8) 在N型微晶硅薄膜上制備P型非晶碳化硅薄膜，其中通入的各氣 體流量為B2H6:45sccm, CH4:25sccm, SiH4:20sccm,射頻功率為120W，襯底 溫度為18CTC;
(9) 在P型非晶碳化硅薄膜上制備I型非晶硅薄膜，其中通入的各氣體流量為SiH4:30sccm，射頻功率為100W，襯底溫度為22(TC;
(10)在I型非晶硅薄膜上制備N型微晶硅薄膜，其中通入的各氣體流
量為PH3:35sccm, SiH4:20sccm,射頻功率為120W，襯底溫度為22(TC; (11)在N型微晶硅薄膜上制備鋁電極 其中本底真空度10-spa,濺射時間2分鐘，電壓為200V。
實例2:
(1) 清洗基片
(2) 在基片上制備P型非晶碳化硅薄膜，其中通入的各氣體流量為 B2H6:25sccm， CH4:35sccm, SiH4:40sccm,射頻功率為100W，襯底溫度為 20°C;
(3) 在P型非晶碳化硅薄膜制備I型非晶硅薄膜，其中通入的各氣體流 量為SiH4:25sccm,射頻功率為100W，襯底溫度為20(TC;
(4) 術(shù)在I型非晶硅薄膜上制備N型微晶硅薄膜，其中通入的各氣體 流量為PH3:30sccm，SiH4:15sccm,射頻功率為100W，襯底溫度為200。C;
(5) 在N型微晶硅薄膜制備P型非晶碳化硅薄膜，其中通入的各氣體 流量為B2H6:50sccm, CH4:20sccm，SiH4:15sccm,射頻功率為100W，襯底溫 度為21(TC;
(6) 在P型非晶碳化硅薄膜上制備I型非晶硅薄膜，其中通入的各氣體 流量為SiH4:30sccm,射頻功率為100W，襯底溫度為21(TC;
(7) 在I型非晶硅薄膜上制備N型微晶硅薄膜，其中通入的各氣體流 量為PH3:30sccm, SiH4:15sccm，射頻功率為100W，襯底溫度為200。C;
(8) 在N型微晶硅薄膜上制備P型非晶碳化硅薄膜，其中通入的各氣 體流量為B2H6:50sccm, CH4:20sccm, SiH4:15sccm,射頻功率為100W，襯底 溫度為21(TC;
(9) 在P型非晶碳化硅薄膜上制備I型非晶硅薄膜，其中通入的各氣體 流量為SiH4:25sccm,射頻功率為80W，襯底溫度為20(TC;
(10) 在I型非晶硅薄膜上制備N型微晶硅薄膜，其中通入的各氣體流
8量為PH3:30sccm, SiH4:15sccm,射頻功率為100W，襯底溫度為200。C; (11)在N型微晶硅薄膜上制備鋁電極 其中本底真空度10—卞a，濺射時間2分鐘，電壓為175V。
以上所述為本發(fā)明的較佳實施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實施 例所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修 改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1、一種非晶硅疊層太陽能電池制備方法，包括下述步驟(1)清洗基片；(2)在基片上制備P型非晶碳化硅薄膜；其中通入的各氣體流量為B2H625～35sccm，CH425～35sccm，SiH435～45sccm，射頻功率為80～150W，襯底溫度為180～240℃；(3)在P型非晶碳化硅薄膜制備I型非晶硅薄膜，其中通入的各氣體流量為SiH425～35sccm，射頻功率為80～150W，襯底溫度為180～240℃；(4)在I型非晶硅薄膜上制備N型微晶硅薄膜，其中通入的各氣體流量為PH325～35sccm，SiH415～25sccm，射頻功率為80～150W，襯底溫度為180～240℃；(5)在N型非晶硅薄膜上制備P型非晶碳化硅薄膜，其中通入的各氣體流量為B2H640～50sccm，CH420～30sccm，SiH415～25sccm，射頻功率為80～150W，襯底溫度為180～240℃；(6)在P型非晶碳化硅薄膜制備I型非晶硅薄膜，其中通入的各氣體流量為SiH425～35sccm，射頻功率為80～150W，襯底溫度為180～240℃；(7)在I型非晶硅薄膜制備N型微晶硅薄膜，其中通入的各氣體流量為PH325～35sccm，SiH415～25sccm，射頻功率為80～150W，襯底溫度為180～240℃；(8)在N型微晶硅薄膜上制備P型非晶碳化硅薄膜，其中通入的各氣體流量為B2H640～50sccm，CH420～30sccm，SiH415～25sccm，射頻功率為80～150W，襯底溫度為180～240℃；(9)在P型非晶碳化硅薄膜上制備I型非晶硅薄膜，其中通入的各氣體流量為SiH425～35sccm，射頻功率為80～150W，襯底溫度為180～240℃；(10)制備N型微晶硅薄膜，其中通入的各氣體流量為PH325～35sccm，SiH415～25sccm，射頻功率為80～150W，襯底溫度為180～240℃；(11)用電阻蒸發(fā)式真空鍍鋁設(shè)備來蒸鍍鋁底電極，其中本底真空度為10-3Pa～-4Pa，濺射時間為2分鐘～4分鐘，電壓為150V～175V。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非晶硅疊層薄膜太陽能電池的制備工藝，該電池采用“玻璃襯底/TCO(透明導(dǎo)電薄膜)/頂層PIN非晶硅薄膜/第二層PIN非晶硅薄膜/第三層PIN非晶硅薄膜/Al底電極”結(jié)構(gòu)的太陽能電池模型。其主要工藝步驟為(1)清洗基片；(2)制備TCO(透明導(dǎo)電薄膜)；(3)制備頂層PIN非晶硅薄膜；(4)制備第二層PIN非晶硅薄膜；(5)制備第三層PIN非晶硅薄膜；(6)制備Al電極。此疊層太陽能電池最大的特點在于把不同禁帶寬度的材料組合在一起，加寬了光譜響應(yīng)的范圍并有效阻止光致衰退的發(fā)生，使得電池的光電轉(zhuǎn)換效率及穩(wěn)定性得到提高。同時制備工藝簡單，可實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號H01L31/18GK101431128SQ20081023669
公開日2009年5月13日 申請日期2008年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月2日
發(fā)明者宋志成, 瑜 曾, 曾祥斌, 王慧娟, 趙伯芳, 陸晶晶 申請人:華中科技大學(xué)