一種多結(jié)多疊層的薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種改善薄膜太陽(yáng)能電池微晶硅缺陷的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 技術(shù)背景
[0002] 自1975年Spear和Lecomber用輝光放電發(fā)制備出性能優(yōu)良的非晶娃薄膜，1976 年RCA實(shí)驗(yàn)室的Carlson D. E和Wronski C. R利用氫化非晶硅制作出第一個(gè)非晶硅太陽(yáng)能 電池后，薄膜太陽(yáng)能電池誕生。20世紀(jì)80年代非晶硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性獲 得了重要圖片，面積〇.5m 2,轉(zhuǎn)換效率5%-下的非晶硅太陽(yáng)能電池組件是當(dāng)時(shí)市場(chǎng)主流，20 世紀(jì)90年代地轉(zhuǎn)換效率的穩(wěn)定性差的問(wèn)題得到進(jìn)一步解決，疊層非晶硅太陽(yáng)能電池得到 了發(fā)展，逐漸成為太陽(yáng)能電池市場(chǎng)上的新主流。然而非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池存在著很大的 缺點(diǎn)，一方面，電池的轉(zhuǎn)換效率比較低，商業(yè)化生產(chǎn)的產(chǎn)品通常只有6% ;另一方面，非晶硅 薄膜太陽(yáng)能電池性能不夠穩(wěn)定，存在比較嚴(yán)重的光之衰減效應(yīng)，這些缺點(diǎn)制約了非晶硅薄 膜太陽(yáng)能電池的推廣和普及。
[0003] 微晶娃薄膜自從1968年被Veprek和Maracek采用氫等離子化學(xué)氣相沉積在 600°C首次制備以來(lái)，人們開(kāi)始對(duì)其潛在的優(yōu)良性能有了初步認(rèn)識(shí)，直到1979年，日本的 Usui和Kikuchi通過(guò)加入氫氣的方法采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)，制備出摻雜 微晶硅，人們才逐漸對(duì)微晶硅材料及其在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用進(jìn)行研宄。1994年，瑞士 Neuch自tel M. J. Williams和M. Faraji團(tuán)隊(duì)首次提出以微晶娃為底電池，非晶娃為頂電池 的疊層電池的概念，這種電池結(jié)合了非晶硅優(yōu)良特性和微晶硅的長(zhǎng)波響應(yīng)及穩(wěn)定性好的優(yōu) 點(diǎn)。目前，非晶硅/微晶硅疊層太陽(yáng)能電池是公認(rèn)的最重要的薄膜太陽(yáng)能技術(shù)，是最具產(chǎn)業(yè) 化價(jià)值的薄膜電池的發(fā)展方向。2005年日本三菱重工和鐘淵化學(xué)公司的非晶硅/微晶硅疊 層電池組件樣品效率分別達(dá)到11. 1% (40cmX 50cm)和13. 5% (91cmX 45cm)。日本夏普公 司2007年9月實(shí)現(xiàn)非晶硅/微晶硅疊層太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)（25MW，效率8%-8. 5% )， 歐洲Oerlikon(歐瑞康）公司2009年9月宣布其非晶/微晶疊層太陽(yáng)能電池實(shí)驗(yàn)室最高 轉(zhuǎn)換效率達(dá)11. 9%、在2010年6于橫濱開(kāi)幕的太陽(yáng)能電池展會(huì)"PVJapan 2010"上，美國(guó)應(yīng) 用材料（AMT)宣布0.1 mXO. Im模塊的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了 10. 1%，1. 3mXl. Im模塊的轉(zhuǎn)換效 率達(dá)到了 9. 9%。
[0004]目前，為適應(yīng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，微晶硅沉積的技術(shù)難點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)微晶硅高速沉積的同 時(shí)保證微晶硅薄膜的高質(zhì)量，因?yàn)槲⒕Ч璧木Я３叽?，晶粒生長(zhǎng)及生長(zhǎng)的基底材料都對(duì)微 晶硅薄膜的性能有強(qiáng)烈的影響，從而影響整個(gè)電池性能表現(xiàn)。充斥于微晶硅中的裂縫和孔 洞增加了載流子的復(fù)合，并且導(dǎo)致漏電流，嚴(yán)重降低了 Voc和FF值。2008年，Python團(tuán)隊(duì) 指出只有當(dāng)微晶硅襯底材料呈V字型時(shí)會(huì)產(chǎn)生所謂的"裂痕"，因此他們提出將襯底材料制 備成趨于平緩的U字型時(shí)，"裂痕"逐漸消失，但是這種方法對(duì)孵化層或p層要求較高，在商 業(yè)化產(chǎn)品中更加難以控制微晶硅本征層沉積襯底的表面形貌。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)微晶硅晶粒生長(zhǎng)逐漸變大擠壓而產(chǎn)生裂痕 縫隙和缺口等表面缺陷，提出一種彌補(bǔ)微晶硅生長(zhǎng)缺陷的多結(jié)多疊層硅基薄膜太陽(yáng)能電 池，該電池可以彌補(bǔ)微晶硅生長(zhǎng)缺陷，能有效覆蓋晶粒生長(zhǎng)相互擠壓形成的裂痕縫隙和表 面缺陷，使本征微晶硅表面變平滑，防止后續(xù)膜層沉積的晶粒尺寸進(jìn)一步增大，這樣可以減 小反向漏電流，增加開(kāi)路電壓和填充因子；另一方面，使用η型摻雜的非晶層比非摻雜的本 征非晶層電導(dǎo)率高，并且禁帶寬度相對(duì)本征非晶硅較低，因此界面電阻相對(duì)較小。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：
[0007] -種多結(jié)多疊層薄膜太陽(yáng)能電池，包括至少一個(gè)微晶PIN結(jié)，按照沉積膜層的順 序，在所述微晶PIN結(jié)的p型微晶層后沉積有p型非晶層，并且在所述微晶PIN結(jié)的微晶本 征層后沉積有η型非晶層。
[0008] 所述微晶PIN結(jié)優(yōu)選包括微晶硅PIN結(jié)，微晶碳化硅PIN結(jié)和微晶硅鍺PIN結(jié)。 [0009] 所述p型非晶層可以是摻雜硼元素的非晶層。
[0010] 所訴η型非晶層可以是指摻雜磷元素的非晶層。
[0011] 所述P型非晶層和所述η型非晶層的厚度均優(yōu)選為2nm~30nm〇
[0012] 所述p型非晶層禁帶寬度（Eg)優(yōu)選為2~2. leV，折射率（η)優(yōu)選為3. 55~3. 65， 電導(dǎo)率優(yōu)選大于2. 00x10 6S/cm(西門子/厘米）。
[0013] 所述η型非晶層禁帶寬度（Eg)優(yōu)選不得超過(guò)I. 70eV，折射率（η)優(yōu)選為4. 60~ 4. 80,電導(dǎo)率優(yōu)選大于6. 00xl(T3S/cm(西門子/厘米）。
[0014] -種彌補(bǔ)多結(jié)多疊層薄膜太陽(yáng)能電池微晶硅缺陷的太陽(yáng)能電池，按照沉積膜層的 順序，優(yōu)選包括以下電池結(jié)構(gòu)：
[0015] (1)基片 /TCO/p - a - Si1-xGex/i - a - Si1-xGex/n - a - Si1-xGex/ 中間反射層/p-a - Si/i - a - Si/n - a - Si/ 中間反射層 /p - uc - SihGeyp 型非晶層 /i - uc - SipxGexAi 型非晶層/n - uc - Si^xGex/中間反射層/p - uc - Si/p型非晶層/i - uc - Si/n型非晶層 /n - uc - Si/ 中間反射層 /p - a - SiC/i - a - SiC/n - a - SiC/ 中間反射層 /p - uc - SiC/p 型非晶層/i - uc - SiC/n型非晶層/n - uc - SiC/TCO/減反射膜；
[0016] (2)基片 /TCO/p - a - Si1-xGex/i - a - Si1-xGex/n - a - Si1-xGex/ 中間反射層/p-a - Si/i - a - Si/n - a - Si/ 中間反射層 /p - uc - SihGeyp 型非晶層 /i - uc - SipxGexAi 型非晶層/n - uc - Si^xGex/中間反射層/p - uc - Si/p型非晶層/i - uc - Si/n型非晶層 /n - uc - Si/ 中間反射層 /p - uc - SiC/i - uc - SiC/p 型非晶層 /i - uc - SiC/n 型非晶層 / η - uc - SiC/TCO/ 減反射膜；
[0017] (3)基片 /TCO/p - a - Si1-xGex/i - a - Si1-xGex/n - a - Si1-xGex/ 中間反射層/p-a - Si/i - a - Si/n - a - Si/ 中間反射層 /p 型非晶層 /i - uc - Si1+xGex/n 型非晶層 /n - uc -Si1-xGex/中間反射層/p - uc - Si/p型非晶層/i - uc - Si/n型非晶層/n - uc - Si/TCO/減 反射膜；
[0018] (4)基片 /TCO/p - a - Si/i - a - Si/n - a - Si/ 中間反射層 /p - uc - Si1 -xGex/p 型 非晶層/i - uc - Si^xGexAi型非晶層/n - uc - SLxGex/中間反射層/p - uc - Si/p型非晶 層/i - uc - Si/n型非晶層/n - uc - Si/TCO/減反射膜；
[0019] 其中，TCO層與相鄰的中間反射層之間以及相鄰兩中間反射層之間的膜層為一 結(jié)，0 < X < 1 表示兩層之間的界面；基片是玻璃，不銹鋼或高分子材料。
[0020] TCO層與相鄰的中間反射層之間以及相鄰兩中間反射層之間的膜層為一結(jié)，每結(jié) 中各膜層所用半導(dǎo)體材料相同并因摻雜不同而組成pin結(jié)；〇 < X < 1 表示兩層之間 的界面；η -表示電子型（η型）半導(dǎo)體，i -表示本征半導(dǎo)體，p -表示空穴型（p型）半導(dǎo) 體；a -表示非晶體，μ c -表示微晶。
[0021] 所述ρ型非晶層和所述η型非晶層均由C、Si、Ge的一種或任意兩種材料組成，比 如可以是a - Si、a - SiGe、a - SiC等材料。
[0022] 所述p型非晶層是摻雜硼元素的非晶層、或者是摻雜硼元素和本征未摻雜的p/i 非晶復(fù)合層、或者是具有梯度濃度或結(jié)構(gòu)摻雜硼元素的非晶層。
[0023] 所訴η型非晶層是指摻雜磷元素的非晶層、或者是本征未摻雜和摻雜磷元素的i/ η非晶復(fù)合層、或者是指具有梯度濃度或結(jié)構(gòu)的摻雜磷元素的非晶層。
[0024] 一種彌補(bǔ)多結(jié)多疊層薄膜太陽(yáng)能電池微晶硅缺陷的方法，按照沉積膜層的順序， 采用PECVD沉積工藝沉積多結(jié)多疊層的薄膜太陽(yáng)能電池，在沉積完ρ型微晶層之后沉積一 層P型非晶層；并在沉積微晶本征層之后沉積一層η型非晶層。
[0025] 例如：所述的彌補(bǔ)微晶硅生長(zhǎng)缺陷的多結(jié)多疊層硅基薄膜太陽(yáng)能電池的制造方法 為采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法（PECVD)在ρ型微晶硅層（ρ - lie - Si)之后沉積一層 P型非晶娃層，在微晶娃本征層（i - uc - Si)和η型微晶娃層之間沉積一層η型非晶層。
[0026] 所述的η型非晶層，其在大面積基片上沉積具有好的均勻性，如在I. IX 1.3m2的 基片均分為15X13的點(diǎn)陣測(cè)量膜厚均勻性不得超過(guò)15% ;
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于：
[0028] 本實(shí)用新型可以在保持非晶硅/微晶硅疊層太陽(yáng)電池的底電池