N型掺杂硅薄膜、其制备方法和包括其的太阳能电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太阳能电池技术领域，具体而言，涉及一种N型掺杂硅薄膜、其制备方 法和包括其的太阳能电池。
【背景技术】
[0002] 硅基太阳能电池包括有单晶硅异质结太阳电池和硅薄膜太阳能电池，其中，N型硅 层是上述种类的硅基太阳能电池中必不可少的结构。现有技术中通常采用非晶硅薄膜作为 单晶硅异质结太阳能电池和硅薄膜太阳能电池中的N型硅层，然而非晶硅薄膜的能带宽度 约1.8eV，N型掺杂的激活能约0.4eV，上述较小的能带宽度和较大的激活能不仅不利于太阳 能电池内建电场的建立和光生载流子的收集，也不利于限制N型硅层与本征硅层界面处空 穴向N型硅层的扩散;并且，由于非晶硅薄膜的电导率也相对较小，从而也不利于减小电池 的串联电阻，上述问题最终也导致了太阳能电池的转换效率降低。
[0003] 为了提高N型掺杂硅薄膜的带隙宽度，申请号为CN200910068153.9的专利申请中 提出一种硅薄膜太阳电池用宽带隙N型纳米硅材料及其制备方法，获得了高电导率、宽带隙 的N型纳米硅层。然而，上述方法中需要较高的衬底温度，从而不仅使工艺生产中能耗较大， 还会对硅片造成损伤，并且形成的N型纳米硅层的晶粒尺寸为5~20纳米，较大的晶粒尺寸 不利于产生量子尺寸效应，进而影响了带隙的展宽效率。
【发明内容】
[0004] 本发明的主要目的在于提供一种N型掺杂硅薄膜、其制备方法和包括其的太阳能 电池，以解决现有技术中含有由非晶硅薄膜制备的N型掺杂硅薄膜导致太阳能电池的转换 效率降低的问题。
[0005] 为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种N型掺杂硅薄膜的制备方 法，包括以下步骤:利用等离子体增强化学气相沉积工艺在位于反应室的太阳能电池半成 品上沉积形成N型掺杂硅薄膜，等离子体增强化学气相沉积工艺的反应气体包括硅源气体、 氢气和掺杂气体，其中，氢气与硅源气体流量比为80:1~150:1，实施等离子体增强化学气 相沉积工艺时，太阳能电池半成品的表面温度为50~70°C、等离子体增强化学气相沉积工 艺的辉光功率密度为0.8W/cm 2~1.5W/cm2，反应气压为500Pa~750Pa;形成的N型掺杂硅薄 膜的晶粒尺寸小于5nm，能带宽度大于1.9eV，激活能小于0. leV。
[0006] 进一步地，掺杂气体和硅源气体的流量比为1:10~1:60。
[0007] 进一步地，在实施等离子体增强化学气相沉积工艺之前，制备方法还包括对太阳 能电池半成品进行表面处理的过程，过程包括:对反应室进行抽真空处理，以使反应室的真 空度大于等于l(T 5Pa;向反应室内通入氢气，利用等离子体增强化学气相沉积工艺对太阳能 电池半成品进行表面处理。
[0008] 进一步地，进行表面处理的步骤中，等离子体增强化学气相沉积工艺的反应气压 为450Pa~700Pa，辉光功率密度为0.8W/cm 2~1.5W/cm2，优选表面处理的时间为5~15s。
[0009] 进一步地，在实施等离子体增强化学气相沉积工艺之前以及对太阳能电池半成品 进行表面处理之后，制备方法还包括:停止向反应室通入氢气;对反应室进行抽真空处理， 以使反应室的真空度大于等于H^Pa。
[0010] 进一步地，在实施等离子体增强化学气相沉积工艺之后，制备方法还包括:依次停 止通入掺杂气体、娃源气体和氢气。
[0011 ] 进一步地，硅源气体为SiH4和/或Si2H6，掺杂气体为PH3和/或AsH 3。
[0012]进一步地，太阳能电池半成品为单结硅薄膜太阳能电池半成品、多结硅薄膜太阳 能电池半成品和/或单晶硅异质结太阳能电池半成品。
[0013 ]进一步地，太阳能电池半成品为单结硅薄膜太阳能电池半成品或多结硅薄膜太阳 能电池半成品时，太阳能电池半成品的结构包括依次层叠的衬底和金属电极，依次层叠的 衬底、透明导电电极、P型娃层和本征娃层，依次层叠的衬底、金属电极、N型娃层、本征娃层 和P型娃层，或依次层叠的衬底、透明导电电极、P型娃层、本征娃层、N型娃层、P型娃层和本 征硅层，且N型掺杂硅薄膜形成于太阳能电池半成品的远离衬底的一侧表面上。
[0014] 进一步地，太阳能电池半成品为单晶硅异质结太阳能电池半成品时，太阳能电池 半成品的结构包括层叠的P型娃层和本征娃层，和/或层叠的N型娃层和本征娃层，且N型掺 杂硅薄膜形成于至少一层本征硅层的表面上。
[0015] 根据本发明的另一方面，提供了一种N型掺杂硅薄膜，N型掺杂硅薄膜的晶粒尺寸 小于5nm，能带宽度大于1.9eV，激活能小于0· leV〇
[0016] 根据本发明的另一方面，还提供了一种太阳能电池，太阳能电池包括太阳能电池 半成品以及设置于太阳能电池半成品上的N型硅层，N型硅层为上述的制备方法制备得到的 N型掺杂硅薄膜或上述的N型掺杂硅薄膜。
[0017]应用本发明的技术方案，通过向设置有太阳能电池半成品的反应室中通入反应气 体，反应气体中氢气与硅源气体流量比为80:1~150:1，并控制衬底温度为50~70°C，反应 室的辉光功率密度为0.8W/cm 2~1.5W/cm2，以及反应室的反应气压为500Pa~750Pa，从而增 强了氢等离子体对非晶硅薄膜中硅硅弱键的刻蚀强度，进而不仅使形成的N型掺杂硅薄膜 中晶粒尺寸小于5nm，而且降低了生产工艺中的能耗以及高温对硅片的热损伤。并且，由于 所制备的N型掺杂硅薄膜的晶粒尺寸小于5nm，从而受到量子尺寸效应的影响，纳米颗粒将 产生不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，进而使N型掺杂硅薄 膜的能带带隙实现大于1.9eV的宽带隙，形成了纳米娃薄膜，纳米娃薄膜相对于非晶娃薄膜 的掺杂效率更高，从而能够获得小于〇. leV的更低的激活能。由此可见，本申请通过提高N型 掺杂硅薄膜的能带宽度和掺杂效率提高了太阳能电池的内建电场，减小了串联电阻，最终 提高了太阳能电池的转换效率。
[0018] 除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。 下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
【附图说明】
[0019] 构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示 意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0020] 图1示出了本发明所提供的N-I-P结构的单结硅太阳能电池的结构示意图；
[0021] 图2示出了本发明所提供的P-I-N结构的单结硅太阳能电池的结构示意图；
[0022] 图3示出了本发明所提供的多层N-I-P结构层叠的多结硅太阳能电池的结构示意 图；
[0023] 图4示出了本发明所提供的多层P-I-N结构层叠的多结硅太阳能电池的结构示意 图；
[0024] 图5示出了本发明所提供的一种单晶硅异质结太阳电池的结构示意图；
[0025] 图6示出了本发明所提供的另一种单晶硅异质结太阳电池的结构示意图；以及
[0026] 图7示出了本发明实施例1中N型掺杂硅薄膜的微观显示图。
【具体实施方式】
[0027] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0028] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的 附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是 本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人 员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范 围。
[0029]需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语"第一"、"第 二"等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用 的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语"包括"和"具 有"以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元