[发明专利]飞秒激光刻蚀增强非晶硅薄膜太阳能电池性能的方法

摘要

一种飞秒激光刻蚀增强非晶硅薄膜太阳能电池性能的方法，将p‑i‑n结构非晶硅薄膜太阳能电池，固定于飞秒激光微纳加工平台，飞秒激光脉冲经10倍物镜的显微镜系统垂直入射，聚焦在薄膜太阳能电池n型非晶硅膜表面上；线偏振飞秒激光脉冲将对非晶硅薄膜太阳能电池n型非晶硅膜表面上进行绒化处理，得到高效的p‑i‑n结构非晶硅薄膜太阳能电池。优点是：工艺简单，成本低廉，光电转换性能提高显著，得到的太阳能电池光电转换效率达到14.9％，是未经处理非晶硅薄膜太阳能电池转换效率的2倍。

主权项

1.一种飞秒激光刻蚀增强非晶硅薄膜太阳能电池性能的方法，其特征是：具体步骤如下：（1）制备p‑i‑n结构非晶硅薄膜太阳能电池1.1、制备TCO层将In2O3‑SnO2陶瓷靶放置于磁控溅射镀膜系统内，将清洗干净的玻璃基底水平放置于衬底座的中心位置，封闭反应室，进行溅射镀膜；其中，溅射腔的真空度为10‑2 Pa ，通入纯度为99.99 %的氩气作为反应气体，氩气流速为15.3 sccm，衬底温度为300℃，溅射功率为600 W，In2O3‑SnO2陶瓷靶溅射电压为‑110 V，溅射时间为20分钟，沉积速率10 nm/min；在玻璃基底一侧溅射厚度为200 nm由SnO2构成的TCO层；1.2、制备p型非晶硅半导体将表面沉积TCO导电层的玻璃基底水平放置于磁控溅射镀膜系统衬底座的中心位置，封闭反应室，进行增强化学气相沉积；其中，反应室真空度为10‑5 Pa，衬底温度为250℃，向反应室内通入SiH4、B2H6和H2，SiH4、B2H6和H2的流速分别为6 sccm、4 sccm和20 sccm，沉积时气压控制在80 Pa，射频功率为160 W，溅射时间为15分钟，沉积速率40 nm/min；在TCO层上面沉积厚度为600 nm的p型非晶硅半导体；1.3、制备i型非晶硅半导体将最上表面沉积p型非晶硅半导体玻璃基底水平放置于磁控溅射镀膜系统衬底座的中心位置，封闭反应室；其中，反应室真空度为10‑5 Pa，衬底温度为350℃，向反应室内通入SiH4和H2，SiH4和H2的流速分别为6 sccm和24 sccm，沉积时气压控制在80 Pa，射频功率为160 W，溅射时间为15分钟，沉积速率40 nm/min；在p型非晶硅半导体层上面，沉积厚度为600 nm的i型非晶硅半导体；1.4、制备n型非晶硅半导体将最上表面沉积i型非晶硅半导体玻璃基底水平放置于磁控溅射镀膜系统衬底座的中心位置，封闭反应室；其中，反应室真空度为10‑5 Pa，衬底温度为300℃；通入SiH4、PH3和H2，SiH4、PH3和H2的流速分别为6 sccm、4 sccm和20 sccm，沉积时气压控制在80 Pa，射频功率为160 W，溅射时间为15分钟，沉积速率40 nm/min；在i型非晶硅半导体层上面，沉积厚度为600 nm的n型非晶硅半导体；1.5、制作铝电极通过真空蒸镀的方式，在制备的p‑i‑n结构非晶硅薄膜太阳能电池顶部，制作铝电极，得到p‑i‑n结构非晶硅薄膜太阳能电池；（2）将p‑i‑n结构非晶硅薄膜太阳能电池，固定于飞秒激光微纳加工平台，飞秒激光脉冲经10倍物镜的显微镜系统垂直入射，飞秒激光脉冲经10倍物镜的数值孔径为0.25，聚焦在薄膜太阳能电池n型非晶硅膜表面上，飞秒激光微纳加工平台，移动速率为1 mm/s恒速移动，平台电机步进精度为0.1 µm；设置飞秒激光脉冲能量密度为0.75 J/cm2和激光脉冲刻蚀周期间隔为15μm，线偏振飞秒激光脉冲对非晶硅薄膜太阳能电池n型非晶硅膜表面上进行绒化处理，得到光电转换效率为14.9%的高效p‑i‑n结构非晶硅薄膜太阳能电池。