[发明专利]一种p型非晶硅碳-纳米颗粒硅多量子阱窗口层材料

说明书

【技术领域】

本发明属于硅基薄膜太阳电池领域，特别是一种p型非晶硅碳-纳米颗粒硅多量子阱窗口层材料。

【技术背景】

硅基薄膜太阳电池因其使用的半导体材料硅储量丰富、无毒并且无污染，是人们研究最多、技术最成熟的。而其中硅基薄膜太阳电池由于产业链短、制造成本低、耗能低、制造过程无污染成为未来太阳电池发展的重要方向。

p型掺杂层作为硅基薄膜电池的窗口层，与n型掺杂层共同形成硅基薄膜电池的内建电场。对p型窗口层的要求是高电导率、低激活能和宽带隙，其中高电导率、低激活能可以增强内建电场并降低p型窗口层和前电极的接触电阻，宽带隙可以减少p型窗口层的光吸收损失，提高电池在短波段的光电响应。目前，在硅基薄膜电池研究中广泛使用p型非晶硅碳作为窗口层材料，通过碳与硅的合金效应使材料带隙展宽。然而，随着非晶硅碳薄膜中碳含量以及带隙的增加，会导致掺杂效率降低、电导率下降；另一方面，通过增加气相掺杂浓度可以提高p型非晶硅碳材料的电导率，而此时材料的结构有序度严重下降，引起带隙降低。总之，传统p型非晶硅碳材料的带隙、碳含量、电导率、掺杂浓度等因素相互制约，使其宽带隙、高电导率性能不易同时获得，最终影响了太阳电池整体性能的提高。

因此，开发出具有高电导率的宽带隙p型窗口层材料，成为进一步提高硅基薄膜太阳电池效率的关键。

【发明内容】

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种p型非晶硅碳-纳米颗粒硅多量子阱窗口层材料，该材料同时具有硅碳合金材料的宽带隙特征和纳米硅材料的高电导率特征，该新型窗口层能够提高硅基薄膜太阳电池的开路电压，并且可以拓展短波区域的太阳电池光谱响应，从而提高太阳电池的光电效率。

本发明的技术方案：

一种p型非晶硅碳-纳米颗粒硅多量子阱窗口层材料，是采用层递式沉积方法制备的由宽带隙非晶硅碳薄膜和窄带隙p型纳米颗粒硅薄膜交替生长的多层材料，非晶硅碳薄膜的厚度为2-8nm，该薄膜中碳含量为30-100%，然后是一层p型纳米颗粒硅薄膜，该薄膜厚度为2-8nm，薄膜内部硅结晶形态为颗粒状，结晶成分占全部材料的体积百分比为70-100%；如此循环沉积多次，直至形成总厚度为20-50nm的p型非晶硅碳-纳米颗粒硅多量子阱材料。

所述p型纳米颗粒硅薄膜的制备工艺为：反应温度50-110℃，反应气源为硅烷、硼烷和氢气的混合气体，其中氢气占气体体积流量的百分比不低于99%，辉光功率密度为0.5-1W/cm²，等离子体处于γ-regime状态。

一种所述p型非晶硅碳-纳米颗粒硅多量子阱窗口层材料的应用，用于硅基薄膜太阳电池，当采用玻璃或透明塑料为衬底时，该硅基薄膜太阳电池由玻璃或透明塑料衬底、前电极、p型非晶硅碳-纳米颗粒硅多量子阱窗口层、本征吸收层、n型掺杂层和背电极依次叠加构成，当采用不锈钢或不透明塑料为衬底时，该硅基薄膜太阳电池由背电极、n型掺杂层、本征吸收层、p型非晶硅碳-纳米颗粒硅多量子阱窗口层和前电极依次叠加构成。

所述本征吸收层材料为非晶硅、非晶硅锗、非晶硅氧、非晶硅碳、微晶硅或微晶硅锗；所述n型掺杂层材料为n型非晶硅、n型微晶硅、n型非晶硅氧或n型微晶硅氧。

本发明的工作原理：