本发明专利技术提供了一种高品质硅墨水，用于形成具有p-n结的薄膜太阳能电池内的多晶层。可烧结随墨水沉积的粒子以形成硅膜，该硅膜可为本征膜或掺杂膜。硅墨水可具有不超过约250nm的z平均二次粒径，该粒径通过对墨水样品进行动态光散射来测定，如墨水最初具有较大浓度可稀释到0.4重量百分比。在一些实施例中，本征层可为非晶硅部分与晶体硅部分的复合物。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用包含多晶硅的半导体层形成的太阳能电池，所述半导体层为所述太阳能电池的层。本专利技术进一步涉及用多晶硅层形成太阳能电池的方法。
技术介绍
光伏电池通过吸收光以形成电子-电洞对来操作。半导体材料宜用于吸收光，从而产生电荷分离。在电压差下采集光电流以直接或在用适当能量储存装置储存后在外电路中执行有用功。多种技术可用于形成光伏电池，例如太阳能电池，其中半导体材料充当光导体。大多数商业光伏电池是基于硅。出于环境和成本考虑，不可再生能源越来越不合乎需要，因此一直在关注替代性能源、尤其可再生能源。可再生能源的商业化增加依赖于通过降低每能量単位的成本来増加成本有效性，其可通过能源效率改良和/或通过材料和加工成本降低来实现。基于单晶硅的太阳能电池是基于相对于多晶硅或非晶硅来说相对较小的光吸收系数而设计。基于多晶硅和非晶硅的较大光吸收系数，已使用这些材料来形成薄膜太阳能电池。
技术实现思路
在第一方面，本专利技术涉及一种用于形成薄膜太阳能电池结构的方法，其包含沉积ー层包含元素硅粒子的墨水和烧结所述元素硅粒子以形成多晶层作为p-n结ニ极管结构的元件。如通过对最初具有较大浓度并稀释到0. 4重量百分比的墨水样品进行动态光散射所测定，娃墨水的z平均二次粒径可不超过约250nm。所述总体结构包含形成p_n结的p掺杂兀素娃层和η惨杂兀素娃层。另ー方面，本专利技术涉及ー种薄膜太阳能电池，其包含具有多晶硅与非晶硅的复合物并在一般形成相邻层的多晶硅区域与非晶硅区域之间具有纹理化界面的复合层。所述总体结构包含形成ニ极管结的P掺杂元素硅层和η掺杂元素硅层。所述纹理可反映多晶材料的微晶尺寸。附图说明图I为薄膜太阳能电池设计的示意剖视图，其中光伏元件与透明导电电极相邻且由透明前置膜层支撑。图2为包含多晶P掺杂娃层和η掺杂娃层的p-n结的薄膜太阳能电池实施例的不意剖视图，其中至少ー个掺杂硅层是使用在沉积后烧结的硅墨水形成。图3为包含p-i-n结的薄膜太阳能电池的示意剖视图，其中i层包含本征多晶或非晶元素娃。图4为薄膜太阳能电池的示意剖视图，其中本征层包含使用硅墨水形成的多晶组分和非晶硅组分。图5为包含两个光伏元件的薄膜太阳能电池实施例的示意剖视图。 图6为用于执行墨水沉积和激光烧结的系统的示意透视图。图7为随分散于异丙醇中的纳米粒子的二次粒径而变的散射强度分布曲线，其中平均一次粒径为25nm。图8为随分散于异丙醇中的纳米粒子的二次粒径而变的散射强度分布曲线，其中平均一次粒径为9mm。图9为随分散于こニ醇中的纳米粒子的二次粒径而变的散射强度分布曲线。图10为随分散于松油醇中的纳米粒子的二次粒径而变的散射强度分布曲线。图11为对于非牛顿硅纳米粒子糊剂随剪切速率而变的粘度曲线。图12为由使用旋涂沉积和使用准分子激光器烧结的墨水形成的多晶硅薄膜层的截面的扫描电子显微(SEM)图像。图13为图11的多晶硅薄膜层在用异丙醇溶液处理后的截面SEM图像。图14为膜中单微晶的截面的透射电子显微(TEM)图像。图15A为包含单晶粒子截面的电子显微图像和大块粒子的电子衍射图案的复合图像。图15B为包含单晶粒子截面的电子显微图像和粒子边缘区的电子衍射图案的复合图像。图16为膜中两个单微晶之间的界面的截面SEM图像。图17为具有多晶硅薄膜且所述多晶薄膜上沉积有纳米粒子硅墨水的晶片在软烤后的截面SEM图像。图18为如图17中所示的相同晶片在激光烧结纳米粒子硅墨水形成额外多晶硅后的截面SEM图像。图19为涂有透明导电氧化物且所述透明导电氧化物上涂有多晶硅层的晶片的截面SEM图像。图20A为通过激光烧结包含平均一次粒径为7nm的硅纳米粒子的墨水所形成的薄膜层的截面SEM图像。图20B为通过在用以获得图20A中的膜的相同烧结条件下激光烧结包含平均一次粒径为35nm的硅纳米粒子的墨水所形成的薄膜层的顶面SEM图像。图2IA为激光烧结硅薄膜层的顶面SEM图像，其中烧结包含每个激光斑I个激光脉冲。图21B为激光烧结硅薄膜层的顶面SEM图像，其中烧结包含每个激光斑20个激光脉冲。图22A为以70mJ/cm2的激光能量密度烧结的激光烧结硅薄膜层的顶面SEM图像。图22B为以117mJ/cm2的激光能量密度烧结的激光烧结硅薄膜层的顶面SEM图像。图23A为以分级激光能量密度烧结的激光烧结硅薄膜层的顶面SEM图像。图23B为以未分级激光能量密度烧结的激光烧结硅薄膜层的顶面SEM图像。 图24为对于薄膜硅层随激光能量密度而变的薄层电阻曲线。图25为随激光脉冲持续时间而变的激光能量密度阈值曲线。图26为具有不同薄层电阻的薄膜层的复合光学显微图像。图27为随薄膜硅层中的深度而变的掺杂物浓度曲线。图28为对于由硅墨水所形成的硅薄膜随薄层电阻而变的少数载流子扩散长度图。图29为p-n结结构的示意剖视图。图30为在不同位置形成多个p-n结的晶片表面的示意图，在所选位置使用激光烧结η掺杂硅墨水以及在实际加工的晶片上的相应位置进行电阻測量。图31为包含平均一次粒径为7nm的纳米粒子的墨水层的截面SEM图像。图32为包含平均一次粒径为9nm的纳米粒子的墨水层的截面SEM图像。图33为包含平均一次粒径为25nm的纳米粒子的墨水层的截面SEM图像。图34为在Ar/H2气体下进行热致密化后，如图30中所示的墨水层的截面SEM图像。图35为在Ar/H2气体下进行致密化后，如图32中所示的墨水层的截面SEM图像。图36为在Ar/^气体下进行致密化以及蚀刻后，如图30中所示的墨水层的截面SEM图像。图37为在Ar/^气体下进行致密化以及蚀刻后，如图32中所示的墨水层的截面SEM图像。图38为在N2气体下进行致密化后，如图30中所示的墨水层的截面SEM图像。图39为在N2气体下进行致密化后，如图32中所示的墨水层的截面SEM图像。图40为在N2气体下进行致密化以及蚀刻后，如图30中所示的墨水层的截面SEM图像。图41为在N2气体下进行致密化以及蚀刻后，如图32中所示的墨水层的截面SEM图像。图42为在压缩空气下进行致密化后，如图30中所示的墨水层的截面SEM图像。图43为在压缩空气下进行致密化后，如图32中所示的墨水层的截面SEM图像。图44为在压缩空气下进行致密化以及蚀刻后，如图30中所示的墨水层的截面SEM图像。图45为在压缩空气下进行致密化以及蚀刻后，如图32中所示的墨水层的截面SEM图像。图46为随未致密化硅墨水层中的深度而变的掺杂物浓度曲线。图47为随致密化硅墨水层中的深度而变的掺杂物浓度曲线。图48为随致密化硅墨水层中的平均一次粒径而变的薄层电阻图。具体实施例方式硅墨水可提供形成薄膜太阳能电池内的结构的重要前体材料。硅墨水可有效加工为具有合理电性质的多晶(即微晶或纳米晶)膜。己基于相应高品质硅纳米粒子开发出高品质硅墨水。薄膜太阳能电池在主动产生光电流的结构内并入非晶硅和/或多晶硅薄层。特别关注的太阳能电池具有含P掺杂硅层与η掺杂硅层的ニ极管结构。在一些实施例中，薄膜太阳能电池结构在P掺杂与η掺杂ニ极管层之间并入本征层，所述本征层未经掺杂或具有极低掺杂物含量，使用所述本征层在光吸收中起重要作用。可形成从未经掺杂到高掺杂物含量的多种掺杂物含量的硅墨水用于形成薄膜太阳能电池内的适当结构。在一些实施例中，硅墨本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.09.21 US 61/244,340;2010.06.29 US 61/359,6621.一种用于形成薄膜太阳能电池结构的方法，其包含 沉积ー层包含元素硅粒子的墨水，所述墨水具有不超过约250nm的Z平均二次粒径，所述粒径通过对墨水样品进行动态光散射来測定，如墨水最初具有较大浓度可稀释到O. 4重量百分比；以及 烧结所述元素硅粒子以形成多晶层作为p-n结ニ极管结构的元件，所述总体结构包含P掺杂兀素娃层和η掺杂兀素娃层。2.根据权利要求I所述的方法，其中，所述墨水的所述沉积包含旋涂。3.根据权利要求I所述的方法，其中，所述墨水的所述沉积包含丝网印刷。4.根据权利要求I所述的方法，其中，所述墨水包含平均一次粒径不超过约75nm的硅粒子。5.根据权利要求I所述的方法，其中，所述墨水具有不超过约250nm的z平均二次粒径。6.根据权利要求I所述的方法，其中，所述硅粒子的掺杂物含量不超过约25ppm。7.根据权利要求I所述的方法，其中，所述硅粒子包含P、As、Sb或其组合作为掺杂物且掺杂物含量为约O. Ol原子百分比到约15原子百分比。8.根据权利要求I所述的方法，其中，所述硅粒子包含B、Al、Ga、In或其组合作为掺杂物且掺杂物含量为约O. I原子百分比到约15原子百分比。9.根据权利要求I所述的方法，其中，在烘箱中执行所述烧结。10.根据权利要求I所述的方法，其中，通过将激光引到所述沉积硅来执行所述烧结。11.根据权利要求I所述的方法，其中，所述多晶层形成所述电池的本征层，且所述方法还包含沿所述多晶层的表面沉积非晶本征硅层。12.根据权利要求11所述的方法，进ー步包含将掺杂物浓度为约O.05原子百分比到约35原子百分比的非晶掺杂层沉...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘国钧，克利福德·M·莫里斯，伊戈尔·奥尔特曼，乌马·斯里尼瓦桑，希夫库马尔·基鲁沃卢，
申请(专利权)人：纳克公司，
类型：发明
国别省市：
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