專利名稱：一種薄膜太陽(yáng)電池膜系和薄膜太陽(yáng)電池以及薄膜太陽(yáng)電池的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜太陽(yáng)電池膜系和薄膜太陽(yáng)電池，還涉及一種薄膜太陽(yáng)電池的制造方法，屬于光伏太陽(yáng)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(kāi)發(fā)新能源的重視程度日益提高， 尤其是以太陽(yáng)能為首的綠色能源的開(kāi)發(fā)和利用日趨重視。太陽(yáng)能以其無(wú)污染、無(wú)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?；诔墒於?、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(yáng)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(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)。但是，目前的非晶硅薄膜-微晶硅薄膜光伏模組 普遍存在光電轉(zhuǎn)換率低的問(wèn)題，至今仍在8. 5%左右，制約了薄膜太陽(yáng)電池的應(yīng)用和發(fā)展。 其中，薄膜太陽(yáng)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。微晶硅 薄膜吸收太陽(yáng)光的光譜吸收中心為1.75ev，微晶硅吸收太陽(yáng)光的光譜吸收中心為l.Oev， 若二者串聯(lián)，則有更廣闊的光譜吸收空間，因此獲得較高的光伏轉(zhuǎn)換效率。然而氫懸浮鍵與 尾帶能階在非晶硅的i層中與微晶硅的i層中，造成扭曲的內(nèi)電場(chǎng)，使載子的漂移速度降 低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種薄膜太陽(yáng)電池膜系，本發(fā)明的目的還在于提供一種薄膜 太陽(yáng)電池，同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種薄膜太陽(yáng)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)方案是一種薄膜太陽(yáng)電池膜系，該膜系包括一個(gè)由非晶硅p-i-n結(jié)和微晶硅p-i-n結(jié) 串聯(lián)設(shè)置的雙結(jié)層p-i-n/p-i-n，所述微晶硅p-i-n結(jié)的ρ型微晶硅層設(shè)置于所述非晶硅 P-i-n結(jié)的η型非晶硅層上，所述非晶硅p-i-n結(jié)的ρ型非晶硅層上設(shè)置有重?fù)诫s的P+型 非晶硅層，所述微晶硅P-i-n結(jié)的η型微晶硅層上設(shè)置有重?fù)诫s的N+型微晶硅層，該膜系 結(jié)構(gòu)為 P+/p-i-n/p-i-n/N+。進(jìn)一步地，在所述非晶硅p-i-n結(jié)的η型非晶硅層和所述微晶硅p_i-n結(jié)的P型 微晶硅層之間設(shè)置有緩沖層，所述緩沖層為透明導(dǎo)電層。其中，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(5 100) 100000。所述P+層的厚度為1 lOnm，所述N+層的厚度為2 15nm。所述非晶硅p-i-n結(jié) 的P層、i層、η層的厚度比為2 (6 10) 3，其中ρ型非晶硅層的厚度為15 30nm。 所述微晶硅P-i-n結(jié)的ρ層、i層、η層的厚度比為2 (6 10) 3，其中ρ型微晶硅層 的厚度為150 300nm。所述非晶硅p-i-n結(jié)的總厚度與所述微晶硅p-i-n結(jié)的總厚度的比為1 (8 15)。一種薄膜太陽(yáng)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(yáng)電池膜系，所述膜系包括一個(gè)由非晶硅p-i-n結(jié)和微晶硅 p-i-n結(jié)串聯(lián)設(shè)置的雙結(jié)層p-i-n/p-i-n，所述微晶硅p-i_n結(jié)的ρ型微晶硅層設(shè)置于所述 非晶硅P-i-n結(jié)的η型非晶硅層上，所述非晶硅p-i-n結(jié)的ρ型非晶硅層上設(shè)置有重?fù)诫s 的P+層，所述微晶硅P-i-n結(jié)的η型微晶硅層上設(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+0進(jìn)一步地，在所述非晶硅p-i-n結(jié)的η型非晶硅層和所述微晶硅p_i-n結(jié)的P型 微晶硅層之間設(shè)置有緩沖層，所述的緩沖層為透明導(dǎo)電層。一種薄膜太陽(yáng)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TCO層；(2)在TCO層上鍍制P+型非晶硅層，之后在P+層上依次鍍制P型非晶硅層、i型非 晶硅層、η型非晶硅層，形成非晶硅p-i-n結(jié)，然后在非晶硅p-i-n結(jié)的η型非晶硅層上依 次鍍制P型微晶硅層、i型微晶硅層、η型微晶硅層，制得微晶硅p-i-n結(jié)，在微晶硅p-i-n 結(jié)的η型微晶硅層上鍍制N+型微晶硅層；(3)用激光切割整個(gè)P7p-i-n/p-i-n/N+層系，再于N+層上依次鍍制ZnO層和Al 層，即背電極層，之后再經(jīng)激光切割完整的薄膜硅層和背電極層后，將膠合膜(EVA)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(yáng)電池。關(guān)于純非晶區(qū)載子的分布，有分五個(gè)區(qū)段說(shuō)，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。微晶硅薄膜是由大小為幾百微米 的結(jié)晶硅晶體分布在均勻的非晶硅薄膜中，所以有懸浮鍵而造成的能系與缺陷形成正負(fù)載 子結(jié)合中心，因此，使p-i-n型太陽(yáng)電池內(nèi)部電場(chǎng)扭曲，扭曲的電場(chǎng)不能提供足夠的i層中 的光電載子漂移速度與存在的時(shí)間，使得其光電轉(zhuǎn)換效率很低。在本發(fā)明的薄膜太陽(yáng)電池膜系中設(shè)置的重?fù)诫s的P+型非晶硅層和N+型微晶硅層， 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)?雜P+層與η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(guò)程中i層厚度的伸縮空間，同時(shí)，太陽(yáng)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。本發(fā)明的薄膜太陽(yáng)電池膜系采用非晶硅與微晶硅重疊的結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是，非晶硅 P-i-n結(jié)可以吸收弱光能，位于非晶硅p-i-n結(jié)下層的微晶硅p-i-n結(jié)能吸收以1. 7EV和 1.0EV為中心的太陽(yáng)光譜能量，大大提高了光的利用率。同時(shí)，微晶硅p-i-n結(jié)具有低衰減 轉(zhuǎn)換率的特點(diǎn)。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)明薄膜太陽(yáng)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(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換率達(dá)10%。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的薄膜太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1見(jiàn)圖1所示，一種薄膜太陽(yáng)電池膜系，該膜系由以下部分組成重?fù)诫s的P+型非晶硅層1 ；在重?fù)诫s的P+層1的其中一個(gè)面上設(shè)置的非晶硅p-i-n結(jié)，該非晶硅p-i-n結(jié)包 括P型非晶硅層2、i型非晶硅層3、η型非晶硅層4 ；在非晶硅p-i-n結(jié)上設(shè)置的微晶硅p-i-n結(jié)，該微晶硅p-i_n結(jié)包括ρ型微晶硅 層5、i型微晶硅層6、η型微晶硅層7 ；在微晶硅p-i-n結(jié)的η型微晶硅層7上設(shè)置的重?fù)诫s的N+型微晶硅層8。實(shí)施例2見(jiàn)圖2所示，一種薄膜太陽(yáng)電池膜系，該膜系由以下部分組成重?fù)诫s的P+型非晶硅層1 ；在重?fù)诫s的P+層1的其中一個(gè)面上設(shè)置的非晶硅p-i-n結(jié)，該非晶硅p-i-n結(jié)包 括P型非晶硅層2、i型非晶硅層3、η型非晶硅層4 ；在非晶硅p-i-n結(jié)的η型非晶硅層上設(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)置的微晶硅p-i-n結(jié)，該微晶硅p-i_n結(jié)包括P型微晶硅層5、i 型微晶硅層6、η型微晶硅層7 ；在微晶硅p-i-n結(jié)的η型微晶硅層7上設(shè)置的重?fù)诫s的N+型微晶硅層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(yáng)電池膜 系中的吸收比例，提高了光的利用率。實(shí)施例3見(jiàn)圖3所示，一種薄膜太陽(yáng)電池，該薄膜太陽(yáng)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+型非晶硅層1、設(shè)置在P+層1上的由ρ層2、i層3、η層4組成的非晶硅 P-i-n結(jié)、設(shè)置在非晶硅p-i-n結(jié)的η層4上的由ρ層5、i層6、n層7組成的微晶硅p-i_n 結(jié)、設(shè)置在微晶硅P-i-n結(jié)的η層7上的N+型微晶硅層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(yáng)電池。實(shí)施例4見(jiàn)圖4所示，一種薄膜太陽(yáng)電池，該薄膜太陽(yáng)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+型非晶硅層1、設(shè)置在P+層1上的由P層2、i層3、η層4組成的非晶硅 p-i-n結(jié)、設(shè)置在非晶硅p-i-n結(jié)的η層4上的緩沖層15、設(shè)置在緩沖層15上的由ρ層5、 i層6、η層7組成的微晶硅p-i-n結(jié)、設(shè)置在微晶硅p-i_n結(jié)的η層7上的N+型微晶硅層 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(yáng)電池。實(shí)施例5一種薄膜太陽(yáng)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. 56MHz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(guò)程中，用到的是TMB，其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. 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ρ非晶硅膜層， 之后通入SiH4和H2的混合氣體，在ρ非晶硅膜層上鍍制i非晶硅膜層，鍍制完畢后再通入 SiH0PH3和H2的混合氣體，在i非晶硅膜層上鍍制η非晶硅膜層，即制得非晶硅p-i-n結(jié)， 之后采用高頻的離子助鍍氣化法(VHF-PECVD)，電源頻率為30 130MHz，在非晶硅p-i-n 結(jié)的η層上依次鍍制P微晶硅膜層、i微晶硅膜層、η微晶硅膜層，制得微晶硅P-i-n結(jié)，之 后將SiH4、PH3和H2的混合氣體中PH3的含量增加一個(gè)數(shù)量級(jí)，在微晶硅p-i-n結(jié)的η微晶 硅膜層上鍍制N+微晶硅膜層，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)非晶硅和微晶硅膜層，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)激光切割完整的薄膜硅層和背電極層，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，制得非晶硅與微晶硅重 疊的薄膜太陽(yáng)電池。
權(quán)利要求
一種薄膜太陽(yáng)電池膜系，其特征在于，該膜系包括一個(gè)由非晶硅p-i-n結(jié)和微晶硅p-i-n結(jié)串聯(lián)設(shè)置的雙結(jié)層p-i-n/p-i-n，所述微晶硅p-i-n結(jié)的p型微晶硅層設(shè)置于所述非晶硅p-i-n結(jié)的n型非晶硅層上，所述非晶硅p-i-n結(jié)的p型非晶硅層上設(shè)置有重?fù)诫s的P+型非晶硅層，所述微晶硅p-i-n結(jié)的n型微晶硅層上設(shè)置有重?fù)诫s的N+型微晶硅層，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所述的薄膜太陽(yáng)電池膜系，其特征在于，在所述非晶硅p-i-n結(jié)的n 型非晶硅層和所述微晶硅P-i-n結(jié)的p型微晶硅層之間設(shè)置有緩沖層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄膜太陽(yáng)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3所述的薄膜太陽(yáng)電池膜系，其特征在于，所述P+型非晶硅層的摻雜 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3所述的薄膜太陽(yáng)電池膜系，其特征在于，所述N+型微晶硅層的摻雜 物的濃度與硅原子的濃度比為(5 100) 100000。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)電池膜系，其特征在于，所述P+型非晶硅層的厚度 為1 lOnm，所述N+型微晶硅層的厚度為2 15nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)電池膜系，其特征在于，所述非晶硅p-i-n結(jié)的p 層、i層、n層的厚度比為2 (6 10) 3。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)電池膜系，其特征在于，所述微晶硅p-i-n結(jié)的p 層、i層、n層的厚度比為2 (6 10) 3。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)電池膜系，其特征在于，所述非晶硅P-i-n結(jié)的總厚 度與所述微晶硅P-i-n結(jié)的總厚度的比為1 (8 15)。
10.一種薄膜太陽(yáng)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(yáng)電池膜系，其特征在于，所述膜系包括一個(gè)由非晶硅P-i-n 結(jié)和微晶硅P-i-n結(jié)串聯(lián)設(shè)置的雙結(jié)層p-i-n/p-i-n，所述微晶硅p-i-n結(jié)的p型微晶硅 層設(shè)置于所述非晶硅P-i-n結(jié)的n型非晶硅層上，所述非晶硅p-i-n結(jié)的p型非晶硅層上 設(shè)置有重?fù)诫s的P+型非晶硅層，所述微晶硅P-i-n結(jié)的n型微晶硅層上設(shè)置有重?fù)诫s的N+ 型微晶硅層，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(yáng)電池，其特征在于，在所述非晶硅p-i-n結(jié)的n型 非晶硅層和所述微晶硅P-i-n結(jié)的p型微晶硅層之間設(shè)置有緩沖層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的薄膜太陽(yáng)電池，其特征在于，所述的緩沖層為透明導(dǎo)電層。
13.—種權(quán)利要求10所述的薄膜太陽(yáng)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+型非晶硅層，之后在P+層上依次鍍制p型非晶硅層、i型非晶硅 層、n型非晶硅層，形成非晶硅p-i-n結(jié)，然后在非晶硅p-i-n結(jié)的n型非晶硅層上依次鍍 制P型微晶硅層、i型微晶硅層、n型微晶硅層，形成微晶硅p-i-n結(jié)，在微晶硅p-i-n結(jié)的 n型微晶硅層上鍍制N+型微晶硅層；(3)用激光切割整個(gè)P7p-i-n/p-i-n/N+層系，再于N+層上鍍制背電極層，之后再經(jīng)激 光切割硅層和背電極層后，將膠合膜置于背電極層上，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(yáng)電池。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種薄膜太陽(yáng)電池膜系，該膜系包括一個(gè)由非晶硅p-i-n結(jié)和微晶硅p-i-n結(jié)串聯(lián)設(shè)置的雙結(jié)層p-i-n/p-i-n，所述微晶硅p-i-n結(jié)的p型微晶硅層設(shè)置于所述非晶硅p-i-n結(jié)的n型非晶硅層上，所述非晶硅p-i-n結(jié)的p型非晶硅層上設(shè)置有重?fù)诫s的P+層，所述微晶硅p-i-n結(jié)的n型微晶硅層上設(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+。本發(fā)明薄膜太陽(yáng)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(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換率達(dá)10％。
文檔編號(hào)H01L31/042GK101800256SQ20101012297
公開(kāi)日2010年8月11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