[发明专利]非晶硅薄膜中间带材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源光伏技术领域，具体涉及一种用于太阳能电池的非晶硅薄膜中间带材料的制备方法及该方法制备的非晶硅薄膜中间带材料。

背景技术

太阳能电池被认为是利用太阳能这一清洁能源最有效的方式之一。为了更有效且更清洁地利用太阳能，一直以来，低成本和高效率都是太阳能电池技术发展的动力和目标。而对于硅太阳能电池而言，由于硅材料本身的资源丰富，成本低廉，使用硅来制作太阳能电池一直都是制作太阳能电池的主要途径之一。然而，不管是以晶体硅为材料的晶硅太阳能电池，还是以非晶硅、多晶硅薄膜为吸收材料的薄膜太阳能电池，都不能同时满足成本低、效率高的要求。因此，叠层中间带电池、热载流子电池、中间带太阳能电池等可以解决高效率和成本低相冲突的第三代太阳能电池是当前发展的趋势。

对于普通的双结太阳能电池而言，小于其能量带隙的光子不能被吸收。这部分光子会透过半导体材料，造成能量的损失。而中间带太阳能电池，便可以利用这一部分光子，提高电池对于太阳光的利用率。中间带太阳能电池是利用掺杂、量子点、磁控溅射、稀释配合金等技术手段在半导体材料的禁带中引入新的能级，从而使得小于半导体带隙的光子也可以被电池吸收。采用这种方法制作的太阳能电池可以在不改变开路电压的同时，有效的提高电池的短路电流，从而提高电池的转换效率。

为了形成杂质中间带太阳能电池的材料，一个很重要的方面就是要在禁带中形成中间能带。而为了形成中间能带，则需要在硅材料中掺杂进入远超过其固溶度的杂质。这个可以形成中间带的杂质最低浓度叫做Mott极限。以金属钛在硅中为例，金属钛在硅中可以形成深能级，当钛浓度达到其在硅中Mott极限，也就是5×10¹⁹cm^-3以上时，其杂质能级相互交迭，形成中间能带。然而，由于热平衡的原因，许多传统的技术很难使得杂质浓度足够高，以使杂质能级之间可以形成杂质带。只有采用非平衡技术提高深能级杂质元素在硅材料中的掺杂浓度，才能获得中间带太阳能电池材料。

此外，杂质中间带太阳能电池的研究大多局限在晶体材料，很少涉及薄膜材料。而对于非晶硅薄膜这样价格低廉，工艺简单的材料，更是没有涉及过。对于中间带太阳能电池而言，其理论上的最高效率，随着晶体硅到薄膜硅材料带隙的增加而有明显的增加。对于一个太阳的照射条件下来说，单晶硅中间带太阳能电池最高可以达到31％的电池效率，而非晶硅薄膜中间带太阳能电池则可以达到41％左右。因此，如果能制备非晶硅薄膜中间带太阳能电池材料，它将成为一种非常有前途的材料。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明专利的主要目的在于提供一种用于太阳能电池的非晶硅薄膜中间带材料的制备方法及该方法制备的非晶硅薄膜中间带材料，以提高太阳能电池的光电转换效率。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出一种非晶硅薄膜中间带材料的制备方法，该方法包括以下步骤：选择衬底的材料并对衬底进行预处理；在预处理过的衬底表面生长高浓度掺杂的非晶硅薄膜；对生长完成的非晶硅薄膜进行退火。

根据本发明的优选实施方式，所述衬底的材料为单晶硅、石英、玻璃、或者不锈钢。

根据本发明的优选实施方式，所述生长高浓度掺杂的非晶硅薄膜的步骤中，掺杂材料由能在硅的禁带中形成能级的元素构成。

根据本发明的优选实施方式，所述掺杂材料为钛、铝、铟、镁或硫。

根据本发明的优选实施方式，所述生长高浓度掺杂的非晶硅薄膜的步骤是在不高于400℃的温度下进行的。

根据本发明的优选实施方式，所述生长高浓度掺杂的非晶硅薄膜的步骤是在氢气的气氛中进行的。

根据本发明的优选实施方式，对生长完成的非晶硅薄膜进行退火的步骤是在氮气或者氢气的气氛中进行的。

根据本发明的优选实施方式，对生长完成的非晶硅薄膜进行退火的步骤是在不高于400℃的温度下进行的。

本发明还提出一种非晶硅薄膜中间带材料，该材料由本发明的上述方法制备而得，其在近红外波段的吸收率为50％以上。

(三)有益效果