专利名称：宽谱域低温叠层硅基薄膜太阳电池的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种硅基薄膜太阳能电池结构的新设计，可以提高电池的光电转换效率，减薄电池厚度，提高稳定性，降低成本，属于硅太阳电池技术领域。
本发明的目的在于提高非晶硅太阳电池的光电转换效率和稳定性，降低其生产制造成本。
为了提高电池的效率和稳定性，普遍采用的技术方案是叠层结构，如非晶硅/非晶硅锗/非晶硅锗，非晶硅/微晶硅，非晶硅/多晶硅迭层结构等。
但是非晶硅/非晶硅锗/非晶硅硅三结叠层结构，设备和工艺均较复杂，致使成本比单晶硅电池还高。非晶硅/微晶硅，非晶硅/多晶硅叠层结构电流失配严重，不能充分利用太阳光谱，致使效率不高。为了实现电流匹配，一般做成非晶硅/晶硅/晶硅三结叠层结构，致使工艺复杂，成本升高。即便做成两结叠层，需要通过加大非晶硅吸收层厚度来提高非晶硅电池的电流，这样将使电池衰退率增大。即使如此，也不能达到电流匹配。为了在双结叠层时不增大非晶硅基薄膜电池厚度的情况下实现电流匹配，本发明提出如下技术方案在宽带隙硅基薄膜电池与窄带隙硅基薄膜电池之间加一层特殊增反层，该增反层只反射第1个pin电池吸收范围的光，透射第2个pin电池吸收范围的光，从而使宽带隙硅基薄膜电池在不增加吸收层厚度的情况下使电流增加。这样可以使其光衰退效应减少，并缩短生长时间，有利于降低成本。为了保持第2个窄带隙硅基薄膜电池的电流强度，在第2个pin的N层与金属电极之间加另一个增反射层，负责反射第2个pin电池吸收范围的光，如此可在减薄吸收层厚度情况下，保持较大光电流强度。
通过控制材料结构实现吸收层光学带隙在1.8～1.1eV的变化，采用两结pin或nip叠层结构实现对太阳光谱300～1100nm范围的吸收。
本实用新型的有益效果是，可以提高电池的光电转换效率，减薄电池厚度，不易发生光衰退，大大缩短制备时间，降低生产成本。
图3本实用新型带有增反射层的宽谱域低温叠层硅基薄膜太阳电池结构示意图(不透明衬底)。
图4■有增反层的透过滤图5有增反层的反射率图中(1)一第1个电池(2)一第2个电池(3)一第3个电池3.透明衬底(玻璃G)4.透明导电膜(T)5.P区6.本征区(I)7.N区8.金属Ag薄膜层，9.金属Al薄膜层10.异质界面过渡区(Bp)11.增反射层(R1)12.增反射层(R2)13.不透明衬底本实用新型设计如下第1个pin是宽带隙硅基薄膜电池(如非晶硅、钠米硅、炭化硅、氮化硅等)；第2个pin是窄带隙硅基薄膜电池(如微晶硅、多晶硅、微晶硅锗等)。在第1个pin的N层(7)与第2个pin的P层(5)之间加一特殊增反射层R1(11)，该增反射层只反射第1个pin电池吸收范围的光，透射第2个pin电池吸收范围的光。在第2个pin的N(7)层与金属Ag电极(8)之间加另一个增反射层R2(12)，负责反射第2个pin电池吸收范围的光。
在第1个宽带隙硅基薄膜pin电池的p/I(5、6)异质界面之间有一过渡区Bp(10)，其厚度在0～20nm，本征层I(6)的厚度为100～300nm，N型层(7)为含有微晶的硅薄膜，微晶硅/非晶硅比例在50～90％，增反射层R1(11)的厚度在50-200nm，第1个宽带隙硅基薄膜pin结构电池沉积在覆盖透明导电层的玻璃、塑料等基片(3)上，第2个窄带隙硅基薄膜pin结构电池的本征层I(6)厚度是0.4～2μm；第2个窄带隙硅基薄膜pin结构电池的N层(7)与金属Ag电极(8)之间的反射层R2(12)厚度是50～100nm。将上述沉积工艺反过来，可以将电池制备在不透明导电衬底(13)上。
本实用新型硅基薄膜的制备采用甚高频-等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECDV)、热丝-化学气相沉积(HW-CVD)、催化+高频-等离子体增强化学气相沉积(Cat+VHF-PECVD)等技术生长，生长温度在80～200℃，生长速率比常规射频等离子体增强化学气相沉积(rf-PECVD)技术增加几倍。
权利要求1.一种宽谱域低温叠层硅基薄膜太阳电池，由两个硅基薄膜太阳电池叠加构成，其特征在于第1个pin是宽带隙硅基薄膜电池(如非晶硅、钠米硅、炭化硅、氮化硅等)，第2个pin是窄带隙硅基薄膜电池(如微晶硅、多晶硅、微晶硅锗等)，第1个宽带隙硅基薄膜电池的pin结构沉积在透明导电衬底(3)上，在其N(7)层上沉积导电增反射层R1(11)，随即沉积第2个窄带隙硅基薄膜电池的pin结构，在其N层上沉积导电增反射层R2(12)，在R2层上沉积金属Ag和Al电极(8)(9)。
2.根据权利要求1所说的宽谱低温硅基薄膜太阳电池，其特征在于在第(1)个宽带隙硅基薄膜pin电池的p/I(5/6)异质界面之间有一过渡区Bp(10)，其厚度在0～20nm.。
3.据权利根要求1所说的宽谱低温叠层硅基薄膜太阳电池，其特征在于第(1)个宽带隙硅基薄膜pin结构的本征层I(6)厚度是100～300nm。
4.根据权利要求1所说的宽谱域低温叠层硅基薄膜太阳电池，其特征在于第(1)个宽带隙硅基薄膜电池的pin结构的N型层(7)为含有微晶硅的硅薄膜，微晶硅/非晶硅比例在50～90％。
5.根据权利要求1所说的宽谱域低温地叠层硅基薄膜太阳电池，其特征在于增反射层R1(11)的厚度在50～200nm。
6.根据权利要求1所说的宽谱域低温叠层硅基薄膜太阳电池，其特征在于第(1)个宽带隙硅基薄膜电池的pin结构沉积在覆盖透明导电层的玻璃、塑料等透明基片(3)上。
7.根据权利要求1所说的宽谱域低温叠层硅基薄膜太阳电池，其特征在于，第(2)个窄带隙硅基薄膜电池pin结构的本征层I(6)厚度是0.4～2阳。
8.根据权利要求1所说的宽谱域低温叠层硅基薄膜太阳电池，其特征在于第(2)个窄带隙硅基薄膜电池pin结构的N层(7)与金属Ag电极(8)之间的反射层R2(12)厚度是50～100nm。
9.根据权利要求1所说的宽谱域低温叠层硅基薄膜太阳电池，其特征在于本实用新型硅基薄膜的制备采用甚高频一等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECDV)、热丝-化学气相沉积(HW-CVD)、催化+高频-等离子体增强化学气相沉积(Cat+VHF-PECVD)等技术生长，生长温度在80～00℃，生长速率比常规射频-等离子体增强化学气相沉积(rf-PECVD)技术增加几倍。
10.根据权利要求1所说的宽谱域低温叠层硅基薄膜太阳电池，其特征在于将权利要求1～8的沉积工艺反过来，可以将电池制备在不透明导电衬底(13)上。
专利摘要本实用新型的名称是宽谱域低温叠层硅基薄膜太阳电池，涉及叠层电池结构的设计，属于太阳电池技术领域。一般的叠层电池或者光电转换效率低，或者工艺复杂，为此本实用新型在设计电池时，在第(1)个pin的N层与第2个pin电池的P层之间加一特殊增反射层，该增反射层只反射第1个pin电池吸收范围的光，透射第2个pin电池吸收范围的光，在第2个电池pin的N层与金属电极之间加另一个增反射层，负责反射第2个pin电池吸收范围的光，这样，可以提高电池的光电转换效率、减薄吸收层厚度，不容易发生光衰退，大大缩短制备时间，降低成本。
文档编号H01L31/076GK2593368SQ0229464
公开日2003年12月17日 申请日期2002年12月30日 优先权日2002年12月30日
发明者耿新华, 赵颍, 薛俊明 申请人:南开大学