专利名称：一种硅基薄膜太阳电池及其制备方法
技术领域：
本发明涉及硅基薄膜太阳电池，具体而言是一种硅基薄膜电池太阳电池及其制备方法。
背景技术：
随着能源消耗的不断增加，石油和煤炭的大量使用所导致的温室气体已经严重影响生态环境，而且石油和煤炭资源也面临枯竭的境地。因此，寻求清洁的可再生能源变得日益紧迫，而太阳能是用之不竭的可再生能源，对环境保护具有十分重要的意义，太阳能的有效利用已经成为人类的共识。太阳能的利用，尤其是光伏发电技术，是最有希望的可再生能源技术。硅基薄膜太阳电池除了具有节省原材料、耗能低、成本低、易于大面积生产的优势外，还有着原材料丰富、无污染等优点，但是硅基薄膜太阳电池还是具有转换效率低的缺硅基薄膜电池的转换效率的提高，很大程度上取决于对太阳光谱内可见光的有效吸收，背反射电极最重要的作用是增加入射光在电池中光程，是提高光吸收的有效办法之一。硅基薄膜电池的背反射电极一般为Al或ZnO/Ag/Al、ZnO/Al、ZnO/Ag/NiCr合金等，而ZnO通常采用MOCVD和Sputter技术制备，但是ZnO的加入，增加了电池制备的成本。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种硅基薄膜太阳电池及其制备方法，该硅基薄膜电池太阳电池以η型纳米晶硅氧材料作为背反射电极以替代ZnO，可提高电池转换效率；其制备方法工艺简单、生产成本低，有利于大规模推广应用。本发明的技术方案—种硅基薄膜电池太阳电池，以具有种子层结构的η型纳米晶硅氧材料作为背反射电极，种子层厚度为l_30nm, η型纳米晶娃氧材料的结构式为nc_SiOx :H,厚度为20-100nm,硅基薄膜太阳电池的类型为p/i/n型单结或多结，单结硅基薄膜太阳电池的结构为Glass/TC0/p/i/n (a_Si H) /n (nc-Si H) /n (nc_SiOx H) /Al，多结太阳电池的结构为:Glass/TCO/p/i/n/p/i/n…/n (a_Si H) /n (nc-Si H) /n (nc-SiOx H) /Al 或 Glass/TCO/p/i/n/p/i/n..·/n(a_Si H)/n(nc-Si H)/n(nc-SiOx :H)/Ag/Al。一种所述硅基薄膜电池太阳电池的制备方法，步骤如下I)将玻璃基板的TCO衬底放入等离子增强化学气相沉积(PECVD)设备内，依次沉积P型窗口层、本征i层和η型非晶娃层；2)在PECVD设备内采用等离子体处理技术处理电池的η型非晶硅层，工艺参数为辉光激发频率13. 56-ΙΟΟΜΗζ、辉光功率密度lO-lOOOmW/cm2，反应气体为氢气或氦气，反应气体压强0. Ι-lOTorr，反应温度100-300°C，反应气体等离子处理时间10-1000S ；3)采用PECVD技术制备η型nc-Si :H种子层，工艺参数为反应气体中增加
3磷烷和硅烷，反应气体中硅烷稀释率小于3%，磷烷与硅烷的掺杂比小于5%，辉光激发频率13. 56-lOOMHz,辉光功率密度10 1000mW/cm2，反应气体压强O. I-IOTorr,反应温度100-300°C，材料厚度为 l-30nm ；4)采用PECVD技术制备η型nc-SiOx :H背反射电极，工艺参数为反应气体中增加二氧化碳，反应气体中硅烷稀释率小于3%，磷烷与硅烷的掺杂比小于6%，二氧化碳与硅烷的流量比小于7，辉光激发频率13. 56-lOOMHz，辉光功率密度10 1000mW/cm2，反应气体压强 O. I-IOTorr,反应温度 100-300°C，材料厚度 20_100nm ；5)采用蒸发或者溅射方法制备Al电极，制得硅基薄膜电池太阳电池。本发明的优点和有益效果是该制备方法采用PECVD沉积技术制备硅基薄膜太阳电池，对η型非晶硅层进行等离子处理，然后沉积制备具有nc-Si :H种子层结构的η型nc-SiOx :H背反射电极材料；通过 调节二氧化碳与娃烧流量比来调节nc-SiOx :H材料中氧含量的X值,达到与ZnO背反射电极相同的背反射效果；种子层的效果是提高nc-SiOx :H材料的电导率和晶化率，从而可以减小电池的串联电阻，提高电池效率，降低制备Iic-SiOx :H材料的难度；应用此技术可以取代MOCVD或者Sputter技术制备ZnO的工艺，从而降低降低电池制备成本。
具体实施例方式实施例一种所述硅基薄膜电池太阳电池的制备方法，步骤如下I)将玻璃基板的TCO衬底放入等离子增强化学气相沉积(PECVD)设备内，依次沉积P型窗口层、本征i层和η型非晶娃层；2)在PECVD设备内采用等离子体处理技术处理电池的η型非晶硅层，工艺参数为辉光激发频率40. 68MHz、辉光功率密度90mW/cm2，反应气体为氢气，反应气体压强I. 2Torr,反应温度180°C，反应气体等离子处理时间60S ；3)采用PECVD技术制备η型nc-Si :H种子层，工艺参数为反应气体中增加磷烷和硅烷，反应气体中硅烷稀释率为O. 85%，磷烷与硅烷的掺杂比为2. 2%，辉光激发频率40. 68MHz,辉光功率密度90mW/cm2，反应气体压强I. 2Torr,反应温度180°C，材料厚度为IOnm ；4)采用PECVD技术制备η型nc-SiOx :H背反射电极，工艺参数为反应气体中增加二氧化碳，反应气体中硅烷稀释率为O. 85%，磷烷与硅烷的掺杂比为2. 2%，二氧化碳与硅烷的流量比为2，辉光激发频率40. 68MHz，辉光功率密度90mW/cm2，反应气体压强I. 2Torr,反应温度180°C，材料厚度60nm ；5)采用蒸发方法制备Al电极，制得硅基薄膜电池太阳电池。该硅基薄膜电池太阳电池，以具有种子层结构的η型纳米晶硅氧材料作为背反射电极，制备的硅基薄膜太阳电池的类型为p/i/n型单结或多结，单结硅基薄膜太阳电池的结构为Glass/TCO/p/i/n(a-Si H)/n(nc-Si H)/n(nc-SiOx :H)/Al，多结太阳电池的结构为Glass/TCO/p/i/n/p/i/n…/n (a_Si H) /n (nc-Si H) /n (nc-SiOx H) /Al 或 Glass/TCO/p/i/n/p/i/n…/n(a-Si H) /n (nc-Si H)/n (nc-SiOx H) /Ag/AL· 制备的具有纳米晶娃氧背反射电极结构的非晶硅/非晶硅锗硅叠层太阳电池，电池的转换效率为8. 5%。相对于没有纳米晶硅氧和ZnO背反射电极结构的非晶硅/非晶 硅锗硅叠层太阳电池，电池的转换效率提 1 了 11%。
权利要求
1.一种硅基薄膜电池太阳电池，其特征在于以具有种子层结构的η型纳米晶硅氧材料作为背反射电极，种子层厚度为l_30nm, η型纳米晶娃氧材料的结构式为nc_SiOx :H,厚度为20-100nm，硅基薄膜太阳电池的类型为p/i/n型单结或多结，单结硅基薄膜太阳电池的结构为Glass/TCO/p/i/n(a-Si H)/n(nc-Si :H)/n(nc_SiOx :H)/Al，多结太阳电池的结构为Glass/TCO/p/i/n/p/i/n…/n (a_Si H) /n (nc-Si :H)/n (nc_SiOx :H)/Al 或 Glass/TCO/p/i/n/p/i/n.../n (a_Si H) /n (nc-Si H) /n (nc-SiOx :H)/Ag/Al。
2.一种如权利要求I所述硅基薄膜电池太阳电池的制备方法，其特征在于步骤如下1)将玻璃基板的TCO衬底放入等离子增强化学气相沉积(PECVD)设备内，依次沉积P型窗口层、本征i层和η型非晶硅层；2)在PECVD设备内采用等离子体处理技术处理电池的η型非晶硅层，工艺参数为辉光激发频率13. 56-ΙΟΟΜΗζ、辉光功率密度lO-lOOOmW/cm2，反应气体为氢气或氦气，反应气体压强0. Ι-lOTorr，反应温度100-300°C，反应气体等离子处理时间10-1000S ；3)采用PECVD技术制备η型nc-Si:H种子层，工艺参数为反应气体中增加磷烷和硅烷，反应气体中硅烷稀释率小于3%，磷烷与硅烷的掺杂比小于5%，辉光激发频率13. 56-ΙΟΟΜΗζ,辉光功率密度l(Tl000mW/cm2，反应气体压强0. Ι-lOTorr,反应温度100-300°C，材料厚度为 l-30nm ；4)采用PECVD技术制备η型nc_SiOxH背反射电极，工艺参数为反应气体中增加二氧化碳，反应气体中硅烷稀释率小于3%，磷烷与硅烷的掺杂比小于6%，二氧化碳与硅烷的流量比小于7，辉光激发频率13. 56-lOOMHz，辉光功率密度l(Tl000mW/cm2，反应气体压强O. I-IOTorr，反应温度 100-300°C，材料厚度 20_100nm ；5)采用蒸发或者溅射方法制备Al电极，制得硅基薄膜电池太阳电池。
全文摘要
一种硅基薄膜电池太阳电池，以具有种子层结构的n型纳米晶硅氧材料作为背反射电极，n型纳米晶硅氧材料的结构式为nc-SiOx:H，厚度为20-100nm，硅基薄膜太阳电池的类型为p/i/n型单结或多结；该硅基薄膜电池太阳电池的制备方法是沉积完薄膜电池后，通过等离子处理电池的n型非晶硅层后制备n型nc-Si:H种子层，然后制备n型nc-SiOx:H材料。本发明的优点是n型nc-Si:H种子层的加入可以提高材料的晶化率和电导率，减小电池串联电阻，降低制备难度；该材料用于硅基薄膜太阳电池背反射电极具有与ZnO相近的背反射效果，不仅提高了电池的入射光利用率，而且可降低硅基薄膜太阳电池制备成本。
文档编号C23C16/44GK102916060SQ20121043596
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月5日 优先权日2012年11月5日
发明者任慧志, 张晓丹, 赵颖, 侯国付, 许盛之 申请人:南开大学