非晶硅薄膜太阳电池的制备方法及非晶硅薄膜太阳电池的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种非晶硅薄膜太阳电池的制备方法，所述制备方法包括：提供一衬底，在所述衬底上形成前电极，所述前电极为掺杂氧化锌透明前电极；在所述前电极上形成接触层，所述接触层的形成材料为锗化物；在所述接触层上形成PIN结层；在所述PIN结层上形成背电极。相应的，本发明还提供了一种非晶硅薄膜太阳电池。本发明提供的制备方法在前电极和PIN结层之间插入一层厚度较薄的锗化物，可有效防止氧和锌进入非晶硅薄膜电池中，从而改善非晶硅薄膜的质量，提高电池的光电转换效率。
【专利说明】非晶硅薄膜太阳电池的制备方法及非晶硅薄膜太阳电池
【技术领域】
[0001]本发明涉及薄膜太阳能电池【技术领域】，具体地说涉及非晶硅薄膜太阳电池的制备方法及非晶硅薄膜太阳电池。
【背景技术】
[0002]随着节能环保理念的深入人心以及光伏领域的迅速发展，太阳能电池进行发电的技术不断进步，薄膜太阳能电池的发展取得了显著进步。
[0003]目前薄膜太阳电池的前电极多采用掺杂氧化锌(ZnO)材料。掺杂氧化锌包括掺铝氧化锌(AZO)和掺硼氧化锌(BZO)。与传统的ITO金属电极作为薄膜太阳电池的前电极相比，掺杂氧化锌材料制备的前电极不仅具备透明电极的优势；还具有制备成本低的优势，更适合大规模量产。
[0004]但是，氧化锌中的氧原子和锌原子较容易进入非晶硅薄膜中与硅反应，影响电池的性能。
[0005]因此，在现有的使用氧化锌材料作为薄膜太阳电池前电极的工艺中，急需解决氧原子和锌原子与非晶硅反应而导致电池光电转换效率效率降低的问题。
【发明内容】
[0006]为了能够在非晶硅薄膜太阳电池中使用掺杂氧化锌为前电极，并且能够有效解决现有技术中使用掺杂氧化锌为前电极时所存在的电池光电转换效率低的问题，本发明提供了一种非晶硅薄膜太阳电池的制备方法和非晶硅薄膜太阳电池。
[0007]根据本发明的一个方面，提供一种非晶硅薄膜太阳电池的制备方法，所述制备方法包括步骤:
[0008]a)提供一衬底，在所述衬底上形成前电极，所述前电极为掺杂氧化锌透明前电极；
[0009]b)在所述前电极上形成接触层，所述接触层的形成材料为锗化物；
[0010]c)在所述接触层上形成PIN结层；
[0011]d)在所述PIN结层上形成背电极。
[0012]根据本发明的一个【具体实施方式】，所述接触层的材料为非晶锗。
[0013]根据本发明的另一个【具体实施方式】，所述接触层的材料为非晶锗碳。
[0014]根据本发明的又一个【具体实施方式】，所述接触层的厚度为Inm?50nm。
[0015]根据本发明的又一个【具体实施方式】，所述掺杂氧化锌透明前电极包括掺铝氧化锌前电极或掺硼氧化锌前电极。
[0016]根据本发明的另一个方面，提供一种非晶硅薄膜太阳电池，所述非晶硅薄膜太阳电池由下至上依次包括:衬底、前电极、接触层、PIN结层和背电极；所述前电极为掺杂氧化锌透明前电极；所述接触层的材料为锗化物。
[0017]根据本发明的一个【具体实施方式】，所述接触层包括:非晶锗或非晶锗碳。
[0018]根据本发明的另一个【具体实施方式】，所述接触层的厚度为Inm?50nm。
[0019]本发明提供的非晶硅薄膜太阳电池的制备方法中，在掺杂氧化锌所形成的前电极上形成一层接触层，之后再形成PIN结层。由于与硅相比，氧更不容易与锗反应(S.C.Jainand P.Balk, Thin Solid Films 223，248 (1993))，因此在 PIN 结层(非晶硅)与掺杂氧化锌之间插入一层锗化物可以有效阻止氧和锌进入非晶硅电池中，改善太阳电池中非晶硅薄膜的质量，降低非晶硅薄膜太阳电池的串联电阻，提高填充因子和开路电压，进而提高电池的光电转换效率。本发明提供的制备方法与现有的硅薄膜太阳电池制备设备和工艺相兼容，可以在已有生产线上实现大规模生产，不增加生产成本；且该方法简便易行，容易控制，便于在产业上推广。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0021]图1所示为根据本发明提供的一种非晶硅薄膜太阳电池的制备方法的一个【具体实施方式】的流程示意图；
[0022]图2所示为根据本发明提供的一种非晶硅薄膜太阳电池的一个【具体实施方式】的结构示意图；
[0023]图3所示为普通非晶硅薄膜太阳电池和本发明提供的非晶硅薄膜太阳电池的串联电阻(Rs)对比图；
[0024]图4所示为普通非晶硅薄膜太阳电池和本发明提供的非晶硅薄膜太阳电池的填充因子(FF)对比图；
[0025]图5所示为普通非晶硅薄膜太阳电池和本发明提供的非晶硅薄膜太阳电池的开路电压(Voc)对比图。
[0026]附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
【具体实施方式】
[0027]下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
[0028]参考图1，图1所示为一种非晶硅薄膜太阳电池的制备方法，该制备方法包括:
[0029]步骤SlOl，提供一衬底100，在所述衬底100上形成前电极200，所述前电极200为掺杂氧化锌透明前电极。
[0030]优选的，所述衬底100包括透明玻璃或透明聚合物薄膜。优选的，所述掺杂氧化锌透明前电极包括掺铝氧化锌前电极或掺硼氧化锌前电极。
[0031]步骤S102，在所述前电极200上形成接触层300，所述接触层300的形成材料为锗化物。优选的，所述锗化物包括但不限于非晶锗或者非晶锗碳。优选的，采用PECVD (PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposit1n，等离子体增强化学气相沉积)的方式沉积形成所述接触层300。反应温度控制在与非晶硅太阳能电池沉积的温度相近，优选为100°C?300°C，例如:100°C、200°C或者 300°C。
[0032]下面以非晶锗(a-Ge)材料形成接触层300为例进行阐释，首先，向PECVD设备中通入氢气(H2)、锗烷(GeH4)和P型掺杂气体的混合气体。气体流量可根据设备腔体的大小进行调整，使得腔体内压力保持在0.1mBar?lOmBar。之后，采用射频或甚高频电源提供一定功率密度(0.0lW/cm2?lOOW/cm2)在前电极200的表面上沉积一层很薄的接触层300。
[0033]下面以非晶锗碳(a-GeC)材料形成接触层300为例进行阐释，首先，向PECVD设备中通入氢气(H2)、锗烷(GeH4)、甲烷(CH4)和P型掺杂气体的混合气体。气体流量可根据设备腔体的大小进行调整，使得腔体内压力保持在0.1mBar?lOmBar。之后，采用射频或甚高频电源提供一定功率密度(0.0lW/cm2?lOOW/cm2)在前电极200的表面上沉积一层很薄的接触层300。
[0034]上述实施例中的P型掺杂气体包括但不限于TMB或硼烷。
[0035]所述接触层300的作用是利用其锗化物材料有效阻止氧和锌进入非晶硅薄膜电池中，从而改善非晶硅薄膜的质量，提高电池的填充因子(FF)和开路电压(Voc)，进而提高电池的转换效率。因此，很薄的接触层300就可以实现上述效果，优选的，所述接触层的厚度为 Inm ?50nm，例如:lnm，26nm 或者 50nm。
[0036]以掺铝氧化锌作为前电极200，来比较有无接触层300对非晶硅薄膜太阳电池性能的影响。参考图3?图5，具有接触层300的非晶硅薄膜太阳电池的串联电阻得到了明显降低；填充因子和开路电压则得到了有效提升。其中，填充因子从没有接触层300时的68%提升至71%。由于接触层300的材料不同，因此电池的各方面性能也不尽相同。采用非晶锗作为接触层300，非晶硅薄膜太阳电池的开路电压更高。
[0037]继续执行步骤S103，在所述接触层300上形成PIN结层400。所述PIN结层400由下至上依次包括:p型非晶娃层400P、本征层4001和η型非晶娃层400Ν。可选的，所述ρ型非晶硅层400Ρ的材料包括但不限于:ρ型非晶硅、ρ型非晶硅碳、ρ型非晶硅氧或ρ型纳米硅。可选的，所述本征层本征层4001包括但不限于:非晶硅，非晶硅碳或非晶硅氧。可选的，所述η型非晶硅层400Ν包括但不限于:非晶硅、微晶硅、纳米硅、非晶硅氧或微晶硅氧。
[0038]PIN结层400形成后，继续执行步骤S104，在所述PIN结层400上形成背电极500。所述背电极500可以为透明导电膜，也可以为金属电极。若要形成透明导电膜背电极500可以采用化学气相沉积、磁控溅射等方式。若要形成金属电极背电极500则可以采用溅射或者物理气相沉积等方式。
[0039]参考图2，图2所示为本发明提供的非晶硅薄膜太阳电池的一个【具体实施方式】的结构示意图。所述非晶硅薄膜太阳电池由下至上依次包括:衬底100、前电极200、接触层300,PIN结层400和背电极500 ;所述前电极200为掺杂氧化锌透明前电极；所述接触层的材料为锗化物。优选的，所述掺杂氧化锌透明前电极包括掺铝氧化锌前电极或掺硼氧化锌前电极。优选的，所述接触层300的材料包括但不限于:非晶锗或非晶锗碳。
[0040]所述接触层300的作用是利用其锗化物材料有效阻止氧和锌进入非晶硅薄膜电池中，从而改善非晶硅薄膜的质量，提高电池的填充因子(FF)和开路电压(Voc)，进而提高电池的转换效率。因此，很薄的接触层300就可以实现上述效果，优选的，所述接触层的厚度为 Inm ?50nm，例如:lnm，26nm 或者 50nm。
[0041]由于本发明提供的非晶硅薄膜太阳电池基本采用本发明提供的制备方法制备，因此，在对制备方法进行阐释时所涉及到的电池结构的内容同样适用于本发明提供的非晶硅薄膜太阳电池，故而重复内容可参考说明书的其他部分，在此不再赘述。
[0042]本发明提供的制备方法有效降低了非晶硅薄膜太阳电池的串联电阻；提高了填充因子和开路电压；进而提高了电池的光电转换效率。本发明提供的制备方法简单易行，可在目前的生产线上实现，不需要额外增加成本，便于大规模生产和推广。
[0043]虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。
[0044]此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。
【权利要求】
1.一种非晶硅薄膜太阳电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤: a)提供一衬底，在所述衬底上形成前电极，所述前电极为掺杂氧化锌透明前电极； b)在所述前电极上形成接触层，所述接触层的形成材料为锗化物； c)在所述接触层上形成PIN结层； d)在所述PIN结层上形成背电极。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述接触层的材料为非晶锗。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b)进一步为:采用氢气、锗烷和P型掺杂气体在所述前电极上形成所述接触层。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述接触层的材料为非晶锗碳。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b)进一步为:采用氢气、锗烷、甲烷和P型掺杂气体在所述前电极上形成所述接触层。
6.根据权利要求3或5所述的制备方法，其特征在于，所述P型掺杂气体包括TMB或硼烷。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用PECVD的方式沉积形成所述接触层O
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在形成所述接触层时的温度为100。。?300。。。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在进行PECVD时，设备中的压力为0.1mBar ?1mBar0
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述接触层的厚度为Inm?50nm。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述衬底包括透明玻璃或透明聚合物薄膜。
12.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述掺杂氧化锌透明前电极包括掺铝氧化锌前电极或掺硼氧化锌前电极。
13.根据权利要求1所述的制备方法，所述PIN结层依次包括:p型非晶硅层、本征层和η型非晶硅层；其中， 所述P型非晶硅层包括Φ型非晶硅、P型非晶硅碳、P型非晶硅氧或P型纳米硅； 所述本征层包括:非晶硅，非晶硅碳或非晶硅氧； 所述η型非晶硅层包括:非晶硅、微晶硅、纳米硅、非晶硅氧或微晶硅氧。
14.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述背电极层包括采用化学气相沉积、磁控溅射形成的透明导电膜；或者采用溅射、物理气相沉积形成的金属电极。
15.一种非晶硅薄膜太阳电池，其特征在于，所述非晶硅薄膜太阳电池由下至上依次包括:衬底、前电极、接触层、PIN结层和背电极；所述前电极为掺杂氧化锌透明前电极；所述接触层的材料为锗化物。
16.根据权利要求15所述非晶硅薄膜太阳电池，其特征在于，所述接触层包括:非晶锗或非晶锗碳。
17.根据权利要求15所述非晶硅薄膜太阳电池，其特征在于，所述接触层的厚度为Inm ?50nmo
【文档编号】H01L31/20GK104465894SQ201410830797
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月26日 优先权日:2014年12月26日
【发明者】刘石勇, 牛新伟, 李旺, 朱登华, 刘路, 王仕鹏, 黄海燕, 陆川 申请人:浙江正泰太阳能科技有限公司