具有量子阱结构的硅基薄膜太阳能电池及其制造方法_3

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体结构相同而 能隙不同的材料形成量子阱结构。这种量子阱能够分离和捕捉游离电子,在太阳光的激发 下,形成较大电流而提高薄膜太阳能电池的效率。量子阱的势皇高度可通过其相匹配材料 的能隙来调节。量子讲的势皇宽度可通过其相匹配材料的厚度来调节。每一结的pin结构 的i层的量子阱结构避免了晶粒的异常长大和孔洞和裂缝的形成,制备了致密的,晶粒尺 寸大小均匀,能隙匹配的高质量的薄膜,同时,量子阱结构有利于对太阳光的充分吸收。因 而,进一步提高了薄膜太阳能电池的效率。
【附图说明】
[0032]图1是具有量子阱结构的多结硅基薄膜太阳能电池结构示意图;
[0033] 图2是具有量子阱结构的非晶/微晶双结硅基薄膜太阳能电池结构示意图;
[0034] 图3是具有量子阱结构的非晶/微晶/微晶三结硅基薄膜太阳能电池结构示意 图;
[0035]图4是具有量子阱结构的多结硅基薄膜太阳能电池制备工艺流程图;
[0036]图5是具有量子阱结构的双结硅基薄膜太阳能电池制备工艺流图;
[0037] 图6是具有量子阱结构的三结硅基薄膜太阳能电池制备工艺流图。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
[0039] 一种具有量子阱结构的硅基薄膜太阳能电池,所述硅基薄膜太阳能电池的每一结 Pin结构中的i层均包括由多个周期所形成的量子阱结构,其中一个周期的结构包括晶体 结构相同而能隙不同的上下两层,上层为高能隙层,下层为低能隙层。
[0040] 如图1-图3所示,图1是具有量子阱结构的多结硅基薄膜太阳能电池结构示意 图;图2是具有量子阱结构的非晶/微晶双结硅基薄膜太阳能电池结构示意图;图3是具有 量子阱结构的非晶/微晶/微晶三结硅基薄膜太阳能电池结构示意图;
[0041] 其中,所述一个周期的上下两层材料可以为以下任意一种:能隙为2. 1-2. 3eV的 非晶Sic/能隙为1. 8-2.lev的纳米晶SiC、能隙为1. 7eV的非晶Si/能隙为1. 7eV到1. 2eV的纳米晶Si、能隙为1. 2eV到1. 7eV的非晶SihGeJO彡X彡1)/能隙为1. 2eV到1. 5eV的 非晶Si^GeJO彡X彡1)、能隙为1. 2eV到1. 7eV的纳米晶Si/能隙为1.leV到1. 5eV的 纳米晶Si,能隙为1. 2eV到1. 5eV的纳米晶Si/能隙为1.leV的微晶Si,"/"表示两层之 间的界面。
[0042] 通常高能隙层的厚度为l-10nm,低能隙层的厚度为10 - 100nm,量子阱的结构周 期为5-20。为了降低量子阱的电阻,其量子阱的结构中的薄膜材料进行适当的磷(P)和硼 (B)的掺杂,掺杂浓度应小于pin结中的n层和p层的掺杂浓度。
[0043] 实施例1:
[0044] 对于具有量子阱结构的多结硅基薄膜太阳能电池而言,图1是具有量子阱结构 的多结硅基薄膜太阳能电池结构示意图;其量子阱结构由以下材料匹配组合形成:非晶SiC(2.l-2.3eV)/纳米晶SiC(1.8-2.leV),非晶Si(1.7eV)/纳米晶Si(1.7eV到 1.2eV), 非晶Sil-xGex(0 彡X彡 1,1. 7eV到 1. 2eV)/ 非晶Sil-xGex(0 彡X彡 1,1. 5eV到 1. 2eV), 纳米晶Si(1. 2eV到 1. 7eV) / 纳米晶Si(1.leV到 1. 5eV),纳米晶Si(1.leV到 1. 5eV) / 微晶 Si(l.leV)〇
[0045] 如图4所示,所述具有量子阱结构的硅基薄膜太阳能电池的制造方法包括:
[0046] (1)对玻璃基板进行清洗;
[0047](2)在基板上制备TC0前电极;
[0048] (3)采用355nm波长激光器将TCO前电极分割形成子电池的电极;
[0049] (4)对划刻后的玻璃基板再次进行清洗;
[0050] (5)在具有导电膜的玻璃基片上,采用等离子体增强化学气相沉积工艺制备SiC, 非晶硅,纳米晶娃,微晶硅,SihGe,薄膜;
[0051] 所述p-A-SiC接触层沉积,相关工艺参数为:
[0052] 衬底温度150°C~300°C,SiH4/H2气体体积流量比为0. 5~5. 0,〇14/51114气体体积 流量比为〇. 02~3. 0,TMB/SiH4气体体积流量比为0. 01~2. 0,反应腔室气压为0. 3mbar~ 1. Ombar,射频功率密度为10mW/cm2~350mW/cm2;所述p-A-SiC接触层厚度为:2nm~ 10nm;
[0053] 所述p-A-SiC窗口层沉积,相关工艺参数为:
[0054] 衬底温度150°C~300°C,SiH4/H2气体体积流量比为0? 05~5. 0,CH4/SiH^ 体体积流量比为〇. 02~3. 0,TMB/SiH4气体体积流量比为0. 01~3. 0,反应腔室气压为 0. 3mbar~3.Ombar,射频功率密度为10mW/cm2~350mW/cm2;所述p-A-SiC窗口层厚度为: 2nm~10nm;
[0055]所述p-A-SiC缓冲层沉积,相关工艺参数为:
[0056] 衬底温度150°C~300°C,SiH4/H2气体体积流量比为0? 02~5. 0,CH4/SiH4体积 比为0. 1~2. 0,反应腔室气压为1.Ombar~3.Ombar,射频功率密度为10mW/cm2~350mW/cm2;所述p-A-SiC缓冲层厚度为:5nm~15nm;
[0057] 所述量子阱结构的上下两层由能隙为2. 1-2. 3eV的非晶SiC/能隙为1. 8-2.leV 的纳米晶SiC构成时所述叠层i-A-SiC本征层沉积,2. 1-2. 3eV的非晶SiC相关工艺参数 为:衬底温度150°C~300°C,氢稀释比SiH4/H2S0. 2~5,反应腔室气压为0. 3mbar~ 2. Ombar,射频功率密度为10mW/cm2~350mW/cm2;所述纳米晶-SiC相关工艺参数为: 衬底温度150°C~300°C,氢稀释比SiH4/H2S〇. 01~1,反应腔室气压为0. 3mbar~ 2.Ombar,射频功率密度为10mW/cm2~350mW/cm2;所述量子讲结构的上下两层由能隙为 非晶Si(1. 7eV)/纳米晶Si(1. 7eV到1. 2eV)构成时:所述非晶硅采用13. 56-40. 68MHz PECVD方法在温度为160 - 200°C的条件下沉积i-A-Si薄膜,氢稀释比SiH4/H2S0. 2~ 5,反应腔室气压为0. 3~2.Ombar,射频功率密度为10~350mW/cm2。所述纳米晶硅,采 用13. 56-40. 68MHzPECVD方法在温度为160 - 200°C的条件下沉积nc-Si薄膜,氢稀释比 SiH4/H2S0. 02~1,反应腔室气压为0. 3~2.Ombar,射频功率密度为10~350mW/cm2。
[0058]所述非晶Sil-xGex(0 彡X彡 1,1. 7eV到 1. 2eV)/非晶Sil-xGex(0 彡X彡 1, 1.5eV到1.2eV)组成的量子阱结构,所述高能隙的非晶Sil-XGex(0彡X彡l,1.7eV到 1. 2eV)采用13. 56-40. 68MHzPECVD方法在温度为160 - 200°C的条件下沉积高能隙的非晶 Sil-xGex薄膜,氢稀释比SiH4+GeH4/H$ 0. 2~5,反应腔室气压为0. 3~2.Ombar,射频功 率密度为10~350mW/cm2。所述低能隙的非晶Sil-xGex(0彡X彡1,1. 5eV到1. 2eV),采 用13. 56-40. 68MHzPECVD方法在温度为160 - 200°C的条件下沉积nc-Si薄膜,氢稀释比 SiH4+GeH4/H2S0. 02~3,反应腔室气压为0. 3~2.Ombar,射频功率密度为10~350mW/ cm2〇
[0059] 所述纳米晶Si(l. 2eV到1. 7eV)/纳米晶Si(l.leV到1. 5eV)组成的量子阱结构, 所述高能隙纳米晶Si(1. 2eV到1. 7eV)采用13. 56-40. 68MHzPECVD方法在温度为160 - 200°C的条件下沉积,氢稀释比SiH4/H2S 0. 05~1,反应腔室气压为0. 3~2.Ombar,射频功 率密度为10~350mW/cm2。所述低能隙的纳米晶Si (1. leV到1. 5eV),采用13. 56-40. 68MHz PECVD方法在温度为160 - 200°C的条件下沉积,氢稀释比SiH/仏为0. 01~0. 5,反应腔室 气压为0. 3~2.Ombar,射频功率密度为10~350mW/cm2。
[0060] 所述纳米晶Si(1.leV到1. 5eV) /微晶Si(1.leV)组成的量子阱结构,所述纳米晶 Si(1.leV到1. 5eV)采用13. 56-40. 68MHzPECVD方法在温度为160 - 200°C的条件下沉积, 氢稀释比SiH4/H2S0. 01~0. 5,反应腔室气压为0. 3~2.Ombar,射频功率密度为10~ 350mW/cm2。所述微晶Si(1.leV)采用 13. 56-40. 68MHzPECVD方法在温度为 160 - 200°C的 条件下沉积,氢稀释比SiH4/H2S0. 01~0. 05,反应腔室气压为0. 3~2.Ombar,射频功率 密度为10~350mW/cm2。
[0061 ] 所述p-型SiC,非晶,纳米晶,微晶硅,SihGex薄膜,采用硼摻杂制备,相关工艺参 数为:采用13. 56MHz-40. 68MHzPECVD方法,衬底温度150°C~300°C,体体积 流量比为〇.
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