一种具有双层界面带隙缓冲层的非晶硅锗薄膜太阳能电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有双层界面带隙缓冲层的非晶硅锗薄膜太阳能电池结构，属于半导体制造技术领域。
【背景技术】
[0002]近几年来，作为未来新能源利用方式之一的光伏电池已被广泛应用于日常生产生活。晶硅太阳能电池效率较高且稳定，因此晶硅电池占有很大的市场比例，然而高质量硅片制备成本高，且质量大及易碎性又加大了其运输成本与安装难度。非晶硅薄膜电池所用材料较少，成本较低，但效率仍旧不高，同时具有效率衰减现象，因此制备出初始效率较高的电池成为硅薄膜电池领域所追求的共同目标。在三结太阳能电池中，硅锗合金薄膜的禁带宽度较低，而且通过改变硅锗薄膜中锗的原子比例，可以改变薄膜的禁带宽度，因此硅锗薄膜太阳能电池作为可作为三结底电池及中电池，而顶层一般为非晶硅薄膜电池。
[0003]对于非晶硅薄膜电池来说，缺陷密度较大是阻碍其效率提升的一大关键问题，缺陷主要来自于如下几个方面:吸收层本身由于非连续硅网络结构引起的缺陷；n型及P层薄膜由于掺杂引起的缺陷；界面态引起的缺陷，而界面态部分原因来自于能带的不匹配，致使电荷易在能带间的界面态发生复合。以上问题的主要解决措施包括:吸收层的氢掺杂；在不影响薄膜完整性及内建电场的前提下，将η层及Ρ层薄膜厚度减薄；界面处引入缓冲层，一般采用单层非晶硅、微晶硅、碳化硅等材料作为缓冲层。但依然存在的问题是单层材料并不能很好地缓冲界面带隙差，界面复合依然极为严重。
【发明内容】
[0004]针对非晶硅薄膜太阳能电池缺陷密度大，复合严重的特点，本发明的目的在于提供一种界面缺陷态密度小，电荷在界面处复合几率小的非晶硅锗薄膜太阳能电池。
[0005]为实现上述目的，本发明通过带隙连续变化的吸收层与i_p双层带隙缓冲层相结合的方法，以有效降低载流子的复合几率，同时，对背反射电极表面进行处理以形成微纳结构，以有效增加光线在电池内部的传输距离，进而增加光吸收，最终获得高效率非晶硅锗薄膜太阳能电池。
[0006]具体地，本发明采用以下技术方案:
[0007]—种具有双层界面带隙缓冲层的非晶硅锗薄膜太阳能电池，包括依次制备在基底上的电极一、η型掺杂的非晶硅薄膜、n-1缓冲层、带隙连续变化的本征(i型)非晶硅锗薄膜、1-ρ双层带隙缓冲层、P型掺杂的非晶硅薄膜和电极二 ；其中，电极一和电极二分别为电池底电极和顶电极。
[0008]在本发明中，基底可为柔性衬底或非柔性衬底，基底表面可具有表面修饰层，起到使基底与膜系热膨胀系数匹配，增强膜基结合力，阻挡元素扩散，减小衬底表面粗糙度等作用。柔性衬底可选为不锈钢带衬底或聚酰亚胺衬底，非柔性衬底可选择为玻璃。
[0009]在本发明中，电极一优选为Ag层或ΑΖ0 (铝掺杂的氧化锌)导电薄膜或由Ag层和AZO层复合而成的Ag/AZO薄膜，即Ag/ZnO:A1 (AZ0)薄膜，Ag层厚度按需求为300_500nm，AZ0层厚度为200nm。在使用之前，将Ag层用质量浓度为1%的盐酸清洗lmin，并用蒸馏水漂洗3次，以形成表面粗糙度在30-50nm的纳米结构，该纳米结构对光线有不同角度的反射作用，使光线在电池结构中的光程增加，进而增加光吸收。
[0010]在本发明中，η型掺杂的非晶硅薄膜为掺磷非晶硅薄膜，厚度为20nm，禁带宽度为
1.7-1.8eVo
[0011]在本发明中，所述n-1缓冲层为本征非晶硅薄膜，禁带宽度为1.7-1.8ev，厚度为10nmo
[0012]在本发明中，带隙连续变化的非晶硅锗薄膜，有效增加了空穴的传输。该带隙连续变化的本征非晶硅锗薄膜可通过如下方式实现:在薄膜制备过程中，通过电脑控制数字流量计，改变锗烷气体与硅烷气体流量比例，使薄膜中锗比例从10%逐渐增加至25%，材料的禁带宽度由1.72ev逐渐减小至1.63ev，该层薄膜的厚度为200_300nm。
[0013]在本发明中，i_p双层带隙缓冲层具有双层结构:第一层为硅锗合金层，该硅锗合金层中锗原子比例由25%突变至10%，厚度为5-10nm;第二层为非晶硅薄膜，厚度为5-10nm，禁带宽度为1.7-1.8ev。采用i_p双层带隙缓冲层结构，减小了 ρ型窗口层与非晶硅锗薄膜的能带失配，进而减小了载流子在界面缺陷态上的复合。
[0014]在本发明中，ρ型掺杂的非晶硅薄膜为掺硼非晶硅薄膜，厚度为20nm，禁带宽度为
2.0-2.2ev，起到窗口层及为电池提供内建电场的作用。
[0015]在本发明中，电极二为ΑΖ0薄膜或ΙΤ0 (掺铟氧化锡)薄膜，厚度为80-100nm。
[0016]在本发明中，所述含硅薄膜制备方法为PECVD或HWCVD，优选为PECVD ;所述电极制备方法为PVD，优选为磁控溅射法。
[0017]本发明的具有双层界面带隙缓冲层的非晶硅锗薄膜太阳能电池的制备方法，包括以下步骤:
[0018](1)选择基底并进行表面清洗处理。
[0019](2)根据需要制备表面修饰层。
[0020](3)制备电极一。
[0021](4)对电极一进行化学处理，使其表面形成微纳结构。
[0022](5)采用PECVD或HWCVD技术制备η型掺杂的非晶硅薄膜。
[0023](6)采用PECVD或HWCVD技术制备η-1缓冲层。
[0024](7)采用PECVD或HWCVD技术制备带隙连续变化的本征非晶硅锗薄膜，通过电脑控制数字流量计，逐渐增加锗的气体流量比例，使材料具有逐渐减小的禁带宽度。材料的禁带宽度由1.72ev逐渐减小至1.63ev。
[0025](8)制备1-p双层带隙缓冲层。第一层为硅锗合金层，该层中锗原子比例由25%突变至10%，厚度为5-10nm ;第二层为非晶硅薄膜，厚度为5-lOnm，禁带宽度为1.7-1.8ev。
[0026](9)制备ρ型掺杂的非晶硅薄膜；
[0027](10)制备电极二。
[0028]本发明的优点在于:
[0029]1、本发明采用带隙连续变化的非晶硅锗薄膜结构，这种结构使价带顶有逐渐向真空能级弯曲的趋势，利于空穴的传输，进而减小其在薄膜内部复合的几率。
[0030]2、本发明采用1-p双层带隙缓冲层，使带隙近连续变化至ρ层材料的带隙，这样能有效减小界面缺陷态密度，进而减少载流子在界面处被俘获的几率。
[0031]3、本发明在背反射电极(电极一)表面制备的微纳结构可使光波在其表面向各个方向反射，使其在电池中的传播距离得以增加，进而达到增强吸收的作用，这样即使在单结太阳能电池中，太阳光波也可以得到最大程度的吸收。
【附图说明】
[0032]图1为本发明的具有双层界面带隙缓冲层的非晶硅锗薄膜太阳能电池的结构示意图。
【具体实施方式】
[0033]以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0034]如图1所示，为本发明的具有双层界面带隙缓冲层的非晶硅锗薄膜太阳能电池的结构示意图，包括依次制备在基底1上的电极一 2、n型掺杂的非晶硅薄膜3、n-1缓冲层4、带隙连续变化的本征非晶硅锗薄膜5、1-p双层带隙缓冲层6、p型掺杂的非晶硅薄膜7和电极二 8。
[0035]实施例1
[0036]本实施例中按照以下步骤制备具有带隙连续变化吸收层及双层界面带隙缓冲层的柔性衬底非晶硅锗薄膜太阳能电池:
[0037](1)选择厚度为100 μ m，表面粗糙度为3nm的镜面不锈钢带作为基板，并对其进行清洗处理。清洗处理工艺为:依次用去离子水、丙酮、乙醇超声清洗20min。
[0038](2)采用磁控溅射方法制备电池的底电极:依次在基板上制备300nm厚的Ag层和200nm厚的ΑΖ0层，射频功率分别为100w和200w。ΑΖ0的可见光范围内的透过率为60%?80%，ΑΖ0 电阻率为 8.5X10 3Ω.cm。
[0039](3)对Ag/AZO进行化学处理，使基表面形成微纳结构。其方法为用质量浓度为1%的盐酸清洗lmin,并用蒸懼水漂