专利名称：提高单室沉积微晶硅基薄膜太阳电池效率的制备方法
提高单室^:积微晶硅s^Jl^阳电池效率的制备方法
fiMt领域本发明属于太阳电池技术领域，特别涉及一种改善单室沉积微晶硅基或纳米硅
基薄駄阳电池效率,法。
背景駄单室調子鹏强化学气相沉积(PECVD)狱的低/^:特点，再与新型高效
非晶掛微晶硅基(纳米硅基)觀电池技糊结合，将f艇基薄膜电淑RJ^的潜在优^f导到真 正体现。gM获得高效率的非晶硅a/微晶硅基(纳米硅基)4M太阳电池，高效ML结微晶硅基 (纳米硅基)薄膜太阳电池的制备则非ss要。但是单室沉积存在的交叉污染^i、须要解决的问 题，而舰于微晶硅基(纳米硅基)薄駄阳电池其污染问题则M^重，因为微晶硅的掺杂效率 高，这幹'无意"的杂 ^将会使得污染问题变的更为严重，使得制备的微晶硅基(纳米硅基)薄 皿阳电池的短珞电流密度远低于分室制备的微晶硅基(纳米硅基)薄皿阳电池的电流，几乎 鋭于非晶硅薄駄阳电池的水平，而开路电压又小于非晶硅薄駄阳电池，所以其电池的光电
转换效率很低。因此，对于单室沉积微晶硅基(纳米硅基)薄駄阳电池其l/l界面的硼污染问题
必须要采取一定的措; 解决。现在产业化单室沉积非晶硅薄膜太阳电池的方法是大量的气,
洗，但由于非晶硅薄膜和微晶硅基(纳米硅基)薄膜材料的'顿是不同的，因IW于微晶硅基(纳
米硅基)薄 :阳电池的污染处理方法有待于做深入的研究。
而迚渡区材料，即具有中等晶化率的材料其受硼污染的影响,比较大，而实际上结合目前
国际和我们对于分室进行的微晶硅基(纳米硅基)薄E^:阳电池的研究，高效率电池需要的本征
微晶硅基(纳米硅基)薄膜^^该处于非曰曰0/微晶迚渡区的，即要求具有中等晶化率的材料。f腿
然，为了获得高效率的微晶硅基(纳米硅基)薄駄阳电池，我们需要选^^度区材料，可是由 于单室沉积硼所带来的污染使得其电池的性能，蹉。
发明内容本发明目的是解决单室沉积微晶硅基(纳米硅基)薄膜太阳电池的硼污
染问题，提供一种提高单室沉积微晶硅基(纳米硅基)薄膜太阳电池效率的制备方法，以便 提高电池的短路电流密度，进而提高电池的光电转换效率。该方法不需增加新的设备改造投 资成本，有利于成本控制。
本发明为实现上述目的，设计了一种改善微晶硅基(纳米硅基)薄膜太阳电池性能的制 备方法，其主要是，在传统的微晶硅基(纳米硅基)薄膜太阳电池的制备过程中，在p/i界面
引入一层高晶化率的界面层(其晶化率大于40%)来实现降低硼污染的影响，进而提高单室沉积微晶硅基(纳米硅基)薄膜太阳电池的光电转换效率。
本发明提出单室沉积微晶硅基(纳米硅基)电池的制备方法可以为射频等离子体增强
化学气相沉积(RF-PECVD)、热丝化学气相沉积(HWCVD)、甚高频等离子体增强化学气
相沉积(VHF-PECVD)。电池的类型针对本征i层而言，即包括微晶硅基(微晶硅、微晶硅
锗、微晶硅碳或微晶硅氧等)、也包括纳米硅基(纳米硅、纳米硅锗、纳米硅碳或纳米硅氧
等)的薄膜太阳电池。此微晶硅基(纳米硅基)电池的类型即包括单结微晶硅基(纳米硅基)
电池，也适用于由其构成的双结或三结叠层太阳电池。
本发明提高单室沉积微晶硅基薄膜太阳电池效率的制备方法，具体操作包括以下步骤
第一、将肺透明导电薄膜的衬1 在真空輕内；
第二、在衬底上沉积P层微晶硅S^膜，然后^R—层高晶化率的界面层(其晶化率大于40。/。)，
该界面层的制^#如下
^S气为麟、氢气、二氧化碳、锗臓甲烷气体中的至少两沐 g气体压强0.1Torr以上；
辉光功率密度0.1-3WW; 衬綠面鹏IOO賓C;
辉光 1频率13.56MHz-100MHz ;
第三、然后沉积微晶硅基电池的本征i层和非晶n层； 第四、采用热蒸发A1电极，雖获得电池，进行J-V测试。
本发明的优点和积极鄉
本发明在单室内沉积完P层微晶硅基薄膜后，在正式沉积微晶硅基太阳电池的本征层之 前先沉积一定厚度的高晶化率的界面层来降低硼污染的影响，以便提高电池的光电转换效率。 这种方法既不增加新的设备改造投资，又降低了污染，同时有效提高电池效率。
图1是单室沉积的没有引入高晶化^^面层电池的J-V曲线图2是单室沉积的引入厚度为10nm高晶化^^面层电池的J-V曲线图； 图3是单室沉积的引入厚度为40nm高晶4t^^面层电池的J-V曲线图； 图4是单室沉积的引入厚度为30nm高晶化率界面层电池的J-V曲线具体实S6^
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的技术方案进行详细的说明。本发明提出采用高晶化率的界面层来降低单室内沉积微晶硅基(纳米硅基)电池的污染 问题。此单室沉积微晶硅基(纳米硅基)电池的制备方法可以为射频等离子体增强化学气相 沉积(RF-PECVD)、热丝化学气相沉积(HWCVD)、甚高频等离子体增强化学气相沉积 (VHF-PECVD)。电池的类型针对本征i层而言，即包括微晶硅基(微晶硅、微晶硅锗、微 晶硅碳或微晶硅氧等)、也包括纳米硅基(纳米硅、纳米硅锗、纳米硅碳或纳米硅氧等)的 薄膜太阳电池。此微晶硅基(纳米硅基)电池的类型即包括单结微晶硅基(纳米硅基)电池， 也适用于由其构成的双结或三结叠层太阳电池。
下面以在单室内制备单结p/i/n型微晶硅薄膜太阳电池为例来说明本发明提出的采用高晶 化率的界面层来降低硼污染，提高电池的光电转换效率。
本发明提高单室沉积微晶硅薄膜太阳电池效率的制备方法，包括以下步骤
1、 将带有透明导电薄膜的衬ES^真空J^内；
在本发明的^M例中，该衬/SM^^衬底，真空控制在高于10-5ToiT0
2、 在衬底上沉积PMm晶硅薄膜，然后^R具有一定厚度的高晶化率的界面层(其晶化率大 于40%)，该界面层的制备方法如下
反应气为硅烷、氢气、二氧化碳、锗烷或甲烷气体中的至少两种；
本发明实施例中采用的反应气为硅垸、氢气两种气体，制备的反应沉积参数如下
反应气体压强0.1Torr以上；
辉光功率密度0.1-3W/cm2;
衬底表面温度100-300°C;
辉光激励频率13.56MHz-100MHz;
3、 然后沉积微晶硅电池的本征i层和非晶n层；
4、 采用热蒸发A1电极，最后获得电池，进行J-V测试。
以下是本发明提供的几个具体实施例的反应条件，其具体操作过程如以上所述 实施例l:
本实施例中制备高晶化率界面层的较为优选的一个实施条件如下反应气中硅烷=19.25SCCM，氢气流fr330.75SCCM。应腔室中的反应气压保持在1.8Toit，热阱加热温度 保持在295'C，设定辉光功率0.45W/cm2，辉光激励频率为75MHz。沉积20s，所制得的高晶 化率的界面层厚度约为10nm，制备的电池的电流密度和效率分别为13.7mA/cn^和3.59。/。(见 图2)。
附图1给出的是没有采用高晶化率界面层在单室内制备电池的电流密度和效率分别为 12.8mA/cm2和3.260/0 。 实施例2:
本实施例中制备高晶化率界面层的较为优选的一个实施条件如下反应气中硅烷
=20.2SCCM，氢气流量二329.8SCCM。应腔室中的反应气压保持在1.8Torr，热阱加热温度保 持在295X:，设定辉光功率0.45W/cm2，辉光激励频率为75MHz。沉积60s，所制得的高晶化 率的界面层厚度约为40nm，制备的电池的电流密度和效率分别为15.5mA/cn^和3.97% (见 图3)。
实施例中制备高晶化率界面层的较为优选的一个实施条件如下反应气中硅烷
=19.25SCCM,氢气流S^330.75SCCM。应腔室中的反应气压保持在1.8Torr，热阱加热温度 保持在295'C，设定辉光功率0.45W/cm2，辉光激励频率为75MHz。沉积60s，所制得的高晶 化率的界面层厚度约为30nm，制备的电池的电流密度和效率分别为15.6mA/cn^和4.32%(见 图4)。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵 盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1、一种提高单室沉积微晶硅基或纳米硅基薄膜太阳电池效率的制备方法，其特征在于，在传统的微晶硅基或纳米硅基薄膜太阳电池的制备过程中，在p/i界面引入一层高晶化率的界面层，其晶化率大于40％。
2、 ^权利要求i,的诺恪方法，，征在于0M的微晶硅基，米硅盈萆mi;阳电池的 类型包括单乾微晶硅基或纳米硅^f^i;阳电池，或者由单结微晶硅基或纳米硅,成的双结或 三结親薄駄阳电池。
3、 权利要求1或2，的制备方法，，征在于所述的微晶硅基，米硅^^皿阳电 池针对本征i层而言，包括微晶硅基中的微晶硅、微晶麟、微晶硅碳繊晶職，或糊米硅基 中的纳米硅、纳米,、纳米硅碳或纳米硅氧的薄J^:阳电池。
4、 根据权利要求i或2戶腐的制备方法，，征在于戶腿的微晶硅基或纳米硅翁荨皿阳电 池的制备方飽括射频，子鹏强化学气相沉积法、热丝化学气相沉积法、甚高频等离子, 强化学气相沉积法。
5、 根据权利要求4所述的制备方法，，征在于，具体操作包括以下步骤 第一、将^W透明导电薄膜的衬^C在真空^^内；第二在衬/^±沉积P織晶硅基薄膜，然后沉积一层高晶化率的界面层，该界面层的制备 餅如下反应气为 、氢气、1化碳、锗^甲烷气体中的至少两种；反应气体压强0.1Torr以上；辉光功率密度0.1-3W/cm2;衬底表面驄100-300°C;辉光W]频率13.56MHz-100MHz ; 第三、然后沉积微晶硅基电池的本征i层和非晶n层； 第四、翻热蒸发A1电极，最后获得电池，进行J-V测试。
6、 根据权利要求5所述的制备方法，，征在于，第一步中所述的衬底选用,皿明塑 料衬底，真继制在高于10-5Toit o
7、 ,权利要求5皿的制备方法，，征在于，第二步中所述的高晶化率的界面层为微 晶硅基^^米硅 膜，其厚度为小于100nm 。
全文摘要
一种提高单室沉积微晶硅基(纳米硅基)薄膜太阳电池效率的制备方法。本发明在传统的微晶硅基(纳米硅基)薄膜太阳电池的p/i界面引入高晶化率的界面层来实现降低硼污染的影响，进而提高单室沉积微晶硅基(纳米硅基)薄膜太阳电池的光电转换效率。电池的类型针对本征i层而言，即包括微晶硅基(微晶硅、微晶硅锗、微晶硅碳或微晶硅氧等)、也包括纳米硅基(纳米硅、纳米硅锗、纳米硅碳或纳米硅氧等)的薄膜太阳电池。此微晶硅基(纳米硅基)电池的类型即包括单结微晶硅基(纳米硅基)电池，也适用于由其构成的双结或三结叠层太阳电池。该方法不需增加新的设备改造投资成本，又降低了污染，同时有效提高电池效率。
文档编号C23C16/30GK101562215SQ20091006903
公开日2009年10月21日 申请日期2009年5月27日 优先权日2009年5月27日
发明者建 孙, 孙福和, 张晓丹, 熊绍珍, 王光红, 耿新华, 许盛之, 颖 赵, 魏长春 申请人:南开大学