[发明专利]一种基于柔性基底的多晶硅薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于柔性基底的多晶硅薄膜太阳能电池及其制备方法，属于半导体制造技术领域。

背景技术

近几年来，作为未来新能源利用方式之一的光伏电池已被广泛应用于日常生产生活。晶硅太阳能电池效率较高且稳定，因此晶硅电池占有很大的市场比例，然而高质量硅片制备成本高，且质量大及易碎性又加大了其运输成本与安装难度；非晶硅薄膜电池所用材料较少，成本较低，但效率仍旧不高，同时具有效率衰减现象；多晶硅薄膜电池兼具非晶硅电池与晶硅电池的优点，没有明显的效率衰减现象，成本又较低，因此受到人们的关注。传统制备多晶硅薄膜的方法包括直接法和间接法，直接法包括高温化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、热丝化学气相沉积(HWCVD)等；间接法又称再结晶法，包括区熔再结晶、金属诱导晶化、激光退火、闪光灯退火、快速光热退火等。

据专利和文献报道，目前的多晶硅薄膜太阳能电池一般是基于低品质硅片、陶瓷、玻璃等硬质基底，硬质基底又可分为耐高温基底和不耐高温基底，对于硅片、陶瓷等耐高温基底，生长多晶硅薄膜比较容易，主要原因是高温提供了硅薄膜结晶的驱动力，一般采用CVD法即可制备；对于玻璃等耐中温基底，一般的CVD法很难得到大晶粒的薄膜，而间接法更为适宜，文献报道较多的是采用铝诱导晶化、激光退火等：铝诱导晶化的优势在于可在600℃以下使硅发生晶化，缺点是容易引进铝金属元素，致使电池效率降低；激光退火的方法可使材料在表面产生高温，由于退火时间很短，热量来不及传致基底，避免了基底因加热而导致变形及膨胀现象的发生，缺点是激光光斑很小，很难用以制备大面积器件，及实现产业化应用。硬质基底的另一个缺点是质量大、不易随形，对安装环境要求苛刻等。

柔性基底具有重量轻、易于携带与运输，可采用卷对卷工艺进行连续制备，易于规模化生产，并可应用于弯曲表面等优势，因此被认为是未来晶硅电池的首选替代者。文献和专利对基于柔性基底的多晶硅太阳能电池鲜有报道，主要原因是一般柔性基底耐高温性较差、热膨胀系数也较大，这些都加大了多晶硅薄膜的制备难度。

发明内容

针对现有技术中柔性基底耐高温性能差、热膨胀系数大的特点，本发明的目的在于提供一种基于柔性基底的多晶硅薄膜太阳能电池。

本发明的另一目的在于提供一种所述基于柔性基底的多晶硅薄膜太阳能电池的制备方法，成功地在柔性基底上制备出一种多晶硅薄膜太阳能电池。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于柔性基底的多晶硅薄膜太阳能电池，包括依次制备在柔性基底上的电极一、p型或n型多晶硅薄膜、本征非晶硅薄膜、n型或p型非晶硅薄膜和电极二；其中，电极一和电极二分别为正极或负极。

在本发明中，柔性基底表面具有表面修饰层，起到使基底与膜系热膨胀系数匹配，阻挡元素扩散，减小衬底表面粗糙度等作用。表面修饰层优选材料为SiO₂和Si₃N₄，优选厚度≥2μm。

在本发明中，p型或n型多晶硅薄膜的厚度≥10μm；本征非晶硅薄膜的厚度为10nm；n型或p型非晶硅薄膜的厚度为10nm，其暗电导率不小于10^-5(Ω·cm)^-1量级。

在本发明中，电极一或电极二的为导电氧化物薄膜或金属薄膜；导电氧化物薄膜的材料优选为掺铟氧化锡(ITO)或掺铝氧化锌(AZO)，金属薄膜的材料优选为银或铝。要求作为电极用的导电氧化物薄膜和金属薄膜在可见光范围内平均透过率不小于70％，电阻率不大于10^-3Ω·cm量级。

在本发明中，作为柔性基底可以选择金属薄片或有机材质的可弯曲的柔性基底。在柔性基底的表面还可以覆有表面修饰层，如元素扩散阻挡层、表面平滑层、结合力增强层等，要求这些基底表面修饰层与基底接触性良好，在器件制备过程中不起皮，不脱落。

本发明基于柔性基底的多晶硅薄膜太阳能电池的制备方法包括以下步骤：

(1)选择柔性基底并进行表面清洗处理；

(2)制备电极一；

(3)采用PECVD或HWCVD技术在电极一上制备p型或n型非晶硅层，然后采用闪光灯退火法使其晶化为多晶硅薄膜；

(4)采用PECVD或HWCVD技术在p型或n型多晶硅薄膜上制备本征非晶硅薄膜；

(5)采用PECVD或HWCVD技术在本征非晶硅薄膜上制备n型或p型非晶硅薄膜；

(6)制备电极二。