一种双n层结构非晶硅太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于非晶硅太阳能电池技术领域，具体涉及一种双η层结构非晶硅太阳能 电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着煤炭、石油等不可再生能源的日益枯竭，世界经济对新能源的需求使太阳能 电池技术得到了迅猛的发展，太阳能电池通过把太阳光光能转换成电能，是一种可再生的 洁净能源技术。
[0003] 目前市场上工业化生产以单晶硅和多晶硅太阳电池为主，单晶硅的电池效率为 18. 5%，多晶硅电池效率为16. 7%左右。但目前这两种电池存在所需要的硅材料的短缺以 及硅材料制备过程存在环境污染等问题，而非晶硅薄膜太阳电池具有耗材少、制备简单、环 境友好、成本低等优势，使得近年来科研、高校和企业单位纷纷将非晶硅太阳能电池作为研 发主方向。
[0004] 在保持成本不显著提高的条件下，晶体硅电池的效率很难进一步提高。目前市场 上的非晶硅电池光电效率大约是8%，具有大幅度的提升空间。因此，研宄人员一直在探索 提升非晶硅电池效率的新工艺新方法。
[0005] 非晶硅太阳能电池的结构以p-i-n型为主，这种非晶硅太阳能电池的结构层包 括制备太阳能电池的基体、导电薄膜、PIN型非晶硅薄膜以及背电极等。目前非晶硅太阳 能电池存在的主要问题是如何提高转化效率和降低光致衰退效应，现有技术中，对P型 非晶硅薄膜和I型非晶硅薄膜的界面处理技术较多。2014年，南开大学张晓丹教授等在 Solar Energy Materials&Solar Cells 专业期刊上发表了研宄论文《Improvement in performance of hydrogenated amorphous silicon solar cells with hydrogenated intrinsic amorphous silicon oxide p/i buffer layers》，报道了他们在 p/i 之间 SiOx 作为缓冲层制备的单节非晶硅太阳能电池效率达到10. 64%，多节太阳能电池效率达到 12. 24%，但其电流密度最高只有12. 58mA/cm2。这是由于导电薄膜呈现弱N型，与P型非晶 硅薄膜形成反向的PN结，造成太阳能电池的电流、电压等损失，如何解决这一问题有待于 做更深入的研宄。
[0006] 目前，不管市面上销售的还是研宄机构研发的非晶硅电池，均采用单η层薄膜电 池结构的形式，该单η层薄膜被均匀掺杂，在均匀单一掺杂的半导体中不存在内建电场或 内建电场极弱，不利于太阳能电池内部载流子的收集从而增强光电流，提高太阳能电池转 换效率。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种双η层结构非晶硅太阳能电池，该双η层结构非晶硅 太阳能电池具有较高的电流密度和光电转换效率。
[0008] 本发明的目的还在于提供上述双η层结构非晶硅太阳能电池的制备方法，该制备 方法工艺简洁、不需要增加新的设备投资成本。
[0009] 本发明的第一个目的是通过以下技术方案来实现的：一种双η层结构非晶硅太阳 能电池，包括玻璃基体，依次设置在玻璃基体上的透明导电膜、P型非晶硅层、缓冲层、非晶 硅本征层i层、双层η型非晶硅层、背反射层和背电极，其特征是：所述的双层η型非晶硅层 是由轻掺杂η型非晶硅层与重掺杂η型非晶硅层两层构成的双η层结构。
[0010] 本发明所述的透明导电膜优选为具有绒面结构的SnO2 = F薄膜；所述的P型非晶硅 层优选为P_a-SiC:H薄膜；所述的缓冲层优选为a_SiC:H薄膜；所述的非晶硅本征层i层优 选为i-a-Si:H薄膜；所述的轻掺杂η型非晶娃层优选为轻掺杂n-a-Si:H薄膜；所述的重掺 杂η型非晶硅层优选为重掺杂n-a-Si :H薄膜；所述的背反射层优选为氧化锌掺铝ΖηΟ:Α1 薄膜；所述的背电极优选为银电极。
[0011] 本发明所述的p-a-SiC:H-薄膜的膜厚优选为10~30nm ;所述的a-SiC:H薄膜的 膜厚优选为10~20nm ;所述的i-a-Si :H薄膜的膜厚优选为400~540nm ;所述的轻掺杂 n-a-Si : H薄膜的膜厚优选为40~60nm ;所述的重掺杂n-a-Si : H薄膜的膜厚优选为10~ 20nm ;所述的氧化锌掺错ΖηΟ:Α1薄膜的厚度优选为60~80nm ;所述的银电极的厚度优选 为 150 ~300nm。
[0012] 本发明所述的p-a-SiC: H薄膜、a-SiC: H薄膜、i-a-Si : H薄膜、轻掺杂n-a-Si : H薄 膜和重掺杂n-a-Si : H薄膜优选采用PECVD方式制成。
[0013] 本发明所述的氧化锌掺铝ΖηΟ:Α1薄膜和银电极优选通过磁控溅射方式制备获 得。
[0014] 本发明的第二个目的是通过以下技术方案来实现的：上述的双η层结构非晶硅太 阳能电池的制备方法，含以下步骤：
[0015] (1)装片：在玻璃基体上设置透明导电膜即具有绒面结构的SnO2 = F薄膜，置于 PECVD系统的真空室中；
[0016] (2)沉积P型非晶硅层p-a-SiC:H薄膜：将设有SnO2 = F薄膜的玻璃基体即FTO(掺 氟氧化锡）衬底温度加热至240~280°C，真空室真空度抽至3. 0 X 10_7~3. 0 X 10 _6Torr， 通入硅烷、甲烷、硼烷和氢气，调节反应气压为0. 6~0. 8Torr，放电功率为70~150mW/cm2， 沉积时间为20~60秒，制得P型非晶硅层p-a-SiC:H薄膜；
[0017] (3)沉积缓冲层a_SiC:H薄膜：将衬底（设有P型非晶硅层p-a-SiC:H薄膜和FTO 的玻璃基体）温度加热至240~280°C，真空室真空度抽至3. 0 X 10_7~3. 0 X 10 _6Torr，通 入硅烷、甲烷和氢气，调节反应气压为0. 6~0. 8Torr，放电功率为70~150mW/cm2,起辉光 时关闭甲烷气体，沉积时间为0. 5~1分钟，制得缓冲层a-SiC:H薄膜；
[0018] (4)沉积非晶硅本征层i层i-a-Si :H薄膜：将衬底（沉积有上述3种薄膜的玻璃 基体）温度加热至240~280°C，真空室真空度抽至3. 0 X 10_7~3. 0 X 10 _6Torr，通入硅烷 和氢气，调节反应气压为0. 6~0. 8Torr，放电功率为70~150mW/cm2,沉积时间为20~25 分钟，制得非晶硅本征层i层i-a-Si : H薄膜；
[0019] (5)沉积轻掺杂η型非晶硅层轻掺杂n-a-Si:H薄膜：将衬底（沉积有上述 4种薄膜的玻璃基体）温度加热至240~280 °C，真空室真空度抽至3. OX KT7Torr~ 3. OX KT6Torr，通入硅烷、磷烷和氢气，其中硅烷占气体总流量的10~15%，磷烷与硅烷的 体积流量比为1~6 :1，氢气的体积流量为硅烷和磷烷总体积流量的2~4倍（即氢气的稀 释比为2~4)，反应气压为0. 4~0. 6Torr，放电功率为70~150MW/cm2,沉积时间为2~ 3分钟，制得轻掺杂η型非晶硅层轻掺杂n-a-Si : H薄膜；
[0020] (6)沉积重掺杂η型非晶硅层重掺杂n-a-Si:H薄膜：将衬底（即设有上述 5种薄膜的玻璃基体）温度加热至240~280 °C，真空室真空度抽至3. OX KT7Torr~ 3. OX KT6Torr，通入硅烷、磷烷和氢气，其中硅烷占气体总流量的3~15%，磷烷与硅烷的 体积流量比为4~12 :1，氢气的体积流量为硅烷和磷烷总体积流量的2~4倍（即氢气 的稀释比为2~4)，反应气压为0. 4~0. 6Torr，放电功率为70~150mW/cm2,沉积时间为 10~60秒，制得重掺杂η型非晶硅层重掺杂n-a-Si : H薄膜；
[0021] (7)采用磁控溅射法制备背反射层氧化锌掺铝Ζη0:Α1薄膜：将真空室抽至 3. OX KT7Torr~3. OX 10_6Torr，采用铝的质量百分含量为1~2%的氧化锌陶瓷作为靶 材，反应气体为氧气，派射气体为氩气，派射压力为4~6mTorr，派射功率为200W，派射温度