一种用于a-Si/nc-Si叠层太阳电池的双功能复合结构微晶硅氧中间层的制备方法技术

一种用于a-Si/nc-Si叠层太阳电池的双功能复合结构微晶硅氧中间层薄膜的制备方法，属于太阳电池技术领域。以SiH4、H2和PH3为反应气体，在高氢气稀释比状态下生长n型微晶硅薄层；以SiH4、H2、PH3和CO2为反应气体，在n型微晶硅层上生长微晶硅氧中间层；以SiH4、H2和PH3为反应气体，在高氢气稀释比状态下生长n型微晶硅薄层；形成三层复合结构。这种方法制备的微晶硅氧中间层薄膜大大提高了a-Si/nc-Si叠层太阳电池的短路电流匹配，同时作为叠层电池中间层和非晶硅顶电池的n层，实现了双功能作用。简化了生产工艺，缩短生产时间，在降低叠层电池生产成本方面起到一定作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳电池领域，是一种用于a-Si/nc-Si叠层太阳能电池双功能复合结构中间层的制备方法。
技术介绍
太阳电池是一种可再生的清洁能源，对于解决能源危机及环境污染具有重要的战略意义。近年来，硅基薄膜电池作为第二代太阳电池，以其低成本的优势得到了长足的发展。转换效率低及非晶硅的光致衰退效应是限制硅薄膜电池发展的两大重要因素。a-Si/nc-Si叠层电池相对于单结硅电池来说，不仅提高了对太阳光的利用率而且也降低了非晶硅引起的衰退作用。但是由于顶底电池吸收层厚度的过大差异使得顶电池的短路电流密度较小，因此，解决电池短路电流匹配成为研究重点。在叠层电池中引入中间层结构，可以有效地提高电池对太阳光的选择性反射和透过，提高顶电池的短路电流密度。而当前的大部分结构为非晶n层和中间层，这对光的反射率的调控和电学性能的优化不足，且n层和中间层存在界面匹配不够好，导致电池性能降低。因此，我们设计了新型的复合结构来弥补这种不足。本专利技术利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法，通过技术创新采用复合结构的微晶硅氧薄膜作为叠层电池中间层，提高短波段光的反射进而提高了顶电池的短路电流密度，大大提高了a-Si/nc-Si叠层电池的短路电流匹配。并且以此复合结构的中间层作为顶电池的n层，实现硅氧中间层的双功能作用。优化了电池的结构，一定程度上降低了电池的生产成本。
技术实现思路
本专利技术旨在解决a-Si/nc-Si叠层太阳电池中短路电流匹配问题。本专利技术的目的是提出一种用于a-Si/nc-Si叠层太阳电池的双功能微晶硅氧薄膜的制备方法。所述的双功能复合结构微晶硅氧中间层为三层结构，具体制备方法，其特征在于，利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法制备，具体包括以下步骤：a)以SiH4、H2和PH3反应气体，在高氢气稀释比状态下在a-Si表面上生长n型微晶硅薄层；b)以SiH4、H2、PH3和CO2为反应气体，在步骤a)制备的n型微晶硅层上生长微晶硅氧中间层薄膜；c)以SiH4、H2和PH3为反应气体，在高氢气稀释比状态下在步骤b)微晶硅氧中间层薄膜上生长与a)相同的n型微晶硅薄层；因而形成三层复合结构。根据本专利技术进一步：优选，n型微晶硅薄层的制备为在高氢气稀释比下生长的，射频或甚高频功率密度优选在250mW/cm2-450mW/cm2，进一步优选250mW/cm2-380mW/cm2；生长n型微晶硅薄层时H2与SiH4的体积流量比为130:1-150:1，PH3是以H2为载气的，PH3与SiH4体积流量百分比在2％～3％之间。优选：生长微晶硅氧中间层时H2与SiH4的体积流量比为200:1-250:1。生长微晶硅氧中间层的射频或甚高频功率密度为450-500mW/cm2。生长微晶硅氧中间层的CO2与SiH4的体积流量比为(1.60-2.5):1。PH3与SiH4体积流量百分比在3％～5％之间，PH3是以H2为载气的。生长微晶硅氧中间层时腔室压力为3mbar。上述制备过程中，背底真空高于10-3Pa，衬底温度为200℃。步骤a)中在a-Si表面生长n型微晶硅薄层是在高氢气稀释比状态下，在生长完n型微晶硅薄层后，生长微晶硅氧中间层之前，PECVD腔室不破空。n型微晶硅薄层的厚度为5-10nm；生长的微晶硅氧中间层的厚度为60nm。本专利技术的一种用于a-Si/nc-Si叠层太阳电池的双功能复合结构微晶硅氧中间层薄膜的制备方法，能够显著提高顶电池的短路电流密度，电流匹配和电池效率得到较大提高，见下表1；另外本专利技术提出的工艺与现有a-Si/nc-Si叠层太阳电池的制备工艺完全兼容，利于产业化发展。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为制备双功能复合结构微晶硅氧中间层的流程图；图2为双功能复合结构微晶硅氧中间层的结构图；其中201是n型微晶薄层，202微晶硅氧中间层薄膜。具体实施方式本专利技术通常涉及一种用于a-Si/nc-Si叠层太阳电池的双功能复合结构微晶硅氧中间层的制备方法。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本专利技术的不同结构。为了简化本专利技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并不构成对本专利技术的限制。此外，本专利技术可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本专利技术提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。实施例1参考图1，图1为本专利技术实施例的双功能复合结构微晶硅氧中间层的制备流程图。(1)在步骤101中，以SiH4、H2、PH3为反应气体，在完成的非晶i层上沉积n型微晶硅薄层201。甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)制备的条件为：背底真空高于10-3Pa，衬底温度200℃，气体SiH4流量为100sccm，H2流量为13700sccm，PH3流量为11.2sccm(其中包含H2载气，PH3/H2为20％)，压强为2.5mbar，沉积功率430mW/cm2，制备的微晶硅薄层201的厚度6nm。(2)接着在步骤102中，以SiH4、H2、CO2、PH3为反应气体，在微晶硅薄层201表面生长微晶硅氧薄膜202。VHF-PECVD制备的条件为：背底真空高于10-3Pa，衬底温度200℃，气体SiH4流量为64sccm，气体H2流量为14700sccm，气体CO2流量为105sccm，PH3流量为13sccm(其中包含H2载气，PH3/H2为20％)，压强为3mbar，沉积功率500mW/cm2，制备的非晶硅钝化层202的厚度60nm。(3)接着在步骤103中，在微晶硅氧层202表面生长微晶硅薄层201。VHF-PECVD制备的条件与步骤101相同。在非晶i层上生长n型微晶硅薄层是在高氢气稀释比状态下，在生长完n型微晶硅薄层后，生长微晶硅氧中间层之前，PECVD腔室不破空。实施例2参考图1，图1为本专利技术实施例的双功能复合结构微晶硅氧中间层的制备流程图。(1)在步骤101中，以SiH4、H2、PH3为反应气体，在上步工序完成的非晶i层上沉积n型微晶硅薄层201。甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)制备的条件为：背底真空高于10-3Pa，衬底温度200℃，气体SiH4流量为100sccm，气体H2流量为13700sccm，气体PH3流量为11.2sccm(其中包含H2载气，PH3/H2为20％)，压强为2.5mbar，沉积功率430mW/cm2，制备的微晶硅薄层201的厚度6nm。(2)接着在步骤102中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于a‑Si/nc‑Si叠层太阳电池的双功能复合结构微晶硅氧中间层的制备方法，其特征在于，双功能复合结构微晶硅氧中间层为三层结构，利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法制备，具体包括以下步骤：a)以SiH4、H2和PH3为反应气体，在高氢气稀释比状态下在a‑Si表面上生长n型微晶硅薄层；b)以SiH4、H2、PH3和CO2为反应气体，在步骤a)制备的n型微晶硅层上生长微晶硅氧中间层薄膜；c)以SiH4、H2和PH3为反应气体，在高氢气稀释比状态下在步骤b)微晶硅氧中间层薄膜上生长与a)相同的n型微晶硅薄层；因而形成三层复合结构。

【技术特征摘要】
1.一种用于a-Si/nc-Si叠层太阳电池的双功能复合结构微晶硅氧中间层的制备方
法，其特征在于，双功能复合结构微晶硅氧中间层为三层结构，利用等离子体
增强化学气相沉积(PECVD)方法制备，具体包括以下步骤：
a)以SiH4、H2和PH3为反应气体，在高氢气稀释比状态下在a-Si表面上生
长n型微晶硅薄层；
b)以SiH4、H2、PH3和CO2为反应气体，在步骤a)制备的n型微晶硅层上
生长微晶硅氧中间层薄膜；
c)以SiH4、H2和PH3为反应气体，在高氢气稀释比状态下在步骤b)微晶
硅氧中间层薄膜上生长与a)相同的n型微晶硅薄层；因而形成三层复合
结构。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，n型微晶硅薄层的制备为在高氢
气稀释比下生长的，射频或甚高频功率密度为250mW/cm2-450mW/cm2，生长n
型微晶硅薄层时H2与SiH4的体积流量比为130:1-150:1；PH3与SiH4体积流量
百分比在2％～3％之间。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：严辉，杜敏永，张铭，俞凤至，张悦，张永哲，张林睿，郁操，蓝仕虎，张津岩，徐希翔，李沅民，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11