一種具有雙層界面帶隙緩沖層的非晶硅鍺薄膜太陽能電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種具有雙層界面帶隙緩沖層的非晶硅鍺薄膜太陽能電池結構，屬于半導體制造技術領域。
【背景技術】
[0002]近幾年來，作為未來新能源利用方式之一的光伏電池已被廣泛應用于日常生產生活。晶硅太陽能電池效率較高且穩定，因此晶硅電池占有很大的市場比例，然而高質量硅片制備成本高，且質量大及易碎性又加大了其運輸成本與安裝難度。非晶硅薄膜電池所用材料較少，成本較低，但效率仍舊不高，同時具有效率衰減現象，因此制備出初始效率較高的電池成為硅薄膜電池領域所追求的共同目標。在三結太陽能電池中，硅鍺合金薄膜的禁帶寬度較低，而且通過改變硅鍺薄膜中鍺的原子比例，可以改變薄膜的禁帶寬度，因此硅鍺薄膜太陽能電池作為可作為三結底電池及中電池，而頂層一般為非晶硅薄膜電池。
[0003]對于非晶硅薄膜電池來說，缺陷密度較大是阻礙其效率提升的一大關鍵問題，缺陷主要來自于如下幾個方面:吸收層本身由于非連續硅網絡結構引起的缺陷；n型及P層薄膜由于摻雜引起的缺陷；界面態引起的缺陷，而界面態部分原因來自于能帶的不匹配，致使電荷易在能帶間的界面態發生復合。以上問題的主要解決措施包括:吸收層的氫摻雜；在不影響薄膜完整性及內建電場的前提下，將η層及Ρ層薄膜厚度減薄；界面處引入緩沖層，一般采用單層非晶硅、微晶硅、碳化硅等材料作為緩沖層。但依然存在的問題是單層材料并不能很好地緩沖界面帶隙差，界面復合依然極為嚴重。

【發明內容】

[0004]針對非晶硅薄膜太陽能電池缺陷密度大，復合嚴重的特點，本發明的目的在于提供一種界面缺陷態密度小，電荷在界面處復合幾率小的非晶硅鍺薄膜太陽能電池。
[0005]為實現上述目的，本發明通過帶隙連續變化的吸收層與i_p雙層帶隙緩沖層相結合的方法，以有效降低載流子的復合幾率，同時，對背反射電極表面進行處理以形成微納結構，以有效增加光線在電池內部的傳輸距離，進而增加光吸收，最終獲得高效率非晶硅鍺薄膜太陽能電池。
[0006]具體地，本發明采用以下技術方案:
[0007]—種具有雙層界面帶隙緩沖層的非晶硅鍺薄膜太陽能電池，包括依次制備在基底上的電極一、η型摻雜的非晶硅薄膜、n-1緩沖層、帶隙連續變化的本征(i型)非晶硅鍺薄膜、1-ρ雙層帶隙緩沖層、P型摻雜的非晶硅薄膜和電極二 ；其中，電極一和電極二分別為電池底電極和頂電極。
[0008]在本發明中，基底可為柔性襯底或非柔性襯底，基底表面可具有表面修飾層，起到使基底與膜系熱膨脹系數匹配，增強膜基結合力，阻擋元素擴散，減小襯底表面粗糙度等作用。柔性襯底可選為不銹鋼帶襯底或聚酰亞胺襯底，非柔性襯底可選擇為玻璃。
[0009]在本發明中，電極一優選為Ag層或ΑΖ0 (鋁摻雜的氧化鋅)導電薄膜或由Ag層和AZO層復合而成的Ag/AZO薄膜，即Ag/ZnO:A1 (AZ0)薄膜，Ag層厚度按需求為300_500nm，AZ0層厚度為200nm。在使用之前，將Ag層用質量濃度為1%的鹽酸清洗lmin，并用蒸餾水漂洗3次，以形成表面粗糙度在30-50nm的納米結構，該納米結構對光線有不同角度的反射作用，使光線在電池結構中的光程增加，進而增加光吸收。
[0010]在本發明中，η型摻雜的非晶硅薄膜為摻磷非晶硅薄膜，厚度為20nm，禁帶寬度為
1.7-1.8eVo
[0011]在本發明中，所述n-1緩沖層為本征非晶硅薄膜，禁帶寬度為1.7-1.8ev，厚度為10nmo
[0012]在本發明中，帶隙連續變化的非晶硅鍺薄膜，有效增加了空穴的傳輸。該帶隙連續變化的本征非晶硅鍺薄膜可通過如下方式實現:在薄膜制備過程中，通過電腦控制數字流量計，改變鍺烷氣體與硅烷氣體流量比例，使薄膜中鍺比例從10%逐漸增加至25%，材料的禁帶寬度由1.72ev逐漸減小至1.63ev，該層薄膜的厚度為200_300nm。
[0013]在本發明中，i_p雙層帶隙緩沖層具有雙層結構:第一層為硅鍺合金層，該硅鍺合金層中鍺原子比例由25%突變至10%，厚度為5-10nm;第二層為非晶硅薄膜，厚度為5-10nm，禁帶寬度為1.7-1.8ev。采用i_p雙層帶隙緩沖層結構，減小了 ρ型窗口層與非晶硅鍺薄膜的能帶失配，進而減小了載流子在界面缺陷態上的復合。
[0014]在本發明中，ρ型摻雜的非晶硅薄膜為摻硼非晶硅薄膜，厚度為20nm，禁帶寬度為
2.0-2.2ev，起到窗口層及為電池提供內建電場的作用。
[0015]在本發明中，電極二為ΑΖ0薄膜或ΙΤ0 (摻銦氧化錫)薄膜，厚度為80-100nm。
[0016]在本發明中，所述含硅薄膜制備方法為PECVD或HWCVD，優選為PECVD ;所述電極制備方法為PVD，優選為磁控濺射法。
[0017]本發明的具有雙層界面帶隙緩沖層的非晶硅鍺薄膜太陽能電池的制備方法，包括以下步驟:
[0018](1)選擇基底并進行表面清洗處理。
[0019](2)根據需要制備表面修飾層。
[0020](3)制備電極一。
[0021](4)對電極一進行化學處理，使其表面形成微納結構。
[0022](5)采用PECVD或HWCVD技術制備η型摻雜的非晶硅薄膜。
[0023](6)采用PECVD或HWCVD技術制備η-1緩沖層。
[0024](7)采用PECVD或HWCVD技術制備帶隙連續變化的本征非晶硅鍺薄膜，通過電腦控制數字流量計，逐漸增加鍺的氣體流量比例，使材料具有逐漸減小的禁帶寬度。材料的禁帶寬度由1.72ev逐漸減小至1.63ev。
[0025](8)制備1-p雙層帶隙緩沖層。第一層為硅鍺合金層，該層中鍺原子比例由25%突變至10%，厚度為5-10nm ;第二層為非晶硅薄膜，厚度為5-lOnm，禁帶寬度為1.7-1.8ev。
[0026](9)制備ρ型摻雜的非晶硅薄膜；
[0027](10)制備電極二。
[0028]本發明的優點在于:
[0029]1、本發明采用帶隙連續變化的非晶硅鍺薄膜結構，這種結構使價帶頂有逐漸向真空能級彎曲的趨勢，利于空穴的傳輸，進而減小其在薄膜內部復合的幾率。
[0030]2、本發明采用1-p雙層帶隙緩沖層，使帶隙近連續變化至ρ層材料的帶隙，這樣能有效減小界面缺陷態密度，進而減少載流子在界面處被俘獲的幾率。
[0031]3、本發明在背反射電極(電極一)表面制備的微納結構可使光波在其表面向各個方向反射，使其在電池中的傳播距離得以增加，進而達到增強吸收的作用，這樣即使在單結太陽能電池中，太陽光波也可以得到最大程度的吸收。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發明的具有雙層界面帶隙緩沖層的非晶硅鍺薄膜太陽能電池的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0033]以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0034]如圖1所示，為本發明的具有雙層界面帶隙緩沖層的非晶硅鍺薄膜太陽能電池的結構示意圖，包括依次制備在基底1上的電極一 2、n型摻雜的非晶硅薄膜3、n-1緩沖層4、帶隙連續變化的本征非晶硅鍺薄膜5、1-p雙層帶隙緩沖層6、p型摻雜的非晶硅薄膜7和電極二 8。
[0035]實施例1
[0036]本實施例中按照以下步驟制備具有帶隙連續變化吸收層及雙層界面帶隙緩沖層的柔性襯底非晶硅鍺薄膜太陽能電池:
[0037](1)選擇厚度為100 μ m，表面粗糙度為3nm的鏡面不銹鋼帶作為基板，并對其進行清洗處理。清洗處理工藝為:依次用去離子水、丙酮、乙醇超聲清洗20min。
[0038](2)采用磁控濺射方法制備電池的底電極:依次在基板上制備300nm厚的Ag層和200nm厚的ΑΖ0層，射頻功率分別為100w和200w。ΑΖ0的可見光范圍內的透過率為60%?80%，ΑΖ0 電阻率為 8.5X10 3Ω.cm。
[0039](3)對Ag/AZO進行化學處理，使基表面形成微納結構。其方法為用質量濃度為1%的鹽酸清洗lmin,并用蒸懼水漂