非晶硅太阳能电池的制备方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102437253 A (43)申请公布日 2012.05.02 C N 1 0 2 4 3 7 2 5 3 A *CN102437253A* (21)申请号 201110451224.0 (22)申请日 2011.12.29 H01L 31/20(2006.01) (71)申请人天津市津能电池科技有限公司地址 300384 天津市南开区华苑产业园区梓苑路20号 (72)发明人曹丽冉郭增良 (74)专利代理机构天津盛理知识产权代理有限公司 12209 代理人王来佳 (54) 发明名称非晶硅太阳能电池的制备方法 (57) 摘要本发明涉及一种非晶硅太阳能电池的。

2、制备方法，其步骤为：(1)、P型半导体层成型：在TCO玻璃层上采用RF-PECVD方法沉积P型半导体层； (2)、具有带隙缓变功能的过渡层成型；(3)、本征半导体层以及N型半导体层成型；(4)、背电极TCO 层以及Al电极层成型，非晶硅太阳能电池制备完成。本发明制备方法简单易行，有效减少载流子在界面处的聚集和俘获，有利于光生电流的收集，是一种有效提高太阳能电池的光电转换效率及稳定性的非晶硅太阳能电池的制备方法。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书 1 页说明书 2 页附图 1 页 CN 102437261 A 1/1。

3、页 2 1.一种非晶硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：该方法包括的步骤为： (1)、P型半导体层成型：在TCO玻璃层上采用RF-PECVD方法沉积P型半导体层； (2)、具有带隙缓变功能的过渡层成型：在P型半导体层上采用RF-PECVD方法沉积一具有带隙缓变功能的过渡层，衬底温度为200250，首先向沉积炉内通入SiH 4 、CH 4 、 H 2 气体，气体流量分别为1.5slpm，1slpm，6slpm，等待气体混合均匀，并使得反应压强达到 150200Pa并保持稳定后，开启辉光进行沉积，辉光功率密度为0.020.03w/cm 2 ；在沉积进行至50秒时，将CH 4 气体的流量改为0.。

4、8slpm，100秒时将其流量改为0.6slpm，随后每增加50秒，流量减少0.2slpm，直到沉积进行至250秒时，CH 4 气体的流量为0slpm，继续辉光，辉光时间为50s，完成具有带隙缓变功能的过渡层的成型； (3)、本征半导体层以及N型半导体层成型：在具有带隙缓变功能的过渡层上采用 RF-PECVD方法依次沉积本征半导体层以及N型半导体层； (4)、背电极TCO层以及Al电极层成型：采用磁控溅射方法制备背电极TCO层以及Al 电极层，非晶硅太阳能电池制备完成。 2.根据权利要求1所述的非晶硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的具有带隙缓变功能的过渡层的厚度为515nm。 3。

5、.根据权利要求1所述的非晶硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的P型半导体层、本征半导体层以及N型半导体层成型均为非晶硅碳薄膜。 4.根据权利要求1所述的非晶硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的背电极 TCO层为掺杂的ZnO薄膜。权利要求书CN 102437253 A CN 102437261 A 1/2页 3 非晶硅太阳能电池的制备方法技术领域 0001 本发明属于太阳能电池领域，尤其是一种非晶硅太阳能电池的制备方法。背景技术 0002 随着人们对能源的需求量也越来越大，可再生能源，特别是太阳能的利用成为解决能源问题的关键，其中利用光伏效应开发的太阳能电池得到了越。

6、来越广泛的研究与应用，非晶硅太阳电池具有产业链短、制造成本低、制造能耗低、能源回收期短等优势，成为未来太阳电池发展的重要方向之一。在非晶硅太阳电池结构中，其层级结构由下至上依次为 TCO玻璃层、P型半导体层、本征半导体层、N型半导体层、背电极TCO层以及Al电极层；P 型半导体层为太阳光进入电池的窗口层，对太阳电池的性能具有重要影响。宽带隙、高电导率的P型半导体层，可以建立起高的内建电场，改善太阳电池的短波响应，减小光损失。在非晶硅太阳电池的生产中，通常采用非晶硅碳合金材料，即在沉积过程中加入CH 4 气体，实现带隙的拓展，这种材料的带隙约为2.0eV。本征半导体层完成对光子的吸收，。

7、其带隙为 1.7eV。如果在P型半导体层上直接沉积本征半导体层，存在较大的带隙不匹配，使得大量的载流子被俘获在界面处，会影响电池的性能。此外，为了获得高电导率的P型半导体层，在沉积过程中通常采用较高的氢稀释率，氢稀释率的增大使得材料向微晶硅相靠近，与非晶硅相比，具有较大的晶粒，因此，在与非晶硅本征层的界面处还存在着晶格的不匹配。发明内容 0003 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种非晶硅太阳能电池的制备方法，该制备方法简单易行，有效减少载流子在界面处的聚集和俘获，有利于光生电流的收集，提高太阳能电池的光电转换效率及稳定性。 0004 本发明解决其技术问题是通过以下技术方案。

8、实现的： 0005 一种非晶硅太阳能电池的制备方法，其方法包括的步骤为： 0006 (1)、P型半导体层成型：在TCO玻璃层上采用RF-PECVD方法沉积P型半导体层； 0007 (2)、具有带隙缓变功能的过渡层成型：在P型半导体层上采用RF-PECVD方法沉积一具有带隙缓变功能的过渡层，衬底温度为200250，首先向沉积炉内通入SiH 4 、CH 4 、 H 2 气体，气体流量分别为1.5slpm，1slpm，6slpm，等待气体混合均匀，并使得反应压强达到 150200Pa并保持稳定后，开启辉光进行沉积，辉光功率密度为0.020.03w/cm 2 ；在沉积进行至50秒时，将CH 4 气。

9、体的流量改为0.8slpm，100秒时将其流量改为0.6slpm，随后每增加50秒，流量减少0.2slpm，直到沉积进行至250秒时，CH 4 气体的流量为0slpm，继续辉光，辉光时间为50s，完成具有带隙缓变功能的过渡层的成型； 0008 (3)、本征半导体层以及N型半导体层成型：在具有带隙缓变功能的过渡层上采用 RF-PECVD方法依次沉积本征半导体层以及N型半导体层； 0009 (4)、背电极TCO层以及Al电极层成型：采用磁控溅射方法制备背电极TCO层以及 Al电极层，非晶硅太阳能电池制备完成。说明书CN 102437253 A CN 102437261 A 2/2页 4 。

10、0010 而且，所述的具有带隙缓变功能的过渡层的厚度为515nm。 0011 而且，所述的P型半导体层、本征半导体层以及N型半导体层成型均为非晶硅碳薄膜。 0012 而且，所述的背电极TCO层为掺杂的ZnO薄膜。 0013 本发明的优点和有益效果为： 0014 1、本非晶硅太阳能电池的制备方法包括P型半导体层成型，具有带隙缓变功能的过渡层成型，本征半导体层以及N型半导体层成型，背电极TCO层以及Al电极层成型，在沉积具有带隙缓变功能的过渡层的过程中，使得CH 4 的流量呈现阶梯状分布减小，实现从P型半导体层到本征半导体层带隙的缓变，减少载流子在界面处的聚集和俘获，有利于光生电流的收集。

11、，并减少界面处的结构缺陷，提高电池的转换效率及稳定性。 0015 2、本非晶硅太阳能电池的制备方法在P型半导体层和本征半导体层之间引入具有带隙缓变功能的过渡层，通过调整过渡层的沉积条件，实现带隙和晶格结构的过渡和匹配，减少在界面处的结构缺陷，有利于改善非晶硅太阳电池的性能。 0016 3、本发明制备方法简单易行，有效减少载流子在界面处的聚集和俘获，有利于光生电流的收集，是一种有效提高太阳能电池的光电转换效率及稳定性的非晶硅太阳能电池的制备方法。附图说明 0017 图1为本发明非晶硅太阳能电池的结构示意图。具体实施方式 0018 下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是。

12、描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。 0019 一种非晶硅太阳能电池的制备方法，其方法包括的步骤为： 0020 (1)、P型半导体层成型：在TCO玻璃层7上采用RF-PECVD方法沉积P型半导体层 6； 0021 (2)、具有带隙缓变功能的过渡层成型：在P型半导体层上采用RF-PECVD方法沉积一具有带隙缓变功能的过渡层，衬底温度为200或者225或者250，首先向沉积炉内通入SiH 4 、CH 4 、H 2 气体，气体流量分别为1.5slpm，1slpm，6slpm，等待气体混合均匀，并使得反应压强达到150Pa或者175Pa或者200Pa并保持稳定后，开启辉光进行。

13、沉积，辉光功率密度为0.02w/cm 2 或者0.025w/cm 2 或者0.03w/cm 2 ；在沉积进行至50秒时，将CH 4 气体的流量改为0.8slpm，100秒时将其流量改为0.6slpm，随后每增加50秒，流量减少0.2slpm，直到沉积进行至250秒时，CH 4 气体的流量为0slpm，继续辉光，辉光时间为50s，完成具有带隙缓变功能的过渡层的成型，具有带隙缓变功能的过渡层的厚度为515nm； 0022 (3)、本征半导体层以及N型半导体层成型：在具有带隙缓变功能的过渡层上采用 RF-PECVD方法依次沉积本征半导体层4以及N型半导体层3； 0023 (4)、背电极TCO层以及Al电极层成型：采用磁控溅射方法制备背电极TCO层2以及Al电极层1，非晶硅太阳能电池制备完成。上述P型半导体层、本征半导体层以及N型半导体层成型均可以为非晶硅碳薄膜，背电极TCO层为掺杂的ZnO薄膜。说明书CN 102437253 A CN 102437261 A 1/1页 5 图1 说明书附图CN 102437253 A 。

摘要
申请专利号：	CN201110451224.0	申请日：	2011.12.29
公开号：	CN102437253A	公开日：	2012.05.02
当前法律状态：	撤回	有效性：	无权
法律详情：	发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):H01L 31/20申请公布日:20120502\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):H01L 31/20申请日:20111229\|\|\|公开
IPC分类号：	H01L31/20	主分类号：	H01L31/20
申请人：	天津市津能电池科技有限公司
发明人：	曹丽冉; 郭增良
地址：	300384 天津市南开区华苑产业园区梓苑路20号
优先权：
专利代理机构：	天津盛理知识产权代理有限公司 12209	代理人：	王来佳
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内容摘要

本发明涉及一种非晶硅太阳能电池的制备方法，其步骤为：(1)、P型半导体层成型：在TCO玻璃层上采用RF-PECVD方法沉积P型半导体层；(2)、具有带隙缓变功能的过渡层成型；(3)、本征半导体层以及N型半导体层成型；(4)、背电极TCO层以及Al电极层成型，非晶硅太阳能电池制备完成。本发明制备方法简单易行，有效减少载流子在界面处的聚集和俘获，有利于光生电流的收集，是一种有效提高太阳能电池的光电转换效率及稳定性的非晶硅太阳能电池的制备方法。

权利要求书

1：一种非晶硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：该方法包括的步骤为： (1)、 P 型半导体层成型：在 TCO 玻璃层上采用 RF-PECVD 方法沉积 P 型半导体层； (2)、具有带隙缓变功能的过渡层成型：在 P 型半导体层上采用 RF-PECVD 方法沉积一具有带隙缓变功能的过渡层，衬底温度为 200 ～ 250 ℃，首先向沉积炉内通入 SiH4、 CH4、 H2 气体，气体流量分别为 1.5slpm， 1slpm， 6slpm，等待气体混合均匀，并使得反应压强达到 150 ～ 200Pa 并保持稳定后，开启辉光进行沉积，辉光功率密度为 0.02 ～ 0.03w/cm2 ；在沉积进行至 50 秒时，将 CH4 气体的流量改为 0.8slpm， 100 秒时将其流量改为 0.6slpm，随后每增加 50 秒，流量减少 0.2slpm，直到沉积进行至 250 秒时， CH4 气体的流量为 0slpm，继续辉光，辉光时间为 50s，完成具有带隙缓变功能的过渡层的成型； (3)、本征半导体层以及 N 型半导体层成型：在具有带隙缓变功能的过渡层上采用 RF-PECVD 方法依次沉积本征半导体层以及 N 型半导体层； (4)、背电极 TCO 层以及 Al 电极层成型：采用磁控溅射方法制备背电极 TCO 层以及 Al 电极层，非晶硅太阳能电池制备完成。2：根据权利要求 1 所述的非晶硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的具有带隙缓变功能的过渡层的厚度为 5 ～ 15nm。3：根据权利要求 1 所述的非晶硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的 P 型半导体层、本征半导体层以及 N 型半导体层成型均为非晶硅碳薄膜。4：根据权利要求 1 所述的非晶硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的背电极 TCO 层为掺杂的 ZnO 薄膜。

说明书

非晶硅太阳能电池的制备方法
    【技术领域】
     本发明属于太阳能电池领域，尤其是一种非晶硅太阳能电池的制备方法。背景技术随着人们对能源的需求量也越来越大，可再生能源，特别是太阳能的利用成为解决能源问题的关键，其中利用光伏效应开发的太阳能电池得到了越来越广泛的研究与应用，非晶硅太阳电池具有产业链短、制造成本低、制造能耗低、能源回收期短等优势，成为未来太阳电池发展的重要方向之一。在非晶硅太阳电池结构中，其层级结构由下至上依次为 TCO 玻璃层、 P 型半导体层、本征半导体层、 N 型半导体层、背电极 TCO 层以及 Al 电极层； P 型半导体层为太阳光进入电池的窗口层，对太阳电池的性能具有重要影响。宽带隙、高电导率的 P 型半导体层，可以建立起高的内建电场，改善太阳电池的短波响应，减小光损失。在非晶硅太阳电池的生产中，通常采用非晶硅碳合金材料，即在沉积过程中加入 CH4 气体，实现带隙的拓展，这种材料的带隙约为 2.0eV。本征半导体层完成对光子的吸收，其带隙为 1.7eV。如果在 P 型半导体层上直接沉积本征半导体层，存在较大的带隙不匹配，使得大量的载流子被俘获在界面处，会影响电池的性能。此外，为了获得高电导率的 P 型半导体层，在沉积过程中通常采用较高的氢稀释率，氢稀释率的增大使得材料向微晶硅相靠近，与非晶硅相比，具有较大的晶粒，因此，在与非晶硅本征层的界面处还存在着晶格的不匹配。
     发明内容
     本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种非晶硅太阳能电池的制备方法，该制备方法简单易行，有效减少载流子在界面处的聚集和俘获，有利于光生电流的收集，提高太阳能电池的光电转换效率及稳定性。
     本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
     一种非晶硅太阳能电池的制备方法，其方法包括的步骤为：
     (1)、 P 型半导体层成型：在 TCO 玻璃层上采用 RF-PECVD 方法沉积 P 型半导体层；
     (2)、具有带隙缓变功能的过渡层成型：在 P 型半导体层上采用 RF-PECVD 方法沉积一具有带隙缓变功能的过渡层，衬底温度为 200 ～ 250℃，首先向沉积炉内通入 SiH4、 CH4、 H2 气体，气体流量分别为 1.5slpm， 1slpm， 6slpm，等待气体混合均匀，并使得反应压强达到 150 ～ 200Pa 并保持稳定后，开启辉光进行沉积，辉光功率密度为 0.02 ～ 0.03w/cm2 ；在沉积进行至 50 秒时，将 CH4 气体的流量改为 0.8slpm， 100 秒时将其流量改为 0.6slpm，随后每增加 50 秒，流量减少 0.2slpm，直到沉积进行至 250 秒时， CH4 气体的流量为 0slpm，继续辉光，辉光时间为 50s，完成具有带隙缓变功能的过渡层的成型；
     (3)、本征半导体层以及 N 型半导体层成型：在具有带隙缓变功能的过渡层上采用 RF-PECVD 方法依次沉积本征半导体层以及 N 型半导体层；
     (4)、背电极 TCO 层以及 Al 电极层成型：采用磁控溅射方法制备背电极 TCO 层以及 Al 电极层，非晶硅太阳能电池制备完成。而且，所述的具有带隙缓变功能的过渡层的厚度为 5 ～ 15nm。而且，所述的 P 型半导体层、本征半导体层以及 N 型半导体层成型均为非晶硅碳薄膜。而且，所述的背电极 TCO 层为掺杂的 ZnO 薄膜。
     本发明的优点和有益效果为：
     1、本非晶硅太阳能电池的制备方法包括 P 型半导体层成型，具有带隙缓变功能的过渡层成型，本征半导体层以及 N 型半导体层成型，背电极 TCO 层以及 Al 电极层成型，在沉积具有带隙缓变功能的过渡层的过程中，使得 CH4 的流量呈现阶梯状分布减小，实现从 P 型半导体层到本征半导体层带隙的缓变，减少载流子在界面处的聚集和俘获，有利于光生电流的收集，并减少界面处的结构缺陷，提高电池的转换效率及稳定性。
     2、本非晶硅太阳能电池的制备方法在 P 型半导体层和本征半导体层之间引入具有带隙缓变功能的过渡层，通过调整过渡层的沉积条件，实现带隙和晶格结构的过渡和匹配，减少在界面处的结构缺陷，有利于改善非晶硅太阳电池的性能。
     3、本发明制备方法简单易行，有效减少载流子在界面处的聚集和俘获，有利于光生电流的收集，是一种有效提高太阳能电池的光电转换效率及稳定性的非晶硅太阳能电池的制备方法。
     附图说明
     图 1 为本发明非晶硅太阳能电池的结构示意图。具体实施方式
     下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
     一种非晶硅太阳能电池的制备方法，其方法包括的步骤为：
     (1)、 P 型半导体层成型：在 TCO 玻璃层 7 上采用 RF-PECVD 方法沉积 P 型半导体层 6；
     (2)、具有带隙缓变功能的过渡层成型：在 P 型半导体层上采用 RF-PECVD 方法沉积一具有带隙缓变功能的过渡层，衬底温度为 200℃或者 225℃或者 250℃，首先向沉积炉内通入 SiH4、 CH4、 H2 气体，气体流量分别为 1.5slpm， 1slpm， 6slpm，等待气体混合均匀，并使得反应压强达到 150Pa 或者 175Pa 或者 200Pa 并保持稳定后，开启辉光进行沉积，辉光功率密 2 2 2 度为 0.02w/cm 或者 0.025w/cm 或者 0.03w/cm ；在沉积进行至 50 秒时，将 CH4 气体的流量改为 0.8slpm， 100 秒时将其流量改为 0.6slpm，随后每增加 50 秒，流量减少 0.2slpm，直到沉积进行至 250 秒时， CH4 气体的流量为 0slpm，继续辉光，辉光时间为 50s，完成具有带隙缓变功能的过渡层的成型，具有带隙缓变功能的过渡层的厚度为 5 ～ 15nm ；
     (3)、本征半导体层以及 N 型半导体层成型：在具有带隙缓变功能的过渡层上采用 RF-PECVD 方法依次沉积本征半导体层 4 以及 N 型半导体层 3 ；
     (4)、背电极 TCO 层以及 Al 电极层成型：采用磁控溅射方法制备背电极 TCO 层 2 以及 Al 电极层 1，非晶硅太阳能电池制备完成。上述 P 型半导体层、本征半导体层以及 N 型半导体层成型均可以为非晶硅碳薄膜，背电极 TCO 层为掺杂的 ZnO 薄膜。