一種高轉化率的納米硅薄膜太陽電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及太陽能電池領域，特別是一種納米硅基疊層薄膜太陽能電池。
【背景技術】
[0002]硅基薄膜太陽能電池具有用料少、能耗低，可以在玻璃、不銹鋼和塑料等價格低廉的襯底上制備p-1-n型或n-1-p型結構的太陽能電池，這些特點使娃基薄膜太陽能電池成為進一步降低太陽能電池生產(chǎn)成本的希望。但是，由于非晶硅材料具有光致衰退效應，導致硅基薄膜太陽能電池的穩(wěn)定性還有待提高，而且現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)化的非晶硅單結太陽能電池的穩(wěn)定光電轉換效率還較低。因此，如何提高硅基薄膜太陽能電池的光電轉換效率成為這種電池是否能夠大規(guī)模發(fā)展的關鍵。
[0003]針對以上所述問題，太陽能電池的研宄者提出了疊層薄膜太陽能電池，成為改善硅基薄膜太陽能電池穩(wěn)定性以及提高光電轉換效率的有效途徑。疊層薄膜太陽能電池指由至少兩個P-1-n結或n-1-p結所疊合構成的電池。由于疊層太陽能電池中非晶硅層的厚度相對單結太陽能電池要薄很多，因此可以有效地降低疊層太陽能電池的光致衰退，以及提高穩(wěn)定性。此外，使用不同光學帶隙的材料分別作為疊層太陽能電池中非晶硅基P-1-n結或n-1-p結的本征層，可以拓寬太陽能電池對太陽光譜的吸收，從而有效提高太陽能電池的穩(wěn)定光電轉換效率。疊層薄膜太陽能電池中最具代表性、也最具發(fā)展?jié)摿Φ膭t是非晶硅/微晶硅疊層薄膜太陽能電池。
[0004]非晶硅/微晶硅疊層薄膜太陽能電池雖已實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，但仍存在核心原材料被國外主要幾家巨頭公司所壟斷導致原材料價格昂貴、生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性不佳、轉換效率不高等缺點，以上缺點導致太陽能電池的發(fā)電成本還是明顯高于傳統(tǒng)能源發(fā)電成本。因此，如何降低非晶硅/微晶硅疊層薄膜太陽能電池的生產(chǎn)成本、提高工業(yè)化生產(chǎn)穩(wěn)定性和轉換效率成為這種電池是否能夠大規(guī)模發(fā)展的又一關鍵所在。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的最主要目的在于提供了一種大面積、高轉換效率、高穩(wěn)定性、適合工業(yè)化生產(chǎn)的非晶硅/微晶硅疊層薄膜太陽能電池，且已應用到實際生產(chǎn)中。
[0006]本實用新型可以通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0007]本實用新型公開了一種高轉化效率的納米硅薄膜太陽電池，包括透明襯底、前電極透明導電氧化層、預沉積層、非晶硅層、中間反射層、微晶硅層、背電極透明導電氧化層和反射封裝層，所述前電極透明導電氧化層、預沉積層、非晶硅層、中間反射層、微晶硅層、背電極透明導電氧化層、反射封裝層依次沉積疊加在所述透明襯底上。
[0008]所述非晶硅層包括非晶硅復合P層、非晶硅電池緩沖層、非晶硅復合i層和非晶硅復合η層，所述非晶硅復合P層、非晶硅電池緩沖層、非晶硅復合i層、非晶硅復合η層依次沉積疊加在所述預沉積層表面。
[0009]所述中間反射層包括反射層和高效隧穿復合結，所述反射層包括η型摻雜的Pc-S1x: H層和η型摻雜的Pc-S1: H層，所述η型摻雜的Pc-S1x: H層、η型摻雜的Pc-S1: H層均為雙層，所述η型摻雜的Pc-S1x:H層、η型摻雜的Kc-S1:H層彼此交錯，所述η型摻雜的Pc-S1x = H層、η型摻雜的Pc-Si = H層、高效隧穿復合結沉積疊加在所述非晶硅層表面。
[0010]所述微晶硅層包括微晶硅復合P層和微晶硅復合i層，所述微晶硅復合P層和微晶硅復合i層依次沉積疊加在所述中間反射層表面。
[0011]所述非晶娃沉積P層包括P型摻雜的a-Si0x:H層和a_SiCx:H層，所述非晶娃η層包括η型摻雜的a-S1:Η層和η型摻雜的Pc-S1:H層，所述ρ型摻雜的a-Si0x:H層和a-SiCx: H層依次沉積疊加在所述預沉積層表面，所述η型摻雜的a_S1:Η層和η型摻雜的Pc-S1:H層依次沉積疊加在所述非晶娃復合i層表面。
[0012]所述微晶娃復合P層包括P型摻雜的Pc-S1:H層、Pc-S1x:H層和Pc-S1:H層，所述微晶娃復合i層包括Kc-S1:H i層、a-S1:H i層，所述復合ρ層、復合i層、微晶娃電池η層依次沉積疊加在所述中間反射層表面。
[0013]所述前電極透明導電氧化層和背電極透明導電氧化層均包括Seed層和Bulk層。
[0014]所述預沉積層是采用等離子體增強化學氣相沉積方法沉積的，所述預沉積層的材料包括a-S1:H、a-SiCx:H和a_Si0x:H中的一種或二種以上。
[0015]進一步地，所述反射封裝層包含高反射率的共聚物和玻璃背板。高反射率的共聚物包含白色EVA、PVB，主要為白色EVA。玻璃背板包括未鋼化玻璃、半鋼化玻璃和鋼化玻璃，
[0016]在實際應用中，所述薄膜太陽能電池可以制作為多子電池串聯(lián)結構和多子電池并聯(lián)結構。多子電池并聯(lián)結構包括至少2個大面積的電池并聯(lián)，且每個大面積的電池至少由2節(jié)小面積的子電池串聯(lián)形成。
[0017]一種高轉化效率的納米硅薄膜太陽電池的制備方法，具體包括以下工序:
[0018]前電極透明導電氧化層和背電極透明導電氧化層是采用低壓化學氣相沉積制備的摻硼氧化鋅層，所述摻硼氧化鋅層包括摻硼氧化鋅層和bulk層，所述seed層B2H6流量范圍控制在90?400sccm、厚度范圍為50?300納米，所述bulk層厚度范圍為1500?2000納米、600納米波長的散射度范圍為25?45%、電阻率范圍為5.0Χ10-4Ω.αιι?9.0X10-3 Ω.cm，400?1100納米波長的平均透過率范圍為78%至85% ；
[0019]預沉積薄膜是采用等離子體增強化學氣相沉積方法沉積的，所述預沉積層即是通過把將沉積完透明導電氧化層的透明襯底置入反應盒內(nèi)，30分鐘內(nèi)在反應盒里預沉積形成的，所述預沉積層使用的氣體為SiH4、H2、CH4、C02，使用的流量范圍均為4?7slm，膜層厚度控制在5?35nm ；
[0020]在非晶硅層中，ρ型摻雜a-Si0x:H層的沉積厚度范圍為1.5?3.5納米，ρ型摻雜a-SiCx:H層的沉積厚度范圍為6?10納米，a_SiCX:H層的沉積厚度范圍為5?9納米，復合i層分別由低速沉積的高質(zhì)量i層和高速沉積的i層疊加沉積而成，所述低速沉積的高質(zhì)量i層的沉積壓力范圍為0.1?0.6mbar、沉積速率范圍為0.1?0.2納米/秒、氣體流量范圍為4?6slm，所述高速沉積的i層的沉積壓力范圍為0.8?1.5mbar、沉積速率范圍為0.3?0.4納米/秒、氣流流量范圍為6?35slm，所述復合i層厚度范圍為150?200納米，所述的復合i層中至少包括10納米以上低速沉積的高質(zhì)量i層和高速沉積的i層，η型摻雜a-S1:Η層厚度范圍為3?5納米，η型摻雜的Pc-S1:Η層的厚度范圍為8?12納米，所述η型摻雜的a-S1:Η層的沉積壓力范圍為0.8?1.5mba、氣流流量范圍為2?9slm、沉積壓力范圍為2.5?3.8mbar、氣流流量范圍為75?90slm ；
[0021]中間反射層總厚度范圍為25?60納米，折射率范圍為0.18至0.22，中間反射層的Pc-S1:H層厚度范圍為0.6?1.0納米，高效隧穿復合結是以PH3、C02和H2為反應氣體在等離子體狀態(tài)下對反射層進行表面處理后形成的，其中PH3和C02混合比例為1:100至1:500，等離子體處理的壓力范圍為0.3?0.7mbar，等離子體處理的功率密度范圍為0.03ff/cm2 ?0.04 W/cm2 ；
[0022]在微晶硅層中，ρ型摻雜Pc-Si = H層度范圍為2?4納米，ρ型摻雜Pc-S1:H層的厚度范圍為4?6納米，ρ型摻雜Pc-Si = H層的摻雜率是ρ型摻雜Pc-Si = H層的1.5?3倍，ρ型摻雜Pc-S1x = H層的厚度范圍為10?30納米、折射率范圍為2.5至3.5，復合i層厚度范圍為600?1200納米，所述復合i層由3至7層不同H2稀釋度[H2/(H2+SiH4)]的膜層組成，所述膜層厚度方向的晶化率范圍保持在55?75%、稀釋度范圍95?98%，非晶娃i層是低速沉積形成的高質(zhì)量i層；所述高質(zhì)量i層沉積壓力范圍為0.1?0.5mbar、沉積速率范圍為0.1納米/秒至0.2納米/秒、厚度范圍為15?25納米，微晶硅電池η層的材料是η型摻雜的Pc-S1x:H，所述的η型摻雜Pc-S1x:H層的厚度范圍為60?100納米、折射率范圍為1.8?2.2。
[0023]進一步地，在非晶硅層的沉積中，所述低速沉積的高質(zhì)量i層的沉積壓力范圍為0.2?0.4mbar，所述高速沉積的i層的沉積壓力范圍為1.0?1.3mbar，所述η型摻雜的a-S1:Η層的沉積壓力范圍為1.0?1.3mbar、沉積壓力范圍為3?3.5mbar ;氣流流量范圍為75-90slm ;在所述中間反射層中，所述反射層總厚度范圍為30?45納米、折射率范圍為
0.19 ?0.21。
[0024]本實用新型的最主要技術優(yōu)點在于提供了一套完整的大面積、高轉換效率、高穩(wěn)定性、適合工業(yè)化生產(chǎn)的非晶硅/微晶硅疊層薄膜太陽能電池制備方法，所述制備方法已應用到工業(yè)生產(chǎn)中，有力的推動了薄膜太陽能電池的發(fā)展。
【附圖說明】
[0025]附圖1為本實用新型一種高轉化效率的納米硅薄膜太陽電池總體的的膜層結構示意圖；
[0026]附圖2為本實用新型一種高轉化效率的納米硅薄膜太陽電池前電極透明導電氧化層的結構示意圖；
[0027]附圖3為本實用新型一種高轉化效率的納米硅薄膜太陽電池背電極透明導電氧化層的結構示意圖；
[0028]附圖4為本實用新型一種高轉化效率的納米硅薄膜太陽電池中間反射導電氧化層的結構示意圖；
[0029]附圖5為本實用新型一種高轉化效率的納米硅薄膜太陽電池激光刻劃示意圖；
[0030]附圖6為本實用新型一種高轉化效率的納米硅薄膜太陽電池成品測試1-V曲線圖；
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