一種高轉(zhuǎn)化率的納米硅薄膜太陽電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及太陽能電池領(lǐng)域，特別是一種納米硅基疊層薄膜太陽能電池。
【背景技術(shù)】
[0002]硅基薄膜太陽能電池具有用料少、能耗低，可以在玻璃、不銹鋼和塑料等價格低廉的襯底上制備p-1-n型或n-1-p型結(jié)構(gòu)的太陽能電池，這些特點使娃基薄膜太陽能電池成為進一步降低太陽能電池生產(chǎn)成本的希望。但是，由于非晶硅材料具有光致衰退效應(yīng)，導(dǎo)致硅基薄膜太陽能電池的穩(wěn)定性還有待提高，而且現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)化的非晶硅單結(jié)太陽能電池的穩(wěn)定光電轉(zhuǎn)換效率還較低。因此，如何提高硅基薄膜太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率成為這種電池是否能夠大規(guī)模發(fā)展的關(guān)鍵。
[0003]針對以上所述問題，太陽能電池的研宄者提出了疊層薄膜太陽能電池，成為改善硅基薄膜太陽能電池穩(wěn)定性以及提高光電轉(zhuǎn)換效率的有效途徑。疊層薄膜太陽能電池指由至少兩個P-1-n結(jié)或n-1-p結(jié)所疊合構(gòu)成的電池。由于疊層太陽能電池中非晶硅層的厚度相對單結(jié)太陽能電池要薄很多，因此可以有效地降低疊層太陽能電池的光致衰退，以及提高穩(wěn)定性。此外，使用不同光學(xué)帶隙的材料分別作為疊層太陽能電池中非晶硅基P-1-n結(jié)或n-1-p結(jié)的本征層，可以拓寬太陽能電池對太陽光譜的吸收，從而有效提高太陽能電池的穩(wěn)定光電轉(zhuǎn)換效率。疊層薄膜太陽能電池中最具代表性、也最具發(fā)展?jié)摿Φ膭t是非晶硅/微晶硅疊層薄膜太陽能電池。
[0004]非晶硅/微晶硅疊層薄膜太陽能電池雖已實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，但仍存在核心原材料被國外主要幾家巨頭公司所壟斷導(dǎo)致原材料價格昂貴、生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性不佳、轉(zhuǎn)換效率不高等缺點，以上缺點導(dǎo)致太陽能電池的發(fā)電成本還是明顯高于傳統(tǒng)能源發(fā)電成本。因此，如何降低非晶硅/微晶硅疊層薄膜太陽能電池的生產(chǎn)成本、提高工業(yè)化生產(chǎn)穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)換效率成為這種電池是否能夠大規(guī)模發(fā)展的又一關(guān)鍵所在。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的最主要目的在于提供了一種大面積、高轉(zhuǎn)換效率、高穩(wěn)定性、適合工業(yè)化生產(chǎn)的非晶硅/微晶硅疊層薄膜太陽能電池，且已應(yīng)用到實際生產(chǎn)中。
[0006]本實用新型可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0007]本實用新型公開了一種高轉(zhuǎn)化效率的納米硅薄膜太陽電池，包括透明襯底、前電極透明導(dǎo)電氧化層、預(yù)沉積層、非晶硅層、中間反射層、微晶硅層、背電極透明導(dǎo)電氧化層和反射封裝層，所述前電極透明導(dǎo)電氧化層、預(yù)沉積層、非晶硅層、中間反射層、微晶硅層、背電極透明導(dǎo)電氧化層、反射封裝層依次沉積疊加在所述透明襯底上。
[0008]所述非晶硅層包括非晶硅復(fù)合P層、非晶硅電池緩沖層、非晶硅復(fù)合i層和非晶硅復(fù)合η層，所述非晶硅復(fù)合P層、非晶硅電池緩沖層、非晶硅復(fù)合i層、非晶硅復(fù)合η層依次沉積疊加在所述預(yù)沉積層表面。
[0009]所述中間反射層包括反射層和高效隧穿復(fù)合結(jié)，所述反射層包括η型摻雜的Pc-S1x: H層和η型摻雜的Pc-S1: H層，所述η型摻雜的Pc-S1x: H層、η型摻雜的Pc-S1: H層均為雙層，所述η型摻雜的Pc-S1x:H層、η型摻雜的Kc-S1:H層彼此交錯，所述η型摻雜的Pc-S1x = H層、η型摻雜的Pc-Si = H層、高效隧穿復(fù)合結(jié)沉積疊加在所述非晶硅層表面。
[0010]所述微晶硅層包括微晶硅復(fù)合P層和微晶硅復(fù)合i層，所述微晶硅復(fù)合P層和微晶硅復(fù)合i層依次沉積疊加在所述中間反射層表面。
[0011]所述非晶娃沉積P層包括P型摻雜的a-Si0x:H層和a_SiCx:H層，所述非晶娃η層包括η型摻雜的a-S1:Η層和η型摻雜的Pc-S1:H層，所述ρ型摻雜的a-Si0x:H層和a-SiCx: H層依次沉積疊加在所述預(yù)沉積層表面，所述η型摻雜的a_S1:Η層和η型摻雜的Pc-S1:H層依次沉積疊加在所述非晶娃復(fù)合i層表面。
[0012]所述微晶娃復(fù)合P層包括P型摻雜的Pc-S1:H層、Pc-S1x:H層和Pc-S1:H層，所述微晶娃復(fù)合i層包括Kc-S1:H i層、a-S1:H i層，所述復(fù)合ρ層、復(fù)合i層、微晶娃電池η層依次沉積疊加在所述中間反射層表面。
[0013]所述前電極透明導(dǎo)電氧化層和背電極透明導(dǎo)電氧化層均包括Seed層和Bulk層。
[0014]所述預(yù)沉積層是采用等離子體增強化學(xué)氣相沉積方法沉積的，所述預(yù)沉積層的材料包括a-S1:H、a-SiCx:H和a_Si0x:H中的一種或二種以上。
[0015]進一步地，所述反射封裝層包含高反射率的共聚物和玻璃背板。高反射率的共聚物包含白色EVA、PVB，主要為白色EVA。玻璃背板包括未鋼化玻璃、半鋼化玻璃和鋼化玻璃，
[0016]在實際應(yīng)用中，所述薄膜太陽能電池可以制作為多子電池串聯(lián)結(jié)構(gòu)和多子電池并聯(lián)結(jié)構(gòu)。多子電池并聯(lián)結(jié)構(gòu)包括至少2個大面積的電池并聯(lián)，且每個大面積的電池至少由2節(jié)小面積的子電池串聯(lián)形成。
[0017]一種高轉(zhuǎn)化效率的納米硅薄膜太陽電池的制備方法，具體包括以下工序:
[0018]前電極透明導(dǎo)電氧化層和背電極透明導(dǎo)電氧化層是采用低壓化學(xué)氣相沉積制備的摻硼氧化鋅層，所述摻硼氧化鋅層包括摻硼氧化鋅層和bulk層，所述seed層B2H6流量范圍控制在90?400sccm、厚度范圍為50?300納米，所述bulk層厚度范圍為1500?2000納米、600納米波長的散射度范圍為25?45%、電阻率范圍為5.0Χ10-4Ω.αιι?9.0X10-3 Ω.cm，400?1100納米波長的平均透過率范圍為78%至85% ；
[0019]預(yù)沉積薄膜是采用等離子體增強化學(xué)氣相沉積方法沉積的，所述預(yù)沉積層即是通過把將沉積完透明導(dǎo)電氧化層的透明襯底置入反應(yīng)盒內(nèi)，30分鐘內(nèi)在反應(yīng)盒里預(yù)沉積形成的，所述預(yù)沉積層使用的氣體為SiH4、H2、CH4、C02，使用的流量范圍均為4?7slm，膜層厚度控制在5?35nm ；
[0020]在非晶硅層中，ρ型摻雜a-Si0x:H層的沉積厚度范圍為1.5?3.5納米，ρ型摻雜a-SiCx:H層的沉積厚度范圍為6?10納米，a_SiCX:H層的沉積厚度范圍為5?9納米，復(fù)合i層分別由低速沉積的高質(zhì)量i層和高速沉積的i層疊加沉積而成，所述低速沉積的高質(zhì)量i層的沉積壓力范圍為0.1?0.6mbar、沉積速率范圍為0.1?0.2納米/秒、氣體流量范圍為4?6slm，所述高速沉積的i層的沉積壓力范圍為0.8?1.5mbar、沉積速率范圍為0.3?0.4納米/秒、氣流流量范圍為6?35slm，所述復(fù)合i層厚度范圍為150?200納米，所述的復(fù)合i層中至少包括10納米以上低速沉積的高質(zhì)量i層和高速沉積的i層，η型摻雜a-S1:Η層厚度范圍為3?5納米，η型摻雜的Pc-S1:Η層的厚度范圍為8?12納米，所述η型摻雜的a-S1:Η層的沉積壓力范圍為0.8?1.5mba、氣流流量范圍為2?9slm、沉積壓力范圍為2.5?3.8mbar、氣流流量范圍為75?90slm ；
[0021]中間反射層總厚度范圍為25?60納米，折射率范圍為0.18至0.22，中間反射層的Pc-S1:H層厚度范圍為0.6?1.0納米，高效隧穿復(fù)合結(jié)是以PH3、C02和H2為反應(yīng)氣體在等離子體狀態(tài)下對反射層進行表面處理后形成的，其中PH3和C02混合比例為1:100至1:500，等離子體處理的壓力范圍為0.3?0.7mbar，等離子體處理的功率密度范圍為0.03ff/cm2 ?0.04 W/cm2 ；
[0022]在微晶硅層中，ρ型摻雜Pc-Si = H層度范圍為2?4納米，ρ型摻雜Pc-S1:H層的厚度范圍為4?6納米，ρ型摻雜Pc-Si = H層的摻雜率是ρ型摻雜Pc-Si = H層的1.5?3倍，ρ型摻雜Pc-S1x = H層的厚度范圍為10?30納米、折射率范圍為2.5至3.5，復(fù)合i層厚度范圍為600?1200納米，所述復(fù)合i層由3至7層不同H2稀釋度[H2/(H2+SiH4)]的膜層組成，所述膜層厚度方向的晶化率范圍保持在55?75%、稀釋度范圍95?98%，非晶娃i層是低速沉積形成的高質(zhì)量i層；所述高質(zhì)量i層沉積壓力范圍為0.1?0.5mbar、沉積速率范圍為0.1納米/秒至0.2納米/秒、厚度范圍為15?25納米，微晶硅電池η層的材料是η型摻雜的Pc-S1x:H，所述的η型摻雜Pc-S1x:H層的厚度范圍為60?100納米、折射率范圍為1.8?2.2。
[0023]進一步地，在非晶硅層的沉積中，所述低速沉積的高質(zhì)量i層的沉積壓力范圍為0.2?0.4mbar，所述高速沉積的i層的沉積壓力范圍為1.0?1.3mbar，所述η型摻雜的a-S1:Η層的沉積壓力范圍為1.0?1.3mbar、沉積壓力范圍為3?3.5mbar ;氣流流量范圍為75-90slm ;在所述中間反射層中，所述反射層總厚度范圍為30?45納米、折射率范圍為
0.19 ?0.21。
[0024]本實用新型的最主要技術(shù)優(yōu)點在于提供了一套完整的大面積、高轉(zhuǎn)換效率、高穩(wěn)定性、適合工業(yè)化生產(chǎn)的非晶硅/微晶硅疊層薄膜太陽能電池制備方法，所述制備方法已應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，有力的推動了薄膜太陽能電池的發(fā)展。
【附圖說明】
[0025]附圖1為本實用新型一種高轉(zhuǎn)化效率的納米硅薄膜太陽電池總體的的膜層結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]附圖2為本實用新型一種高轉(zhuǎn)化效率的納米硅薄膜太陽電池前電極透明導(dǎo)電氧化層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]附圖3為本實用新型一種高轉(zhuǎn)化效率的納米硅薄膜太陽電池背電極透明導(dǎo)電氧化層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]附圖4為本實用新型一種高轉(zhuǎn)化效率的納米硅薄膜太陽電池中間反射導(dǎo)電氧化層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]附圖5為本實用新型一種高轉(zhuǎn)化效率的納米硅薄膜太陽電池激光刻劃示意圖；
[0030]附圖6為本實用新型一種高轉(zhuǎn)化效率的納米硅薄膜太陽電池成品測試1-V曲線圖；
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