專利名稱：一種改善硅薄膜太陽能電池微結(jié)構(gòu)和電學性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種改善硅薄膜太陽能電池微結(jié)構(gòu)和 電學性能的方法。
背景技術(shù)：
能源缺乏、全球氣候變暖以及環(huán)境污染的日益嚴重，促進了可再生能源的快速發(fā) 展，太陽能光伏發(fā)電的利用是未來理想能源之一。十年來，太陽能電池的產(chǎn)量每年以30%以 上的速度增長，電池發(fā)電成本也快速降低，我國提出到2012年將太陽能電池生產(chǎn)成本降低 到1元每度，從而為太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用創(chuàng)造良好的市場前景。目前太陽能電池中占主要地位的是單晶硅和多晶硅太陽能電池，但原材料的短 缺、能耗較高等因素，導(dǎo)致其成本比較高；硅薄膜太陽能電池起步比較晚，但是具有成本優(yōu) 勢，近來發(fā)展迅猛。其中硅薄膜太陽能電池采用低溫工藝(200°C)，不僅可節(jié)約能耗，而且 便于采用玻璃、不銹鋼、塑料等廉價襯底；硅薄膜太陽能電池采用氣體輝光放電分解沉積， 容易實現(xiàn)單結(jié)及各種疊層結(jié)構(gòu)，便于實現(xiàn)大面積、全自動化連續(xù)生產(chǎn)。在硅薄膜太陽能電池的研究中，優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)和提高電池電學性能，一直以來都 是人們研究的熱點。本發(fā)明提出一種改善硅薄膜太陽能電池微結(jié)構(gòu)和電學性能的方法，該 方法的簡單易行，很有實際意義。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的主要目的在于提供一種改善硅薄膜太陽能電池微結(jié)構(gòu)和電學性能的方 法，以提高硅薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。( 二 )技術(shù)方案為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種改善硅薄膜太陽能電池微結(jié)構(gòu)和電學性能的方法，該方法包括在柔性襯底上，采用等離子體輔助化學氣相沉積技術(shù)依次生長N型層、本征層和P 型層，其中，對本征層的起始層進行氫等離子體刻蝕； 沉積完P(guān)型層后，將電池從反應(yīng)室取出，用磁控濺射生長ITO透明電極。上述方案中，所述對本征層的起始層進行氫等離子體刻蝕，包括在生長本征層 時，在生長tl分鐘后，保持氫氣流量、溫度和輝光功率不變，關(guān)閉硅烷流量，采用氫等離子 體刻蝕方法對本征層刻蝕t2秒，然后繼續(xù)生長本征層。上述方案中，所述tl為5 10分鐘，t2為90 300秒。上述方案中，所述采用等離子體輔助化學氣相沉積技術(shù)依次生長N型層、本征層和P型層的步驟中，生長N型層具體包括沉積N型層前，先用氫等離子體清潔襯底表面5 分鐘；沉積N型層時，氫稀釋比H2/SiH4為10 35 ；摻雜比例PH3/SiH4為1 30 1 60 ； 反應(yīng)氣壓為200Pa 300Pa ；功率密度為0. Iff/cm2 0. 5ff/cm2 ；襯底溫度為200°C 300°C;反應(yīng)時間3分鐘 6分鐘。上述方案中，所述采用等離子體輔助化學氣相沉積技術(shù)依次生長N型層、本征層 和P型層的步驟中，生長本征層具體包括沉積本征層時，氫稀釋比H2/SiH4為10 20 ；反 應(yīng)氣壓為IOOPa 200Pa ；功率密度為0. 4ff/cm2 0. 6ff/cm2 ；襯底溫度為150°C 250°C ； 反應(yīng)時間60分鐘 90分鐘；其中，沉積本征層tl分鐘后，在氫氣流量、溫度和輝光功率不 變的條件下，關(guān)閉硅烷流量，用氫等離子體刻t2秒，然后繼續(xù)生長本征層。上述方案中，所述采用等離子體輔助化學氣相沉積技術(shù)依次生長N型層、本征層 和P型層的步驟中，生長P型層具體包括沉積P型層前，先用氫等離子體處理1分鐘；沉 積P型層時，氫稀釋比H2/SiH4為50 100 ；摻雜比例B2H6/SiH4為1 20 1 50 ；反應(yīng) 氣壓為300Pa 600Pa ；功率密度為0. 5ff/cm2 1. Off/cm2 ；襯底溫度為70°C 150°C;反應(yīng) 時間3分鐘 5分鐘。(三)有益效果本發(fā)明提供的這種改善硅薄膜太陽能電池微結(jié)構(gòu)和電學性能的方法，改善了硅薄 膜太陽能電池微結(jié)構(gòu)和電學性能，提高了硅薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，同時處理過程簡 便易行，具有低成本可規(guī)模化生產(chǎn)的優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明提供的改善硅薄膜太陽能電池微結(jié)構(gòu)和電學性能的方法流程圖；圖2是依照本發(fā)明實施例制備的電池示意圖；圖3是依照本發(fā)明實施例制備的電池和不用氫等離子體處理本征層(其它完全相 同)制備的電池的I-V曲線。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。本發(fā)明的實現(xiàn)原理如下生長本征層的時間tl分鐘后，在氫氣流量不變，溫度不 變，輝光功率不變的條件下，關(guān)閉硅烷流量，用氫等離子體刻蝕t2秒，然后繼續(xù)生長本征 層，其它條件一律保持不變。用氫等離子體處理本征層有許多好處高功率的氫等離子體的 刻蝕使本征層表面層內(nèi)的懸掛鍵和一些不穩(wěn)定的弱鍵大大減少，由其所引起的帶尾態(tài)密度 和缺陷態(tài)密度也相應(yīng)減小，通過帶尾和缺陷發(fā)生的載流子的復(fù)合作用大大減弱，電池的漏 電電流比較小，因此電池的開路電壓得到提高。其次，本征層生長初期為孵化層，其結(jié)構(gòu)中 含大量非晶硅材料，在氫等離子體的作用下，非晶成分刻蝕較快，晶?？涛g較慢，因此經(jīng)過 一段時間的氫等離子體處理，起始本征層的晶相比提高了，隨后沉積的本征層晶相比也會 提高。最后，起始本征層晶相比的提高，降低了孵化層的厚度，光生載流子能更有效收集，電 池短路電流密度增大，填充因子有所改善，電池的轉(zhuǎn)換效率得到提高?；谏鲜鰧崿F(xiàn)原理，如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的改善硅薄膜太陽能電池微結(jié) 構(gòu)和電學性能的方法流程圖，該方法具體包括以下步驟步驟101 在柔性襯底(如不銹鋼、聚酯膜等)上，采用等離子體輔助化學氣相沉 積技術(shù)依次生長N型層、本征層和P型層，其中，在本征層進行氫等離子體處理；
步驟102 在生長本征層時，生長tl分鐘后，保持氫氣流量、溫度和輝光功率不變， 關(guān)閉硅烷流量，采用氫等離子體刻蝕方法對本征層刻蝕t2秒，然后繼續(xù)生長本征層；步驟103 生長完P(guān)型層后，將電池從反應(yīng)室取出，用磁控濺射生長ITO透明電極。參照圖2，下面詳細介紹本發(fā)明的具體生長工藝1)生長所用的設(shè)備是等離子體輔助化學氣相沉積系統(tǒng)(PECVD)，包括反應(yīng)腔室 (裝片室，摻雜室和本征室)、真空系統(tǒng)、襯底加熱及控溫系統(tǒng)、氣路控制系統(tǒng)等。2)用濃度為100%的高純硅烷和儲氫瓶中的氫氣作為反應(yīng)氣體，用純度為的 硼烷和的磷烷(用氫氣稀釋)作為摻雜氣體。3)樣品室的背景真空為lX10_4Pa，N層和P型層激發(fā)等離子體的射頻電源的頻率 是13. 56兆赫，本征層激發(fā)等離子體的射頻電源的頻率是60兆赫。4)為減小腔室內(nèi)壁附著物對沉積薄膜的影響，每次沉積前，均用與本次沉積相同 條件的等離子體覆蓋15分鐘。5)首先沉積N層。沉積N型層前，先用氫等離子體清潔襯底表面5分鐘；沉積N 型層時，氫稀釋比H2/SiH4為10 35 ；摻雜比例PH3/SiH4為1 30 1 60 ；反應(yīng)氣壓為 200Pa 300Pa ；功率密度為0. Iff/cm2 0. 5ff/cm2 ；襯底溫度為200°C 300°C ；反應(yīng)時間3 分鐘 6分鐘。6)然后沉積本征層(即I層)。沉積本征層時，氫稀釋比H2/SiH4為10 20 ；反 應(yīng)氣壓為IOOPa 200Pa ；功率密度為0. 4ff/cm2 0. 6ff/cm2 ；襯底溫度為150°C 250°C ； 反應(yīng)時間60分鐘 90分鐘；其中，沉積本征層5分鐘后，在氫氣流量、溫度和輝光功率不變 的條件下，關(guān)閉硅烷流量，用氫等離子體刻90秒，然后繼續(xù)生長本征層。7)接著沉積P型層。沉積P型層前，先用氫等離子體處理1分鐘；沉積P型層時，氫 稀釋比H2/SiH4為50 100 ；摻雜比例B2H6/SiH4為1 20 1 50 ；反應(yīng)氣壓為300Pa 600Pa ；功率密度為0. 5ff/cm2 1. Off/cm2 ；襯底溫度為70V 150°C ；反應(yīng)時間3分鐘 5 分鐘。。8)沉積完畢，將電池從PECVD系統(tǒng)取出，用磁控濺射生長ITO透明電極。按照上述生長工藝，參照圖3，具體的生長結(jié)果如下在柔性襯底上依次沉積N型層，I層，P型層和ITO透明電極，得到單結(jié)硅薄膜太陽能電池。利用自己搭建的太陽模擬器進行I-V測試，得到電池的性能參數(shù)開路電壓是 0. 429伏，填充因子為0. 596，能量轉(zhuǎn)化效率3. 41% ；與不用該方法處理(其它條件完全相 同)得到的電池相比，開路電壓提高53毫伏，填充因子提高0. 004，轉(zhuǎn)化效率提高約18%。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種改善硅薄膜太陽能電池微結(jié)構(gòu)和電學性能的方法，其特征在于，該方法包括在柔性襯底上，采用等離子體輔助化學氣相沉積技術(shù)依次生長N型層、本征層和P型層，其中，對本征層的起始層進行氫等離子體刻蝕；沉積完P(guān)型層后，將電池從反應(yīng)室取出，用磁控濺射生長ITO透明電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善硅薄膜太陽能電池微結(jié)構(gòu)和電學性能的方法，其特征在 于，所述對本征層的起始層進行氫等離子體刻蝕，包括在生長本征層時，在生長tl分鐘后，保持氫氣流量、溫度和輝光功率不變，關(guān)閉硅烷流 量，采用氫等離子體刻蝕方法對本征層刻蝕t2秒，然后繼續(xù)生長本征層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的改善硅薄膜太陽能電池微結(jié)構(gòu)和電學性能的方法，其特征在 于,所述tl為5 10分鐘，t2為90 300秒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善硅薄膜太陽能電池微結(jié)構(gòu)和電學性能的方法，其特征在 于，所述采用等離子體輔助化學氣相沉積技術(shù)依次生長N型層、本征層和P型層的步驟中， 生長N型層具體包括沉積N型層前，先用氫等離子體清潔襯底表面5分鐘；沉積N型層時，氫稀釋比H2/SiH4 為10 35 ；摻雜比例PH3/SiH4* 1 30 1 60 ；反應(yīng)氣壓為200Pa 300Pa ；功率密度 為0. Iff/cm2 0. 5ff/cm2 ；襯底溫度為200°C 300°C ；反應(yīng)時間3分鐘 6分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善硅薄膜太陽能電池微結(jié)構(gòu)和電學性能的方法，其特征在 于，所述采用等離子體輔助化學氣相沉積技術(shù)依次生長N型層、本征層和P型層的步驟中， 生長本征層具體包括沉積本征層時，氫稀釋比H2/SiH4為10 20 ；反應(yīng)氣壓為lOOPa 200Pa ；功率密度為 0. 4ff/cm2 0. 6ff/cm2 ；襯底溫度為150°C 250°C ；反應(yīng)時間60分鐘 90分鐘；其中，沉積 本征層tl分鐘后，在氫氣流量、溫度和輝光功率不變的條件下，關(guān)閉硅烷流量，用氫等離子 體刻t2秒，然后繼續(xù)生長本征層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善硅薄膜太陽能電池微結(jié)構(gòu)和電學性能的方法，其特征在 于，所述采用等離子體輔助化學氣相沉積技術(shù)依次生長N型層、本征層和P型層的步驟中， 生長P型層具體包括沉積P型層前，先用氫等離子體處理1分鐘；沉積P型層時，氫稀釋比H2/SiH4為50 100 ；摻雜比例B2H6/SiH4為1 20 1 50 ；反應(yīng)氣壓為300Pa 600Pa ；功率密度為0. 5W/ cm2 1. Off/cm2 ；襯底溫度為70°C 150°C ；反應(yīng)時間3分鐘 5分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改善硅薄膜太陽能電池微結(jié)構(gòu)和電學性能的方法，該方法包括在柔性襯底上，采用等離子體輔助化學氣相沉積技術(shù)依次生長N型層、本征層和P型層，其中，對本征層的起始層進行氫等離子體刻蝕；沉積完P(guān)型層后，將電池從反應(yīng)室取出，用磁控濺射生長ITO透明電極。利用本發(fā)明，能改善硅薄膜太陽能電池微結(jié)構(gòu)和電學性能，同時處理過程簡便易行，具有低成本可規(guī)?；a(chǎn)的優(yōu)點。
文檔編號H01L31/18GK101834229SQ20101016233
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日
發(fā)明者劉石勇, 姚文杰, 彭文博, 曾湘波, 肖海波, 謝小兵 申請人:中國科學院半導(dǎo)體研究所