專利名稱：一種非晶硅薄膜太陽電池膜系和薄膜太陽電池以及薄膜太陽電池的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非晶硅薄膜太陽電池膜系和薄膜太陽電池，同時(shí)涉及一種薄膜太
陽電池的制造方法，屬于光伏太陽電池技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著能源在世界范圍內(nèi)的緊張和短缺，人們對(duì)開發(fā)新能源的重視程度日益提高， 尤其是以太陽能為首的綠色能源的開發(fā)和利用日趨重視。太陽能以其無污染、無地域性限 制和全天候利用等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)而受到廣泛關(guān)注和青睞。 基于成熟度、可靠性、低成本，易于與其他薄膜光伏材料結(jié)合使用，以及具有能配 合設(shè)計(jì)、制備方法進(jìn)步而改良工藝技術(shù)的特性，薄膜太陽電池的薄膜光伏模組制備技術(shù)成 為最具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N太陽能電池產(chǎn)業(yè)。但是，目前的薄膜光伏模組普遍存在光電轉(zhuǎn)換率 低的問題，至今仍在6%左右，制約了薄膜太陽電池的應(yīng)用和發(fā)展。其中，薄膜太陽電池的膜 系結(jié)構(gòu)是影響薄膜光伏模組光電轉(zhuǎn)換率的關(guān)鍵因素之一。因懸浮鍵而造成的尾帶能階與帶 系間的缺陷形成載子的再結(jié)合中心，電場(chǎng)的非均勻性存在于非晶硅的i層中，需要一個(gè)增 強(qiáng)電場(chǎng)穿過非晶硅膜系以提高載子的漂移速度，從而提高其光電轉(zhuǎn)換效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種非晶硅薄膜太陽電池膜系，本發(fā)明的目的還在于提供一
種薄膜太陽電池，同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種薄膜太陽電池的制造方法。 為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 —種非晶硅薄膜太陽電池膜系，該膜系包括一個(gè)由第一非晶硅p-i-n結(jié)和第二非 晶硅p-i-n結(jié)重疊設(shè)置的雙結(jié)層p-i-n/p-i-n，所述第二非晶硅p-i-n結(jié)的p型非晶硅層設(shè) 置于所述第一非晶硅P-i-n結(jié)的n型非晶硅層上，所述第一非晶硅p-i-n結(jié)的p型非晶硅 層上設(shè)置有重?fù)诫s的P+層，所述第二非晶硅P-i-n結(jié)的n型非晶硅層上設(shè)置有重?fù)诫s的N+ 層，該膜系結(jié)構(gòu)為P7p-i-n/p-i-n/N+。 進(jìn)一步地，在所述第一非晶硅p-i-n結(jié)的n型非晶硅層和所述第二非晶硅p-i-n 結(jié)的P型非晶硅層之間設(shè)置有緩沖層，所述的緩沖層為透明導(dǎo)電層。 其中，所述P+層的雜質(zhì)含量大于p層，所述N+層的雜質(zhì)含量大于n層。所述P+層 的摻雜物的濃度與硅原子的濃度比為(10 100) : 100000，所述N+層的摻雜物的濃度與
硅原子的濃度比為(5 ioo) : iooooo。 所述P+層的厚度為1 10nm，所述N+層的厚度為2 15nm。所述第一非晶硅 p-i-n結(jié)中p層、i層、n層的厚度比為2 : (6 10) : 3，所述第二非晶硅p-i-n結(jié)中p 層、i層、n層的厚度比為2 : (6 10) : 3。所述第一非晶硅p-i-n結(jié)的總厚度與所述第 二非晶硅p-i-n結(jié)的總厚度的比為1 : (3 6)。 —種薄膜太陽電池，包括基板、設(shè)置在基板上的透明導(dǎo)電層、背電極以及設(shè)置在透
3明導(dǎo)電層和背電極之間的太陽電池膜系，所述膜系包括一個(gè)由第一非晶硅p-i-n結(jié)和第二 非晶硅p-i-n結(jié)重疊設(shè)置的雙結(jié)層p-i-n/p-i-n，所述第二非晶硅p-i-n結(jié)的p型非晶硅層 設(shè)置于所述第一非晶硅P-i-n結(jié)的n型非晶硅層上，所述第一非晶硅p-i-n結(jié)的p型非晶 硅層上設(shè)置有重?fù)诫s的P+層，所述第二非晶硅P-i-n結(jié)的n型非晶硅層上設(shè)置有重?fù)诫s的 N+層，該膜系結(jié)構(gòu)為P7P-i-n/P-i-n/N+。進(jìn)一步地，在所述第一非晶硅p-i-n結(jié)的n型非晶硅層和所述第二非晶硅p-i-n
結(jié)的P型非晶硅層之間設(shè)置有緩沖層。 —種薄膜太陽電池的制造方法，包括以下步驟 (1)將基板放入真空濺鍍腔內(nèi)，在基板的一個(gè)面上鍍制透明導(dǎo)電膜，即TCO層，然 后用激光切割TC0層； (2)在TCO層上鍍制P+層，之后在P+層上依次鍍制P層、i層、n層，形成第一非晶 硅P-i-n結(jié)，然后重復(fù)操作一次，制得第二非晶硅p-i-n結(jié)，在第二非晶硅p-i-n結(jié)的n層 上鍍制N+層; (3)經(jīng)激光切割，再于N+層上依次鍍制背電極層，之后再經(jīng)激光切割后，將膠合膜 (EVA)置于背電極層上，在膠合膜上再加背板玻璃，之后經(jīng)加溫層壓固化成一體，封裝，制得 薄膜太陽電池。 關(guān)于純非晶區(qū)載子的分布，有分五個(gè)區(qū)段說，第一區(qū)由尾帶能階的電荷占據(jù)，接著 是由正價(jià)懸浮鍵構(gòu)成的空間載子區(qū)，然后是一個(gè)幾乎是等電場(chǎng)的中性區(qū)，再接著是一帶負(fù) 電的懸浮鍵區(qū)，最后是另一由空間載子組成的導(dǎo)電尾帶區(qū)。該分析模型表明，在純非晶硅i 層中存在一種扭曲的電場(chǎng)，該電場(chǎng)限制了載子流的漂移。 本發(fā)明在第一非晶硅p-i-n結(jié)的p層外設(shè)置了重?fù)诫s的P+層，在第二非晶硅p-i-n
結(jié)的n層外設(shè)置了重?fù)诫s的和N+層，因此影響了i層內(nèi)的電荷分布，減少了i層內(nèi)電場(chǎng)的扭
曲，提高了載子流的漂移速度。將一重?fù)诫sP+層與一 n型的TCO玻璃聯(lián)結(jié)，形成一優(yōu)良的緩
沖區(qū)，不僅幫助由光子產(chǎn)生的正價(jià)電洞順利進(jìn)入介面，同時(shí)可以減緩光伏轉(zhuǎn)換效率的衰減。
P+層與P層的結(jié)合可降低自由載子，尤其是正價(jià)的電洞的陷阱效應(yīng)，因此提升制造過程中i
層厚度的伸縮空間，同時(shí)，太陽電池的色度也因此而改進(jìn)，光電轉(zhuǎn)換效率大大提高。另外，i
層內(nèi)電場(chǎng)扭曲度的降低以及與膜厚的調(diào)適性增加，可有助于降低電池的生產(chǎn)成本。 重?fù)诫s的P+層和N+層有減低帶電體復(fù)合性和滯留性的作用，同時(shí)因減低i層中電
場(chǎng)的扭曲度而增加了電洞與電子在半導(dǎo)體中的漂移速度。本發(fā)明非晶硅薄膜太陽電池的膜
系光電轉(zhuǎn)換率高，成本低，本發(fā)明制得的薄膜太陽電池的光電轉(zhuǎn)換率達(dá)7.5%。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的非晶硅薄膜太陽電池膜系的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的非晶硅薄膜太陽電池膜系的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例3的薄膜太陽電池的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例4的薄膜太陽電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1
見圖1所示，一種非晶硅薄膜太陽電池膜系，該膜系由以下部分組成
重?fù)诫s的P+層1; 在重?fù)诫s的P+層1的其中一個(gè)面上設(shè)置的第一非晶硅p-i-n結(jié)，該第一非晶硅 p-i-n結(jié)包括p層2、i層3、n層4; 在第一非晶硅p-i-n結(jié)上設(shè)置的第二非晶硅p-i-n結(jié)，該第二非晶硅p-i_n結(jié)包 括P層5、i層6、n層7 ; 在第二非晶硅p-i-n結(jié)的n層7上設(shè)置的重?fù)诫s的N+層8。
實(shí)施例2 見圖2所示，一種非晶硅薄膜太陽電池膜系，該膜系由以下部分組成
重?fù)诫s的P+層1; 在重?fù)诫s的P+層1的其中一個(gè)面上設(shè)置的第一非晶硅p-i-n結(jié)，該第一非晶硅 p-i-n結(jié)包括p層2、i層3、n層4; 在第一非晶硅p-i-n結(jié)的n層上設(shè)置的緩沖層15，該緩沖層為透明導(dǎo)電層；
在緩沖層15上設(shè)置的第二非晶硅p-i-n結(jié)，該第二非晶硅p-i-n結(jié)包括p層5、 i 層6、 n層7 ; 在第二非晶硅p-i-n結(jié)的n層7上設(shè)置的重?fù)诫s的N+層8。 增加緩沖層15可以增加光的折射次數(shù)，從而提高了光在非晶硅薄膜太陽電池膜
系中的吸收比例，提高了光的利用率。
實(shí)施例3 見圖3所示，一種薄膜太陽電池，該薄膜太陽電池的薄膜光伏模組為沿入射光 方向，依次是玻璃基板9、設(shè)置在玻璃基板9上的透明導(dǎo)電膜(TC0) 10、設(shè)置在透明導(dǎo)電膜 (TCO) 10上的P+層1、設(shè)置在P+層1上的由p層2、 i層3、 n層4組成的第一非晶硅p-i-n 結(jié)、設(shè)置在第一非晶硅P-i-n結(jié)的n層4上的由p層5、 i層6、 n層7組成的第二非晶硅 p-i-n結(jié)、設(shè)置在第二非晶硅p-i-n結(jié)的n層7上的N+層8、設(shè)置在N+層8上的Zn0層ll、設(shè) 置在ZnO層ll上的Al層12、設(shè)置在Al層12上的膠合膜(EVA)層13、設(shè)置在膠合膜(EVA) 層13上的背板玻璃14，經(jīng)加溫層壓、封裝，制得薄膜太陽電池。
實(shí)施例4 見圖4所示， 一種薄膜太陽電池，該薄膜太陽電池的薄膜光伏模組為沿入射光 方向，依次是玻璃基板9、設(shè)置在玻璃基板9上的透明導(dǎo)電膜(TCO) 10、設(shè)置在透明導(dǎo)電膜 (TCO) 10上的P+層1、設(shè)置在P+層1上的由p層2、 i層3、 n層4組成的第一非晶硅p-i-n 結(jié)、設(shè)置在第一非晶硅P-i-n結(jié)的n層4上的緩沖層15、設(shè)置在緩沖層15上的由p層5、 i 層6、n層7組成的第二非晶硅p-i-n結(jié)、設(shè)置在第二非晶硅p-i-n結(jié)的n層7上的N+層8、 設(shè)置在N+層8上的ZnO層11、設(shè)置在ZnO層11上的Al層12、設(shè)置在Al層12上的膠合膜 (EVA)層13、設(shè)置在膠合膜(EVA)層13上的背板玻璃14，經(jīng)加溫層壓、封裝，制得薄膜太陽 電池。 實(shí)施例5 —種薄膜太陽電池的制造方法，包括以下步驟 (1)將玻璃基板放入真空濺鍍腔內(nèi)，在基板的一個(gè)面上鍍制透明導(dǎo)電膜，即TCO 層，然后用激光切割TCO層；
(2)之后放入離子助鍍氣體反應(yīng)室，加熱至20(TC，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉 積法(PECVD)，使用13. 56腿z的電源，首先通入SiH4、 B2H4及H2的混合氣體，使氣體沉積 于TCO層上，制得P+非晶硅膜層，在該工藝過程中，用到的是TMB，其中B2H6的含量為3%， PECVD中TMB的含量為1 % ，所以B2H6約為硅烷濃度的0. 1 %左右，之后將SiH4、B2H4及H2的 混合氣體中B2H4的含量降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，使氣體沉積于P+非晶硅膜層上，制得p非晶硅膜 層，之后通入SiH4和^的混合氣體，在p非晶硅膜層上鍍制i非晶硅膜層，鍍制完畢后再 通入SiH4、 PH3和H2的混合氣體，在i非晶硅膜層上鍍制n非晶硅膜層，即制得第一非晶硅 p-i-n結(jié)，重復(fù)操作一次，制得第二非晶硅p-i-n結(jié)，之后將SiH4、PH3和H2的混合氣體中ffl3 的含量增加一個(gè)數(shù)量級(jí)，在n非晶硅膜層上鍍制N+非晶硅膜層，鍍制完畢后從離子助鍍氣 體反應(yīng)室中取出； (3)經(jīng)激光切割，再于N+非晶硅膜層上依次鍍制ZnO層、Al層，即背電極層，之后 再經(jīng)激光切割，將膠合膜(EVA)置于Al層上，在膠合膜上再加背板玻璃，經(jīng)加溫層壓固化成 一體，封裝，制得非晶硅薄膜太陽電池。
權(quán)利要求
一種非晶硅薄膜太陽電池膜系，其特征在于，該膜系包括一個(gè)由第一非晶硅p-i-n結(jié)和第二非晶硅p-i-n結(jié)重疊設(shè)置的雙結(jié)層p-i-n/p-i-n，所述第二非晶硅p-i-n結(jié)的p型非晶硅層設(shè)置于所述第一非晶硅p-i-n結(jié)的n型非晶硅層上，所述第一非晶硅p-i-n結(jié)的p型非晶硅層上設(shè)置有重?fù)诫s的P+層，所述第二非晶硅p-i-n結(jié)的n型非晶硅層上設(shè)置有重?fù)诫s的N+層，該膜系結(jié)構(gòu)為P+/p-i-n/p-i-n/N+。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非晶硅薄膜太陽電池膜系，其特征在于，在所述第一非晶硅 p-i-n結(jié)的n型非晶硅層和所述第二非晶硅p-i-n結(jié)的p型非晶硅層之間設(shè)置有緩沖層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的非晶硅薄膜太陽電池膜系，其特征在于，所述的緩沖層為透 明導(dǎo)電層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非晶硅薄膜太陽電池膜系，其特征在于，所述P+層的摻雜物 的濃度與硅原子的濃度比為(10 100) : 100000。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非晶硅薄膜太陽電池膜系，其特征在于，所述N+層的摻雜物的濃度與硅原子的濃度比為(5 ioo) : iooooo。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非晶硅薄膜太陽電池膜系，其特征在于，所述P+層的厚度為 1 10nm，所述N+層的厚度為2 15nm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的非晶硅薄膜太陽電池膜系，其特征在于，所述第一非晶硅 p-i-n結(jié)中p層、i層、n層的厚度比為2 : (6 10) : 3。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的非晶硅薄膜太陽電池膜系，其特征在于，所述第二非晶硅 p-i-n結(jié)中p層、i層、n層的厚度比為2 : (6 10) : 3。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的非晶硅薄膜太陽電池膜系，其特征在于，所述第一非晶硅 p-i-n結(jié)的總厚度與所述第二非晶硅p-i-n結(jié)的總厚度的比為1 : (3 6)。
10. —種薄膜太陽電池，包括基板、設(shè)置在基板上的透明導(dǎo)電層、背電極以及設(shè)置在 透明導(dǎo)電層和背電極之間的太陽電池膜系，其特征在于，所述膜系包括一個(gè)由第一非晶硅 p-i-n結(jié)和第二非晶硅p-i-n結(jié)重疊設(shè)置的雙結(jié)層p-i-n/p-i-n，所述第二非晶硅p-i-n結(jié) 的P型非晶硅層設(shè)置于所述第一非晶硅P-i-n結(jié)的n型非晶硅層上，所述第一非晶硅p-i-n 結(jié)的P型非晶硅層上設(shè)置有重?fù)诫s的P+層，所述第二非晶硅P-i-n結(jié)的n型非晶硅層上設(shè) 置有重?fù)诫s的N+層，該膜系結(jié)構(gòu)為P7p-i-n/p-i-n/N+。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的薄膜太陽電池，其特征在于，在所述第一非晶硅p-i-n結(jié)的 n型非晶硅層和所述第二非晶硅p-i-n結(jié)的p型非晶硅層之間設(shè)置有緩沖層。
12. —種權(quán)利要求11所述的薄膜太陽電池的制造方法，其特征在于，包括以下步驟(1) 將基板放入真空濺鍍腔內(nèi)，在基板的一個(gè)面上鍍制透明導(dǎo)電膜，即TCO層，然后用 激光切割TCO層；(2) 在TCO層上鍍制P+層，之后在P+層上依次鍍制p層、i層、n層，形成第一非晶硅 P-i-n結(jié)，然后重復(fù)操作一次，制得第二非晶硅p-i-n結(jié)，在第二非晶硅p-i-n結(jié)的n層上鍍 制N+層；(3) 經(jīng)激光切割，再于N+層上依次鍍制背電極層，之后再經(jīng)激光切割后，將膠合膜 (EVA)置于背電極層上，在膠合膜上再加背板玻璃，之后經(jīng)加溫層壓固化成一體，封裝，制得 薄膜太陽電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非晶硅薄膜太陽電池膜系，該膜系包括一個(gè)由第一非晶硅p-i-n結(jié)和第二非晶硅p-i-n結(jié)重疊設(shè)置的雙結(jié)層p-i-n/p-i-n，所述第二非晶硅p-i-n結(jié)的p型非晶硅層設(shè)置于所述第一非晶硅p-i-n結(jié)的n型非晶硅層上，所述第一非晶硅p-i-n結(jié)的p型非晶硅層上設(shè)置有重?fù)诫s的P+層，所述第二非晶硅p-i-n結(jié)的n型非晶硅層上設(shè)置有重?fù)诫s的N+層，該膜系結(jié)構(gòu)為P+/p-i-n/p-i-n/N+。重?fù)诫s的P+層和N+層有減低帶電體復(fù)合性和滯留性的作用，同時(shí)因減低i層中電場(chǎng)的扭曲度而增加了電洞與電子在半導(dǎo)體中的漂移速度。本發(fā)明非晶硅薄膜太陽電池的膜系光電轉(zhuǎn)換率高，成本低，本發(fā)明制得的薄膜太陽電池的光電轉(zhuǎn)換率達(dá)7.5％。
文檔編號(hào)H01L31/042GK101794827SQ20101012295
公開日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者趙一輝 申請(qǐng)人:河南阿格斯新能源有限公司