一种高稳定性非晶硅/微晶硅叠层太阳电池及制备方法

摘要

一种高稳定性非晶硅/微晶硅叠层太阳电池，由衬底、透明导电膜、p型掺杂窗口层P

说明书

技术领域

本发明涉及硅基薄膜太阳电池制备技术，具体而言是一种高稳定性非晶硅/微晶硅叠层太阳电池及制备方法。

背景技术

太阳能是用之不竭的可再生能源，对环境保护具有十分重要的意义，太阳能的有效利用已经成为人类的共识。太阳能的利用，尤其是光伏发电技术，是最有希望的可再生能源技术。国际上许多国家都把太阳能光伏发电的商业化开发和利用作为重要的发展方向。

硅基薄膜太阳电池除了具有节省原材料、耗能低、成本低、易于大面积生产的优势外，还有着原材料丰富、无污染等优点。非晶硅太阳电池由于具有光致衰退效应，因而限制了其应用。微晶硅太阳电池的材料有序性得到提高，衰退很小，并且和非晶硅结合可以有效的扩展光谱响应范围，提高电池光电转换效率，降低电池成本。非晶硅/微晶硅叠层太阳电池是由两个单结子电池串连构成，电池总电流受两个子电池电流的最小值限制，顶电池和底电池都可能成为叠层电池电流限制者，为了获得最大的电池功率输出，顶底电池电流必须满足匹配关系。光照后，顶电池和底电池都有一定程度的衰退，非晶硅顶电池的衰退率大于微晶硅底电池，叠层电池整体不再符合电流匹配条件。

现有硅基薄膜太阳电池已实现产业化,考虑到进一步提高硅基薄膜电池效率和降低成本，因此减小非晶硅/微晶硅叠层太阳电池的衰退率、提高电池的稳定效率具有很重要的意义。

发明内容

    本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种高稳定性非晶硅/微晶硅叠层太阳电池及制备方法，该方法可以在不添加任何设备、原料的情况下，通过调整生产工艺就可提高电池的稳定性即提高太阳电池的稳定效率、降低电池成本。

本发明的技术方案：

一种高稳定性非晶硅/微晶硅叠层太阳电池，由衬底、透明导电膜TCO、p型掺杂窗口层P₁、非晶硅/微晶硅过渡区靠近非晶硅的本征层I₁、n型掺杂层N₁、p型掺杂窗口层P₂、微晶硅本征层I₂、n型掺杂层N₂、ZnO层、金属Al层、EVA层和背板层组成并依次组成叠层结构，其中以P₁-I₁-N₁非晶硅电池作为叠层电池的顶电池，以P₂-I₂-N₂微晶硅电池作为叠层电池的底电池且底电池为电流限制结构，以ZnO和Al作为复合背电极。

所述衬底为玻璃衬底或者透明塑料衬底。

所述背板层为玻璃或塑料。

所述底电池电流限制结构通过采用PECVD法制备的非晶硅顶电池的电流密度大于微晶硅底电池的电流密度5~20%而形成的。

一种所述高稳定性非晶硅/微晶硅叠层太阳电池的制备方法，步骤如下：

1）在激光刻划出图形的透明导电膜衬底上，采用PECVD法制备非晶硅P₁-I₁-N₁顶电池，其中在非晶硅/微晶硅过渡区靠近非晶硅一侧制备I₁层；

2）采用PECVD法在非晶硅P₁-I₁-N₁顶电池上制备P₂-I₂-N₂微晶硅底电池，得到叠层电池，用激光刻划隔离出10~150子电池；

 3）用PVD法或者MOCVD法制备ZnO和Al复合背电极，并用激光刻划隔离；

 4）制作电池绝缘边并焊接引线，层压封装电池即可。

所述采用PECVD法制备非晶硅I₁层的工艺参数为：辉光激发频率13.56~100MHz、反应气体压强0.1~10 Torr、辉光功率密度10~1000mW/cm²、氢稀释硅烷浓度SC＜15%、沉积温度100~300℃、I₁层厚度100~50nm。

所述采用PECVD法制备微晶硅I₂层的工艺参数为：辉光激发频率13.56~100MHz、反应气体压强0.1~10 Torr、辉光功率密度10~1000mW/ cm²、沉积温度100~300℃、氢稀释硅烷浓度SC＜10%、I₂层厚度为500~3000nm。

本发明有益效果是：

在非晶硅/微晶硅过渡区靠近非晶硅一侧制备的非晶硅材料，其光吸收系数和光敏性与常规非晶硅相近，由于在非晶网络中嵌入纳米硅晶粒，其电子迁移率有较大提高、悬挂键更少，光衰退减小，稳定性大大提高。采用底电池电流限制结构可以改善光致衰退后的电流匹配，提高非晶硅/微晶硅叠层太阳电池的稳定效率。仅改变部分工艺步骤，就可移植到现有的硅基薄膜电池生产线上，整个工艺制备过程简单，易于控制，电池的稳定性高。

附图说明

附图为该非晶硅/微晶硅叠层太阳电池的结构示意图。

图中：1.衬底    2. 透明导电膜TCO     3. p型掺杂窗口层  

4. 非晶硅/微晶硅过渡区靠近非晶硅的本征层       5. n型掺杂层   

6. p型掺杂窗口层    7.微晶硅本征层    8. n型掺杂层    9. ZnO层   

10. 金属Al层     11.  EVA层    12. 背板层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步说明。

一种非晶硅/微晶硅叠层太阳电池，结构如附图所示，由衬底1、透明导电膜TCO 2、p型掺杂窗口层P₁ 3、非晶硅/微晶硅过渡区靠近非晶硅的本征层I₁ 4、n型掺杂层N₁ 5、p型掺杂窗口层P₂ 6、微晶硅本征层I₂ 7、n型掺杂层N₂ 8、ZnO层9、金属Al层10、EVA层11和背板层12组成并依次组成叠层结构，其中以P₁-I₁-N₁非晶硅电池作为叠层电池的顶电池，以P₂-I₂-N₂微晶硅电池作为叠层电池的底电池且底电池为电流限制结构，以ZnO和Al作为复合背电极。

制备步骤：

1）在激光刻划出图形的透明导电膜衬底上采用PECVD法制备非晶硅P₁-I₁-N₁顶电池，其中在非晶硅/微晶硅过渡区靠近非晶硅一侧制备I₁层；

2）采用PECVD法在非晶硅P₁-I₁-N₁顶电池上制备P₂-I₂-N₂微晶硅底电池，得到叠层电池，用激光刻划隔离出60个子电池；

 3）用PVD法或者MOCVD法制备ZnO和Al复合背电极，并用激光刻划隔离；

 4）制作电池绝缘边并焊接引线，层压封装电池即可。

在该实施例中，采用玻璃衬底，玻璃背板层，对非晶硅顶电池本征层I₁时采用辉光激发频率40.68MHz，反应气体压强1.2 Torr，氢稀释硅烷浓度7%，辉光功率密度80mW/ cm²，处理样品温度180℃，薄膜厚度260nm。非晶硅顶电池的QE积分电流密度为8.23mA/cm², 微晶硅底电池的QE积分电流密度为7.39mA/cm²。

该实施例制备的非晶硅/微晶硅叠层太阳电池，电池尺寸为0.79m²，电池的效率为7.16%，衰退率小于10%。

本发明的意义是在于沉积完pin型非晶硅顶电池时，通过调整氢稀释硅烷浓度，在非晶硅/微晶硅过渡区靠近非晶硅一侧沉积本征层I₁，此处制备的非晶硅材料结构致密、光致衰退率小。采用微晶硅底电池电流限制，既非晶硅顶电池的电流大于微晶硅底电池电流，形成底电池电流限制结构，这样光致衰退后顶底电池的电流能够匹配，提高了电池的稳定性。