專利名稱：Pi柔性襯底太陽(yáng)電池用p型微晶硅碳薄膜材料及制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新能源薄膜太陽(yáng)電池領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及硅基摻雜薄膜材料領(lǐng)域。背景技術(shù)：
相比于N型材料，P型摻雜層因其特殊的摻雜特性較難制備.在目前的硅基薄膜 太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)中，有的采用光學(xué)帶隙較寬的P型a-SiC:H作為非晶硅太陽(yáng)電池的窗口層，但 其多數(shù)電導(dǎo)率都比較低.據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道P型a-SiC =H薄膜材料的光學(xué)帶隙高達(dá)2. 5eV, 暗態(tài)電導(dǎo)率約為10_6S/cm。相比于非晶的P型材料，P型微晶硅(p-type μ c-Si :H)具有 較高的電導(dǎo)率，較低的激活能和光吸收，但是作為電池窗口層，由于其光學(xué)帶隙比較窄，并 且與非晶的本征層之間存在結(jié)構(gòu)失配。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種PI柔性襯底太陽(yáng)電池用P型微晶硅碳薄膜材料及制 備方法，能同時(shí)提高太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性，更進(jìn)一步降低生產(chǎn)制造成本。本發(fā)明的技術(shù)方案一種PI柔性襯底太陽(yáng)電池用P型微晶硅碳薄膜材料，層厚15-30nm，電導(dǎo)0. 15S/ cm-10S/cm，帶隙在2. OeV以上，晶化率為30% -50%。上述PI柔性襯底太陽(yáng)電池用P型微晶硅碳薄膜材料的制備方法，該方法包括以下 步驟1)、將依次具有PI不透明柔性襯底、Al背反射電極層、阻擋層、納晶N層，非晶/微 晶I層、p/i緩沖層放入高真空沉積系統(tǒng)中，本底真空低于8. OX 10-4 ；2)、采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣象沉積即PECVD的方法沉積P型窗口層，輝光激勵(lì)頻率 為 13. 56MHz ；3)、通入反應(yīng)氣體為硅烷、氫氣、甲烷和硼烷，或硅烷、氫氣和三甲基硼，P型窗口層反應(yīng)沉積參數(shù)如下襯底溫度為150-270°C；功率密度為200-400mW/cm2；反應(yīng)壓強(qiáng)為100-3001 ；硅烷濃度為0·55%-1. 5% ；三甲基硼摻雜濃度為0. 5-1. 0% ；硼烷摻雜濃度為0. 5% -2% ；甲烷摻雜濃度為7. 5% -13. 75%。一種用P型微晶硅碳作窗口層的非晶硅薄膜太陽(yáng)電池，依次由PI不透明柔性襯 底、Al背反射電極層、阻擋層、納晶N層，非晶/微晶I層、p/i緩沖層、P型微晶硅碳窗口層 和透明導(dǎo)電層組成；P層厚15-30nm,電導(dǎo)0. 15S/cm_10S/cm，帶隙在2. OeV以上。
一種用P型微晶硅碳作窗口層的非晶硅薄膜太陽(yáng)電池的制備方法，包括以下步 驟A、在高真空沉積系統(tǒng)中，依次于PI柔性襯底上沉積Al背反射電極層、阻擋層、納 晶N層，非晶/微晶I層、p/i緩沖層；B、通入反應(yīng)氣體，加輝光沉積得到所需的薄膜材料，即P型微晶硅碳窗口層；C、最后沉積電池所需的透明導(dǎo)電層。所述的沉積方法為13. 65MHz IOOMHz的等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積，或者微波 CVD，或者熱絲CVD?？刂萍淄閾饺肓康玫礁邘肚腋唠妼?dǎo)的P型微晶硅碳，相關(guān)參數(shù)范圍為襯底溫度為150-270°C；功率密度為200-400mW/cm2；反應(yīng)壓強(qiáng)為100-3001 ；硅烷濃度為0·55% -1. 5% ；摻雜劑為三甲基硼，摻雜濃度為0. 5-1. 0% ；或摻雜劑為硼烷和甲烷，摻雜濃度分別為0. 5% -2%和7. 5% -13. 75%。所用襯底為不透明的聚酰亞胺(PI)聚合物，襯底上沉積透明導(dǎo)電薄膜T(如&ι0、 SnO2, Sn02/Zn0復(fù)合膜等)，背反射電極Ag、Al、ZnO等。P型微晶硅碳(μ c-SiC :Η)薄膜材料由于引入了碳原子，使材料具有寬帶隙，同時(shí) 微晶的結(jié)構(gòu)決定了其具有較高的電導(dǎo)率，更高的光學(xué)透射率和載流子遷移率，是硅基薄膜 太陽(yáng)電池比較理想的窗口材料，將其用于電池可有效的提高電池的開(kāi)路電壓及填充因子， 從而有效地提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明的有益效果是通過(guò)控制P型窗口層的結(jié)構(gòu)以及控制摻雜量，達(dá)到窗口層 的寬帶隙、高電導(dǎo)，滿足柔性襯底硅基薄膜太陽(yáng)電池的要求。同時(shí)在制備P型窗口層的前后 進(jìn)行界面處理和重?fù)教幚恚瑸楸菊魑⒕Ч栌性磳拥於ê玫木ЩA(chǔ)，方便調(diào)制本征層的晶 化程度和特性，并且阻擋摻雜劑對(duì)本征層的擴(kuò)散污染，以及與導(dǎo)電層形成歐姆接觸，從而實(shí) 現(xiàn)提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率和提高穩(wěn)定性的雙重目的。這種新結(jié)構(gòu)P型窗口層的制備方法與常規(guī)制備方法不同。在制備P型非晶硅碳薄 膜的基礎(chǔ)上，加大氫稀釋程度和提高功率密度，使反應(yīng)前驅(qū)物充分分解，結(jié)晶有序度提高， 使摻雜劑做替位摻雜，使薄膜的電導(dǎo)和帶隙同時(shí)提高。除硼烷和甲烷作為摻雜劑以外，三甲 基硼也可作為摻雜劑使用，而且要比前兩種摻雜劑更容易形成P型微晶硅碳薄膜。

圖1 :ΡΙ柔性襯底硅基薄膜太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例的硅基薄膜太陽(yáng)電池，由PI 不透明柔性襯底、Al背反射電極層、阻擋層、納晶N層，非晶/微晶I層、p/i緩沖層、P型微 晶硅碳窗口層和透明導(dǎo)電層組成。實(shí)施例1
在Eagle2000玻璃襯底上，采用硅烷、氫氣、硼烷、甲烷作為反應(yīng)氣體，通過(guò)PECVD 方法，射頻功率源頻率為13. 56MHz，按照本發(fā)明薄膜太陽(yáng)電池用P型窗口層的制備方法中 所包括的步驟，選擇沉積參數(shù)，其中反應(yīng)參數(shù)如下所述襯底溫度150°C，功率密度350mW/cm2，反應(yīng)壓強(qiáng)2001 ,硅烷濃度0.55%，硼烷摻雜濃度0.5%，甲烷摻雜濃度7. 5%。制備的P型微晶硅碳材料，在厚度為30nm的前提條件下，其電導(dǎo)率0. 15S/cm,帶隙 大于2. OeV,晶化率為45. 4% ο實(shí)施例2襯底溫度固定為150°C，功率密度為350mW/cm2.硅烷濃度為0. 55%，硼烷摻雜濃 度0. 5%，在保持氣體總流量不變的條件下，碳硅比(CH4/SiH4)在7. 5% 13. 75%的范圍之 間變化，通過(guò)調(diào)整甲烷的摻雜量，得到暗態(tài)電導(dǎo)率15S/cm和光學(xué)帶隙&在2. OeV 以上的P型微晶硅碳材料，將其結(jié)合優(yōu)化的摻碳p/i緩沖層用于PI不透明柔性襯底薄膜電 池得到開(kāi)路電壓0. 87V，短路電流密度11. 98mA/cm2，填充因子M%，光電轉(zhuǎn)換效率5. 67%。綜上得到，P型微晶硅碳綜合了 P型非晶硅碳的寬帶隙與P型微晶硅的高電導(dǎo)、低 光吸收等優(yōu)點(diǎn)；用于電池對(duì)電池光電轉(zhuǎn)換效率的提升有顯著的效果。
權(quán)利要求
1.一種PI柔性襯底太陽(yáng)電池用P型微晶硅碳薄膜材料，其特征在于所述的P型 微晶硅碳薄膜材料層厚15-30nm，電導(dǎo)0. 15S/cm-10S/cm,帶隙在2. OeV以上，晶化率為 30% -50%。
2.—種PI柔性襯底太陽(yáng)電池用P型微晶硅碳薄膜材料的制備方法，其特征在于，該方 法包括以下步驟1)、將依次具有PI不透明柔性襯底、Al背反射電極層、阻擋層、納晶N層，非晶/微晶I 層、p/i緩沖層放入高真空沉積系統(tǒng)中，本底真空低于8. OX 10-4 ；2)、采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣象沉積即PECVD的方法沉積P型窗口層，輝光激勵(lì)頻率為 13.56MHz ；3)、通入反應(yīng)氣體為硅烷、氫氣、甲烷和硼烷， 或硅烷、氫氣和三甲基硼，P型窗口層反應(yīng)沉積參數(shù)如下 襯底溫度為150-270°C ； 功率密度為200-400mW/cm2 ； 反應(yīng)壓強(qiáng)為100-3001 ； 硅烷濃度為0. 55% -1. 5% ； 三甲基硼摻雜濃度為0. 5-1. 0% ； 硼烷摻雜濃度為0. 5% -2% ； 甲烷摻雜濃度為7. 5% -13. 75%。
3.一種用P型微晶硅碳作窗口層的非晶硅薄膜太陽(yáng)電池，其特征在于依次由PI不透 明柔性襯底、Al背反射電極層、阻擋層、納晶N層，非晶/微晶I層、p/i緩沖層、P型微晶硅 碳窗口層和透明導(dǎo)電層組成；P層厚15-30nm，電導(dǎo)0. 15S/cm-10S/cm，帶隙在2. OeV以上。
4.一種用P型微晶硅碳作窗口層的非晶硅薄膜太陽(yáng)電池的制備方法，其特征在于，包 括以下步驟A、在高真空沉積系統(tǒng)中，依次于PI柔性襯底上沉積Al背反射電極層、阻擋層、納晶N 層，非晶/微晶I層、P/i緩沖層；B、通入反應(yīng)氣體，加輝光沉積得到所需的薄膜材料，即P型微晶硅碳窗口層；C、最后沉積電池所需的透明導(dǎo)電層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用P型微晶硅碳作窗口層的非晶硅薄膜太陽(yáng)電池的制備方 法，其特征在于，所述的沉積方法為13. 65MHz IOOMHz的等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積，或者 微波CVD，或者熱絲CVD。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用P型微晶硅碳作窗口層的非晶硅薄膜太陽(yáng)電池的制備方 法，其特征在于，控制甲烷摻入量得到高帶隙且高電導(dǎo)的P型微晶硅碳，相關(guān)參數(shù)范圍為襯底溫度為150-270°C ；功率密度為200-400mW/cm2 ；反應(yīng)壓強(qiáng)為100-3001 ；硅烷濃度為0. 55% -1. 5% ；摻雜劑為三甲基硼，摻雜濃度為0. 5-1. 0% ；或摻雜劑為硼烷和甲烷，摻雜濃度分別為0. 5% -2%和7. 5% -13. 75%。
全文摘要
PI柔性襯底太陽(yáng)電池用P型微晶硅碳薄膜材料及制備，本發(fā)明涉及新能源中薄膜太陽(yáng)電池領(lǐng)域。所述的P型微晶硅碳薄膜材料層厚15-30nm，電導(dǎo)0.15S/cm-10S/cm，帶隙在2.0eV以上，晶化率為30％-50％。本發(fā)明通過(guò)改變碳摻雜比例的優(yōu)化研究，控制材料的光電性能和結(jié)構(gòu)特性，利用碳原子引入可增大硅薄膜帶隙的效應(yīng)來(lái)得到高電導(dǎo)、寬帶隙的P型微晶硅碳。本發(fā)明的效益是將這種寬帶隙的P型微晶硅碳材料用于PI不透明柔性襯底非晶硅薄膜太陽(yáng)電池中并結(jié)合優(yōu)化的p/i緩沖層，可顯著增強(qiáng)薄膜電池的內(nèi)建電場(chǎng)，提高電池的開(kāi)路電壓，從而得到高光電轉(zhuǎn)換效率的非晶硅薄膜太陽(yáng)電池。
文檔編號(hào)H01L31/20GK102142469SQ20101056906
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者張德賢, 王林申, 胡居濤, 蔡宏琨, 謝珂, 趙靜芳, 陶科, 靳果 申請(qǐng)人:南開(kāi)大學(xué)