本发明专利技术提出了多结多叠层的薄膜太阳能电池及其制造方法。所述多结多叠层结构可以从相关的六种材料中选用形成二结，三结，四结，五结，六结薄膜太阳能电池。本发明专利技术采用激光结晶工艺，等离子掺杂工艺和ＰＥＣＶＤ过渡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。电池转换效率可望达到１２％－１８％，并具有较好的稳定性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太阳能电池，特别是硅基薄膜太阳能电池结构及其制造方法。
技术介绍
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M0CVD (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；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 VaporD印osition-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G1 ass/TCO/p-a-SiC H/i_a_Si H/n_a_Si H/A1， 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/IT0/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. (40cmX50cm)和13. 5% (91cmX45cm)。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(25丽，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%，lOcmX 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勻性。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 池的主本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高转化率硅基多结多叠层ＰＩＮ薄膜太阳能电池，其特征是，该电池的结构为以下诸种之一：（１）基片／ＴＣＯ／ｎ层／ｉ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｉ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｉ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｉ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｉ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｉ层／ｐ层／ＴＣＯ／减反射膜；（２）基片／ＴＣＯ／ｎ层／ｉ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｉ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｉ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｉ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｉ层／ｐ层／ＴＣＯ／减反射膜；（３）基片／ＴＣＯ／ｎ层／ｉ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｉ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｉ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｉ层／ｐ层／ＴＣＯ／减反射膜；（４）基片／ＴＣＯ／ｎ层／ｉ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｉ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｉ层／ｐ层／ＴＣＯ／减反射膜；（５）基片／ＴＣＯ／ｎ层／ｉ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｉ层／ｐ层／ＴＣＯ／减反射膜；（６）基片／ＴＣＯ／ｎ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｐ层／ＴＣＯ／减反射膜；（７）基片／ＴＣＯ／ｎ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｐ层／ＴＣＯ／减反射膜；（８）基片／ＴＣＯ／ｎ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｐ层／ＴＣＯ／减反射膜；（９）基片／ＴＣＯ／ｎ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｐ层／ＴＣＯ／减反射膜；（１０）基片／ＴＣＯ／ｎ层／ｐ层／中间反射层／ｎ层／ｐ层／ＴＣＯ／减反射膜；其中，所述ｐ层、ｉ层、ｎ层均是选自μｃ－Ｓｉ↓［１－ｘ］Ｇｅ↓［ｘ］、Ａ－Ｓｉ↓［１－ｘ］Ｇｅ↓［ｘ］、μｃ－ＳｉＣ、Ａ－ＳｉＣ、μｃ－Ｓｉ、Ａ－Ｓｉ半导体材料中的一种，ＴＣＯ层与相邻的中间反射层之间以及相邻两中间反射层之间的膜层为一结，每结中各膜层所用半导体材料相同并组成ｐｉｎ结或ｐｎ结；０≤ｘ≤１；“／”表示两层之间的界面。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李廷凯，李晴风，陈建国，
申请(专利权)人：湖南共创光伏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]
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