专利名称：非晶硅锗薄膜太阳电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及光伏太阳电池，尤其是一种非晶硅锗薄膜太阳电池。
背景技术：
在各种薄膜电池中，非晶硅(a_S1:H)薄膜太阳电池是开发最早、研究最多的薄膜电池。由于非晶硅薄膜材料本身带隙较宽，对太阳光谱中长波光吸收不充分，限制了电池效率的进一步提高。为了解决这个问题，近年来人们广泛开展了非晶硅锗(a-SiGe:H)薄膜电池的研究工作，使得由非晶硅、非晶硅锗等光伏薄膜材料所构成的柔性衬底硅基叠层薄膜太阳电池能够广泛应用于光伏发电和空间飞行器电源等领域。现有技术的非晶硅锗(a-SiGe:H)薄膜电池，通常是在柔性衬底上依次沉积背电极、N型非晶硅掺杂层、非晶硅锗电池本征吸收层、非晶硅宽带隙P型掺杂层和前电极；由于硅基薄膜电池结构中P层普遍采用宽带隙的非晶碳化硅(a-SiC:H)或纳米硅(nc-S1:H)，它们的带隙宽度在2.0eV左右，因此导致非晶硅锗薄膜电池中本征吸收层和P型掺杂层之间的界面失配增加。虽然人们采用了本征层带隙渐变技术和在P/Ι界面添加非晶硅缓冲层技术等，非晶硅锗薄膜电池在填充因子及转换效率等方面仍然不令人满意，仍有较大的改进空间。目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
为了解决现有技术的非晶硅锗薄膜电池中本征吸收层和P型掺杂层之间的界面失配等问题，本发明的目的在于提供一种非晶硅锗薄膜太阳电池。利用本发明，可有效地改善本征吸收层与宽带隙P层之间的能带和界面失配等问题，更有利于载流子的输出和收集，从而提高电池的填充因子和转换效率。为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种非晶硅锗薄膜太阳电池，该装置包括:在柔性衬底上依次沉积背电极、N型非晶硅掺杂层、非晶硅锗电池本征吸收层、非晶硅宽带隙P型掺杂层、前电极；根据本发明，在非晶硅锗电池本征吸收层和非晶硅宽带隙P型掺杂层之间还包含有一个窄带隙轻掺杂非晶硅P型缓冲层。该轻掺杂非晶硅P层的带隙态密度小于I X IO15CnT3,带隙宽度为1.7eV，厚度在Inm 5nm之间。本发明一种非晶硅锗薄膜太阳电池，由于采取上述的技术方案，在非晶硅锗本征层与宽带隙P层之间添加一层带隙极薄为1.7eV左右窄带隙轻掺杂非晶硅P层作为缓冲层，由于该P层是轻掺杂的，而且采用传统的P层制备条件，即其带隙宽度相比P层纳米硅窗口层带隙要窄，它的掺入使得靠近Ι/P界面处产生的电子继续保持在高的界面势垒面前，限制了反向电流的产生，同时缩小了空穴所面临的势垒高度，使得产生的空穴更容易被收集到P层区域。因此本发明有效地改善本征吸收层与宽带隙P层之间的能带和界面失配等问题，更有利于载流子的输出和收集，从而提高电池的填充因子和转换效率。本发明的缓冲层同样适用于微晶硅薄膜太阳电池，以及微晶硅锗(μ C-SiGe: H)薄膜太阳电池。
图1是本发明衬底为不锈钢或聚酰亚胺的非晶硅锗薄膜太阳电池结构示意图；图2是本发明衬底为透明玻璃的非晶硅锗薄膜太阳电池结构示意图。
具体实施例方式下面结合
本发明的优选实施例。图1是本发明衬底为不锈钢或聚酰亚胺的非晶硅锗薄膜太阳电池结构示意图，如图1的实施例所示，该装置包括:在衬底11上依次沉积背电极12、Ν型非晶硅掺杂层13、非晶硅锗电池本征吸收层14、窄带隙轻掺杂非晶硅P层15、非晶硅宽带隙P型掺杂层16、前电极17。图2是本发明衬底为透明玻璃的非晶硅锗薄膜太阳电池结构示意图，如图2的实施例所示，该装置包括:背电极27、Ν型非晶硅掺杂层26、非晶硅锗电池本征吸收层25、窄带隙轻掺杂非晶硅P层24、非晶硅宽带隙P型掺杂层23、前电极22依次沉积在衬底21上。其沉积次序与图1相反。根据图1和图2的实施例，本发明与现有技术的非晶硅锗薄膜太阳电池相比较，其特征在于，在非晶硅锗电池本征吸收层和非晶硅宽带隙P型掺杂层之间还包含有一个窄带隙轻掺杂非晶硅P型缓冲层。上述缓冲层带隙态密度小于I X 1016cm_3。上述缓冲层带隙值为1.7eV。上述缓冲层厚度在Inm 5nm之间。上述缓冲层采用等离子体辅助化学气相沉积方法(PECVD)在200°C左右的温度下沉积。缓冲层可同样适用于微晶硅(μ c_S1:H)薄膜太阳电池，以及微晶硅锗(μ c-SiGe:H)薄膜太阳电池。以下为本发明的一个实施例及其试验记录。以50 μ m厚的柔性不锈钢为衬底，采用等离子体辅助化学气相沉积方法(PECVD，工作频率为13.56MHz)，在具有Ag/ZnO复合背反射层的不锈钢衬底上沉积相同的N、1、P三层娃薄膜，其中N层反应气体为氢气、娃烧、磷烧,厚度约为50nm ；1层反应气体为氢气、娃烷，厚度约为300nm ；P层反应气体为氢气、硅烷、硼烷、甲烷，厚度约为30nm。其中，在P/Ι界面之间分别制备三种不同的缓冲层:(1)为P/Ι界面没有添加缓冲层；(2)为P/Ι界面添加一层本征非晶硅缓冲层，厚度为5nm; (3)为P/Ι界面添加一层窄带隙轻掺杂非晶硅P层，厚度为2nm。采用磁控溅射方法(工作频率为13.56MHz)在上述三组样品上沉积相同的ITO薄膜作为前电极，厚度约为70nm。在25°C，AM O太阳光谱(1353W/m2)下进行太阳电池输出特性测试，测试结果如表I所示。可以看到，添加窄带隙轻掺杂非晶硅P型缓冲层的电池样品3在开路电压和填充因子方面的提升十分明显。这是因为添加的窄带隙轻掺杂非晶硅P型缓冲层是轻掺杂的，而且采用传统的P层制备条件，即其带隙宽度相比P层纳米硅窗口层带隙要窄，它的掺入使得靠近Ι/P界面处产生的电子继续保持在高的界面势垒面前，限制了反向电流的产生，同时缩小了空穴所面临的势垒高度，使得产生的空穴更容易被收集到P层区域。有效地改善本征吸收层与宽带隙P层之间的能带和界面失配等问题，更有利于载流子的输出和收集，从而提高电池的填充因子和转换效率。表I不同P/Ι界面缓冲层所对应的太阳电池电学特性
权利要求
1.一种非晶硅锗薄膜太阳电池，包括在柔性衬底上依次沉积背电极、N型非晶硅掺杂层、非晶硅锗电池本征吸收层、非晶硅宽带隙P型掺杂层、前电极；其特征在于，非晶硅锗电池本征吸收层和非晶硅宽带隙P型掺杂层之间还包含有一个窄带隙轻掺杂非晶硅P型缓冲层。
2.如权利要求1所述的薄膜太阳电池，其特征在于:所述的窄带隙轻掺杂非晶硅P型缓冲层的带隙态密度小于IX 1015cm_3。
3.如权利要求1或2所述的薄膜太阳电池，其特征在于:所述的缓冲层带隙值为1.7eV0
4.如权利要求3所述的薄膜太阳电池，其特征在于:所述的缓冲层厚度在Inm 5nm之间。
全文摘要
本发明涉及光伏太阳电池，公开了一种非晶硅锗薄膜太阳电池。包括在柔性衬底11上依次沉积背电极12、N型非晶硅掺杂层13、非晶硅锗电池本征吸收层14、宽带隙非晶硅P型掺杂层16、前电极17；根据本发明，在非晶硅锗电池本征吸收层14和宽带隙非晶硅P型掺杂层16之间还包含有一个窄带隙轻掺杂非晶硅P层15作为缓冲层。本发明有效地改善本征吸收层与宽带隙P层之间的能带和界面失配问题，更有利于载流子的输出和收集，从而提高电池的填充因子和转换效率。
文档编号H01L31/0352GK103077982SQ20111033187
公开日2013年5月1日 申请日期2011年10月26日 优先权日2011年10月26日
发明者杨君坤, 刘成, 徐正军 申请人:上海空间电源研究所