金剛石保護(hù)層結(jié)構(gòu)的柔性襯底薄膜太陽能電池及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種柔性太陽能電池制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種金剛石保護(hù)層結(jié)構(gòu)的柔性襯底的薄膜太陽能電池制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]柔性襯底薄膜太陽能電池時指在柔性材料即聚酰亞胺(PI)或柔性不銹鋼的制作的薄膜太陽能電池，由于其攜帶輕便、重量輕以及不易粉碎的優(yōu)勢，且其獨(dú)特的使用特性，從而具有廣闊的市場競爭力。目前已經(jīng)商業(yè)化應(yīng)用的薄膜太陽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)，同時摻雜硼烷(B2H6)和磷烷(PH3)等氣體，在廉價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)薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)。
[0003]目前，技術(shù)相對成熟的薄膜太陽能電池大多都是硅基材料，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)薄膜又稱無定型硅，就其微觀結(jié)構(gòu)來看，是短程有序但是長程無序的不規(guī)則網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，包含大量的懸掛鍵和空位等缺陷。其次由于非晶或者微晶硅(Si)薄膜帶隙寬度在1.7eV左右，對太陽能輻射光譜的長波很不敏感，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)，使其太陽能電池的光致性能穩(wěn)定性較差。使薄膜太陽能電池的市場競爭力較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種采用帶隙可調(diào)的InxGa1 xN量子阱本征晶體薄膜作為PIN層，其帶隙寬度可以調(diào)整到太陽能電池最敏感的區(qū)域，而且由于InxGa1 XN是晶體結(jié)構(gòu)，所以沒有明顯的光致衰退效應(yīng)。不但提高了太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率，而且提高了太陽能電池的光致性能的穩(wěn)定性的金剛石保護(hù)層結(jié)構(gòu)的柔性襯底薄膜太陽能電池及制備方法。
[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，
[0006]—種金剛石保護(hù)層結(jié)構(gòu)的柔性襯底薄膜太陽能電池制備方法，在聚酰亞胺柔性襯底上依沉積金剛石絕緣保護(hù)薄膜、ITO透明導(dǎo)電薄膜、P型InxGa1 XN量子阱本征晶體薄膜、I型InxGa1 XN量子阱本征晶體薄膜、N型InxGa1 -量子阱本征晶體薄膜、ITO透明導(dǎo)電薄膜以及金屬Ag電極，其中InxGa1 XN中x的取值為O?I。
[0007]進(jìn)一步地，在聚酰亞胺柔性襯底上依沉積金剛石絕緣保護(hù)薄膜，將聚酰亞胺柔性襯底先用離子水超聲波清洗5分鐘后，用氮?dú)獯蹈伤腿氪趴貫R射反應(yīng)室，在8.0 X 10 4Pa真空的條件下，沉積制備金剛石保護(hù)薄膜，其工藝參數(shù)條件是:氫氣與甲烷作為混合氣體反應(yīng)源，其氫氣與甲烷流量比10:1，襯底溫度為100°C?500°C，沉積時間為30分鐘至50分鐘。
[0008]進(jìn)一步地，采用磁控濺射在聚酰亞胺柔性襯底/金剛石絕緣保護(hù)薄膜上制備ITO基透明導(dǎo)電薄膜；其工藝參數(shù)條件是:氧氣作為氣體反應(yīng)源，其氧氣流量為10?20SCCm，反應(yīng)濺射銦金屬靶材的純度為99.99%，聚酰亞胺柔性襯底/金剛石絕緣保護(hù)薄膜結(jié)構(gòu)襯底溫度為50°C?150°C，沉積時間為3?10分鐘。
[0009]進(jìn)一步地，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)中制備帶隙可調(diào)的PIN層InxGa1 XN量子阱晶體薄膜；其工藝參數(shù)條件是:
[0010]向反應(yīng)室中通入H2稀釋的三甲基鎵和三甲基銦，氮?dú)饬髁繛?0?150sccm，三甲基鎵流量為1.0sccm、三甲基銦的流量I?1.5sccm，沉積溫度為200?400°C，摻雜加入比稀釋二茂鎂，按照體積百分比濃度，二茂鎂在混合氣體中濃度為5%，流量為0.5SCCm，微波功率為650W，沉積氣壓為0.9?1.0Pa，沉積時間為40分鐘制備P型InxGa1 XN量子阱晶體薄膜；然后繼續(xù)在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)中制備帶隙可調(diào)的I型InxGa1 xN量子阱本征晶體薄膜；其工藝參數(shù)條件是:向反應(yīng)室中通入H2稀釋的三甲基鎵和三甲基銦，其中三甲基鎵流量為1.0sccm、三甲基銦的流量I?1.5sccm，氮?dú)饬髁繛?00?120sccm，沉積溫度為300?400°C，微波功率為650W，沉積氣壓為1.0Pa,沉積時間為60分鐘制備I層InxGal-xN量子阱晶體薄膜；最后繼續(xù)在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)中制備帶隙可調(diào)的N型InxGal-xN量子阱晶體薄膜；其工藝參數(shù)條件是:向反應(yīng)室中通入H2稀釋的三甲基鎵和三甲基銦，其中三甲基鎵流量為1.0sccm、三甲基銦的流量I?L 5sccm，氮?dú)饬髁繛?20?150sccm，沉積溫度為400°C，微波功率為650W，沉積氣壓為0.9Pa，沉積時間為50分鐘制備N型InxGa1 XN量子阱晶體薄膜。
[0011]進(jìn)一步地，采用磁控濺射制備ITO基透明導(dǎo)電薄膜；其工藝參數(shù)條件是:氧氣作為氣體反應(yīng)源，其氧氣流量為10?20SCCm，反應(yīng)濺射銦金屬靶材的純度為99.99%,襯底溫度為50°C?150°C，沉積時間為3?10分鐘。
[0012]進(jìn)一步地，制備金屬Ag電極，采用磁控濺射制備，其工藝參數(shù)條件是:氬氣作為氣體反應(yīng)源，其氬氣流量為10?20SCCm，反應(yīng)濺射銀金屬靶材的純度為99.99%,襯底溫度為50°C?150°C，沉積時間為3?10分鐘。
[0013]—種金剛石保護(hù)層結(jié)構(gòu)的柔性襯底薄膜太陽能電池，從上至下依次包括金屬Ag電極、ITO透明導(dǎo)電薄膜、N型InxGa1 XN量子阱本征晶體薄膜、I型InxGa1 XN量子阱本征晶體薄膜、P型InxGa1…量子阱本征晶體薄膜、ITO透明導(dǎo)電薄膜、金剛石絕緣保護(hù)薄膜和聚酰亞胺柔性襯底。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于:本發(fā)明采用帶隙可調(diào)的InxGalxN量子阱本征晶體薄膜作為PIN層，其帶隙寬度可以調(diào)整到太陽能電池最敏感的區(qū)域，而且由于InxGa1 XN是晶體結(jié)構(gòu)，所以沒有明顯的光致衰退效應(yīng)。不但提高了太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率，而且提高了太陽能電池的光致性能的穩(wěn)定性。增大了市場競爭力。采用金剛石作為保護(hù)絕緣層，該結(jié)構(gòu)的太陽能電池抗腐蝕性進(jìn)一步增強(qiáng)了，大大延長了薄膜太陽能電池的使用壽命。該柔性電池具有優(yōu)異的柔軟性，重量輕，攜帶方便，具有潛在的市場空間。而且制備工藝簡單，可實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。
[0015]本發(fā)明涉及一種Ag/ITO/P 型 InxGa1 xN/InxGai XN:1 本征層/InxGa1 XN:N 型/ITO/金剛石絕緣保護(hù)薄膜/聚酰亞胺(PD結(jié)構(gòu)的柔性襯底上薄膜太陽能電池的初期薄膜制備方法太陽能電池的模型，且所采用的柔性襯底為聚酰亞胺(Polyimide，簡稱PI)等，此柔性太陽能電池最大的特點(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數(shù)量級。具有很好的柔性，可以任意卷曲、裁剪和粘貼。在制備過程中，改變了 I層材料和結(jié)構(gòu)，引入具有帶隙可調(diào)的InxGa1 XN量子阱本征晶體薄膜作為I層，InxGa1 XN材料具有穩(wěn)定好，耐腐蝕且具有隧穿勢皇以及低的光損系數(shù)，提高了電池的轉(zhuǎn)化效率。采用金剛石作為保護(hù)絕緣層，該結(jié)構(gòu)的太陽能電池抗腐蝕性進(jìn)一步增強(qiáng)了，大大延長了薄膜太陽能電池的使用壽命。該柔性電池具有優(yōu)異的柔軟性，重量輕，攜帶方便，具有潛在的市場空間。而且制備工藝簡單，可實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明柔性薄膜太陽能電池的制備結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖2為本發(fā)明柔性薄膜太陽能電池的制備流程圖；
[0018]圖3金剛石絕緣保護(hù)薄膜的XPS全譜；
[0019]圖4金剛石絕緣保護(hù)薄膜的XRD圖譜；
[0020]圖5金剛石絕緣保護(hù)薄膜的SEM圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022]本發(fā)明中XPS采用的是美國Thermo VG公司生產(chǎn)的型號為ESCAgAB250的多功能表面分析系統(tǒng)。X射線源為Ag靶Ka (1486.6eV)線。
[0023]本發(fā)明中制備的金剛石膜表面形貌采用日本JEOL公司生產(chǎn)的JSM-6360LV型掃描電鏡分析樣品的表面形貌和晶體形態(tài)，其加速電壓為0.5?30kV，高真空模式下的二次電子分辨率為3nm，低真空模式下的二次電子分辨率為4nm，放大倍數(shù)為8?30萬倍。
[0024]本發(fā)明采用的是多功能薄膜X射線衍射儀型號為Bruker-DS型薄膜X射線衍射儀采用 Cu 靶，Cuk a 波長 0.15418nm。
[0025]實(shí)施例1
[0026]參見圖1結(jié)合圖2。
[0027](I)、將柔性襯底聚酰亞胺(PI)襯底基片先用用離子水超聲波清洗5分鐘后，用氮?dú)獯蹈伤腿氪趴貫R射反應(yīng)室，在8.0X 10 4Pa真空的條件下，沉積制備金剛石抗腐蝕絕緣層。其工藝參數(shù)條件是:氫氣與甲烷作為混合氣體反應(yīng)源，其氫氣與甲烷流量比10:1，襯底溫度為100°C，沉積時間為30分鐘。
[0028](2)、采用磁控濺射制備ITO基透明導(dǎo)電薄膜；其工藝參數(shù)條件是:氧氣氣作為氣體反應(yīng)源，其氧氣流量為20sccm，反應(yīng)濺射銦金屬靶材的純度為99.99%，襯底溫度為150°C，沉積時間為10分鐘。
[0029](3)、繼續(xù)在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-PEM0CVD)中制備帶隙可調(diào)的PIN層InxGa1…量子阱晶體薄膜；其工藝參數(shù)條件是:向反應(yīng)室中通入比稀釋的三甲基鎵(TMGa)和三甲基銦(TMIn)，其中按照體積百分比濃度三甲基銦稀釋的濃度5 %與三甲基銦稀釋的濃度5 %，三甲基鎵流量為1.0sc