[发明专利]一种具有量子点结构的柔性薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池制造技术领域，具体涉及一种基于柔性衬底的薄膜太阳电池及其制造方法。

背景技术

柔性衬底薄膜太阳能电池是指在柔性材料(如不锈钢、聚合物)上制作的太阳能电池，是目前最具有核心竞争力的太阳能电池。目前已经商业化应用的薄膜太阳以基于玻璃衬底的非晶硅薄膜太阳能电池为主，其制作原理为：使用硅烷(SiH₄)等离子体分解法，通过在硅烷掺杂乙硼烷(B₂H₆)和磷化氢(PH₃)等气体，在低成本基板上(玻璃、不锈钢)低温成膜，形成具备光伏功能的P-I-N(单结或叠层)结构，最后引入电极，切片，封装。

目前，技术相对成熟的薄膜太阳电池多是基于硅材料，对于P-I-N结构的薄膜太阳电池中的本征I层一般采用非晶硅。非晶硅(a-Si)又称无定型硅，就其微观结构来看，是长程无序而短程有序的连续无规则网络结构，包含有大量的悬挂键、空位等缺陷。由于非晶硅的光学禁带宽度在1.7eV左右，对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，使其光电转换效率较低，又本征非晶硅材料存在明显的光致衰退(S-W)效应，致使太阳电池的光致性能衰减较快性能稳定性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性薄膜太阳电池及其制备方法，提高了薄膜太阳能电池的柔软性、稳定性及光电转化效率。

一种具有量子点结构的柔性薄膜太阳能电池，从下往上依次包括柔性衬底、SiN薄膜绝缘层、ZnO薄膜缓冲层、Al背电极、NIP型薄膜、AZO薄膜和Al前电极，其中NIP型薄膜中的N层为微晶硅薄膜，I层为含量子点氮化硅薄膜，P层为非晶碳化硅薄膜。

一种具有量子点结构的柔性薄膜太阳能电池的制备方法，在柔性衬底上依次制备SiN薄膜绝缘层、ZnO薄膜缓冲层、Al背电极、NIP型薄膜、AZO薄膜和Al前电极，其中NIP型薄膜中的N层为微晶硅薄膜，I层为含量子点氮化硅薄膜，P层为非晶碳化硅薄膜。

进一步地，所述SiN薄膜绝缘层在真空条件下采用等离子增强化学气相沉积法制备，工艺参数取值范围为：NH₃的流量40～60sccm，SiH₄气体流量60～80sccm，基片温度200～240℃，等离子体的射频功率80～150W，腔体工作压强90～140Pa沉积时间30～40分钟。

进一步地，所述ZnO薄膜缓冲层采用磁控溅射制备，工艺参数取值范围为：衬底温度200～300℃，氩氧比15∶1～35∶1，本底真空度10^-3～10^-4Pa，溅射功率80～150W，溅射气压0.6～1Pa，溅射时间1～2小时。

进一步地，所述Al背电极采用真空蒸镀制备，工艺参数取值范围为：本底真空度10^-3～10^-4Pa，沉积时间1～3分钟，电压为150～220V。

进一步地，所述NIP型薄膜采用等离子增强化学气相沉积法制备，具体为：

(1)在ZnO薄膜缓冲层上制备N型微晶硅薄膜，其中通入的各气体流量为：PH₃：20～40sccm，SiH₄：10～15sccm，等离子体的射频功率80～150W，沉积温度180～240℃，沉积气压80～140Pa，沉积时间1～2分钟；

(2)在N型微晶硅薄膜上制备含量子点I型氮化硅薄膜，通入的气体流量NH₃：40～60sccm，SiH₄：60～80sccm，基片温度200～240℃，等离子体的射频功率80～150W，腔体压强80～140Pa沉积时间为：20～30分钟；

(3)在I型氮化硅薄膜上制备P型非晶碳化硅薄膜，其中通入的各气体流量为：B₂H₆：20～30sccm，，CH₄：30～40sccm，SiH₄：40～60sccm，等离子体的射频功率80～150W，沉积温度180～240℃，沉积气压80～140Pa，沉积时间30秒～1分钟。

进一步地，所述AZO薄膜采用磁控溅射法制备，工艺参数取值范围为：衬底温度200～300℃，氩氧比15∶1～35∶1，采用的靶材是纯度为99.999％的氧化锌和氧化铝，其中氧化铝的重量比为2％～3％，本底真空度10^-3～10^-4Pa，溅射功率80～150W，溅射气压0.6～1Pa，溅射时间1～2小时。