专利名称：一种高效柱状薄膜太阳能电池及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种薄膜太阳能电池，特别是一种金属与半导体接触形成肖特基结构 的高效柱状薄膜太阳能电池。
背景技术：
目前基于晶体硅的电池组件市场占有率约达90%，基本上占了太阳能电池的绝大 部份，但是，晶体硅电池本身生产成本较高，组件价格居高不下，这为薄膜硅太阳能电池的 发展创造了机遇。现在市面上常见的薄膜太阳能电池有硅基薄膜太阳能电池，CIGS，CdTe, 染料敏太阳能电池，但是这些电池都或多或少的存在一些不足，要么转化效率低要，要么有 制程复杂，要么材料稀有，都或多或少地存在一些瓶颈，使得薄膜太阳能电池无法在太阳能 电池占据一定的份额。因此有必要对薄膜太阳能电池进行深入研究，通过各种技术来降低薄膜太阳能电 池的发电成本，使薄膜太阳能电池在太阳能发电中占据一席之地。
发明内容
发明目的本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种高效柱 状薄膜太阳能电池及其制备方法。技术方案本发明公开了一种高效柱状薄膜太阳能电池，包括衬底，衬底上为TC0 薄膜层构成背电极，第一 TC0薄膜层上为二氧化硅填充层，二氧化硅填充层内间隔设置柱 状金属层，金属层上为柱状半导体层，所述金属层和半导体构成肖特基接触层，所述二氧化 硅填充层高度大于金属层高度，小于等于柱状金属层和半导体层总高度；二氧化硅层上为 第二 TC0薄膜层构成前电极。本发明中，所述衬底材质为玻璃、石英、塑料或者柔性衬底不锈钢中的任意一个。本发明中，所述第一 TC0薄膜层采用ZA0薄膜，厚度为500 900nm。本发明中，所述金属层材质为铝、镍、铅、金或铜，厚度为20 lOOnm。本发明中，所述第二厚度TC0薄膜层厚度为lOOnm 500nm。本发明中，所述半导体层为多晶硅半导体层，厚度为0.5 lum。本发明中，所述二氧化硅层厚度为0. 5 1. lum。本发明中，所述半导体层材质为GaAs。本发明还公开了制备高效柱状薄膜太阳能电池的方法，包括如下步骤步骤一，在衬底上采用磁控溅射镀上TC0薄膜层，靶材为ZA0靶材，厚度为500 900nm，溅射电源为0. 2kV lkV，水平场为2X 1(T2 5X 1(T2T ；步骤二，采用半导体光刻技术进行光刻、涂胶、曝光、热固胶、显影，制做窗口 ；步骤三，在TC0薄膜层上生长铝层，厚度为20 lOOnm ；步骤四，在铝层上掺杂N型非晶硅，在500°C条件下退火1小时 6小时，使非晶硅 层转化为多晶硅半导体层，形成肖特基柱状结构；
步骤五，二次曝光，曝光图形步骤二中曝光图形相反；步骤六，在多晶硅半导体层上沉积二氧化硅，二氧化硅层厚度大于铝层厚度，小于 铝层和多晶硅半导体层厚度之和；步骤七，去除光刻胶，制做前电极，溅射ZA0薄膜层，所述ZA0薄膜层厚度为 lOOnm 500nmo本发明在衬底上此衬底有多种选择，采用溅射技术镀上一层TC0层，接着在其上 利用光刻技术曝光出图形在其上溅射金属层，接着沉积上一层非晶硅层，利用激光技术诱 导非晶变多晶，二次曝光在原来未曝光的地方沉积上一层二氧化硅其厚度大于金属层厚 度，小于金属加多晶硅层厚度，起透明绝缘作用，接着再制做背电极，背电极的制做方法参 照现在的薄膜电池制做背电极技术。本发明中金属层和半导体层构成的太阳光吸收层是太阳能电池的最关键层，采用 金属透导，激光技术，光刻技术形成肖特基结构，构成最基本的偏压结，也是吸收太阳能主 要部位，二氧化硅层起隔离绝缘和透光的作用，主要优点是用料少，吸光充分，转化率高，缺 陷少无衰减现象。有益效果本发明所述高效柱状薄膜太阳能电池与以前的太阳能电池最大的不 同是其不用激光划线把其分为一个个小电池，本发明所述薄膜太阳能电池，由于结构的特 殊性，不存在电池尺寸效应，因为这种结构的太阳能电池，其本身就是由各个柱状小电池组 成，而这种柱状结构的太阳能电池不仅使制程无需激光划线，其吸光效率也明显增加，载流 子寿命增加，相对的这种太阳能电池的转化效率较之前的薄膜太阳能电池具有较高的光电 转化效率，转化效率较之前的薄膜太阳能电池具有较高的光电转化效率，具有成本低，无 毒，无污染等特性。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和 /或其他方面的优点将会变得更加清楚。图la至图le为本发明中的流程图。图2为本发明所公开的新型柱状太阳能电池的结构图。图3为本发明所公开的新型柱状太阳能电池的电路图。
具体实施例方式实施例下面对照附图la le详细说明此薄膜太阳能电池的结构和优选技术，本发明所 用衬底如图la所示，可以是玻璃、石英、塑料、柔性衬底不锈钢等。本实施例采用玻璃，由 于玻璃上镀膜，光刻技术更为成熟，接着采用PVD方式镀一层TC0薄膜层，所述TC0薄膜层 最好使用ZA0薄膜，原因是ZA0抗等离子H的能力好，且可调节性好，对与下面的工艺匹配 性较好，本实施例采用磁控溅射方式，溅射电源为0. 2kV lkV之间，水平场在2*10_2 5*10_2T，靶材为ZA0靶材，镀完后其效果图如图lb。接着使用光刻技术，精度要求不高，制 作所需要的窗口。由于本实施例所要求的精度不高，只需要制作本实施例所需要的窗口既 可，而其窗口大小需根据光照强度确定，所以本实施例是很容易实现而且设备不贵，光刻曝 光完之后，采用溅射方式溅射出一层金属层，此层金属可以是铝、镍、铅、金或铜等，本实施
4例使用铝，由于铝偏宜，可以与较多半导体形成肖特基接触。溅射完铝后使用PECVD镀上一 层非晶半导体层，由于直接长多晶不好长，速度太慢难以产业化，而且条件苛刻，所以本实 施例采用先镀非晶硅层再通过金属诱导技术使非晶硅转多晶硅半导体层，可以采用两种方 式一种是镀完非晶膜之后在500°C退火一个小时左右，之后非晶既转为多晶，另外可以用以 激光形式，在镀完非晶膜之后采用激光照射窗口位置，可以使非晶转化成多晶，完成这一功 能转换之后，去除光刻胶，其效果图如图lc所示。接着通过二次曝光在原来不是窗口的地 方制作窗口，采用PECVD方式镀上一层二氧化硅，此二氧化硅的厚度必须大于金属层厚度 起绝缘透光功能，建议略小于金属加半导体层厚度，完成后其效果图如图Id所示，再接着 采用PVD方式镀上一层TC0薄膜层，完成背电极的制做，本实施例的工艺完全可以采用现在 成熟的磁控溅射工艺技术，完成之后其效果图如图le所示。本发明所述的高效柱状太阳能电池其结构如图2所示，下面按照具体制程来说 明1、准备一块超白玻璃1，要求具有较好的透光率。2、采用磁控溅射方式镀上一层TC0薄膜层2，靶材为ZA0靶材，厚度在500 900nm 之间，溅射电源为0. 2kV lkV之间，水平场在2*1(T2 5*10_2T。3、采用半导体光刻技术进行一次光刻，涂胶，曝光，热固胶，显影，则完成窗口制 做，该步骤可以采用常规技术，且非本发明创造点所在；4、PVD溅射铝层6，厚度为20 lOOnm之间，靶材为铝耙，本实施选择60nm ；后再 用PECVD方式镀上一层非晶硅，在反应室内通入0. 5 lml/min的磷烷以实现镀出来的非 晶硅是低掺杂N型非晶硅，其厚度在0. 5 lum，本实施选择0. Sum。5、在500°C条件下退火lh 6h，使得非晶硅转为多晶硅半导体层5，形成肖特基柱 状结构。6、二次曝光，其曝光图形与一次曝光图形相反，该步骤可以采用常规技术，且非本 发明创造点所在；曝光完成后，采用PECVD沉积一层二氧化硅3，其厚度在0. 5 1. lum之 间，既大于金属层厚度，同时小于等于金属层和多晶硅半导体层之和，本实施例选择0. Sum。7、去除光刻胶，接着制做前电极，使用PVD溅射ZA0薄膜4，该层厚度在lOOnm 500nm之间，该步骤可以采用本领域通用的常规技术，且非本发明创造点所在。8、完成后其电路图如图3所示，此电池具有短路电流大，弱光响应好，受光面积 大，其柱状面积大小需根据光照强度进行合格的设计。本发明巧秒地结合金属诱导技术，激光技术，半导体技术，柱状结构，构成一种新 型的薄膜太阳能电池，具有用料少，成本底，转化效率高，无毒无污染的优点，其特征在于， 衬底，TC0层，肖特基结构，柱状结构，二氧化硅透明绝缘层，背电极印刷技术。本发明选用肖特基结构金属层5和半导体层6构成的结，既特定金属与半导体接 触所产生的势垒效果，而且金属层可以诱导非晶硅转化为多晶硅，所述金属层材质可以是 铝，镍，铅，金，铜等，半导体材料可以是硅系半导体，化合物半导体如GaAs，有机半导体等。本发明选用柱状结构，每两个柱状结之间填满透明绝缘材料如Si02层结构，此层 最主是要利用金属诱导技术，与传统金属诱导技术不太一样是既可以使用退火形式也可以 采用激光激发，使非晶硅转成多晶硅。本发明提供了一种高效柱状薄膜太阳能电池及其制备方法的思路，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领 域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些 改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术 加以实现。
权利要求
一种高效柱状薄膜太阳能电池，其特征在于，包括衬底，衬底上为TCO薄膜层构成背电极，第一TCO薄膜层上为二氧化硅填充层，二氧化硅填充层内间隔设置柱状金属层，金属层上为柱状半导体层，所述金属层和半导体构成肖特基接触层，所述二氧化硅填充层高度大于金属层高度，小于等于柱状金属层和半导体层总高度；二氧化硅层上为第二TCO薄膜层构成前电极。
2.根据权利要求1所述的一种高效柱状薄膜太阳能电池，其特征在于，所述衬底材质 为玻璃、石英、塑料或者柔性衬底不锈钢中的任意一个。
3.根据权利要求1所述的一种高效柱状薄膜太阳能电池，其特征在于，所述第一TCO薄 膜层采用ZAO薄膜，厚度为500 900nm。
4.根据权利要求1所述的一种高效柱状薄膜太阳能电池，其特征在于，所述金属层材 质为铝、镍、铅、金或铜，厚度为20 lOOnm。
5.根据权利要求1所述的一种高效柱状薄膜太阳能电池，其特征在于，所述第二厚度 TCO薄膜层厚度为IOOnm 500nm。
6.根据权利要求1所述的一种高效柱状薄膜太阳能电池，其特征在于，所述半导体层 为多晶硅半导体层，厚度为0. 5 lum。
7.根据权利要求1所述的一种高效柱状薄膜太阳能电池，其特征在于，所述二氧化硅 层厚度为0. 5 1. lum。
8.根据权利要求1所述的一种高效柱状薄膜太阳能电池，其特征在于，所述半导体层 材质为GaAs。
9.一种制备权利要求1所述高效柱状薄膜太阳能电池的方法，其特征在于，包括如下 步骤步骤一，在衬底上采用磁控溅射镀上TCO薄膜层，靶材为ZAO靶材，厚度为500 900nm，溅射电源为0. 2kV lkV，水平场为2 X IO"2 5 X ICT2T ；步骤二，采用半导体光刻技术进行光刻、涂胶、曝光、热固胶、显影，制做窗口 ；步骤三，在TCO薄膜层上生长铝层，厚度为20 IOOnm ；步骤四，在铝层上掺杂N型非晶硅，在500°C条件下退火1小时 6小时，使非晶硅层转 化为多晶硅半导体层；步骤五，二次曝光，曝光图形步骤二中曝光图形相反；步骤六，在多晶硅半导体层上沉积二氧化硅，二氧化硅层厚度大于铝层厚度，小于铝层 和多晶硅半导体层厚度之和；步骤七，去除光刻胶，制做前电极，溅射ZAO薄膜层，所述ZAO薄膜层厚度为IOOnm 500nmo
全文摘要
本发明公开了一种高效柱状薄膜太阳能电池，包括衬底，衬底上为TCO薄膜层，第一TCO薄膜层上为二氧化硅填充层，二氧化硅填充层内间隔设置柱状金属层，金属层上为柱状半导体层，所述金属层和半导体构成肖特基接触层，所述二氧化硅填充层高度大于金属层高度，小于等于柱状金属层和半导体层总高度；二氧化硅层上为第二TCO薄膜层。本发明还公开了其制备方法，包括采用溅射技术在衬底上镀上TCO层，在其上溅射金属层，沉积非晶硅层，诱导非晶硅变多晶硅，沉积上二氧化硅层，再制做背电极。本发明较之前的薄膜太阳能电池具有较高的光电转化效率，具有成本低，无毒，无污染等特性。
文档编号H01L31/18GK101866966SQ200910264859
公开日2010年10月20日 申请日期2009年12月24日 优先权日2009年12月24日
发明者张宏勇, 邹福松, 郑振生 申请人:江苏华创光电科技有限公司