一种叠层太阳能电池制造技术

本实用新型专利技术公开了一种新型的基于带有透明导电膜的玻璃衬底的宽光谱吸收范围的大面积ａ－Ｓｉ：Ｈ／ｐｏｌｙ－Ｓｉ叠层太阳能电池，该电池采用ａ－Ｓｉ：Ｈ和ｐｏｌｙ－Ｓｉ不同带隙结构材料作为吸收层，组成ｇｌａｓｓ／ＴＣＯ／ａ－Ｓｉ：Ｈ／ｐｏｌｙ－Ｓｉ／ＡＺＯ／Ａｌ叠层结构。增强对太阳光光谱的吸收，极大的提高了太阳能电池的光电转化效率，改善了太阳能电池的质量和性能。其中ｐｏｌｙ－Ｓｉ的沉积采用新的气源ＳｉＣｌ４／Ｈ２，实现低温高速沉积，并使用单室大面积沉积技术，实现ｐｏｌｙ－Ｓｉ和ａ－Ｓｉ：Ｈ在同一个ＰＥＣＶＤ设备内连续成膜，解决了ａ－Ｓｉ和ｐｏｌｙ－Ｓｉ制备方法不兼容的问题。制造该电池的工艺技术加工耗能少，生产成本低，适合大规模工业化生产。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于太阳能光伏器件领域，特别涉及到一种叠层a-Si:H/poly-Si太 阳能电池。
技术介绍
非晶硅(a-Si)太阳能电池的传统结构Sn02:F/p-a-SiC/i-a-Si/n-a-Si/Al，光吸 收层是由等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)制备的，在真空室内通入SiH4和4，通过 等离子放电使气体分解，然后沉积在20(TC左右的玻璃、塑料或不锈钢等衬底上形成非晶硅 薄膜。在这样低的温度下生产薄膜硅光伏器件的一个显著特点是，大面积沉积硅膜层和电 接触膜层具有优良性能。同时，使用良好成熟的镀膜设备和程序，可以工业化地制成低成本 的光电模板。施加在同一玻璃基板上的不同薄膜的激光划线成型工艺(laser patterning) 允许多个太阳能电池元件在薄膜沉积过程中直接形成集成式的大面积光伏模块，减少了加 工步骤也改善了产品的可靠性。但非晶硅薄膜由于原子排列长程无序，而且存在许多硅的 悬挂键，因此缺陷态非常多，使得载流子迁移率较低，制备的器件效率也较低。所以，不同于 晶体硅太阳能电池，非晶硅太阳电池一般制成p-i-n结构，其中p层和n层为死层，i层 是本征层、光的吸收层，吸收层的厚度一般只有几百个纳米。i层吸收光子产生电子、空穴 对，而两端掺杂的P、 n层可在本征的i层中产生一个内建电场，把生成的电子、空穴对抽出 输运到电极，使得光致载流子被收集。 但是由于非晶硅薄膜的缺陷态非常多，光照后产生的电子、空穴对很难被电极抽 出，造成效率较低。而且i层越厚，P、n层之间形成的内建电场越小，电子、空穴越难被电极 吸收。而减少i层厚度虽然利于电子、空穴的抽取，但是吸收层的减薄又会造成对太阳光的 吸收不充分。此外，在长期光照下，a-Si:H太阳能电池转换效率(n)随着光照时间的延续 而衰减，即所谓的S-W效应，这使得a-Si:H太阳能电池性能不稳定，一般情况下初始效率衰 减20-25%才能达到稳定。而且由于其光学带隙为1.72eV左右，使得材料本身对太阳辐射 光谱的长波区域不敏感，所以有很大部分的太阳光不能被有效的利用起来。这也限制了非 晶硅太阳能电池的转换效率。针对这些问题人们已经尝试过各种各样的办法来改善非晶硅 太阳能电池的性能。 其中包括1)采用带织构的Si02/Sn02/Zn0复合透明导电膜代替IT0或Sn02单层 透明导电电极。阻挡离子污染、增大入射光吸收和抗等离子还原反应。2)在TC0/p之间插 入一界面层，縮小前电极和P层之间的折射率差，最大限度的减少反射，降低光损耗。见中 国专利申请号200810089990.5。 3)p层材料采用宽带隙高电导的微晶薄膜，如y c-SiC， 减少P层的光吸收损失，减少电池的串联电阻。4)在p/i界面插入C含量缓变层，减少p/ i界面缺陷，减少二极管质量因子。5)在p向i层的表面形成氧化层，见中国专利申请号 200810089986. 9，提高p层与i层接触的表面带隙，减少入射光在p层的损失，提高电池 的光电转换效率。6)采用新的材料制备工艺化学退火法、脉冲氖灯光照法、氢稀释法、交 替淀积与氢处理法、掺氟、本征层掺少量硼法等。此外，为了提高a-Si薄膜材料的掺硼效3率，用三甲基硼代替二乙硼烷作掺杂源气。为了获得a-Si膜的高淀积速率，采用二乙硅 烷代替甲硅烷作源气。7)在i层中掺锗，形成非晶硅锗窄带隙材料，见中国专利申请号 88106077.1。改变硅锗合金中锗含量，材料的带隙在l. leV到1.7eV范围可调。8) i层采用 渐变带隙的纳米晶硅，见中国专利申请号200810024201. X。 9)改进复合背电极，增强对长 波光的反射，增加在电池中的光程，从而增强对太阳光捕获能力和光电转换效率。见中国专 利申请号200710004966. 2。 另一方面解决这些问题的最有效的方法是就是采用叠层电池技术，叠层太阳能电 池是在制备的P、i、n层单结太阳能电池上再沉积一个或多个p-i-n子电池制得的。它可以 有不同的组成形式，例如a-Si/a-Si、 a-Si/y c-Si、 a-Si/poly-Si、 a-Si/y c-Si/a-Si等。 叠层太阳能电池可以扩大太阳电池的光谱吸收范围，提高光电转换效率，并解决单结电池 不稳定性问题。其中叠层太阳电池的顶电池的i层较薄，保证i层中的光生载流子有效抽 出。 同带隙材料的薄膜电池叠加，也可可增加太阳电池的效率。常见的是形成a-Si/ a-Si (pin/pin)这样的双层结构，其中各子电池的本征层均采用a_Si材料，见中国专利申 请号200610063236. 5，两个pin结串联在一起，而每一个结的非晶硅薄膜可以相对的减 薄，从而提高电子空穴的收集效率，提高电池的稳定性。而两个pin结又可以起到充分吸收 太阳光的作用。因此，双结a-Si/a-Si薄膜电池比单结a-Si太阳能电池具有较高的转化效 率和稳定性。 另外一种电池结构是把不同禁带宽度的材料组合在一起(异质叠层太阳电池)， 叠层太阳能电池是考虑将太阳光光谱分成连续的若干部分，用禁带宽度与这些若干部分有 最好匹配的材料做成电池，并按禁带宽度从大到小的顺序从上向下依次叠合起来，让波长 最短的光被最上面的电池吸收，波长较长的光能够透射进去让禁带宽度较窄的电池吸收， 最大限度的将光能变成电能。大大提高整个电池的转化效率和性能。 采用异质叠层太阳能电池，它有更高的光电转化效率，同时具有抑制光致衰减 的效果。其中形成异质叠层太阳电池的材料的带隙必须有恰当的匹配才可能获得最佳 的效果。目前以非晶硅锗为基础的异质叠层太阳电池较好的匹配带隙分别为1.8eV、 1.6eV、1.4eV。除匹配带隙的要求外，组成叠层太阳电池的各子电池中产生的电流应基本 相等。见中国专利申请号200810200672. l，此专利就提出了一种用a-G Si卜x做为吸收 层的叠层太阳电池。还有以poly-Si和a-Si做为吸收层的叠层太阳电池，见中国专利申 请号200510113841. 4，优化各层膜的厚度，使各层产生的电流平衡。中国专利申请号 200810195062. 7也公开了一种poly-Si/SiC薄膜太阳电池，其中一个子电池由p型SiC/ n型SiC层构成，另一个子电池由p型poly-Si/n型poly-Si层构成。提高了对太阳光的 利用和光电转换效率，其中的poly-Si材料的制作以SiH4为气源，采用400°C的高温。另 外中国专利号200310117095. 7也公开了一种多晶硅薄膜的制造技术，采用的源气体是 SiH^l2，在120(TC的高温下的陶瓷衬底上制备而成。中国专利号200720040107. 4公开了 一种poly-Si薄膜太阳电池的制作方法，采用SiH4为气源先制备a-Si薄膜，并在快速烧结 炉中高温烧结形成晶化硅薄膜。中国专利号200610123789. 5公开了一种具有择优取向的 poly-Si薄膜制造方法，包括在衬底上形成分布均匀、大小微米级的铝颗粒，采用磁控方法 在其上制备a-Si薄膜，将a-Si薄膜在真空中500°C 55(TC的退火，再进行300°C 350°C退火得到垂直衬底的择优取向的poly-Si膜。该方法适合于制造以玻璃为衬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种叠层太阳能电池，该电池以带有透明导电膜（２）的玻璃（１）为衬底，在带有透明导电膜的玻璃衬底上由下至上依次为顶电池、底电池和背电极，其特征在于：所述顶电池是由ｐ１层（３）、ｉ１层（４）和ｎ１层（５）构成的氢化非晶硅顶电池；所述底电池是由ｐ２层（６）、ｉ２层（７）和ｎ２层（８）构成的多晶硅底电池。

【技术特征摘要】
一种叠层太阳能电池，该电池以带有透明导电膜(2)的玻璃(1)为衬底，在带有透明导电膜的玻璃衬底上由下至上依次为顶电池、底电池和背电极，其特征在于所述顶电池是由p1层(3)、i1层(4)和n1层(5)构成的氢化非晶硅顶电池；所述底电池是由p2层(6)、i2层(7)和n2层(8)构成的多晶硅底电池。2. 如权利要求l所述的叠层太阳能电池，其特征在于所述顶电池的pl层(3)为掺B 的氢化非晶碳化硅层；顶电池的il层(4)为本征氢化非晶硅层；顶电池的nl层(5)为掺P 的氢化微晶硅层，所述底电池的p2层(6)为掺B的氢化微晶碳化硅层；底电池的i2层(7) 为本征多晶硅层；底电池的n2层(8)为掺P的氢化微晶硅层。3. 如权利要求l所述的叠层太阳能电池，其特征在于所述透明导电膜(2)为掺氟氧 化锡薄膜、氧化锌铝薄膜或氧化铟锡薄膜。4. 如权利要求l所述的叠层太阳能电池，其特征在于所述背电极是由氧化锌铝层...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴文基，郑泽文，刘丽娟，
申请(专利权)人：深圳市宇光高科新能源技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：94[中国|深圳]