一种高转化率的纳米硅薄膜太阳电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及太阳能电池领域，特别是一种纳米硅基叠层薄膜太阳能电池。
【背景技术】
[0002]硅基薄膜太阳能电池具有用料少、能耗低，可以在玻璃、不锈钢和塑料等价格低廉的衬底上制备p-1-n型或n-1-p型结构的太阳能电池，这些特点使娃基薄膜太阳能电池成为进一步降低太阳能电池生产成本的希望。但是，由于非晶硅材料具有光致衰退效应，导致硅基薄膜太阳能电池的稳定性还有待提高，而且现在产业化的非晶硅单结太阳能电池的稳定光电转换效率还较低。因此，如何提高硅基薄膜太阳能电池的光电转换效率成为这种电池是否能够大规模发展的关键。
[0003]针对以上所述问题，太阳能电池的研宄者提出了叠层薄膜太阳能电池，成为改善硅基薄膜太阳能电池稳定性以及提高光电转换效率的有效途径。叠层薄膜太阳能电池指由至少两个P-1-n结或n-1-p结所叠合构成的电池。由于叠层太阳能电池中非晶硅层的厚度相对单结太阳能电池要薄很多，因此可以有效地降低叠层太阳能电池的光致衰退，以及提高稳定性。此外，使用不同光学带隙的材料分别作为叠层太阳能电池中非晶硅基P-1-n结或n-1-p结的本征层，可以拓宽太阳能电池对太阳光谱的吸收，从而有效提高太阳能电池的稳定光电转换效率。叠层薄膜太阳能电池中最具代表性、也最具发展潜力的则是非晶硅/微晶硅叠层薄膜太阳能电池。
[0004]非晶硅/微晶硅叠层薄膜太阳能电池虽已实现工业化生产，但仍存在核心原材料被国外主要几家巨头公司所垄断导致原材料价格昂贵、生产工艺稳定性不佳、转换效率不高等缺点，以上缺点导致太阳能电池的发电成本还是明显高于传统能源发电成本。因此，如何降低非晶硅/微晶硅叠层薄膜太阳能电池的生产成本、提高工业化生产稳定性和转换效率成为这种电池是否能够大规模发展的又一关键所在。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的最主要目的在于提供了一种大面积、高转换效率、高稳定性、适合工业化生产的非晶硅/微晶硅叠层薄膜太阳能电池，且已应用到实际生产中。
[0006]本实用新型可以通过以下技术方案来实现:
[0007]本实用新型公开了一种高转化效率的纳米硅薄膜太阳电池，包括透明衬底、前电极透明导电氧化层、预沉积层、非晶硅层、中间反射层、微晶硅层、背电极透明导电氧化层和反射封装层，所述前电极透明导电氧化层、预沉积层、非晶硅层、中间反射层、微晶硅层、背电极透明导电氧化层、反射封装层依次沉积叠加在所述透明衬底上。
[0008]所述非晶硅层包括非晶硅复合P层、非晶硅电池缓冲层、非晶硅复合i层和非晶硅复合η层，所述非晶硅复合P层、非晶硅电池缓冲层、非晶硅复合i层、非晶硅复合η层依次沉积叠加在所述预沉积层表面。
[0009]所述中间反射层包括反射层和高效隧穿复合结，所述反射层包括η型掺杂的Pc-S1x: H层和η型掺杂的Pc-S1: H层，所述η型掺杂的Pc-S1x: H层、η型掺杂的Pc-S1: H层均为双层，所述η型掺杂的Pc-S1x:H层、η型掺杂的Kc-S1:H层彼此交错，所述η型掺杂的Pc-S1x = H层、η型掺杂的Pc-Si = H层、高效隧穿复合结沉积叠加在所述非晶硅层表面。
[0010]所述微晶硅层包括微晶硅复合P层和微晶硅复合i层，所述微晶硅复合P层和微晶硅复合i层依次沉积叠加在所述中间反射层表面。
[0011]所述非晶娃沉积P层包括P型掺杂的a-Si0x:H层和a_SiCx:H层，所述非晶娃η层包括η型掺杂的a-S1:Η层和η型掺杂的Pc-S1:H层，所述ρ型掺杂的a-Si0x:H层和a-SiCx: H层依次沉积叠加在所述预沉积层表面，所述η型掺杂的a_S1:Η层和η型掺杂的Pc-S1:H层依次沉积叠加在所述非晶娃复合i层表面。
[0012]所述微晶娃复合P层包括P型掺杂的Pc-S1:H层、Pc-S1x:H层和Pc-S1:H层，所述微晶娃复合i层包括Kc-S1:H i层、a-S1:H i层，所述复合ρ层、复合i层、微晶娃电池η层依次沉积叠加在所述中间反射层表面。
[0013]所述前电极透明导电氧化层和背电极透明导电氧化层均包括Seed层和Bulk层。
[0014]所述预沉积层是采用等离子体增强化学气相沉积方法沉积的，所述预沉积层的材料包括a-S1:H、a-SiCx:H和a_Si0x:H中的一种或二种以上。
[0015]进一步地，所述反射封装层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，主要为白色EVA。玻璃背板包括未钢化玻璃、半钢化玻璃和钢化玻璃，
[0016]在实际应用中，所述薄膜太阳能电池可以制作为多子电池串联结构和多子电池并联结构。多子电池并联结构包括至少2个大面积的电池并联，且每个大面积的电池至少由2节小面积的子电池串联形成。
[0017]一种高转化效率的纳米硅薄膜太阳电池的制备方法，具体包括以下工序:
[0018]前电极透明导电氧化层和背电极透明导电氧化层是采用低压化学气相沉积制备的掺硼氧化锌层，所述掺硼氧化锌层包括掺硼氧化锌层和bulk层，所述seed层B2H6流量范围控制在90?400sccm、厚度范围为50?300纳米，所述bulk层厚度范围为1500?2000纳米、600纳米波长的散射度范围为25?45%、电阻率范围为5.0Χ10-4Ω.αιι?9.0X10-3 Ω.cm，400?1100纳米波长的平均透过率范围为78%至85% ；
[0019]预沉积薄膜是采用等离子体增强化学气相沉积方法沉积的，所述预沉积层即是通过把将沉积完透明导电氧化层的透明衬底置入反应盒内，30分钟内在反应盒里预沉积形成的，所述预沉积层使用的气体为SiH4、H2、CH4、C02，使用的流量范围均为4?7slm，膜层厚度控制在5?35nm ；
[0020]在非晶硅层中，ρ型掺杂a-Si0x:H层的沉积厚度范围为1.5?3.5纳米，ρ型掺杂a-SiCx:H层的沉积厚度范围为6?10纳米，a_SiCX:H层的沉积厚度范围为5?9纳米，复合i层分别由低速沉积的高质量i层和高速沉积的i层叠加沉积而成，所述低速沉积的高质量i层的沉积压力范围为0.1?0.6mbar、沉积速率范围为0.1?0.2纳米/秒、气体流量范围为4?6slm，所述高速沉积的i层的沉积压力范围为0.8?1.5mbar、沉积速率范围为0.3?0.4纳米/秒、气流流量范围为6?35slm，所述复合i层厚度范围为150?200纳米，所述的复合i层中至少包括10纳米以上低速沉积的高质量i层和高速沉积的i层，η型掺杂a-S1:Η层厚度范围为3?5纳米，η型掺杂的Pc-S1:Η层的厚度范围为8?12纳米，所述η型掺杂的a-S1:Η层的沉积压力范围为0.8?1.5mba、气流流量范围为2?9slm、沉积压力范围为2.5?3.8mbar、气流流量范围为75?90slm ；
[0021]中间反射层总厚度范围为25?60纳米，折射率范围为0.18至0.22，中间反射层的Pc-S1:H层厚度范围为0.6?1.0纳米，高效隧穿复合结是以PH3、C02和H2为反应气体在等离子体状态下对反射层进行表面处理后形成的，其中PH3和C02混合比例为1:100至1:500，等离子体处理的压力范围为0.3?0.7mbar，等离子体处理的功率密度范围为0.03ff/cm2 ?0.04 W/cm2 ；
[0022]在微晶硅层中，ρ型掺杂Pc-Si = H层度范围为2?4纳米，ρ型掺杂Pc-S1:H层的厚度范围为4?6纳米，ρ型掺杂Pc-Si = H层的掺杂率是ρ型掺杂Pc-Si = H层的1.5?3倍，ρ型掺杂Pc-S1x = H层的厚度范围为10?30纳米、折射率范围为2.5至3.5，复合i层厚度范围为600?1200纳米，所述复合i层由3至7层不同H2稀释度[H2/(H2+SiH4)]的膜层组成，所述膜层厚度方向的晶化率范围保持在55?75%、稀释度范围95?98%，非晶娃i层是低速沉积形成的高质量i层；所述高质量i层沉积压力范围为0.1?0.5mbar、沉积速率范围为0.1纳米/秒至0.2纳米/秒、厚度范围为15?25纳米，微晶硅电池η层的材料是η型掺杂的Pc-S1x:H，所述的η型掺杂Pc-S1x:H层的厚度范围为60?100纳米、折射率范围为1.8?2.2。
[0023]进一步地，在非晶硅层的沉积中，所述低速沉积的高质量i层的沉积压力范围为0.2?0.4mbar，所述高速沉积的i层的沉积压力范围为1.0?1.3mbar，所述η型掺杂的a-S1:Η层的沉积压力范围为1.0?1.3mbar、沉积压力范围为3?3.5mbar ;气流流量范围为75-90slm ;在所述中间反射层中，所述反射层总厚度范围为30?45纳米、折射率范围为
0.19 ?0.21。
[0024]本实用新型的最主要技术优点在于提供了一套完整的大面积、高转换效率、高稳定性、适合工业化生产的非晶硅/微晶硅叠层薄膜太阳能电池制备方法，所述制备方法已应用到工业生产中，有力的推动了薄膜太阳能电池的发展。
【附图说明】
[0025]附图1为本实用新型一种高转化效率的纳米硅薄膜太阳电池总体的的膜层结构示意图；
[0026]附图2为本实用新型一种高转化效率的纳米硅薄膜太阳电池前电极透明导电氧化层的结构示意图；
[0027]附图3为本实用新型一种高转化效率的纳米硅薄膜太阳电池背电极透明导电氧化层的结构示意图；
[0028]附图4为本实用新型一种高转化效率的纳米硅薄膜太阳电池中间反射导电氧化层的结构示意图；
[0029]附图5为本实用新型一种高转化效率的纳米硅薄膜太阳电池激光刻划示意图；
[0030]附图6为本实用新型一种高转化效率的纳米硅薄膜太阳电池成品测试1-V曲线图；
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