[发明专利]一种硅基薄膜叠层太阳电池隧穿反射层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅基薄膜叠层太阳电池隧穿反射层的制备方法，属高效硅基薄膜太阳电池领域。 

背景技术

非晶硅（a-Si:H）薄膜是硅基薄膜太阳电池的基础材料，具有光吸收系数大、折射率高和热性能良好等优点。应用于太阳电池时，所需薄膜的厚度仅为晶硅的1%左右，非晶硅太阳电池既可采用玻璃等衬底，又可采用不锈钢、钛箔、铝箔和塑料等柔性衬底，因而可做成柔性太阳电池。但非晶硅薄膜太阳电池存在光致衰减（S-W）效应，制约了其规模应用。非晶硅/微晶硅（a-Si:H/μc-Si:H）叠层电池，简称非/微叠层电池，由不同带隙的a-Si:H顶电池与μc-Si:H底电池串联而成。这种叠层结构既能拓宽电池的光谱响应范围，提高太阳光谱的利用率，又能降低不稳定的非晶硅顶电池的厚度，抑制光致衰减效应，从而改善太阳电池的整体稳定性。然而，叠层结构并不是子电池的简单串联，其总电池的电流往往取决于较小的非晶硅顶电池电流。因此，叠层结构应重点考虑：（1）各子电池的最大电流需尽量匹配；（2）各子电池之间的隧道结（Tunnel Recombination Junction，TRJ）应具有较小的电学损失与光学损失。 

针对电流匹配，人们研究了子电池本征吸收层的厚度比，在最佳厚度比值下子电池的电流可获得良好匹配，例如：非晶硅本征层厚度一般为150-200nm，微晶硅本征层厚度一般为2μm。为了增加电池稳定性，降低光致衰减效应，人们还研究了中间反射层（Intermediate Reflector Layer，IRL）的作用，以在降低本征非晶硅厚度的同时，保持最大的匹配电流；针对电学损失和光学损失，人们研究了子电池界面处的隧道结，由于隧道结相对电池内建电场为反偏结，任何寄生势垒都将使电池的电流电压特性变差，若结处的光生电子与空穴能完全复合，就不会产生寄生势垒而削减子电池的电场。目前，人们对叠层结构的上述两方面研究尚独立进行：具有选择性反射作用的中间反射层是基于光学的反射与透射原理；而具有较大缺陷态密度的隧道结是基于电学的隧穿复合理论。因此，其研究成果难以大幅提高叠层太阳电池的性能。综合考虑叠层结构的子电池界面对整个电池的光学性能和电学性能的影响，结合中间反射层的作用与隧道结的原理，在子电池界面处制备一层既具有选择性反射作用，又具有高缺陷态密度的薄膜，称此兼具陷光性能和隧穿性能的薄膜为隧穿反射层（Tunnel Recombination Reflector，TRR），以改善硅基薄膜叠层太阳电池的电流匹配度，降低光学损失与电学损失，提高电池的光电转换效率和稳定性。 

近年来，人们对硅基叠层太阳电池子电池之间的插入层已有了一定的研究。如：中国科学院半导体研究所的专利（申请号：200910078560.8）硅基薄膜叠层太阳能电池隧道结的制作方法，其特征是插入层为具有较高复合速率的复合层材料，非晶纳米硅复合层。此插入层考虑了隧道结处的隧穿性能，但没有考虑光学性能；湖南共创光伏科技有限公司的专利（申请号：CN201320698865.0）一种电池用复合中间反射层以及多结叠层硅基薄膜电池，其特征是该复合中间反射层是包括至少一层n型SiOx或SiNx膜层的多层膜结构，与每层中间反射层相邻的前一层和后一层均为不含氧或氮的n型硅薄膜掺杂层，通过调节O或N含量来调节膜层折射率以适应不同的陷光要求。此插入层考虑了各子电池交界处的光学性能，但没有考虑隧道结的隧穿性能；景德镇陶瓷学院的专利（申请号：201010045857.7）一种具有掺杂中间层结构的非晶/微晶硅叠层太阳电池及其制造方法，采用中间层为n⁺-ZnO:Al/p⁺-μc-Si:H薄膜结构的重掺杂n⁺p⁺隧道结来串联顶电池和底电池，虽然此插入层兼顾了陷光性能和隧穿性能，但由于插入层为制备方法不同的两层薄膜组成，不仅工艺更为复杂，而且引入了更多的界面态。鉴于此，本专利发明了一种硅基薄膜叠层太阳电池隧穿反射层的制备方法，所制备的插入层薄膜带隙宽、折射率低、电导率高、缺陷态密度大，同时兼具中间层的光学优点与隧道结的电学特点，能有效地提高叠层电池的转换效率和稳定性。 

发明内容

针对背景技术提出的问题，本发明提供了一种硅基薄膜叠层太阳电池隧穿反射层的制备方法，这种方法将制备一层既具有选择性反射作用，又具有高缺陷态密度的薄膜，此隧穿反射层兼具了中间反射层的光学优点和隧道结的电学特点，具有宽带隙、高电导率、低折射率、高缺陷态密度等特点，能有效地提高硅基薄膜叠层太阳电池的转换效率和稳定性。