CN101937949B - 一种提高非晶硅太阳能电池转化效率的方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高非晶硅太阳能电池转化效率的方法，解决了非晶硅太阳能电池由于弱N型导电薄膜与P型非晶硅薄膜形成反向PN结造成电流、电压损失的技术问题，采用的技术方案是，以上方法是在制备非晶硅太阳电池工艺中实现的，所说的工艺包括制备太阳电池的基体、制备弱N型导电薄膜、制备PIN型非晶硅薄膜以及制备背电极，在非晶硅太阳能电池常规工艺中、在基体上制备完成弱N型导电薄膜后，增加了制备弱N型导电薄膜与P型非晶硅薄膜之间的本征型缓冲层的工序。本发明的关键在于，在弱N型导电薄膜上制备用于减缓弱N型导电薄膜与P型非晶硅薄膜形成反向PN结、造成非晶硅太阳电池电流、电压损失的本征型缓冲层，扩大了耗尽层宽度，从而降低了反向PN结造成的电压、电流损耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高非晶硅太阳能电池转化效率的方法，属于半导体应用领域，特别是通过采用在TCO与PIN型非晶硅薄膜间增设缓冲层的方法，提高非晶硅太阳能电池转化效率。
背景技术
世界能源的需求使太阳能电池技术得到了迅猛的发展，目前市场成熟主流的技术以单晶硅和多晶硅太阳电池为主，但由于硅材料的短缺导致的成本极限以及生产晶体硅过程中存在的环境问题，非晶硅薄膜太阳电池具有耗材少、环境友好、成本下降空间较大等优势，科研和生产单位纷纷将非晶硅太阳能电池作为研发主方向。非晶硅太阳能电池的结构以p-i-n型为主，这种非晶硅太阳能电池的结构层包括制备太阳能电池的基体、导电薄膜、PIN型非晶硅薄膜以及背电极等。目前非晶硅太阳能电池存在的主要问题是如何提高转化效率和降低光致衰退效应。现有技术中，对P型非晶硅薄膜和I型非晶硅薄膜的界面处理技术很多，对于导电薄膜和P型非晶硅薄膜之间的界面，由于导电薄膜呈现弱N型，与P型非晶硅薄膜形成反向的PN结，造成太阳电池的电流、电压损失，如何解决这一问题成了本领域的难题。
发明内容
本发明为解决非晶硅太阳能电池由于弱N型导电薄膜与P型非晶硅薄膜形成反向PN结、造成电流和电压损失的技术问题，设计了一种提高非晶硅太阳能电池转化效率的方法，通过在弱N型导电薄膜上沉积生成减缓弱N型导电薄膜与P型非晶硅薄膜形成的反向PN结的缓冲层，提高了非晶硅太阳电池转化效率，降低光致衰退效应，节约能源。
本发明为实现发明目的采用的技术方案是，一种提高非晶硅太阳能电池转化效率的方法，以上方法是在制备非晶硅太阳电池工艺中实现的，所说的工艺包括制备太阳电池的基体、制备弱N型导电薄膜、制备PIN型非晶硅薄膜以及制备背电极，在非晶硅太阳能电池常规工艺中、在基体上制备完成弱N型导电薄膜后，增加了制备弱N型导电薄膜与P型非晶硅薄膜之间的本征型缓冲层的工序，具体包括以下步骤：
A、在基体上制备弱N型导电薄膜后，控制基体温度为160～220℃、并送入化学气相沉积腔室，调整沉积腔室内的真空度为5×10-5～1×10-4Pa；
B、在室温条件下，在混气室中将CO2、H2、SiH4按如下体积百分比混合后充入沉积腔室内：
CO2含量为2～4％、H2含量为90～93％、SiH4含量5～8％；
C、控制沉积腔室内沉积压力为90～140pa，沉积温度为160℃～250℃、射频功率密度为0.2W/cm2～0.5W/cm2；
D、在以上沉积氛围中沉积10S～30S后，在弱N型导电薄膜上沉积出本征型缓冲层；
E、在本征型缓冲层形成后按照非晶硅太阳能电池常规工艺继续完成后道工序。
本发明的关键在于，在弱N型导电薄膜上制备用于减缓弱N型导电薄膜与P型非晶硅薄膜形成反向PN结、造成非晶硅太阳能电池电流、电压损失的缓冲层。缓冲层是掺杂浓度很低的本征半导体层，本征半导体扩大了弱N型导电薄膜与P型非晶硅薄膜形成的反向PN结的耗尽层宽度，从而降低了反向PN结造成的电压、电流损耗，提高了非晶硅太阳电池的转化效率，降低了光致衰退效应。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本发明中非晶硅太阳电池的结构层示意图。
附图中，1代表基体，2代表弱N型导电薄膜，3代表缓冲层，4代表PIN型非晶硅薄膜，5代表背电极。
具体实施方式
参看图1，一种提高非晶硅太阳能电池转化效率的方法，以上方法是在制备非晶硅太阳电池工艺中实现的，所说的工艺包括制备太阳电池的基体1、制备弱N型导电薄膜2、制备PIN型非晶硅薄膜4以及制备背电极5，在非晶硅太阳能电池常规工艺中、在基体1上制备完成弱N型导电薄膜2后，增加了制备弱N型导电薄膜2与P型非晶硅薄膜之间的本征型缓冲层3的工序，具体包括以下步骤：
A、在基体1上制备弱N型导电薄膜2后，控制基体1温度为160～220℃、并送入化学气相沉积腔室，调整沉积腔室内的真空度为5×10-5～1×10-4Pa；
B、在室温条件下，在混气室中将CO2、H2、SiH4按如下体积百分比混合后充入沉积腔室内：
CO2含量为2～4％、H2含量为90～93％、SiH4含量5～8％；
C、控制沉积腔室内沉积压力为90～140pa，沉积温度为160℃～250℃、射频功率密度为0.2W/cm2～0.5W/cm2；
D、在以上沉积氛围中沉积10S～30S后，在弱N型导电薄膜2上沉积出本征型缓冲层3；
E、在本征型缓冲层3形成后按照非晶硅太阳能电池常规工艺继续完成后道工序。
上述的步骤D中，本征型缓冲层3形成的膜层厚度为20～
通过控制制备本征型缓冲层3用的CO2、SiH4、H2气体的体积百分比含量，能够获得2.8～3.5的高带隙，增加本征型缓冲层3能大大降低弱N型导电薄膜2和P型非晶硅薄膜之间的逆向电流，使电池的转换效率得到0.2～0.5％的提高。
根据制备本征型缓冲层3膜层厚度的不同，通入CO2的时间不同。
本发明由于在弱N型导电薄膜2与P型非晶硅薄膜之间增加高带隙的本征型缓冲层3，有效解决了弱N型导电薄膜2与P型非晶硅薄膜之间的反向PN结问题，使太阳电池的发电效率得到0.2～0.5％的提升；同时由于增加的本征型缓冲层3带隙高，对非晶硅太阳电池的光吸收就不会产生影响；其制备工艺也比较简单。
本发明的一个具体实施例，在沉积P型非晶硅薄膜之前，首先在弱N型导电薄膜2上制备本征型缓冲层3，一般电源激发频率采用13.56MHz。以二氧化锡导电玻璃为基体，先将玻璃基体预热到180℃，送入等离子体增强化学气相沉积***，先制备本征型缓冲层3。将沉积室真空抽至真空度8×10-5Pa，沉积温度控制在200℃，将CO2、H2、SiH4按如下体积百分比含量混合后，充入沉积室：CO2含量为2％，H2含量为91％、SiH4含量为7％；调节抽气速率控制沉积压力为120Pa，射频功率采用0.4W/cm2；在以上沉积氛围中，通过控制通入混合气体的时间，沉积20S后，在弱N型导电薄膜表面就沉积出本征型缓冲层3，其厚度在
左右；最后，按照常规工艺在本征型缓冲层3上制备PIN型非晶硅薄膜。
太阳电池的工作原理是基于PN结的光生伏特效应，参看图1，太阳电池中的弱N型导电薄膜2作为电池的输出正极，背电极5作为电池的输出负极，P、I、N型非晶硅薄膜4作为光生伏特层。当电池吸收太阳能产生电子空穴对，在电池内建电场的作用下，光生电子和空穴被分离，空穴流入P型非晶硅薄膜，电子流入N型非晶硅薄膜，结果使N型非晶硅薄膜储存了过剩的电子，P型非晶硅薄膜有过剩的空穴，从而在P型非晶硅薄膜与N型非晶硅薄膜形成的PN结附近形成与内建电场相反的光生电场。光生电场除了部分抵内建电场的作用外，还使P型非晶硅薄膜带正电、N型非晶硅薄膜带负电，在N区和P区之间的薄层就产生电动势，这就是光生伏特效应。此时，如果将外电路短路，则外电路中就有与入射光能量成正比的光电流流过，这个电流称作短路电流，另一方面，若将PN结两端开路，则由于电子和空穴分别流入N区和P区，使N区的费米能级比P区的费米能级高，在这两个费米能级之间就产生了电位差VOC，可以测得这个值，并称为开路电压。
同理，在弱N型导电薄膜2与P型非晶硅薄膜之间也存在着光生效应，但是由于它们形成的PN结的方向与PIN型非晶硅薄膜4形成的PN结方向相反，会造成太阳电池的电能流失，造成资源浪费，通过在弱N型导电薄膜2与P型非晶硅薄膜之间增设掺杂浓度很低的本征型半导体层，增大了反向PN结的耗尽区的宽度，减少了太阳电池的电能损失。
Claims (2)
1.一种提高非晶硅太阳能电池转化效率的方法，以上方法是在制备非晶硅太阳电池工艺中实现的，所说的工艺包括制备太阳电池的基体(1)、制备弱N型透明导电薄膜(2)、制备PIN型非晶硅薄膜(4)以及制备背电极(5)，其特征在于：在非晶硅太阳能电池常规工艺中、在基体(1)上制备完成弱N型透明导电薄膜(2)后，增加了制备弱N型透明导电薄膜(2)与P型非晶硅薄膜之间的本征型缓冲层(3)的工序，具体包括以下步骤：
A、在基体(1)上制备弱N型导电薄膜(2)后，控制基体(1)温度为160～220℃、并送入化学气相沉积腔室，调整沉积腔室内的本体真空度的范围是5×10-5～1×10-4Pa；
B、在室温条件下，在混气室中将CO2、H2、SiH4按如下体积百分比混合后充入沉积腔室内：
CO2含量为2～4％、H2含量为90～93％、SiH4含量5～8％；
C、控制沉积腔室内沉积压力为90～140Pa，沉积温度为160～250℃、射频功率密度为0.2W/cm2～0.5W/cm2；
D、在以上沉积氛围中沉积10～30s后，在弱N型导电薄膜(2)上沉积出本征型缓冲层(3)；
E、在本征型缓冲层(3)形成后按照非晶硅太阳能电池常规工艺继续完成后道工序。
2.根据权利要求1所述的一种提高非晶硅太阳能电池转化效率的方法，其特征在于：所述的步骤D中，本征型缓冲层(3)形成的膜层厚度为20～
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