专利名称：具有NIP隧穿结的a-Si/μc-SiGe叠层太阳能电池及其制造方法
技术领域：
本发明属于新能源中薄膜太阳能电池的技术领域，特别是一种隧穿结为NIP结构，本征层为微晶硅锗的叠层薄膜太阳能电池及其制造方法。
背景技术：
太阳光谱在可见光部分的能量只有不到50%，要想提高电池的效率，把其光谱响应扩展到Llum以下是非常重要的，因为这包括了太阳光90%以上的能量。锗是一种带隙为0. 66eV的窄带隙半导体材料,它与娃构成的薄膜合金材料,有着大幅度向窄带隙方向调制的作用。利用薄膜中锗的掺入来提高材料对光谱的吸收范围和吸收效率，是太阳能电池效 率提闻的有效方法。在a-Si/ii C-SiGe叠层太阳能电池结构中，隧穿结的好坏对电池的性能有很大的影响。高复合速率，低电阻率及较少光损失的隧穿结是保证a-Si/y C-SiGe叠层太阳能电池具有高转化效率的关键。TiOx和NbOx等氧化物薄膜由于具有高透光率及类似金属的特性，是一种理想的材料，通常将其加入n/p结中形成隧穿结。但是此种材料通常是通过电子束蒸发等方法制备，与目前米用 PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition,等离子增加化学气相沉积)法的工艺不兼容，不利于大规模工业化生产应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够提高太阳能电池效率，并能与现有PECVD法工艺兼容的具有NIP隧穿结的a-Si/ii C-SiGe叠层太阳能电池及其制造方法。本发明具有NIP隧穿结的a-Si/ u C-SiGe叠层太阳能电池的各层结构为Glass/TCO/p-a-SiC:H/i-a-Si:H/n-a-Si:H/n-uc-Si:H/i-uc-Si:H/p-u uc_Si:H/i-u c-SiGe:H/n-u c_Si:H/Zn0/Al/Glasso上述结构中，玻璃衬板(上层Glass)的厚度为3. 0-4. Omm ;TC0膜厚为800_1000nm，TCO 膜为 Sn02:F ；n-a-Si:H 厚度为 3_6nm ；n-u c-Si:H 的厚度为 10_30nm ；i-u c-Si:H 的厚度为 2-10nm ;p-ii c-Si:H 的厚度为 10_30nm。本发明具有NIP隧穿结的a-Si/y C-SiGe叠层太阳能电池的制造方法包括以下步骤步骤一，生成上层电池的非晶娃薄膜，采用RF-PECVD(radio frequency plasmaenhanced chemical vapor deposition,射频等离子增加化学气相沉积)方法制备,辉光激励频率为13. 56MHz，功率密度为18-25mW/cm2，衬底表面温度为180 — 220°C，反应气体压强为0. 80-0. 87mbar ;具体包括下述步骤a.将干净的带有TCO层的衬底玻璃放入真空室；b.以已知方法沉积P型非晶硅窗口层；c.抽真空；
d.以已知方法沉积本征非晶硅吸收层；e.向反应室通入反应气体硅烷、磷烷和氢气的条件下，沉积N型非晶硅层；步骤二，生成下层电池的微晶娃薄膜，采用VHF-PECVD (very high frequencyplasma enhanced chemical vap or deposition,甚高频等离子增强化学气相沉积)方法制备，辉光激励频率为40. 68MHz，功率密度为0. 1-0. 6w/cm2，衬底表面温度为180 — 220°C，反应气体压强为0. 80-1. 80mbar，具体包括下述步骤a.抽真空；b.将步骤一制作的电池放入真空室里，在通入氩气的条件下，刻蚀氧化层；c.在向反应室通入反应气体硅烷、磷烷和氢气的条件下，沉积沉积N型微晶硅层；d.抽真空；e.在向反应室通入反应气体娃烧和氢气的条件下沉积本征微晶娃层；f.在向反应室通入反应气体硅烷、硼烷和氢气的条件下，沉积P型微晶硅层；g.抽真空；h.在向反应室通入反应气体硅烷、氟化锗和氢气的条件下，沉积本征微晶硅锗吸收层；i.在向反应室通入反应气体硅烷、磷烷和氢气的条件下，沉积N型微晶硅层；步骤三,在PVD(physical vapor deposition,物理气相沉积)反应室里以已知方法依次沉积ZnO和Al膜，厚度分别为70和300nm。所述下层电池中本征微晶硅锗吸收层采用V字型带隙排布。本发明本发明的有益效果是制备的NIP隧穿结具有复合速率高，电阻率低、透光率高等优良特性，并能与现有PECVD法的工艺兼容，利于大规模工业化生产应用。采用此结构的硅锗薄膜太阳能电池有效解决了电荷在隧穿结处的积垒，提高了电池的开路电压与填充因子，有利于提高电池的转化效率。
图I是本发明具有NIP隧穿结的a-Si/^c-SiGe叠层太阳能电池的各层结构示意图。图2是本发明实施例中下层电池中本征微晶硅锗吸收层带隙V字型排布示意图。
具体实施例方式本发明具有NIP隧穿结的a-Si/ii C-SiGe叠层太阳能电池的各层结构如图I所示，依次为璃衬衬底I、透明导电薄膜2、P型非晶硅窗口层3、非晶硅本征吸收层4、N型非晶娃层5、N型微晶娃层6、本征微晶娃层7、P微晶娃层8、本征微晶娃锗吸收层9、N型微晶硅锗层10、ZnO层11、Al层12、背板玻璃13。其中的NIP隧穿结中n-a-Si:H厚度为6nm，n-y c_Si:H的厚度为20nm，i-U c-Si:H 的厚度为 5nm，p-u c-Si:H 的厚度为 20nm。本发明具有NIP隧穿结的a-Si/^c-SiGe叠层太阳能电池的制造方法包括以下步骤步骤一，生成上层电池的非晶硅薄膜，采用RF-PECVD方法制备，辉光激励频率为13.56MHz，功率密度为20mw/cm2，衬底表面温度为200°C，反应气体压强为0. 85mbar ;具体包括下述步骤a.将干净的带有TCO层的衬底玻璃放入真空室，本底真空低于I. OX 10_3Pa ；b.向反应室通入反应气体硅烷、硼烷、甲烷和氢气的条件下，沉积P型非晶硅窗口层；c.抽真空使压强低于I. OX KT3Pa ；d.向反应室通入反应气体硅烷、甲烷和氢气的条件下，沉积本征非晶硅吸收层；e.向反应室通入反应气体娃烧(流量0. 30-0. 50slpm,选择0. 40slpm)、磷烧(流量 0. 30-0. 60slpm, 0. 40 si pm)和氢气流量(2. 00-4. OOslpm,选择 3. OOslpm)的条件下，沉积
N型非晶硅层；步骤二，生成下层电池的微晶硅薄膜，采用VHF-PECVD方法制备，辉光激励频率为·40. 68MHz，功率密度为0. 3w/cm2，衬底表面温度为200°C，反应气体压强为I. 20mbar,具体包括下述步骤a.抽真空使压强低于I. OX 10_4Pa ；b.将步骤一制作的电池放入真空室里，在通入氩气的条件下，刻蚀氧化层；c.在向反应室通入反应气体娃烧(流量5-10sccm,选择8sccm)、磷烧(流量5-10sccm,选择6sccm)和氢气(流量100-200sccm,选择150sccm)的条件下,沉积沉积N型
微晶硅层；d.抽真空使压强低于I. OX KT4Pa ；e.在向反应室通入反应气体娃烧(流量5-10sccm,选择8sccm)和氢气(流量100-200sccm,选择150sccm)的条件下沉积本征微晶娃层；f.在向反应室通入反应气体娃烧(流量5-10sccm,选择8sccm)、硼烧(流量0. 05-0. 30sccm,选择6sccm)和氧气(流量100_200sccm,选择150sccm)的条件下，沉积P
型微晶硅层；g.抽真空使压强低于1.0X 10_4Pa ；h.在向反应室通入反应气体硅烷、氟化锗和氢气的条件下，沉积本征微晶硅锗吸收层；i.在向反应室通入反应气体硅烷、磷烷和氢气的条件下，沉积N型微晶硅层；步骤三，在PVD反应室里以已知方法依次沉积ZnO和Al膜，厚度分别为70nm和300nmo如图2所示，下层电池中本征微晶硅锗吸收层采用V字型带隙排布。采用本法制备的具有NIP隧穿结的a-Si/ii C-SiGe叠层太阳能电池，经检测显示电池的转化效率达到了 8%。
权利要求
1.一种具有NIP隧穿结的a-Si/ii C-SiGe叠层太阳能电池，其特征是其结构为，Glass/TCO/p-a-SiC:H/i-a-Si:H/n-a-Si:H/n-u c-Si:H/i-u c-Si:H/p-u c_Si:H/i-u c-SiGe:H/n_ u c - Si:H/Zn0/Al/Glasso
2.根据权利要求I所述的具有NIP隧穿结的a-Si/yC-SiGe叠层太阳能电池，其特征是其玻璃衬板的厚度为3. 0-4. Omm ;TC0膜厚为800_1000nm，TCO膜为SnO2 = F ;n-a_Si:H厚度为 3-6nm ;n_ y c_Si :H 的厚度为 10_30nm ;i_ U c_Si :H 的厚度为 2-10 nm ;p-y c_Si :H 的厚度为10-30nm。
3.一种具有NIP隧穿结的a-Si/y C-SiGe叠层太阳能电池的制造方法，其特征是包括以下步骤， 步骤一，生成上层电池的非晶硅薄膜，采用RF-PECVD方法制备，辉光激励频率为·13. 56MHz,功率密度为18-25mw/cm2，衬底表面温度为180 — 220 °C,反应气体压强为·0. 80-0. 87mbar ;具体包括下述步骤 a.将干净的带有TCO层的衬底玻璃放入真空室； b.以已知方法沉积P型非晶硅窗口层； c.抽真空； d.以已知方法沉积本征非晶硅吸收层； e.向反应室通入反应气体硅烷、磷烷和氢气的条件下，沉积N型非晶硅层； 步骤二，生成下层电池的微晶硅薄膜，采用VHF-PECVD方法制备，辉光激励频率为·40. 68MHz,功率密度为0. 1-0. 6w/cm2，衬底表面温度为180 — 220 °C,反应气体压强为·0. 80-1. 80mbar,具体包括下述步骤 a.抽真空； b.将步骤一制作的电池放入真空室里，在通入氩气的条件下，刻蚀氧化层； c.在向反应室通入反应气体硅烷、磷烷和氢气的条件下，沉积沉积N型微晶硅层； d.抽真空； e.在向反应室通入反应气体娃烧和氢气的条件下沉积本征微晶娃层； f.在向反应室通入反应气体硅烷、硼烷和氢气的条件下，沉积P型微晶硅层； g.抽真空； h.在向反应室通入反应气体硅烷、氟化锗和氢气的条件下，沉积本征微晶硅锗吸收层； i.在向反应室通入反应气体硅烷、磷烷和氢气的条件下，沉积N型微晶硅层； 步骤三，在PVD反应室里以已知方法依次沉积ZnO和Al膜，厚度分别为70和300nm。
4.根据权利要求3所述的具有NIP隧穿结的a-Si/yC-SiGe叠层太阳能电池的制造方法，其特征是所述下层电池中本征微晶硅锗吸收层采用V字型带隙排布。
全文摘要
本发明涉及一种具有NIP隧穿结的a-Si/μc-SiGe叠层太阳能电池及其制造方法。其方法包括以下步骤步骤一，生成上层电池的非晶硅薄膜，步骤包括，以已知方法沉积P型非晶硅窗囗层；以已知方法沉积本征非晶硅吸收层；沉积N型非晶硅层。步骤二，生成下层电池的微晶硅薄膜，步骤包括，将步骤一制作的电池放入真空室里，在通入氩气的条件下，刻蚀氧化层；沉积沉积N型微晶硅层；沉积本征微晶硅层；沉积P型微晶硅层；沉积本征微晶硅锗吸收层；沉积N型微晶硅层。步骤三，在PVD反应室里以已知方法依次沉积ZnO和Al膜，厚度分别为70和300nm。本发明的方法能与现有PECVD法的工艺兼容，同时提高了电池的转化效率。
文档编号H01L31/076GK102751372SQ20121023087
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月4日 优先权日2012年7月4日
发明者丰浩, 何文, 俞远高, 张鹏强, 徐娜, 成惠峰, 柏龙凤, 王闪闪, 葛伟青 申请人:圣睿太阳能科技(镇江)有限公司