[发明专利]一种薄膜太阳能电池的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池制造工艺，特别涉及用于一种柔性薄膜太阳能电池及其制造方法。

背景技术

随着现代工业的高速发展、技术快速的更新换代以及对能源的需求，现在能源结构正在发生着根本性的变革。传统的能源：煤炭、石油、天然气的使用量将在2020年-2040年到达高峰，而在2050年后将会逐渐枯竭。可再生能源(主要是太阳能)等替代能源从2000年开始迅猛发展，到2050年使用量将达到高峰。传统太阳能电池是使用单晶硅或多晶硅薄片，其中硅材料应用较多，浪费严重，硅元素提纯工艺复杂且成本太高。薄膜太阳能电池使用非晶硅或其他材料，硅元素量使用很少或不使用硅材料，所以基本无原料瓶颈，尤其是非晶硅薄膜太阳能电池，成本低且工艺成熟，所以发展很快，成为目前薄膜太阳能电池最成熟的产品之一。

薄膜硅电池分为非晶硅和微晶硅两种。非晶硅太阳能电池于上世纪70年代首度开发成功，其禁带宽度为1.7eV，大于结晶硅，对太阳光谱相应较好，可以使用低成本基板在低温下成膜，薄膜厚度在1μm以下，大大降低了成本，这些优点使其大受关注。但是，目前三叠层非晶硅太阳能电池最高的光电转换效率只有13％，作为商用化生产的单层电池转换效率更低，只有6％。而且，由于非晶材料的不稳定性，使非晶硅太阳能电池的转换效率存在严重的光致衰退效应，这个问题至今尚未解决。微晶硅可以在接近室温的低温下制造，特别是使用大量氢气稀释的硅烷，可以生成晶粒尺寸10nm的微晶硅薄膜。到上世纪90年代中期，微晶硅的效率已经超过非晶硅，达到10％以上。而且，没有出现光致衰退效应。微晶硅薄膜太阳能电池的微晶硅薄膜厚度一般在2-3μm，现在单结微晶硅薄膜太阳能电池的转换效率在10％左右，还达不到大规模工业化生产的转换效率水平。但是，以非晶硅太阳能电池为顶层、微晶硅太阳能电池为底层来开发出叠层太阳能电池，其理论转换效率则可达到50％。目前，微晶硅(Eg＝1.1eV)和非晶硅(Eg＝1.7eV)的叠层太阳能电池转换效率已经达到14％，显示出良好的应用前景。

如图1所示，其中示出一种传统的单结非晶硅薄膜太阳能电池的层结构。该非晶硅薄膜太阳能电池是在透明基板1(主要是玻璃)上依次沉积、溅射受光面电极2、光电转换层3、衬面电极4而形成。作为透明基板1，可采用玻璃板、透明树脂膜等。受光面电极2由例如ITO(锢锡氧化物)等透明导电性氧化物构成。从受光面电极2侧开始，光电转换层3具有p型非晶硅层、i型非晶硅层及n型非晶硅层的层积结构。衬面电极4由例如银、铝、钛、铜等金属材料和ITO、SnO等金属氧化物的层积膜构成。光线从透明基板1侧透过并在光电转换层2转换为电能从电极2和4导出。

为了增加光电转换效率，将非晶硅作为第一光电转换层、微晶硅作为第二光电转换层来形成叠层太阳能电池。

如图2所示，其中示出一种传统的双结非晶微晶硅薄膜太阳能电池的层结构。该非晶微晶硅薄膜太阳能电池是在透明基板21(玻璃或聚合物薄膜)上依次沉积、溅射受光面电极22、第一光电转换层23、第二光电转换层24、衬面电极25而形成。从受光面电极22侧开始，第一光电转换层23具有p型非晶硅层、i型非晶硅层及n型非晶硅层的层积结构，以及第二光电转换层24具有p型微晶硅层、i型微晶硅层及n型微晶硅层的层积结构。衬面电极4由例如银、铝、钛、铜等金属材料和ITO、SnO等金属氧化物的层积膜构成。光线从透明基板21侧透过并在第一光电转换层23和第二光电转换层24转换为电能从电极22和25导出。由于非晶硅光电转换层与微晶硅光电转换层具有不同光吸收和光电转换性能，因此非晶微晶硅叠层太阳能电池板可以提高光电转换效率。

还可以将玻璃基板作为背光衬底，并在该衬底上依次形成绒面底电极、光电转换层和透明电极。在工作时，光从透明电极入射。

如图3所示，其中示出一种传统的双结非晶微晶硅薄膜太阳能电池的层结构。该非晶微晶硅薄膜太阳能电池是在衬底35(玻璃或聚合物薄膜)上依次沉积、溅射衬面电极34、第二光电转换层33、第一光电转换层32、透明的受光面电极31而形成。从受光面电极31侧开始，第一光电转换层32具有p型非晶硅层、i型非晶硅层及n型非晶硅层的层积结构，以及第二光电转换层33具有p型微晶硅层、i型微晶硅层及n型微晶硅层的层积结构。衬面电极34由例如银、铝、钛、铜等金属材料和ITO、SnO等金属氧化物的层积膜构成。光线从受光面电极31侧透过并在第一光电转换层32和第二光电转换层33转换为电能从电极31和34导出。