一种弥补多结多叠层的薄膜太阳能电池微晶硅缺陷的太阳能电池及方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种改善薄膜太阳能电池微晶硅缺陷的结构设计和制造方法，可方便 应用于大规模产业化的硅基薄膜太阳能电池的制造技术。 技术背景
[0002] 自1975年Spear和Lecomber用辉光放电发制备出性能优良的非晶娃薄膜，1976 年RCA实验室的CarlsonD.E和WronskiC.R利用氢化非晶硅制作出第一个非晶硅太阳能 电池后，薄膜太阳能电池诞生。20世纪80年代非晶硅太阳能电池的转换效率和稳定性获 得了重要图片，面积〇.5m2,转换效率5%-下的非晶硅太阳能电池组件是当时市场主流，20 世纪90年代地转换效率的稳定性差的问题得到进一步解决，叠层非晶硅太阳能电池得到 了发展，逐渐成为太阳能电池市场上的新主流。然而非晶硅薄膜太阳能电池存在着很大的 缺点，一方面，电池的转换效率比较低，商业化生产的产品通常只有6% ;另一方面，非晶硅 薄膜太阳能电池性能不够稳定，存在比较严重的光之衰减效应，这些缺点制约了非晶硅薄 膜太阳能电池的推广和普及。
[0003] 微晶娃薄膜自从1968年被Veprek和Maracek采用氢等离子化学气相沉积在 600°C首次制备以来，人们开始对其潜在的优良性能有了初步认识，直到1979年，日本的 Usui和Kikuchi通过加入氢气的方法采用等离子体增强化学气相沉积技术，制备出掺杂 微晶硅，人们才逐渐对微晶硅材料及其在太阳能电池中的应用进行研宄。1994年，瑞士 NeucMteIM.J.Williams和M.Faraji团队首次提出以微晶硅为底电池，非晶硅为顶电池 的叠层电池的概念，这种电池结合了非晶硅优良特性和微晶硅的长波响应及稳定性好的优 点。目前，非晶硅/微晶硅叠层太阳能电池是公认的最重要的薄膜太阳能技术，是最具产业 化价值的薄膜电池的发展方向。2005年日本三菱重工和钟渊化学公司的非晶硅/微晶硅叠 层电池组件样品效率分别达到11. 1% (40cmX50cm)和13. 5% (91cmX45cm)。日本夏普公 司2007年9月实现非晶硅/微晶硅叠层太阳能电池产业化生产（25MW，效率8%-8. 5% )， 欧洲Oerlikon(欧瑞康）公司2009年9月宣布其非晶/微晶叠层太阳能电池实验室最高 转换效率达11. 9%、在2010年6于横滨开幕的太阳能电池展会"PVJapan2010"上，美国应 用材料（AMT)宣布0.ImXO.Im模块的转换效率达到了 10. 1%，1. 3mXl.Im模块的转换效 率达到了 9. 9%。
[0004]目前，为适应产业化发展，微晶硅沉积的技术难点在于实现微晶硅高速沉积的同 时保证微晶硅薄膜的高质量，因为微晶硅的晶粒尺寸，晶粒生长及生长的基底材料都对微 晶硅薄膜的性能有强烈的影响，从而影响整个电池性能表现。充斥于微晶硅中的裂缝和孔 洞增加了载流子的复合，并且导致漏电流，严重降低了Voc和FF值。2008年，Python团队 指出只有当微晶硅衬底材料呈V字型时会产生所谓的"裂痕"，因此他们提出将衬底材料制 备成趋于平缓的U字型时，"裂痕"逐渐消失，但是这种方法对孵化层或p层要求较高，在商 业化产品中更加难以控制微晶硅本征层沉积衬底的表面形貌。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是，针对微晶硅晶粒生长逐渐变大挤压而产生裂痕缝隙 和缺口等表面缺陷，提出一种弥补微晶硅生长缺陷的多结多叠层硅基薄膜太阳能电池制造 方法，这种弥补微晶硅生长缺陷的多结多叠层硅基薄膜太阳能电池的制造方法能有效覆盖 晶粒生长相互挤压形成的裂痕缝隙和表面缺陷，使本征微晶硅表面变平滑，防止后续膜层 沉积的晶粒尺寸进一步增大，这样可以减小反向漏电流，增加开路电压和填充因子；另一方 面，使用n型掺杂的非晶层比非掺杂的本征非晶层电导率高，并且禁带宽度相对本征非晶 硅较低，因此界面电阻相对较小。
[0006] 为实现上述目的，本发明的技术方案是：
[0007] 一种弥补多结多叠层薄膜太阳能电池微晶硅缺陷的太阳能电池，按照沉积膜层的 顺序，包括以下电池结构：
[0008] (1)基片 /TCO/p-a-Si1-xGex/i-a-Si1-xGex/n-a-Si1-xGex/ 中间反射层/p-a-Si/i-a-Si/n-a-Si/ 中间反射层/p-uc-Si1-xGex/p型非晶层/i-uc-Si1-xGex/n 型非晶层/n-uc-Si^xGex/中间反射层/p-uc-Si/p型非晶层/i-uc-Si/n型非晶层 /n-uc-Si/ 中间反射层/p-a-SiC/i-a-SiC/n-a-SiC/ 中间反射层/p-uc-SiC/p 型非晶层/i-uc-SiC/n型非晶层/n-uc-SiC/TCO/减反射膜；
[0009] (2)基片 /TCO/p-a-Si1-xGex/i-a-Si1-xGex/n-a-Si1-xGex/ 中间反射层/p-a-Si/i-a-Si/n-a-Si/ 中间反射层/p-uc-Si1-xGex/p型非晶层/i-uc-Si1-xGex/n 型非晶层/n-uc-Si^xGex/中间反射层/p-uc-Si/p型非晶层/i-uc-Si/n型非晶层 /n-uc-Si/ 中间反射层/p-uc-SiC/i-uc-SiC/p型非晶层/i-uc-SiC/n型非晶层 / n-uc-SiC/TCO/ 减反射膜；
[0010] (3)基片 /TCO/p-a-Si1-xGex/i-a-Si1-xGex/n-a-Si1-xGex/ 中间反射层/p-a-Si/i-a-Si/n-a-Si/ 中间反射层/p型非晶层/i-uc-Si1+xGex/n型非晶层/n-uc-Si1-xGex/中间反射层/p-uc-Si/p型非晶层/i-uc-Si/n型非晶层/n-uc-Si/TCO/减 反射膜；
[0011] (4)基片/TCO/p-a-Si/i-a-Si/n-a-Si/中间反射层/p-uc-Si1-xGex/p型 非晶层/i-uc-Si^xGexAi型非晶层/n-uc-SLxGex/中间反射层/p-uc-Si/p型非晶 层/i-uc-Si/n型非晶层/n-uc-Si/TCO/减反射膜；
[0012] 其中，TCO层与相邻的中间反射层之间以及相邻两中间反射层之间的膜层为一结， 0 <X< 1 表示两层之间的界面；基片是玻璃，不锈钢或高分子材料。
[0013] TCO层与相邻的中间反射层之间以及相邻两中间反射层之间的膜层为一结，每结 中各膜层所用半导体材料相同并因掺杂不同而组成pin结；〇 <X< 1 表示两层之间 的界面；n-表示电子型（n型）半导体，i-表示本征半导体，p-表示空穴型（p型）半导 体；a-表示非晶体，yc-表示微晶。
[0014] 所述p型非晶层和所述n型非晶层均由C、Si、Ge的一种或任意两种材料组成，比 如可以是a-Si、a-SiGe、a-SiC等材料。
[0015] 所述p型非晶层是掺杂硼元素的非晶层、或者是掺杂硼元素和本征未掺杂的p/i 非晶复合层、或者是具有梯度浓度或结构掺杂硼元素的非晶层。
[0016] 所诉n型非晶层是指掺杂磷元素的非晶层、或者是本征未掺杂和掺杂磷元素的i/ n非晶复合层、或者是指具有梯度浓度或结构的掺杂磷元素的非晶层。
[0017] 所述p型非晶层和所述n型非晶层的厚度均优选为2nm~30nm〇
[0018] -种弥补多结多叠层薄膜太阳能电池微晶硅缺陷的方法，按照沉积膜层的顺序， 采用PECVD沉积工艺沉积多结多叠层的薄膜太阳能电池，在沉积完p型微晶层之后沉积一 层P型非晶层；并在沉积微晶本征层之后沉积一层n型非晶层。
[0019] 例如：所述的弥补微晶硅生长缺陷的多结多叠层硅基薄膜太阳能电池的制造方法 为采用等离子体增强化学气相沉积法（PECVD)在p型微晶硅层（p-lie-Si)之后沉积一层 P型非晶娃层，在微晶娃本征层（i-uc-Si)和n型微晶娃层之间沉积一层n型非晶层。
[0020] 该方法优选的包括以下步骤：
[0021] 在具有透明导电膜的衬底上，采用等离子体增强化学气相沉积技术依次生长顶电 池的硼掺杂P型非晶层、本征非晶层和磷掺杂n型非晶层；在磷掺杂n型非晶层上引入中 间反射层，然后在中间反射层上采用等离子体增强化学气相沉积技术生长硼掺杂P型微晶 层；
[0022] 在制备完p型微晶层之后，采用等离子体增强化学气相沉积通过控制硼掺杂p型 非晶层沉积参数，在P型微晶层之后制备一层P型非晶层，然后在其上生长本征微晶层；
[0023] 在制备完本征微晶层之后，采用等离子体增强化学气相沉积通过控制磷掺杂n型 非晶层沉积参数，在本征微晶层之后制备一层n型非晶层，最后在n型非晶硅层之后采用等 离子体增强化学气相沉积生长n型微晶硅层。
[0024] 所述p型非晶层的制备条件优选是：衬底温度为150~400°C，工艺压力为0.2~ 5mbar，射频功率密度10~50mW/cm2,SiH4/H2体积流量比为0. 2~2. 0,2%TMB/Hjg合气 体的掺杂体积流量为〇. 5~2slm(即掺杂浓度为0. 5~2)。所述2%TMB/H2是指TMB的 体积浓度为2%的TMB与H2混合气体。
[0025] 所述n型非晶层的制备条件优选是：衬底温度为150~400°C，工艺压力为0.2~ 5mbar，射频功率密度10~50mW/cm2,SiH4Al2体积流量比为0. 2~2. 0, 2%PH3/H2混合气 体的掺杂体积流量为〇. 1~Islm(即掺杂浓度为0. 1~1)。所述2%PH3/H2是指PH3的体 积浓度为2 %的？成与H2混合气体。
[0026] 所述p型非晶层禁带宽度（Eg)优选为2~2. 1。
[0027] 所述n型非晶层禁带宽度（Eg)优选不得超过1. 70。
[0028] 所述p型非晶层折射率（n)优选为3. 55~3. 65。
[0029] 所述n型非晶层折射率（n)优选为4. 60~4. 80。
[0030] 所述p型非晶层电导率优选大于2. 00x10-6I/D?cm。
[0031] 所述n型非晶层电导率优选大于6.OOxKT3I/D?cm。
[0032] 所述的n型非晶层，其在大面积基片上沉积具有好的均匀性，如在I.IX1.3m2的 基片均分为15X13的点阵测量膜厚均匀性不得超过15% ;
[0033] 与现有技术相比，本发明的技术优势在于：
[0034] 本发明可以在保持非晶硅/微晶硅叠层太阳电池的底电池本征层厚度及p型微晶 硅层形貌不变的同时，减少由于微晶硅晶粒异常长大引起的裂痕缝隙及表面缺陷造成的漏 电流和缺陷态，增加底电池开路电压和整个电池的填充因子，从而提高整个电池的光电转 化效率，电池转换效率可提升1% - 10%，并具有较好的稳定性，可以应用于硅基薄膜太阳 能电池的制备以及实际批量工业生产。
【附图说明】
[0035] 图1为本发明实施例结构示意图；
[0036] 图2为本发明可适用的第一种电池结构示意图；
[0037] 图3为本发明可适用的第二种电池结构示意图；
[0038] 图4为本发明可适用的第三种电池结构示意图；
[0039] 图5为本发明可适用的第四种电池结构示意图；
[0040] 图6为微晶娃中晶粒生长广生的表面缺口