硅薄膜太阳能电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及太阳能电池领域，具体而言，涉及一种硅薄膜太阳能电池。
【背景技术】
[0002] 硅薄膜太阳能电池具有原材料消耗少，能耗低，制备工艺简单，可使用廉价的玻 璃、不锈钢、塑料等衬底的特点，是光伏发电市场的重要组成部分。
[0003] 硅薄膜太阳能电池的主体结构(也称半导体层)包括P型掺杂层(P型层）、本征层（I 型层)和N型掺杂层(N型层）。现有技术中，N型层、I型层与P型层均选择相同的材料，根据选 用材料的不同又可分为非晶硅太阳电池和微晶硅太阳电池，非晶硅太阳电池中的P型层、I 型层、N型层均为非晶硅材料，微晶硅太阳电池的P型层、I型层、N型层均选用微晶硅材料。
[0004] 硅薄膜太阳能电池中，由于N型层、I型层与P型层均选择相同的材料，而形成同质 结，如图1所示，同质结的I型层与N型层的界面处能带平滑过渡，少子(空穴)有向N型层扩散 的可能，这会导致反向扩散电流的增加，进而减小电池开路电压。
[0005] 专利CN200510013862.9提出了一种使用宽带隙纳米硅作为硅薄膜太阳能电池P型 层的技术方案，目的是提高P型层的光透过率。该方案无法解决空穴向N型层扩散的问题，同 时P型层与I型层界面处的异质结会阻碍光生空穴向P型层输运，减小了电池的开路电压。
[0006] 专利CN201110155023.6提出了一种晶体硅异质结太阳电池，使用非晶硅薄膜钝化 硅片表面缺陷，提高太阳电池开路电压和效率。
[0007] 但是，上述这些专利均不能解决由空穴反向扩散导致的电池开路电压减小的问 题。
【发明内容】
[0008] 本申请的主要目的在于提供一种硅薄膜太阳能电池，以解决现有技术中的由于空 穴反向扩散导致的电池开路电压减小的问题。
[0009] 为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种硅薄膜太阳能电池，该硅 薄膜太阳能电池包括衬底、至少一个半导体层、透明导电层与金属层，各上述半导体层包括 依次设置的至少一个N型层、至少一个I型层与至少一个P型层，其中，上述N型层中的至少一 个为宽带隙N型层，形成上述宽带隙N型层的材料的能带宽度大于形成上述I型层的材料的 能带宽度。
[0010] 进一步地，形成上述宽带隙N型层的材料的能带宽度大于1.9eV，优选形成上述宽 带隙N型层的材料的激活能小于0.1 e V。
[0011] 进一步地，上述宽带隙N型层为N型氢化纳米硅层、N型氢化非晶碳化硅层或N型氢 化微晶硅氧化合物层。
[0012] 进一步地，至少一个上述半导体层还包括N+型层，上述N+型层设置在上述N型层的 远离上述I型层的表面上，上述N+型层为宽带隙N+型层，形成上述宽带隙N+型层的材料的能 带宽度大于形成上述I型层的材料的能带宽度。
[0013]进一步地，上述硅薄膜太阳能电池为NIP型硅薄膜太阳能电池或PIN型硅薄膜太阳 能电池。
[0014] 进一步地，当上述娃薄膜太阳能电池为上述NIP型娃薄膜太阳能电池时，上述NIP 型硅薄膜太阳能电池包括由下至上依次设置的上述衬底、上述金属层、第一透明导电层、上 述半导体层与第二透明导电层，优选上述衬底为不锈钢箱衬底、聚酰亚胺塑料衬底或玻璃 衬底。
[0015] 进一步地，当上述娃薄膜太阳能电池为上述PIN型娃薄膜太阳能电池，当上述娃薄 膜太阳能电池为上述PIN型硅薄膜太阳能电池，上述PIN型硅薄膜太阳能电池包括由下至上 依次设置的上述衬底、上述透明导电层、上述半导体层与上述金属层，优选上述衬底为导电 玻璃衬底。
[0016] 进一步地，上述透明导电层为掺铝ZnO层、掺硼ZnO层或氧化铟锡层。
[0017] 进一步地，上述I型层为非晶硅层或微晶硅层，上述P型层为非晶硅层或微晶硅层。
[0018] 进一步地，上述金属层为Ag层或A1层。
[0019] 应用本申请的技术方案，硅薄膜太阳能电池的一个半导体层中，形成N型层的材料 的能带宽度大于形成I型层的材料的能带宽度，使得N型层与I型层形成异质结，N型层与I型 层交界处的价带顶向下弯曲，形成了一个空穴势皇，从而阻止了光生空穴向N型层的扩散， 即减少了反向的扩散电流，反向扩散电流越小，到达P型区的光生空穴越多，填充因子增大， 光生载流子的收集效率也增大;并且反向扩散电流越小，电池的开路电压越大。由于硅薄膜 太阳能电池的转换率与填充因子与开路电压正相关，因此，宽带隙N型层能够提高硅薄膜太 阳能电池的转换率。
【附图说明】
[0020] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示 意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0021] 图1示出了现有技术中硅薄膜太阳能电池的能带结构示意图；
[0022] 图2示出了根据本申请的一种典型的实施方式提供的一种硅薄膜太阳能电池的结 构示意图；
[0023] 图3示出了图2所示的硅薄膜太阳能电池的能带结构示意图；
[0024]图4出了根据本申请的一种实施例提供的NIP型硅薄膜太阳能电池的结构示意图； 以及
[0025] 图5出了根据本申请的一种实施例提供的PIN型硅薄膜太阳能电池的结构示意图。
[0026] 其中，上述附图包括以下附图标记：
[0027] 10、衬底;20、半导体层;21、N+型层;22、N型层;23、1型层;24、P型层;25、P+型层;30、 透明导电层;31、第一透明导电层;32、第二透明导电层;40、金属层；100、光生空穴。
【具体实施方式】
[0028] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另 有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常 理解的相同含义。
[0029] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述【具体实施方式】，而非意图限制根 据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式 也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语"包含"和/或"包 括"时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0030] 正如【背景技术】所介绍的，现有技术中的硅薄膜太阳能电池中，由于I型层23与N型 层22均选用相同的材料，导致电池的开路电压减小的问题，为了解决如上的技术问题，本申 请提出了一种硅薄膜太阳能电池。
[0031] 本申请的一种典型的实施方式中，如图2所示，提供了一种硅薄膜太阳能电池，包 括衬底10、至少一个半导体层20、透明导电层30与金属层40,对于不同类型的硅薄膜太阳能 电池，衬底10、半导体层20、透明导电层30与金属层40的位置关系不同，各上述半导体层20 包括依次设置的至少一个N型层22、至少一个I型层23与至少一个P型层24。其中，上述N型层 22中的至少一个为宽带隙N型层，形成上述宽带隙N型层的材料的能带宽度大于形成上述I 型层23的材料的能带宽度。
[0032]上述的硅薄膜太阳能电池的一个半导体层20中，形成N型层22的材料的能带宽度 大于形成上述I型层23的材料的能带宽度，使得N型层22与I型层23形成异质结，如图3所示， N型层22与I型层23交界处的价带顶向下弯曲，形成了一个空穴势皇，从而阻止了光生空穴 100向N型层22的扩散，即减少了反向的扩散电流，反向扩散电流越小，到达P型层24的光生 空穴越多，填充因子增大，进而光生载流子的收集效率也增大;并且反向扩散电流越小，电 池的开路电压越大。由于硅薄膜太阳能电池的转换率与填充因子与开路电压正相关，因此， 宽带隙N型层能够提高硅薄膜太阳能电池的转换率。
[0033]综上所述，使用宽带隙N型层22可以提高开压，提高填充因子，进而提高硅薄膜太 阳能电池的光电转换效率。
[0034]上述的宽带隙N型层的厚度可以与现有技术中的N型层22的厚度相同，在20~40nm 之间，这样的范围，更有利于内建电场的形成，同时，也能进一步保证短路电流与填充因子 较大，保证硅薄膜太阳能电池具有较大的转换率。
[0035] 本申请的另一种优选的实施例中，上述形成宽带隙N型层的材料的能带宽度大于 1.9eV。这样能够进一步保证N型层22与I型层23形成异质结，进一步阻止了光生空穴向N型 层22扩散。
[0036] 优选地，形成上述宽带隙N型层的材料的激活能小于0. leV，激活能越小，娃薄膜太 阳能电池内建势明显增加，电池内建势增加有助于开路电压的提高；并且，由于内建势增 加，载流子的收集效率增加，填充因子也会增加，由于硅薄膜太阳能电池的转换率与填充因 子与开路电压成正比，因此，将激活能控制为小于O.leV，能够提高硅薄膜太阳能电池的转 换率。
[0037]为了保证宽带隙N型层22与I型层23形成较好的异质结，同时，保证宽带隙N型层具 有较好的导电性能，本申请优选宽带隙N型层为N型氢化纳米硅层、N型氢化非晶碳化硅层或 N型氢化微晶硅氧化