一种玻璃结构薄膜太阳能电池及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种本征层可调带隙且具有量子阱结构的玻璃结构薄膜太阳能电池及制备方法。该电池从上到下依次包括金属Ag电极、ITO透明导电薄膜、N型InGaN薄膜、可调带隙的量子阱InxGa1-xN本征层、P型InGaN薄膜、GZO透明导电薄膜、BCN绝缘保护层和普通玻璃衬底，其中InxGa1-xN中x的取值为0～1。本发明专利技术在制备过程中，改变传统Si太阳能电池材料和结构，引入具有带隙可调的InxGa1-xN量子阱本征晶体薄膜作为太阳能电池材料，InxGa1-xN材料具有稳定好，耐腐蚀且具有隧穿势垒以及低的光损系数，提高了电池的转化效率。其次采用了GZO透明薄膜作为透明导电电极，增加了薄膜太阳能电池的透光率同时提高了透明电极的耐腐蚀性能，使得薄膜太阳能电池的光电转换效率得到了很大的提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种玻璃衬底太阳能电池制造
，特别涉及一种本征层可调带隙且具有量子阱结构的玻璃结构薄膜太阳能电池及制备方法。
技术介绍
传统的太阳能电池晶体硅太阳能电池的制备材料分为:单晶硅(sc-Si)和多晶硅(mc-Si)。在标准的太阳能电池工艺中，通常将硼加到直拉工艺的熔料中，从而生产出P型硅片，然后掺入η型杂质，以形成ρ-η结。单晶硅是规则的晶体结构，它的每个原子都理想地排列在预先注定的位置，因此，单晶硅的理论和技术才能被迅速地应用于晶体材料，表现出可预测和均匀的行为特性。作为最早用来制备太阳能电池的材料，单晶硅太阳能电池的制备技术最为成熟，转换效率较高，一直是市场的主角。但是由于单晶硅材料的制造过程必须极其细致而缓慢，所以是最为昂贵的一种硅材料。因此价格更为低廉的多晶硅正快速广泛地被用来制造太阳能电池，尽管质量上稍逊于单晶。多晶硅的制造工艺不像单晶硅那么严格，因此降低了材料制备成本，成为目前竞相开发的热点。但是晶粒间界的存在产生较多的缺陷，阻碍了载流子迀移，而且在禁带中产生了额外的能级，对电子和空穴形成了有效复合点及P-N结短路，电池性能因而降低。为了防止严重的晶界层复合损失，多晶硅材料的晶粒尺寸必须要求在几个毫米大小，使单独的晶粒从电池的正面延伸到背面，减小载流子迀移的阻力。这类多晶硅材料已经广泛应用于商业电池的制造。降低材料的生产成本是缩减晶体硅光伏产品成本的关键，目前晶体硅太阳能电池的主要发展方向为:高效率、低成本及薄片化。薄膜型太阳能电池由于使用材料较少，就每一模块的成本而言比起堆积型太阳能电池有着明显的减少，制造程序上所需的能量也较堆积型太阳能电池来的小，它同时也拥有整合型式的连接模块，如此一来便可省下了独立模块所需在固定和内部连接的成本。未来薄膜型太阳能电池将可能会取代现今一般常用硅太阳能电池，而成为市场主流。薄膜太阳能电池具有轻质、高效、高比功率、耗材少等一系列优点，可同时作为能源部件和结构部件使用。在薄膜太阳能电池制备中，光电转换材料被沉积在不同的基底上，如玻璃、不锈钢箔或聚合物等。因此，太阳能电池要求光电转换材料具有强烈的光吸收，低温结晶、低温器件制作和稳定的材料特性等，是关系电池转换效率的重要组成部分，因此一直是太阳能电池开发研究的重点。但是传统的薄膜太阳能电池材料都采用Si作为其PIN层，其带隙固定，不可调节。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种采用本征层可调带隙且具有量子阱结构InxGa1 ΧΝ作为其材料，使更多的太阳光进入电池表面，提高了其转化效率的玻璃结构薄膜太阳能电池及制备方法。本专利技术是这样实现的，一种玻璃结构薄膜太阳能电池，该电池从上到下依次包括金属Ag电极、ITO透明导电薄膜、N型InGaN薄膜、可调带隙的量子阱InxGa1 XN本征层、P型InGaN薄膜、GZO透明导电薄膜、BCN绝缘保护层和普通玻璃衬底，其中InxGa1 XN中x的取值为O?I。一种玻璃结构薄膜太阳能电池的制备方法，在普通玻璃衬底依次制备BCN绝缘保护层、GZO透明导电薄膜、P型InGaN薄膜、可调带隙的量子阱InxGa1 XN本征层、N型InGaN薄膜、ITO透明导电薄膜和金属Ag电极。进一步地，普通玻璃衬底制备BCN绝缘保护层，普通玻璃衬底基片先用离子水超声波清洗5分钟后，用氮气吹干送入磁控溅射反应室，在8.0 X 10 4Pa真空的条件下，沉积制备BCN绝缘保护层，其工艺参数条件是:氮气和甲烷作为混合气体反应源，其氮气甲烷流量比2:1，反应溅射硼靶材的纯度为99.99 %，衬底温度为100°C?200°C，沉积时间为30分钟至I个小时。进一步地，制备GZO基透明导电薄膜；其工艺参数条件是:采用电子回旋共振等离子增强有机物化学气相沉积系统，向反应室中通入氩气携带的三甲基镓和二乙基锌以及氧气，其流量比为1:2:80?1:3:90，沉积温度为200 °C?400°C，微波功率为650W，沉积气压为0.8Pa?1.2Pa，沉积时间为10分钟?20分钟。进一步地，制备带隙可调的PIN层InxGal-xN量子讲晶体薄膜；其工艺参数条件是:向反应室中通入H2稀释的三甲基镓和三甲基铟，按照体积百分浓度，其中三甲基镓浓度5%与三甲基铟浓度5%，H2浓度为95%，其三甲基镓的流量为I?3sccm和三甲基铟流量为0.5?1.5sccm，氮气流量为80?120sccm，掺杂加入!12稀释二茂镁，体积百分比浓度为5%，流量为0.5-lsccm，沉积温度为200?300°C，微波功率为600?750W，沉积气压为0.9?1.4Pa，沉积时间为40?60分钟制备P层InxGa1 XN量子阱晶体薄膜，然后继续在采用电子回旋共振等离子增强有机物化学气相沉积系统中制备带隙可调的I层InxGa1 xN量子阱本征晶体薄膜；其工艺参数条件是:向反应室中通入凡稀释的三甲基镓和三甲基铟，三甲基镓流量为2.0?3sccm和三甲基铟的流量2.5?4sccm，氮气流量为80?120SCCm，沉积温度为200?300°C，微波功率为650W，沉积气压为0.9?1.2Pa，沉积时间为40?60分钟制备I层InxGa1 XN量子阱晶体薄膜；最后继续在采用电子回旋共振等离子增强有机物化学气相沉积系统中制备带隙可调的N层InxGa1 XN量子阱晶体薄膜；其工艺参数条件是:向反应室中通入H2稀释的三甲基镓和三甲基铟，三甲基镓流量为0.8?Isccm和三甲基铟的流量1.2?1.5sccm，氮气流量为80?120sccm，沉积温度为300?400°C，微波功率为650W，沉积气压为0.8?1.2Pa，沉积时间为40?60分钟制备N层InxGa1 XN量子阱晶体薄膜。进一步地，制备ITO基透明导电薄膜；其工艺参数条件是:氧气作为气体反应源，其氧气流量为10?20SCCm，反应溅射铟金属靶材的纯度为99.99%，衬底温度为50°C?150 °C，沉积时间为3?10分钟。进一步地，所述的制备金属Ag电极，采用磁控溅射制备，其工艺参数条件是:氩气作为气体反应源，其氩气流量为10?20SCCm，反应溅射银金属靶材的纯度为99.99%,衬底温度为50°C?150°C，沉积时间为3?10分钟。本专利技术与现有技术相比，有益效果在于:本专利技术涉及一种“Ag电极/ITO透明导电薄膜/PIN:InGaN/GZ0透明导电薄膜/BCN绝缘保护层/普通玻璃衬底”结构的太阳能电池的模型。本专利技术在制备过程中，改变传统Si太阳能电池材料和结构，引入具有带隙可调的InxGa1 XN量子阱本征晶体薄膜作为太阳能电池材料，InxGa1 XN材料具有稳定好，耐腐蚀且具有隧穿势皇以及低的光损系数，提高了电池的转化效率。其次采用了 GZO透明薄膜作为透明导电电极，增加了薄膜太阳能电池的透光率同时提高了透明电极的耐腐蚀性能，使得薄膜太阳能电池的光电转换效率得到了很大的提高。采用BCN作为绝缘保护层，进一步增强了薄膜太阳能电池的使用寿命。【附图说明】图1为本专利技术薄膜太阳能电池的制备结构图；图2为本专利技术薄膜太阳能电池的制备流程图；图3为本专利技术太阳能电池的XRD图谱；图4 InxGal-xN量子阱本征晶体薄膜的原子力显微镜(AFM)图谱。【具体实施方式】为了使本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种玻璃结构薄膜太阳能电池，其特征在于，该电池从上到下依次包括金属Ag电极、ITO透明导电薄膜、N型InGaN薄膜、可调带隙的量子阱InxGa1‑xN本征层、P型InGaN薄膜、GZO透明导电薄膜、BCN绝缘保护层和普通玻璃衬底，其中InxGa1‑xN中x的取值为0～1。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志强，马明一，黄超，黄力，李嵩，殷绍睿，
申请(专利权)人：辽宁恒华航海电力设备工程有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21