[发明专利]一种纳米晶硅薄膜太阳能电池的制备方法

摘要

本发明公开了一种纳米晶硅薄膜太阳能电池的制备方法，通过调控纳米晶硅薄膜的制备工艺参数，改变纳米晶硅薄膜带隙宽度，以带隙宽度逐渐变化的纳米晶硅薄膜为本征层，改善电池的光吸收，一微晶氧化硅为窗口层，减少电池的非激活层的光吸收损失，最大限度地提高电池的光电转换效率，在玻璃衬底上制备了结构为银电极/p型微晶氧化硅/带隙渐变的纳米晶硅/n型纳米硅/ITO导电玻璃的硅基薄膜电池，光电转换效率为9.05%，相比于非晶硅薄膜电池而言，电池的稳定性得到了大幅地提高。

主权项

一种纳米晶硅薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：1）制备带隙宽度可调控的纳米晶硅薄膜：利用等离子体化学气相沉积，制备纳米晶硅薄膜，具体工艺参数如下：射频辉光的激励功率为0.5~1.5W/cm2；氢的稀释比，即氢气与硅烷的体积比为40~120，衬底温度为150~250℃ ；反应气压为150~500Pa，可以获得带隙宽度在1.65~1.25eV可调的纳米晶薄膜；2）氧化硅薄膜的制备；利用等离子体化学气相沉积制备微晶氧化硅薄膜，其衬底温度为150~250℃ ；反应气压为150~500Pa，射频辉光的激励功率为0.5~1.5W/cm2，增加一CO2生长气源；氢稀释比固定为300，调节CO2稀释比，即CO2与硅烷的体积比，微晶氧化硅的材料特性参数变化如下：当CO2稀释比从0到1.5变化时，电导率由0.1S/cm下降到10‑10S/cm，带隙宽度从1.85eV增加到2.25eV；对于薄膜在光波长为500nm处的折射率而言，CO2稀释比从0增加到1.5时，微晶氧化硅的折射率从4.1减少到2.5；CO2稀释比固定为0.8，调节氢稀释比，微晶氧化硅的材料特性参数变化如下：当氢稀释比小于300时，暗电导率维持在10‑8S/cm附近，氢稀释比从300增加到450时，暗电导率快速增加到10‑3S/cm；当氢稀释比从0增加到450时，带隙宽度从1.9增加到2.3eV；3）氧化硅为窗口层的带隙可调的纳米晶硅薄膜太阳能电池制备：电池的结构为：银电极/p型微晶氧化硅/带隙渐变的纳米晶硅/n型纳米硅/ITO导电玻璃；p型微晶氧化硅的生长气源为CO2、SiH4、H2，掺杂气体为硼烷，由浓度0.5%的H2稀释，掺杂浓度B2H6/ SiH4为0.5%；CO2稀释比为0.8~1.2，氢稀释比为300~350；生长时的反应气压200~250Pa、衬底温度250℃ 和辉光功率密度为0.5~1.0W/cm2；微晶氧化硅的生长厚度为20nm；4）制备带隙渐变的纳米晶硅p‑i‑n 型薄膜电池：把本征层均分为若干层，每层除了氢稀释比、辉光功率或反应气压不同之外，其余生长参数均相同；具体参数如下：本征层的总厚度为400nm，共分为10层，生长温度为250℃ ，反应气压为150Pa，辉光功率为0.5~1.0W/cm2；氢稀释比开始设为40，每沉积20分钟改变一次氢稀释比，从40、50、60、70、80、90、100、110、120依次变化到130，得到带隙宽度逐渐减小的10层纳米晶薄膜；生长n型纳米晶硅的生长温度为250℃ ，反应气压为150Pa，辉光功率为0.5~1.0W/cm2，氢稀释比为130，掺杂气体为磷烷PH3，以0.5%的H2稀释，掺杂浓度PH3/ SiH4为1.0%；最后，蒸镀金属银为背电极。