專利名稱：一種高效柱狀薄膜太陽(yáng)能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜太陽(yáng)能電池，特別是一種金屬與半導(dǎo)體接觸形成肖特基結(jié)構(gòu) 的高效柱狀薄膜太陽(yáng)能電池。
背景技術(shù)：
目前基于晶體硅的電池組件市場(chǎng)占有率約達(dá)90%，基本上占了太陽(yáng)能電池的絕大 部份，但是，晶體硅電池本身生產(chǎn)成本較高，組件價(jià)格居高不下，這為薄膜硅太陽(yáng)能電池的 發(fā)展創(chuàng)造了機(jī)遇。現(xiàn)在市面上常見(jiàn)的薄膜太陽(yáng)能電池有硅基薄膜太陽(yáng)能電池，CIGS，CdTe, 染料敏太陽(yáng)能電池，但是這些電池都或多或少的存在一些不足，要么轉(zhuǎn)化效率低要，要么有 制程復(fù)雜，要么材料稀有，都或多或少地存在一些瓶頸，使得薄膜太陽(yáng)能電池?zé)o法在太陽(yáng)能 電池占據(jù)一定的份額。因此有必要對(duì)薄膜太陽(yáng)能電池進(jìn)行深入研究，通過(guò)各種技術(shù)來(lái)降低薄膜太陽(yáng)能電 池的發(fā)電成本，使薄膜太陽(yáng)能電池在太陽(yáng)能發(fā)電中占據(jù)一席之地。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高效柱 狀薄膜太陽(yáng)能電池及其制備方法。技術(shù)方案本發(fā)明公開(kāi)了一種高效柱狀薄膜太陽(yáng)能電池，包括襯底，襯底上為T(mén)C0 薄膜層構(gòu)成背電極，第一 TC0薄膜層上為二氧化硅填充層，二氧化硅填充層內(nèi)間隔設(shè)置柱 狀金屬層，金屬層上為柱狀半導(dǎo)體層，所述金屬層和半導(dǎo)體構(gòu)成肖特基接觸層，所述二氧化 硅填充層高度大于金屬層高度，小于等于柱狀金屬層和半導(dǎo)體層總高度；二氧化硅層上為 第二 TC0薄膜層構(gòu)成前電極。本發(fā)明中，所述襯底材質(zhì)為玻璃、石英、塑料或者柔性襯底不銹鋼中的任意一個(gè)。本發(fā)明中，所述第一 TC0薄膜層采用ZA0薄膜，厚度為500 900nm。本發(fā)明中，所述金屬層材質(zhì)為鋁、鎳、鉛、金或銅，厚度為20 lOOnm。本發(fā)明中，所述第二厚度TC0薄膜層厚度為lOOnm 500nm。本發(fā)明中，所述半導(dǎo)體層為多晶硅半導(dǎo)體層，厚度為0.5 lum。本發(fā)明中，所述二氧化硅層厚度為0. 5 1. lum。本發(fā)明中，所述半導(dǎo)體層材質(zhì)為GaAs。本發(fā)明還公開(kāi)了制備高效柱狀薄膜太陽(yáng)能電池的方法，包括如下步驟步驟一，在襯底上采用磁控濺射鍍上TC0薄膜層，靶材為ZA0靶材，厚度為500 900nm，濺射電源為0. 2kV lkV，水平場(chǎng)為2X 1(T2 5X 1(T2T ；步驟二，采用半導(dǎo)體光刻技術(shù)進(jìn)行光刻、涂膠、曝光、熱固膠、顯影，制做窗口 ；步驟三，在TC0薄膜層上生長(zhǎng)鋁層，厚度為20 lOOnm ；步驟四，在鋁層上摻雜N型非晶硅，在500°C條件下退火1小時(shí) 6小時(shí)，使非晶硅 層轉(zhuǎn)化為多晶硅半導(dǎo)體層，形成肖特基柱狀結(jié)構(gòu)；
步驟五，二次曝光，曝光圖形步驟二中曝光圖形相反；步驟六，在多晶硅半導(dǎo)體層上沉積二氧化硅，二氧化硅層厚度大于鋁層厚度，小于 鋁層和多晶硅半導(dǎo)體層厚度之和；步驟七，去除光刻膠，制做前電極，濺射ZA0薄膜層，所述ZA0薄膜層厚度為 lOOnm 500nmo本發(fā)明在襯底上此襯底有多種選擇，采用濺射技術(shù)鍍上一層TC0層，接著在其上 利用光刻技術(shù)曝光出圖形在其上濺射金屬層，接著沉積上一層非晶硅層，利用激光技術(shù)誘 導(dǎo)非晶變多晶，二次曝光在原來(lái)未曝光的地方沉積上一層二氧化硅其厚度大于金屬層厚 度，小于金屬加多晶硅層厚度，起透明絕緣作用，接著再制做背電極，背電極的制做方法參 照現(xiàn)在的薄膜電池制做背電極技術(shù)。本發(fā)明中金屬層和半導(dǎo)體層構(gòu)成的太陽(yáng)光吸收層是太陽(yáng)能電池的最關(guān)鍵層，采用 金屬透導(dǎo)，激光技術(shù)，光刻技術(shù)形成肖特基結(jié)構(gòu)，構(gòu)成最基本的偏壓結(jié)，也是吸收太陽(yáng)能主 要部位，二氧化硅層起隔離絕緣和透光的作用，主要優(yōu)點(diǎn)是用料少，吸光充分，轉(zhuǎn)化率高，缺 陷少無(wú)衰減現(xiàn)象。有益效果本發(fā)明所述高效柱狀薄膜太陽(yáng)能電池與以前的太陽(yáng)能電池最大的不 同是其不用激光劃線把其分為一個(gè)個(gè)小電池，本發(fā)明所述薄膜太陽(yáng)能電池，由于結(jié)構(gòu)的特 殊性，不存在電池尺寸效應(yīng)，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池，其本身就是由各個(gè)柱狀小電池組 成，而這種柱狀結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池不僅使制程無(wú)需激光劃線，其吸光效率也明顯增加，載流 子壽命增加，相對(duì)的這種太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率較之前的薄膜太陽(yáng)能電池具有較高的光電 轉(zhuǎn)化效率，轉(zhuǎn)化效率較之前的薄膜太陽(yáng)能電池具有較高的光電轉(zhuǎn)化效率，具有成本低，無(wú) 毒，無(wú)污染等特性。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的具體說(shuō)明，本發(fā)明的上述和 /或其他方面的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚。圖la至圖le為本發(fā)明中的流程圖。圖2為本發(fā)明所公開(kāi)的新型柱狀太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)圖。圖3為本發(fā)明所公開(kāi)的新型柱狀太陽(yáng)能電池的電路圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例下面對(duì)照附圖la le詳細(xì)說(shuō)明此薄膜太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)和優(yōu)選技術(shù)，本發(fā)明所 用襯底如圖la所示，可以是玻璃、石英、塑料、柔性襯底不銹鋼等。本實(shí)施例采用玻璃，由 于玻璃上鍍膜，光刻技術(shù)更為成熟，接著采用PVD方式鍍一層TC0薄膜層，所述TC0薄膜層 最好使用ZA0薄膜，原因是ZA0抗等離子H的能力好，且可調(diào)節(jié)性好，對(duì)與下面的工藝匹配 性較好，本實(shí)施例采用磁控濺射方式，濺射電源為0. 2kV lkV之間，水平場(chǎng)在2*10_2 5*10_2T，靶材為ZA0靶材，鍍完后其效果圖如圖lb。接著使用光刻技術(shù)，精度要求不高，制 作所需要的窗口。由于本實(shí)施例所要求的精度不高，只需要制作本實(shí)施例所需要的窗口既 可，而其窗口大小需根據(jù)光照強(qiáng)度確定，所以本實(shí)施例是很容易實(shí)現(xiàn)而且設(shè)備不貴，光刻曝 光完之后，采用濺射方式濺射出一層金屬層，此層金屬可以是鋁、鎳、鉛、金或銅等，本實(shí)施
4例使用鋁，由于鋁偏宜，可以與較多半導(dǎo)體形成肖特基接觸。濺射完鋁后使用PECVD鍍上一 層非晶半導(dǎo)體層，由于直接長(zhǎng)多晶不好長(zhǎng)，速度太慢難以產(chǎn)業(yè)化，而且條件苛刻，所以本實(shí) 施例采用先鍍非晶硅層再通過(guò)金屬誘導(dǎo)技術(shù)使非晶硅轉(zhuǎn)多晶硅半導(dǎo)體層，可以采用兩種方 式一種是鍍完非晶膜之后在500°C退火一個(gè)小時(shí)左右，之后非晶既轉(zhuǎn)為多晶，另外可以用以 激光形式，在鍍完非晶膜之后采用激光照射窗口位置，可以使非晶轉(zhuǎn)化成多晶，完成這一功 能轉(zhuǎn)換之后，去除光刻膠，其效果圖如圖lc所示。接著通過(guò)二次曝光在原來(lái)不是窗口的地 方制作窗口，采用PECVD方式鍍上一層二氧化硅，此二氧化硅的厚度必須大于金屬層厚度 起絕緣透光功能，建議略小于金屬加半導(dǎo)體層厚度，完成后其效果圖如圖Id所示，再接著 采用PVD方式鍍上一層TC0薄膜層，完成背電極的制做，本實(shí)施例的工藝完全可以采用現(xiàn)在 成熟的磁控濺射工藝技術(shù)，完成之后其效果圖如圖le所示。本發(fā)明所述的高效柱狀太陽(yáng)能電池其結(jié)構(gòu)如圖2所示，下面按照具體制程來(lái)說(shuō) 明1、準(zhǔn)備一塊超白玻璃1，要求具有較好的透光率。2、采用磁控濺射方式鍍上一層TC0薄膜層2，靶材為ZA0靶材，厚度在500 900nm 之間，濺射電源為0. 2kV lkV之間，水平場(chǎng)在2*1(T2 5*10_2T。3、采用半導(dǎo)體光刻技術(shù)進(jìn)行一次光刻，涂膠，曝光，熱固膠，顯影，則完成窗口制 做，該步驟可以采用常規(guī)技術(shù)，且非本發(fā)明創(chuàng)造點(diǎn)所在；4、PVD濺射鋁層6，厚度為20 lOOnm之間，靶材為鋁耙，本實(shí)施選擇60nm ；后再 用PECVD方式鍍上一層非晶硅，在反應(yīng)室內(nèi)通入0. 5 lml/min的磷烷以實(shí)現(xiàn)鍍出來(lái)的非 晶硅是低摻雜N型非晶硅，其厚度在0. 5 lum，本實(shí)施選擇0. Sum。5、在500°C條件下退火lh 6h，使得非晶硅轉(zhuǎn)為多晶硅半導(dǎo)體層5，形成肖特基柱 狀結(jié)構(gòu)。6、二次曝光，其曝光圖形與一次曝光圖形相反，該步驟可以采用常規(guī)技術(shù)，且非本 發(fā)明創(chuàng)造點(diǎn)所在；曝光完成后，采用PECVD沉積一層二氧化硅3，其厚度在0. 5 1. lum之 間，既大于金屬層厚度，同時(shí)小于等于金屬層和多晶硅半導(dǎo)體層之和，本實(shí)施例選擇0. Sum。7、去除光刻膠，接著制做前電極，使用PVD濺射ZA0薄膜4，該層厚度在lOOnm 500nm之間，該步驟可以采用本領(lǐng)域通用的常規(guī)技術(shù)，且非本發(fā)明創(chuàng)造點(diǎn)所在。8、完成后其電路圖如圖3所示，此電池具有短路電流大，弱光響應(yīng)好，受光面積 大，其柱狀面積大小需根據(jù)光照強(qiáng)度進(jìn)行合格的設(shè)計(jì)。本發(fā)明巧秒地結(jié)合金屬誘導(dǎo)技術(shù)，激光技術(shù)，半導(dǎo)體技術(shù)，柱狀結(jié)構(gòu)，構(gòu)成一種新 型的薄膜太陽(yáng)能電池，具有用料少，成本底，轉(zhuǎn)化效率高，無(wú)毒無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)，其特征在于， 襯底，TC0層，肖特基結(jié)構(gòu)，柱狀結(jié)構(gòu)，二氧化硅透明絕緣層，背電極印刷技術(shù)。本發(fā)明選用肖特基結(jié)構(gòu)金屬層5和半導(dǎo)體層6構(gòu)成的結(jié)，既特定金屬與半導(dǎo)體接 觸所產(chǎn)生的勢(shì)壘效果，而且金屬層可以誘導(dǎo)非晶硅轉(zhuǎn)化為多晶硅，所述金屬層材質(zhì)可以是 鋁，鎳，鉛，金，銅等，半導(dǎo)體材料可以是硅系半導(dǎo)體，化合物半導(dǎo)體如GaAs，有機(jī)半導(dǎo)體等。本發(fā)明選用柱狀結(jié)構(gòu)，每?jī)蓚€(gè)柱狀結(jié)之間填滿透明絕緣材料如Si02層結(jié)構(gòu)，此層 最主是要利用金屬誘導(dǎo)技術(shù)，與傳統(tǒng)金屬誘導(dǎo)技術(shù)不太一樣是既可以使用退火形式也可以 采用激光激發(fā)，使非晶硅轉(zhuǎn)成多晶硅。本發(fā)明提供了一種高效柱狀薄膜太陽(yáng)能電池及其制備方法的思路，具體實(shí)現(xiàn)該技術(shù)方案的方法和途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些 改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù) 加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
一種高效柱狀薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，包括襯底，襯底上為T(mén)CO薄膜層構(gòu)成背電極，第一TCO薄膜層上為二氧化硅填充層，二氧化硅填充層內(nèi)間隔設(shè)置柱狀金屬層，金屬層上為柱狀半導(dǎo)體層，所述金屬層和半導(dǎo)體構(gòu)成肖特基接觸層，所述二氧化硅填充層高度大于金屬層高度，小于等于柱狀金屬層和半導(dǎo)體層總高度；二氧化硅層上為第二TCO薄膜層構(gòu)成前電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效柱狀薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述襯底材質(zhì) 為玻璃、石英、塑料或者柔性襯底不銹鋼中的任意一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效柱狀薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述第一TCO薄 膜層采用ZAO薄膜，厚度為500 900nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效柱狀薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述金屬層材 質(zhì)為鋁、鎳、鉛、金或銅，厚度為20 lOOnm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效柱狀薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述第二厚度 TCO薄膜層厚度為IOOnm 500nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效柱狀薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述半導(dǎo)體層 為多晶硅半導(dǎo)體層，厚度為0. 5 lum。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效柱狀薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述二氧化硅 層厚度為0. 5 1. lum。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效柱狀薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述半導(dǎo)體層 材質(zhì)為GaAs。
9.一種制備權(quán)利要求1所述高效柱狀薄膜太陽(yáng)能電池的方法，其特征在于，包括如下 步驟步驟一，在襯底上采用磁控濺射鍍上TCO薄膜層，靶材為ZAO靶材，厚度為500 900nm，濺射電源為0. 2kV lkV，水平場(chǎng)為2 X IO"2 5 X ICT2T ；步驟二，采用半導(dǎo)體光刻技術(shù)進(jìn)行光刻、涂膠、曝光、熱固膠、顯影，制做窗口 ；步驟三，在TCO薄膜層上生長(zhǎng)鋁層，厚度為20 IOOnm ；步驟四，在鋁層上摻雜N型非晶硅，在500°C條件下退火1小時(shí) 6小時(shí)，使非晶硅層轉(zhuǎn) 化為多晶硅半導(dǎo)體層；步驟五，二次曝光，曝光圖形步驟二中曝光圖形相反；步驟六，在多晶硅半導(dǎo)體層上沉積二氧化硅，二氧化硅層厚度大于鋁層厚度，小于鋁層 和多晶硅半導(dǎo)體層厚度之和；步驟七，去除光刻膠，制做前電極，濺射ZAO薄膜層，所述ZAO薄膜層厚度為IOOnm 500nmo
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高效柱狀薄膜太陽(yáng)能電池，包括襯底，襯底上為T(mén)CO薄膜層，第一TCO薄膜層上為二氧化硅填充層，二氧化硅填充層內(nèi)間隔設(shè)置柱狀金屬層，金屬層上為柱狀半導(dǎo)體層，所述金屬層和半導(dǎo)體構(gòu)成肖特基接觸層，所述二氧化硅填充層高度大于金屬層高度，小于等于柱狀金屬層和半導(dǎo)體層總高度；二氧化硅層上為第二TCO薄膜層。本發(fā)明還公開(kāi)了其制備方法，包括采用濺射技術(shù)在襯底上鍍上TCO層，在其上濺射金屬層，沉積非晶硅層，誘導(dǎo)非晶硅變多晶硅，沉積上二氧化硅層，再制做背電極。本發(fā)明較之前的薄膜太陽(yáng)能電池具有較高的光電轉(zhuǎn)化效率，具有成本低，無(wú)毒，無(wú)污染等特性。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101866966SQ200910264859
公開(kāi)日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2009年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者張宏勇, 鄒福松, 鄭振生 申請(qǐng)人:江蘇華創(chuàng)光電科技有限公司