專利名稱：薄膜太陽電池的膜系、薄膜太陽電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜太陽電池的膜系以及采用該膜系的薄膜太陽電池和太陽電
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，薄膜光伏模組制備技術(shù)成為最具發(fā)展?jié)摿?的一種太陽能電池產(chǎn)業(yè)。但是，在目前的薄膜光伏模組中，光電的轉(zhuǎn)換率很低，至今仍在6% 左右。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。目
前的非晶或微晶硅系統(tǒng)，電極與薄膜的界面處有很高的電子電洞復(fù)合中心，耗散區(qū)過寬，不 利于載流子達(dá)到相應(yīng)的電極。非晶或微晶硅材質(zhì)中的載流子擴(kuò)散長度短，復(fù)合中心高，因此 載體的漂移速度需要增強(qiáng)。因?yàn)閼腋℃I形成的尾帶能階與帶系間的缺陷也形成一個(gè)正負(fù)載 體再結(jié)合的中心，因懸浮鍵與尾帶能階及多缺陷界面區(qū)域形成的扭曲的電場，也影響載流 子的飄移速度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種薄膜太陽電池的膜系，本發(fā)明的目的還在于提供一種采 用該膜系的薄膜太陽電池，進(jìn)一步地，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 —種薄膜太陽電池的膜系，該膜系包括一個(gè)p-i-n光電單元，所述p-i-n光電單元 的P層上設(shè)置有重?fù)诫s的P+層，所述P-i-n光電單元的n層上設(shè)置有重?fù)诫s的N+層，該膜 系結(jié)構(gòu)為P7p-i-n/N+。 其中，所述膜系為非晶硅膜系或微晶硅膜系。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(5
ioo) : iooooo，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+層的厚度小于p層，所述N+層的厚度小于n層。所述p-i-n光電單元的p 層、i層、n層的厚度比為2 : (6 10) : 3。 —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，所述膜系包括一個(gè)p-i-n光電單元，所述p-i-n光 電單元的P層上設(shè)置有重?fù)诫s的P+層，所述p-i-n光電單元的n層上設(shè)置有重?fù)诫s的N+層， 該膜系結(jié)構(gòu)為P7p-i-n/N+。 其中，所述膜系為非晶硅膜系或微晶硅膜系。
—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TC0層，然 后用激光切割TC0層； (2)在TCO層上依次鍍制P+層、p層、i層、n層、N+層； (3)經(jīng)激光切割，再于N+層上依次鍍制ZnO層、Al層，即背電極層，之后再經(jīng)激光 切割后，將膠合膜置于A1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。 非晶硅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，使用13. 56腿z的電源，首先通入SiH4、B2H6及H2的混合氣體，使氣體沉積于TCO層上， 制得P+非晶硅膜層，之后將SiH4、B2H6及H2的混合氣體中B2H6的含量降低1 2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H2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，之后將SiH4、PH3和H2的混合氣體中PH3的含量增加1 2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，將膠合膜置于Al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，制得非晶硅薄膜太陽電池。
微晶硅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)之后采用高頻的離子助鍍氣化法，其電源頻率為30 130MHz，在TCO層上依 次鍍制P+微晶硅膜層、P微晶硅膜層、i微晶硅膜層、n微晶硅膜層、N+微晶硅膜層；
(3)經(jīng)激光切割，再于N+微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，將膠合膜置于Al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，制得微晶硅薄膜太陽電池。 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，該電場限制了載子流的漂移。微晶硅是由硅原子形成的納米或 微米級(jí)硅晶體，各個(gè)小晶體之間的排列雜亂無章，故稱之為微晶硅。微晶硅太陽電池中通 常呈現(xiàn)很明顯的柱狀微晶結(jié)構(gòu)，中間裂隙與結(jié)晶區(qū)域形成錐形結(jié)構(gòu)。有時(shí)其裂隙可延伸到 i層中，因懸浮鍵而產(chǎn)生的尾帶連接與帶系間的缺陷形成正負(fù)載子再結(jié)合的中心，從而產(chǎn)生 電場的扭曲，因此，降低了載子的飄移速度。 本發(fā)明在p-i-n光電單元外分別設(shè)置了重?fù)诫s的P+層和N+層，P+層與P層的結(jié)合 則可降低自由載子，尤其是正價(jià)的電洞的陷阱效應(yīng)，耗散區(qū)變短，載流子電洞到達(dá)正電極的 可能性增高；^層對(duì)電子的作用與P+層對(duì)電洞的作用相同，進(jìn)而提升轉(zhuǎn)換效率。由于^、？+ 層的引入，可相應(yīng)減小n層和p層的厚度，電極對(duì)i層所產(chǎn)生的低能量的載流子的收集效應(yīng)提高；由于電極對(duì)載流子收集效率的提高，i層厚度對(duì)電池效率的影響降低，這使得生產(chǎn)成 品率得到提高。太陽電池的色度與轉(zhuǎn)換效率也因此而改進(jìn)。層內(nèi)電場扭曲度的降低，與膜 厚的調(diào)適性增加，可有助于降低電池的生產(chǎn)成本，同時(shí)P+、 N+層的引入改進(jìn)了電池的光電轉(zhuǎn) 換系數(shù)衰減特性。 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，一種薄膜太陽電池的膜系，該膜系由以下部分組成
重?fù)诫s的P+型非晶硅層1 ; 設(shè)置在P+型非晶硅層l的其中一個(gè)面上的非晶硅p-i-n光電單元，該非晶硅p-i-n 光電單元由設(shè)置在P+型非晶硅層1的其中一個(gè)面上的P型非晶硅層2、設(shè)置在p型非晶硅 層2上的i型非晶硅層3、設(shè)置在i型非晶硅層3上的n型非晶硅層4組成；
設(shè)置在n型非晶硅層4上的重?fù)诫s的N+型非晶硅層5。
實(shí)施例2 見圖2所示，一種薄膜太陽電池的膜系，該膜系由以下部分組成
重?fù)诫s的P+型微晶硅層12 ; 設(shè)置在P+型微晶硅層12的其中一個(gè)面上的微晶硅p-i-n光電單元，該微晶硅 p-i-n光電單元由設(shè)置在P+型微晶硅層12的其中一個(gè)面上的p型微晶硅層13、設(shè)置在p型 微晶硅層13上的i型微晶硅層14、設(shè)置在i型微晶硅層14上的n型微晶硅層15組成；
設(shè)置在n型微晶硅層15上的重?fù)诫s的N+型微晶硅層16。
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6、設(shè)置在玻璃基板6上的透明導(dǎo)電膜(TC0)7、設(shè)置在透明導(dǎo)電膜 (TCO) 7上的P+型非晶硅層1、設(shè)置在P+型非晶硅層1上的p型非晶硅層2、設(shè)置在p型非 晶硅層2上的i型非晶硅層3、設(shè)置在i型非晶硅層3上的n型非晶硅層4、設(shè)置在n型非 晶硅層4上的N+型非晶硅層5、設(shè)置在N+型非晶硅層5上的Zn0層8、設(shè)置在Zn0層8上的 Al層9、設(shè)置在Al層9上的膠合膜(EVA)層10、設(shè)置在膠合膜(EVA)層10上的背板玻璃
11，經(jīng)加溫層壓、封裝，制得非晶硅薄膜太陽電池。
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17、設(shè)置在玻璃基板17上的透明導(dǎo)電膜(TC0)18、設(shè)置在透明導(dǎo)電膜 (TCO) 18上的P+型微晶硅層12、設(shè)置在P+型微晶硅層12上的p型微晶硅層13、設(shè)置在p型 微晶硅層13上的i型微晶硅層14、設(shè)置在i型微晶硅層14上的n型微晶硅層15、設(shè)置在n 型微晶硅層15上的N+型微晶硅層16、設(shè)置在N+型微晶硅層16上的ZnO層19、設(shè)置在ZnO 層19上的Al層20、設(shè)置在Al層20上的膠合膜(EVA)層21、設(shè)置在膠合膜(EVA)層21上 的背板玻璃22，經(jīng)加溫層壓、封裝，制得微晶硅薄膜太陽電池。
實(shí)施例5 非晶硅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，之后將SiH4、B2H6及H2的混合氣體中B2H6的含量降低2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H2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，之后將SiH4、PH3和H2的混合氣體中PH3的含量增加2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)用激光切割整個(gè)非晶硅薄層，再于N+非晶硅膜層上依次鍍制ZnO層和Al層， 即背電極層，之后再經(jīng)激光切割整個(gè)硅層和背電極層，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。
實(shí)施例6 微晶硅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)之后采用高頻的離子助鍍氣化法(VHF-PECVD)，其電源頻率為30 130MHz，在 TCO層上依次鍍制P+微晶硅膜層、p微晶硅膜層、i微晶硅膜層、n微晶硅膜層、N+微晶硅膜 層； (3)用激光切割整個(gè)非晶硅薄層，再于N+微晶硅膜層上依次鍍制ZnO層和Al層， 即背電極層，之后再經(jīng)激光切割整個(gè)硅層和背電極層，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，制得微晶硅薄膜太陽電池。
權(quán)利要求
一種薄膜太陽電池的膜系，其特征在于，該膜系包括一個(gè)p-i-n光電單元，所述p-i-n光電單元的p層上設(shè)置有重?fù)诫s的P+層，所述p-i-n光電單元的n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/N+。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽電池的膜系，其特征在于，所述膜系為非晶硅膜系 或微晶硅膜系。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽電池的膜系，其特征在于，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。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄膜太陽電池的膜系，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(5 100) : 100000。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄膜太陽電池的膜系，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所述的薄膜太陽電池的膜系，其特征在于，所述P+層的厚度小于P 層，所述N+層的厚度小于n層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽電池的膜系，其特征在于，所述p-i-n光電單元的p 層、i層、n層的厚度比為2 : (6 10) : 3。
8. —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)p-i-n光電單元，所 述P-i-n光電單元的P層上設(shè)置有重?fù)诫s的P+層，所述P-i-n光電單元的n層上設(shè)置有重 摻雜的N+層，該膜系結(jié)構(gòu)為P7p-i-n/N+。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的薄膜太陽電池，其特征在于，所述膜系為非晶硅膜系或微晶 硅膜系。
10. —種權(quán)利要求8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TC0層，然后用 激光切割TC0層；(2) 在TCO層上依次鍍制P+層、p層、i層、n層、N+層；(3) 經(jīng)激光切割，再于N+層上依次鍍制Zn0層、Al層，之后再經(jīng)激光切割后，將膠合膜 置于Al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。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO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TC0層，然 后用激光切割TC0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，使用13. 56腿z的電源，首先通入SiH4、B2H6及H2的混合氣體，使氣體沉積于TCO層上，制 得P+非晶硅膜層，之后將SiH4、B2H6及H2的混合氣體中B2H6的含量降低1 2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H2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，之后將SiH4、PH3和H2的混合氣體中PH3的含量增加1 2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，之后再經(jīng)激光切割，將膠合膜置于Al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，制得非 晶硅薄膜太陽電池。
12.根據(jù)權(quán)利要求10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TC0層，然 后用激光切割TC0層；(2) 之后采用高頻的離子助鍍氣化法，其電源頻率為30 130MHz，在TC0層上依次鍍 制P+微晶硅膜層、P微晶硅膜層、i微晶硅膜層、n微晶硅膜層、N+微晶硅膜層；(3) 經(jīng)激光切割，再于N+微晶硅膜層上依次鍍制ZnO層、Al層，之后再經(jīng)激光切割，將 膠合膜置于Al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，制得微 晶硅薄膜太陽電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種薄膜太陽電池的膜系，并公開了采用該膜系的薄膜太陽電池及其制造方法。本發(fā)明膜系包括一個(gè)p-i-n光電單元，所述p-i-n光電單元的p層上設(shè)置有重?fù)诫s的P+層，所述p-i-n光電單元的n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/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)明薄膜太陽電池的膜系光電轉(zhuǎn)換率高，成本低，本發(fā)明薄膜太陽電池的膜系的光電轉(zhuǎn)換率達(dá)7.5％。
文檔編號(hào)H01L31/20GK101794828SQ201010122960
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