[发明专利]一种具有掺杂中间层结构的非晶/微晶硅叠层太阳电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳电池制造技术领域，具体是一种具有掺杂中间层结构的非晶/微晶硅叠层太阳电池及其制造方法。

背景技术

太阳电池的研究已由第一代的单晶硅片太阳电池、第二代的低耗薄膜太阳能电池，发展到第三代的低耗、高效多结结构叠层薄膜太阳电池。从材料的可持续利用角度来考虑，显然氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜太阳电池满足低成本、可持续生产、环保等要求，是今后发展的主要趋势之一。考虑到太多叠层会使得制备困难、不利因素难以控制及引起能耗的增加等，因此，双结的非晶硅/微晶硅(micromorph)叠层电池成为研究工作者目前的研究热点，也取得了较好的结果。

然而，目前micromorph叠层电池，得到稳定效率最好的结果为13％左右，远远未能达到人们所期望的目标。这是因为这种结构的电池存在两个方面的问题：(1)本征层自身的缺陷，使得光生载流子复合；(2)来自micromorph叠层电池中顶电池和底电池的pn连结特性，在结附近产生反向电场，阻碍了导带中光生电子和价带中光生空穴分别向底电池和顶电池的收集。第一个问题，人们通过制备高质量的本征层材料和通过减薄子电池本征层厚度而得到较好的解决。但对于第二个问题，是目前micromorph叠层太阳电池的结构性缺陷，原因是这种结构的电池如附图1所示，顶电池的导带与底电池的价带相连接，顶电池导带中的光生电子就被带到底电池价带中的光生空穴附近，聚集在结附近的光生载流子阻碍着载流子向顶电池和底电池收集，从而影响电池的性能。这是目前双结串接micromorph叠层电池存在的基本问题之一。

双结串接micromorph叠层太阳电池结构中，pn结厚度、顶电池和底电池i层厚度将剧烈地影响叠层电池I-v特性，因此，如何保持顶电池和底电池电流相匹配，从而保证叠层电池的优异性能，是目前双结micromorph叠层电池存在的第三个基本问题。

朱诚等人提出用n⁺-a-Si:H/p⁺-a-Si:H隧道结串联顶电池和底电池，解决光生载流子在pn结内部反向电场作用而影响其有效收集的问题。这种方法只能较为有效地解决光生载流子的收集效率问题，但不能解决叠层电池内部陷光问题。另外，国外的一些研究机构提出用ZnO薄膜作为micromorph叠层电池中间层，来解决这种叠层电池的内部陷光问题。这种方法只能较为有效地解决叠层电池内部陷光问题，但不能解决光生载流子的收集效率问题。因此，以上提及的方法都不能综合地解决前面提及的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用高透光性、高电导性、优异陷光性、良好隧穿性的隧道结串联非晶硅/微晶硅叠层电池顶电池和底电池，提高光生载流子收集效率、获得电池优异性能的一种具有掺杂中间层结构的非晶/微晶硅叠层太阳电池及其制造方法。

本发明的技术方案是：一种具有掺杂中间层结构的非晶/微晶硅叠层太阳电池，由透明导电膜、非晶硅顶电池窗口层、非晶硅顶电池本征层、非晶硅顶电池n型层、掺杂中间层、微晶硅底电池P型层、底微晶硅电池本征层、微晶硅底电池n型层、背反射层和背电极层串接组成，其特征在于：所述掺杂中间层是兼备陷光性能和隧穿性能的特殊结构n⁺-ZnO:Al/p⁺-μc-Si:H隧道结。

所述n⁺-ZnO:Al/p⁺-μc-Si:H隧道结中的n⁺-ZnO:Al层为通过铝掺杂氧化锌所获得的薄膜。

所述n⁺-ZnO:Al/p⁺-μc-Si:H隧道结中的p⁺-μc-Si:H层为通过重p型掺杂氢化微晶硅所获得的薄膜。

所述透明导电膜为SnO₂:F薄膜；非晶硅顶电池窗口层为p-a-SiC:H、p-a-Si:H薄膜；非晶硅顶电池本征层为i-a-Si:H薄膜；非晶硅顶电池n型层为n-a-Si:H薄膜；微晶硅底电池P型层为p-μc-Si:H薄膜；微晶硅底电池本征层为i-μc-Si:H薄膜；微晶硅底电池n型层为n-μc-Si:H薄膜；背反射层为具有绒面结构氧化锌薄膜；背电极层为铝电极。

制备上述一种具有掺杂中间层结构的非晶/微晶硅叠层太阳电池的方法为：由三个真空室的PECVD系统和一个真空室的磁控溅射系统组成的混合型薄膜制备系统，具体步骤为：