CN101894871A - 高转化率硅晶及薄膜复合型单结pin太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

高转化率硅晶及薄膜复合型单结pin太阳能电池及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了高转化率硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池及其制造方法，所述电池的结构为：底电极/n型梯度μc或epi Si1-xGex/n-型硅晶片/i-μ-Si/i-A-Si1-xGex/i-A-Si/i-μc-SiC/p-A-SiC/TCO/减反射膜。这种单晶多i层的PIN结构，i层可从上述六种材料中选用组成二层，三层，四层，五层和六层级结构；采用激光结晶工艺，等离子掺杂工艺，CVD和PECVD过度层工艺来改善各层之间的界面性能，并用氢化处理工艺来保持各层材料性能的稳定和改善透明导电薄膜材料和界面的透光率和导电性；电池转换效率可望达到25％—30％，并具有较好的稳定性。

Description

高转化率硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池，特别是硅晶及硅基薄膜太阳能电池结构及其制造方法。
背景技术
自从法国科学家AE.Becquerel在1839年发现光电转换现象以后，1883年第一个以半导体硒为基片的太阳能电池诞生。1946年RuSSell获得了第一个太阳能电池的专利(US.2,402,662)，其光电转换效率仅为1％。直到1954年，贝尔实验室的研究才发现了掺杂的硅基材料具有高的光电转换效率。这个研究为现代太阳能电池工业奠定了基础。在1958年，美国Haffman电力公司为美国的卫星装上了第一块太阳能电池板，其光电转换效率约为6％。从此，单晶硅及多晶硅基片的太阳能电池研究和生产有了快速的发展，2006年太阳能电池的产量已经达到2000兆瓦，单晶硅太阳能电池的光电转换效率达到24.7％，商业产品达到22.7％，多晶硅太阳能电池的光电转换效率达到20.3％，商业产品达到15.3％。
另一方面，1970年苏联的Zhores Alferov研制了第一个GaAs基的高效率III-V族太阳能电池。由于制备III-V族薄膜材料的关键技术MOCVD(金属有机化学气相沉积)直到1980年左右才被成功研发，美国的应用太阳能电池公司在1988年成功地应用该技术制备出光电转换效率为17％的GaAs基的III-V族太阳能电池。其后，以GaAs为基片的III-V族材料的掺杂技术，多级串联太阳能电池的制备技术得到了广泛的研究和发展，其光电转换效率在1993年达到19％，2000年达到24％，2002年达到26％，2005年达到28％，2007年达到30％。2007年，美国两大III-V族太阳能电池公司Emcore和SpectroLab生产了高效率III-V族太阳能商业产品，其光电转换率达38％，这两家公司占有全球III-V族太阳能电池市场的95％，最近美国国家能源研究所宣布，他们成功地研发了其光电转换效率高达50％的多级串联的III-V族太阳能电池。由于这类太阳能电池的基片昂贵，设备及工艺成本高，主要应用于航空、航天、国防和军工等领域。
国外的太阳能电池研究和生产，大致可以分为三个阶段，即有三代太阳能电池。
第一代太阳能电池，基本上是以单晶硅和多晶硅基单一组元的太阳能电池为代表。仅注重于提高光电转换效率和大规模生产，存在着高的能耗、劳动密集、对环境不友善和高成本等问题，其产生电的价格约为煤电的5～6倍；直至2007年，第一代太阳能电池的产量仍占全球太阳能电池总量的89％，专家预计，第一代太阳能电池将在十年后逐步被淘汰而成为历史。
第二代太阳能电池为薄膜太阳能电池，是近几年来发展起来的新技术，它注重于降低生产过程中的能耗和工艺成本，专家们称其为绿色光伏产业。与单晶硅和多晶硅太阳能电池相比，其薄膜高纯硅的用量为其的1％，同时，低温等离子增强型化学气相沉积沉积技术，电镀技术，印刷技术被广泛地研究并应用于薄膜太阳能电池的生产。由于采用低成本的玻璃、不锈钢薄片，高分子基片作为基板材料，大大降低了生产成本，并有利于大规模的生产。目前已成功研发的薄膜太阳能电池的材料为：CdTe，其光电转换效率为16.5％，而商业产品约为7％；CulnSe，其光电转换效率为19.5％，商业产品为11％；非晶硅及微晶硅，其光电转换效率为8.3～15％，商业产品为7～13.3％，近年来，由于液晶电视的薄膜晶体管的研发，非晶硅和微晶硅薄膜技术有了长足的发展，并已应用于硅基薄膜太阳能电池。专家们预计，由于薄膜太阳能电池具有低的成本，高的效率，大规模生产的能力，在未来的5～10年，薄膜太阳能电池将成为全球太阳能电池的主流产品。
围绕薄膜太阳能电池研究的热点是，开发高效、低成本、长寿命的光伏太阳能电池。它们应具有如下特征：低成本、高效率、长寿命、材料来源丰富、无毒，科学家们比较看好非晶硅薄膜太阳能电池。
目前占最大份额的薄膜太阳能电池是非晶硅太阳能电池，通常为pin结构电池，窗口层为掺硼的P型非晶硅，接着沉积一层未掺杂的i层，再沉积一层掺磷的N型非晶硅，并镀电极。
非晶硅电池一般采用PECVD(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition——等离子增强型化学气相沉积)方法使高纯硅烷等气体分解沉积而成的。此种制作工艺，可以在生产中连续在多个真空沉积室完成，以实现大批量生产。由于沉积分解温度低，可在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔性塑料片上沉积薄膜，易于大面积化生产，成本较低。在玻璃衬底上制备的非晶硅基太阳能电池的结构为：Glass/TCO/p-a-SiC:H/i-a-Si:H/n-a-Si:H/Al，在不锈钢衬底上制备的非晶硅基太阳能电池的结构为：SS/ZnO/n-a-Si:H/i-a-Si(Ge):H/p-na-Si:H/ITO/Al。
提高电池效率最有效的途径是尽量提高电池的光吸收效率。对硅基薄膜而言，采用窄带隙材料是必然途径。如Uni-Solar公司采用的窄带隙材料为a-SiGe(非晶硅锗)合金，他们的a-Si/a-SiGe/a-SiGe三结叠层电池，小面积电池(0.25cm2)效率达到15.2％，稳定效率达13％，900cm2组件效率达11.4％，稳定效率达10.2％，产品效率达7％-8％。
国际公认非晶硅/微晶硅叠层太阳能电池是硅基薄膜电池的下一代技术，是实现高效低成本薄膜太阳能电池的重要技术途径，是薄膜电池新的产业化方向。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％(40cm×50cm)和13.5％(91cm×45cm)。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(奥立康)公司、美国AppliedMaterials(应用材料公司)，也正研发产品级非晶硅/微晶硅电池关键制造技术。
国内，南开大学以国家“十五”、“十一五”973项目和“十一五”863项目为依托，进行微晶硅材料和非晶硅/微晶硅叠层电池研究。小面积微晶硅电池效率达9.36％，非晶硅/微晶硅叠层电池效率达11.8％，10cm×10cm组件效率达9.7％。现正与福建钧石能源公司合作，进行平方米级非晶硅/微晶硅叠层电池关键设备及电池制造技术的研发。
目前硅基薄膜电池主要有三种结构：以玻璃为衬底的单结或双结非晶硅电池，以玻璃为衬底的非晶硅和微晶硅双结电池，以不锈钢为衬底的非晶硅和非晶锗硅合金三结电池。由于各种产品都有其独特的优势，在今后一段时间里这三种电池结构还会同步发展。硅基薄膜电池的长远发展方向是很明显的，除了要充分利用其独特的优势，主要是克服产品开发、生产和销售方面存在的问题。硅基薄膜电池要进一步提高电池效率，利用微晶硅电池作为多结电池的底电池可以进一步提高电池效率，降低电池的光诱导衰退。
目前微晶硅电池产业化的技术难点是实现微晶硅的高速沉积技术和实现大面积微晶硅基薄膜材料的均匀性。如果微晶硅大面积高速沉积方面的技术难题可以在较短的时间里得到解决，预计在不远的将来，非晶硅和微晶硅相结合的多结电池将成为硅基薄膜电池的主要产品。非晶硅和微晶硅多结电池可以沉积在玻璃衬底上，也可以沉积在柔性衬底上，无论是以玻璃还是以柔性衬底沉积的硅基薄膜电池都可以采用非晶和微晶硅多结电池结构。
目前商业性的硅基薄膜太阳能电池是非晶硅薄膜太阳能电池。由于非晶硅的能隙为1.7，它仅仅能吸收波长在400-500nm的太阳能。因其太阳能转换效率低，大约在6％左右，该硅基薄膜太阳能电池的转换率有待改善
虽然以上几个方面的技术和背景材料，已经有人提到采用不同能隙的材料来扩充对太阳能的吸收光谱.但是至今尚未有人采用一个系列，具有不同能隙的六种材料来构成单结多层PIN结构的薄膜太阳能电池。并且还没有人研发出制备这种单结多层PIN结构的薄膜太阳能电池的制造技术。也还没有人研发出制备这种高转化率硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池及其制造方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，把单晶硅和多晶硅基单一组元的太阳能电池与硅基薄膜太阳能电池相结合，提出一种高转化率硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池及其制造方法，所述的高转化率硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池具有更高的转换效率和优良的稳定性。
本发明的技术方案之一是，所述的高转化率硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池的结构为以下诸种之一：
(1)底电极/n层/n型硅晶片/i层/i层/i层/i层/p层/TCO/减反射膜；
(2)底电极/n层/n型硅晶片/i层/i层/i层/p层/TCO/减反射膜；
(3)底电极/n层/n型硅晶片/i层/i层/p层/TCO/减反射膜；
(4)底电极/n层/n型硅晶片/i层/p层/TCO/减反射膜；
(5)底电极/n层/n型硅晶片/p层/TCO/减反射膜；
其中，所述p层、i层、n层均是选自μc-Si1-xGex、A-Si1-xGex、μc-SiC、A-SiC、μc-Si、A-Si半导体材料中的一种；0≤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，μc-表示微晶。
上述第(1)种电池结构的一种具体组成是：底电极/n型梯度μc或epiSi1-xGex/n型硅晶片/i-μc-Si/i-A-Si1xGex/i-A-Si/i-μc-SiC/p-A-SiC/TCO/减反射膜；
其中，“梯度”是指锗化硅(Si1-xGex)通过改变x的值(0≤x≤1)从1逐步梯度变化到0，而锗化硅(Si1-xGex)则从(Ge)锗层-梯度锗化硅层-变化到硅层(Si)层；“epi”是外延生长单晶层(epitaxy)。
上述结构中，所述硅晶片可以是单晶硅片或多晶硅片。
上述结构中，所述减反射膜可以是多孔SiO2膜，或纳米纤维SiO2膜，或SiO2/TiO2复合膜等等。其中，多孔SiO2膜可选用孔隙率10-50％，孔径50nm-1000nm的多孔SiO2膜产品；所述纳米纤维SiO2可选用纤维直径50nm-500nm，长径比1∶5-1∶10的纳米纤维SiO2；所述SiO2/TiO2复合膜可以是单层复合和多层复合，例如：TiO2(145nm)/SiO2(95nm)或TiO2(15nm)/SiO2(35nm)/TiO2(150nm)/SiO2(100nm)等等。
上述结构中，所述TCO为透明导电氧化物膜，它的技术参数可选用：纯度在99.9％以上，可见光透过率大于90％；电阻率小于1×10-3欧姆厘米，薄膜厚度50nm-5000nm；TCO可以是Ag，Al，Ga，掺杂的ZnOx，ITO透明导电氧化物薄膜材料等等；可以用PVD或溶胶，凝胶方法制备。
本发明的上述单结多叠层PIN结构的电压不变，通过增加i层来提高电流，从而改善薄膜太阳能电池的效率。因为一种材料的太阳能电池可以利用的能量为波长比为1.24Eg(eV)的谱域的光能(Eg是材料的能隙宽度)。本发明的单结多叠层PIN结构太阳能电池中，把同质异带隙材料的薄膜叠加，可利用更宽谱域的光能，由此增加太阳能电池的光吸收效率。异质叠层太阳能电池中，利用宽隙材料做顶电极，将短波长的光能转化为电能；利用窄带材料做底电极，可将特长波长光能转化为电能，并控制异质层之间的均匀过渡，以消除壁垒，减小导电电阻，充分利用了阳光的谱域。由于更加充分利用了阳光的谱域，异质叠层太阳能电池具有更高的光电转换效率，同时具有抑制光致衰退的效果。对于单结太阳能电池，p层，i层和n层材料采用从宽带隙到窄带隙的高导电的微晶薄膜，以增加光的吸收范围，可减少缺陷导致的光吸收损失和电池的串联电阻。为减少P/I，N/I的界面缺陷和壁垒，还可以在它们的界面间加入缓变层。此层的最佳制备方法是交替沉积与氢处理法。如果在这种单结多叠层PIN结构太阳能电池中，在具有不同能隙宽度的各层之间，加入中间反射层对各波段的入射光进行逐级的入射和全反射，可增加其在电池中的光程从而增加太阳能电池对光的吸收，而提高转换效率。
本发明的技术方案之二是，高转化率硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池及其制造方法包括：
对n型硅晶片(单晶硅片或多晶硅片)进行化学和机械(CMP)双面抛光；然后，
对n型硅晶片(单晶硅片或多晶硅片)进行清洗；
用常规工艺制备TCO层、减反射膜；
采用PECVD，CVD(化学气相沉积)工艺，激光结晶工艺，等离子掺杂工艺和HD-PECVD工艺制备硅基薄膜，以获得高质量的膜层和降低各叠层之间的界面电阻；并用氢化处理工艺来保持各层材料性能的稳定和改善透明导电薄膜材料和界面的透光率和导电性。
所述非晶硅或微晶硅薄膜一般采用HD-PECVD(Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition-高密度等离子增强型化学气相沉积)方法。使用高纯硅烷(SiH4)，氢气为载气，分解沉积而成的。
所述非晶或微晶Si1-xGex薄膜一般采用SiH4和GeH4为反应先驱体，H2为载气，反应分解沉积而成的。
所述非晶或微晶SiC薄膜一般采用SiH4和CH4为反应先驱体，H2为载气，反应分解沉积而成的。
所述富硅的硅氧化物中间反射层薄膜一般采用SiH4和NO2为反应先驱体，H2为载气，反应分解沉积而成。
所述P-型和N-型硅基薄膜一般采用PH3(N-型)和B2H6(P-型)等离子掺杂来实现。
等离子增强型化学气相沉积温度为200℃-400℃。
所述Si1-xGex的外延生长单晶(薄膜)层采用化学气相沉积工艺使用SiH4和GeH4为反应先驱体，H2为载气，反应温度为600℃-1000℃来沉积。
对硅基薄膜层进行氢化处理，以保持各膜层材料性能的稳定和改善透明导电薄膜材料与界面的透光率和导电性。
这些薄膜材料也可以用HD-PECVD制备。
本发明所述制造方法中，对硅晶片(单晶硅片或多晶硅片)进行清洗工艺分两步进行：
第一步，用HCl∶H2O2∶H2O＝10∶1∶50的溶液在60℃-70℃清洗5分钟-10分钟；
第二步，用NH4OH∶H2O2∶H2O＝10∶1∶50的溶液在60℃-70℃清洗5分钟-10分钟；最后用水清洗干净。
本发明所述制造方法中，所述激光结晶工艺使用波长为308nm XeCl excimer激光，通过控制激光的输出功率，步进速度和时间，使非晶Si，Si1-xGex，SiC重结晶形成微晶，甚至于形成类单晶的Si，Si1-xGex，SiC薄膜。
本发明所述制造方法中，PECVD氢化工艺通过调整氢气和氮气的体积比和等离子的能量，在100℃-400℃温度下对薄膜进行氢化处理，以增强薄膜材料的稳定性；所述氢气和氮气的体积比为10-100倍(即氢气体积∶氮气体积＝10-100)。
本发明采用PECVD或HD-PECVD薄膜沉积工艺，等离子掺杂工艺，激光结晶工艺和氢化处理工艺相结合，成功的制备了高质量的非晶(A)和微晶(μc)的Si和SiGe、SiC薄膜。这些材料的能隙宽度如表1所示。
表1非晶(A)和微晶(μc)的Si，SiGe和SiC薄膜材料的能隙宽度
  材料   能隙宽度(ev)   材料   能隙宽度(ev)
  A-Si1-xGex   1.3-1.7   μc-Si   ～1.2
  μc-Si1-xGex   0.7-1.2   A-SiC   ～2.1
  A-Si   ～1.7   μc-SiC   ～1.8
因此，我们可以用上述的六种材料加以组合去拓宽硅基薄膜太阳电池的能谱吸收宽度，以提高硅基薄膜太阳能电池的光电转换率。各种材料的吸收能谱范围如图1所示。
本发明所述方法制得非晶和微晶Si，SiGe和SiC薄膜性能如表2所示。
表2非晶和微晶Si，SiGe和SiC薄膜性能
 技术参数  a-Si1-xGex mc-Si1-xGex   p，n-(a，μc)-SiCx
 暗室导电率Ω-cm)-1  ～10-8 ＜10-7   ～10-5-10-6
 活化能  ～0.7   ～0.5
 光能隙(eV)(300k)  1.5-1.7 ～0.9   1.8-2.1
 自旋密度(cm-3)  ＜1017 ＜1017
 离子迁移速度μτ(cm2/V)  ＞10-7(600nm) ＞10-7(600nm)
 吸收系数(cm-1)  ＞103(800nm) ＞103(800nm)   ＞104(400nm)
本发明采用激光结晶工艺，等离子掺杂工艺和PECVD过度层工艺来改善各层之间的界面性能，如降低各叠层之间的界面电阻和增强薄膜材料结晶性能，并用氢化处理工艺来保持各层材料性能的稳定和改善透明导电薄膜材料和界面的透光率和导电性；本发明的薄膜太阳能电池转换效率可望达到25-30％，并具有较好的稳定性。
附图说明
图1是描述非晶，微晶和的晶体硅(Si)，非晶和微晶(或外延单晶)的锗化硅(SiGe)和非晶和微晶的碳化硅(SiC)的能谱吸收范围；
图2是本发明一种实施例的高转化率硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池膜层结构及制备工艺示意图，电池为硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池单结六层pin结构薄膜太阳能电池；
具体实施方式
实施例1：一种硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池单结六层pin结构薄膜太阳能电池，结构为：
底电极/n型梯度μc或epi Si1-xGex/n型硅晶片/i-μc-Si/i-A-Si1-xGex/i-A-Si/i-μc-SiC/p-A一SiC/TCO/减反射膜。
实施例2：制备方法
a.高转化率硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池单结六层pin结构薄膜太阳能电池，结构为：底电极/n型梯度g μc或epi Si1-xGex/n-型硅晶片/i-μc-Si/i-A-Si1-xGex/i-A-Si/i-μc-SiC/p-A-SiC/TCO/减反射膜。
b.制备工艺：
1.对n型硅晶片(单晶硅片或多晶硅片)进行化学和机械(CMP)双面抛光；然后，
2.对n型硅晶片(单晶硅片或多晶硅片)清洗；
3.用PECVD形成富硅的硅氧化物或TCO中间反射层薄膜；
4.在n型硅晶片(单晶硅片和多晶硅片)的正面，用CVD方法沉积磷(P)掺杂的n-型Ge，和n-型梯度μc或epi Si1-xGex薄膜，并用PVD方法镀Al电极；
5.在n型硅晶片(单晶硅片和多晶硅片)的反面，用PECVD方法沉积i型μc-Si薄膜，或用PECVD方法沉积非晶i型A-Si薄膜，然后激光结晶处理形成i型微晶μc-Si薄膜，并用PECVD氢化处理；
6.用PECVD方法沉积非晶A-Si1-xGex薄膜(1＞x＞0均匀过度)，并用PECVD氢化处理；
7.用PECVD方法沉积非晶A-Si薄膜，并用PECVD氢化处理；
8.用PECVD方法沉积i型微晶μc-SiC薄膜，也可用PECVD方法沉积非晶A-SiC薄膜，然后激光结晶处理形成i型微晶μc-SiC薄膜，并用PECVD氢化处理；
9.用PECVD方法沉积硼(B)掺杂的非晶SiC薄膜，并用PECVD氢化处理，形成p型非晶A-SiC薄膜；
10.用PVD方法制备ZnO，ZnO:Ag，Al薄膜(或用溶胶凝胶方法制备)，然后烘干，再在400℃、含氢气氛下热处理1分钟-10分钟；
11.用PVD或溶胶凝胶方法镀减反射膜，可以是多孔SiO2或纳米纤维SiO2、SiO2/TiO2复合膜结构。
本发明实施例的高转化率硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池单结六层pin结构薄膜太阳能电池转换效率可达到25-30％，并具有较好的稳定性。
在上述薄膜太阳能电池制造工艺流程中：
1、对硅晶片(单晶硅片和多晶硅片)进行清洗工艺分两步进行：
第一步，用HCl∶H2O2∶H2O＝10∶1∶50的溶液在60℃-70℃下清洗5分钟-10分钟；
第二步，用NH4OH∶H2O2∶H2O＝10∶1∶50的溶液在60℃-70℃下清洗5分钟-10分钟；最后用水清洗干净。
2、激光结晶处理工艺：使用波长为308nm XeCl excimer激光.通过控制激光的输出功率，步进速度和时间，使非晶Si，Si1-xGex，SiC重结晶形成微晶，甚至于形成类单晶的Si，Si1-xGex，SiC薄膜。
3、PECVD氢化处理工艺：通过调整氢气和氮气的比例(10-100倍)和等离子的能量，在一定的温度下(100℃-400℃)对薄膜进行氢化处理，以增强薄膜材料的稳定性。
4、非晶(A)和微晶(μc)的Si，SiGe和SiC薄膜材料可采用HD-PECVD(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition——高密度等离子增强型化学气相沉积)方法来制备。

Claims (17)

1.一种高转化率硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池，其特征是，它的结构为以下诸种之一：
(1)底电极/n层/n型硅晶片/i层/i层/i层/i层/p层/TCO/减反射膜；
(2)底电极/n层/n型硅晶片/i层/i层/i层/p层/TCO/减反射膜；
(3)底电极/n层/n型硅晶片/i层/i层/p层/TCO/减反射膜；
(4)底电极/n层/n型硅晶片/i层/p层/TCO/减反射膜；
(5)底电极/n层/n型硅晶片/p层/TCO/减反射膜；
其中，所述p层、i层、n层均是选自μc-Si1-xGex、A-Si1-xGex、μc-SiC、ASiC、μc-Si、A--Si半导体材料中的一种；0≤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，μc-表示微晶；所述硅晶片为单晶硅片或多晶硅片。
2.根据权利要求1所述高转化率硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池，其特征是，它的一种组成是：底电极/n-型梯度μc或epi Si1-xGex/n型硅晶片/i-μc-Si/i-A-Si1-xGex/i-A-Si/i-μc-SiC/p-A-SiC/TCO/减反射膜；
其中，“梯度”是指锗化硅通过改变x的值从1逐步梯度变化到0，而锗化硅则从锗层-梯度锗化硅层-变化到硅层层，0≤x≤1；“epi”是外延生长单晶层。
3.根据权利要求1所述高转化率硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池，其特征是，所述减反射膜为多孔SiO2膜或纳米纤维SiO2膜，或SiO2/TiO2复合膜；所述多孔SiO2膜选用孔隙率10-50％，孔径50nm-1000nm的多孔SiO2膜产品；所述纳米纤维SiO2选用纤维直径50nm-500nm，长径比1∶5-1∶10的纳米纤维SiO2；所述SiO2/TiO2复合膜为单层复合或多层复合。
4.根据权利要求1所述高转化率硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池，其特征是，所述TCO为透明导电氧化物膜，它的技术参数选用：纯度在99.9％以上，可见光透过率大于90％；电阻率小于1×10-3欧姆厘米，薄膜厚度50nm-5000nm；所述TCO为Ag或Al、Ga、掺杂的ZnOx、ITO透明导电氧化物薄膜材料。
5.一种如权利要求1所述高转化率硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池的制造方法，包括：
对n型硅晶片进行化学和机械双面抛光，然后，
对n型硅晶片进行清洗；
用常规工艺制备TCO层、减反射膜；
采用PECVD，CVD沉积工艺，激光结晶工艺，等离子掺杂工艺和HD-PECVD过渡层工艺制备硅基薄膜，以获得高质量的膜层和降低各叠层之间的界面电阻；并用氢化处理工艺来保持各层材料性能的稳定和改善透明导电薄膜材料和界面的透光率和导电性。
6.根据权利要求5所述高转化率硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池的制造方法，其特征是，所述硅基薄膜之非晶硅或微晶硅薄膜采用PECVD或HD-PECVD方法，使用高纯硅烷，氢气为载气，分解沉积而成。
7.根据权利要求6所述高转化率硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池的制造方法，其特征是，所述硅基薄膜之非晶或微晶Si1-xGex薄膜采用SiH4和GeH4为反应先驱体，，H2为载气，，反应分解沉积而成。
8.根据权利要求6所述高转化率硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池的制造方法，其特征是，所述硅基薄膜之非晶或微晶SiC薄膜采用SiH4和CH4为反应先驱体，H2为载气，反应分解沉积而成。
9.根据权利要求6所述高转化率硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池的制造方法，其特征是，所述硅基薄膜之富硅的硅氧化物中间反射层薄膜采用SiH4和NO2为反应先驱体，H2为载气，，反应分解沉积而成。
10.根据权利要求5所述高转化率硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池的制造方法，其特征是，所述硅基薄膜之P型硅基薄膜采用B2H6等离子掺杂而形成，N型硅基薄膜采用PH3等离子掺杂而形成。
11.根据权利要求5所述高转化率硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池的制造方法，其特征是，所述PECVD沉积温度为200℃-400℃。
12.根据权利要求5所述高转化率硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池的制造方法，其特征是，Si1-xGex外延生长单晶层采用CVD沉积工艺，使用SiH4和GeH4为反应先驱体，H2为载气，沉积反应温度为600-1000℃。
13.根据权利要求5所述高转化率硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池的制造方法，其特征是，对硅基薄膜层进行氢化处理，以保持各膜层材料性能的稳定和改善透明导电薄膜材料与界面的透光率和导电性。
14.根据权利要求5所述高转化率硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池的制造方法，其特征是，用HD-PECVD工艺代替-PECVD、CVD制备硅基薄膜。
这些薄膜材料也可以用HD-PECVD制备。
15.根据权利要求5所述高转化率硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池的制造方法，其特征是，对硅晶片进行清洗分两步进行：
第一步，用HCl∶H2O2∶H2O＝10∶1∶50的溶液在60℃-70℃清洗5分钟-10分钟；
第二步，用NH4OH∶H2O2∶H2O＝10∶1∶50的溶液在60℃-70℃清洗5分钟-10分钟；最后用水清洗干净。
16.根据权利要求5所述高转化率硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池的制造方法，其特征是，所述激光结晶工艺使用波长为308nm XeCl excimer激光，通过控制激光的输出功率，步进速度和时间，使非晶Si，Si1-xGex，SiC重结晶形成微晶，甚至于形成类单晶的Si，Si1-xGex，SiC薄膜。
17.根据权利要求5所述高转化率硅晶及薄膜复合型单结PIN太阳能电池的制造方法，其特征是，PECVD氢化工艺通过调整氢气和氮气的体积比和等离子的能量，在100℃-400℃温度下对薄膜进行氢化处理，以增强薄膜材料的稳定性；所述氢气和氮气的体积比为10-100倍。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103337592A (zh) * 2013-07-11 2013-10-02 中国科学院半导体研究所 一种提高聚合物太阳能电池效率的方法
CN104505418A (zh) * 2014-11-27 2015-04-08 湖南共创光伏科技有限公司 具有过渡层的晶硅及锗化硅薄膜复合型单结pin太阳能电池及其制备方法
CN104505419A (zh) * 2014-11-27 2015-04-08 湖南共创光伏科技有限公司 具有过渡层的晶硅及碳化硅薄膜复合型单结pin太阳能电池及其制备方法
CN104576801A (zh) * 2014-11-27 2015-04-29 湖南共创光伏科技有限公司 具有过渡层的晶硅及硅薄膜复合型单结pin太阳能电池及其制备方法
CN112002778A (zh) * 2020-07-23 2020-11-27 隆基绿能科技股份有限公司 硅异质结太阳能电池及其制作方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4410220B4 (de) * 1994-03-24 2005-02-17 Forschungszentrum Jülich GmbH Dünnschicht-Solarzelle
EP1933388A1 (en) * 2005-10-03 2008-06-18 Sharp Kabushiki Kaisha Silicon-based thin film photoelectric converter, and method and apparatus for manufacturing same

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103337592A (zh) * 2013-07-11 2013-10-02 中国科学院半导体研究所 一种提高聚合物太阳能电池效率的方法
CN104505418A (zh) * 2014-11-27 2015-04-08 湖南共创光伏科技有限公司 具有过渡层的晶硅及锗化硅薄膜复合型单结pin太阳能电池及其制备方法
CN104505419A (zh) * 2014-11-27 2015-04-08 湖南共创光伏科技有限公司 具有过渡层的晶硅及碳化硅薄膜复合型单结pin太阳能电池及其制备方法
CN104576801A (zh) * 2014-11-27 2015-04-29 湖南共创光伏科技有限公司 具有过渡层的晶硅及硅薄膜复合型单结pin太阳能电池及其制备方法
CN104505419B (zh) * 2014-11-27 2017-01-11 湖南共创光伏科技有限公司 具有过渡层的晶硅及碳化硅薄膜复合型单结pin太阳能电池及其制备方法
CN104505418B (zh) * 2014-11-27 2017-08-11 湖南共创光伏科技有限公司 具有过渡层的晶硅及锗化硅薄膜复合型单结pin太阳能电池及其制备方法
CN104576801B (zh) * 2014-11-27 2017-09-01 湖南共创光伏科技有限公司 具有过渡层的晶硅及硅薄膜复合型单结pin太阳能电池及其制备方法
CN112002778A (zh) * 2020-07-23 2020-11-27 隆基绿能科技股份有限公司 硅异质结太阳能电池及其制作方法

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