一种非晶硅薄膜太阳电池的制造工艺

摘要

一种非晶硅薄膜太阳电池的制造工艺，属于半导体领域。该工艺包括(a)制备p型硅碳薄膜(b)制备缓冲层(c)制备本征层(d)制备n层，在各层制备中通过控制H2的稀释比及其它工艺参数获得带隙宽、电导率高的P层和低缺陷密度的界面，使电池的转换效率达到较大提高，降低电池的衰减效应。

权利要求

1.一种非晶硅薄膜太阳电池的制造工艺，采用电容平板式等离子体增强化学气相沉积，以透明导电玻璃为衬底沉积非晶硅薄膜，包括以下步骤：(a)制备p型硅碳薄膜，工艺参数为：

通入B2H6、SiH4、CH4、H2气体，沉积温度160℃～240℃，功率密度0.15W/cm2～0.5W/cm2，氢稀释比R＝H2/SiH4为100∶1-1.3，硅烷与甲烷流量比10∶1-1.6，沉积压力为80-120pa；

(b)制备缓冲层，工艺参数为：

通入SiH4、H2气体，其中H2/SiH4＞40，沉积温度160℃～240℃，功率密度0.15W/cm2～0.5W/cm2，沉积压力为80-120pa；

(c)制备氢化非晶硅薄膜，工艺参数为：

通入SiH4、H2气体，其中H2/SiH4＜20，沉积温度160℃～240℃，功率密度0.15W/cm2～0.5W/cm2，沉积压力为100-150pa；

(d)制备n型氢化非晶硅薄膜，工艺参数为：

通入PH3、SiH4、H2气体，其中H2/SiH4＞40，沉积温度160℃～240℃，功率密度0.15W/cm2～0.5W/cm2，沉积压力为110-160pa；

(e)制备铝背反射电极

在硅薄膜上采用物理气相沉积或溅射方法制备铝背反射电极。

2.根据权利要求1所述的非晶硅薄膜太阳电池的制造工艺，其特征在于：步骤(b)与步骤(a)在同一沉积室实现。

3.根据权利要求1所述的非晶硅薄膜太阳电池的制造工艺，其特征在于步骤(b)和步骤(c)在同一腔室实现，步骤(b)到步骤(c)之间辉光连续。

4.根据权利要求1所述的非晶硅薄膜太阳电池的制造工艺，其特征在于：步骤(a)、(b)、(c)和(d)的功率密度为0.35W/cm2。

5.根据权利要求1所述的非晶硅薄膜太阳电池的制造工艺，其特征在于：步骤(a)、(b)、(c)和(d)的沉积温度为180℃～230℃。

6.根据权利要求1所述的非晶硅薄膜太阳电池的制造工艺，其特征在于：步骤(a)、(b)、(c)和(d)循环进行形成双结叠层电池结构。

说明书

一.技术领域

本发明涉及一种太阳电池的制造工艺，特别涉及一种非晶硅薄膜太阳电池的制造工艺，属于半导体领域。

二.背景技术

世界能源的需求使太阳电池技术得到了迅猛的发展，目前市场成熟主流的技术以单晶硅和多晶硅太阳电池为主，但由于硅材料的短缺导致的成本极限以及生产晶体硅过程中存在的环境问题，非晶硅薄膜太阳电池具有耗材少、环境友好、成本下降空间较大等优势，科研和生产单位纷纷将非晶硅太阳电池作为研发主方向，

非晶硅太阳电池的结构以p-i-n型为主，目前非晶硅太阳电池存在的主要问题是如何提高转化效率和降低光致衰退效应。非晶p层作为窗口层、掺杂层对解决以上问题具有很大的决定性作用。作为窗口层的p型材料需要尽可能的薄(20nm左右)以提高其透过率，作为掺杂层又需要有高的电导率以降低电池的串联电阻。非晶硅薄膜太阳电池大多采用p型非晶硅碳(p-a-SiC:H)作为窗口层，其电导率比较低(约在10-5S/cm量级)；p/i异质结界面存在晶格失配问题，引起界面缺陷态增加，增加了载流子的复合。此外，非晶硅材料的光致衰退(S-W)效应，使得非晶硅太阳电池性能不稳定，降低了非晶硅薄膜电池的光电转换效率。

三.发明内容

本发明为提供一种具有较高的转化效率和较低低光致衰退效应的薄膜太阳电池制造工艺。

本发明为提供的薄膜太阳电池制造工艺，采用电容平板式等离子体增强化学气相沉积，以透明导电玻璃为衬底沉积非晶硅薄膜，包括步骤：(a)制备p型硅碳薄膜，工艺参数为：

通入B2H6、SiH4、CH4、H2气体，沉积温度160℃～240℃，功率密度0.15W/cm2～0.5W/cm2，氢稀释比R＝H2/SiH4为100∶1-1.3，硅烷与甲烷流量比10∶1-1.6，沉积压力为80-120pa；

(b)制备缓冲层，工艺参数为：

通入SiH4、H2气体，其中H2/SiH4＞40，沉积温度160℃～240℃，功率密度0.15W/cm2～0.5W/cm2，沉积压力为80-120pa；

(c)制备氢化非晶硅薄膜工艺参数为：

通入SiH4、H2气体，其中H2/SiH4＜20，沉积温度160℃～240℃，功率密度0.15W/cm2～0.5W/cm2，沉积压力为100-150pa；

(d)制备n型氢化非晶硅薄膜，工艺参数为：

通入PH3、SiH4、H2气体，其中H2/SiH4＞40，沉积温度160℃～240℃，功率密度0.15W/cm2～0.5W/cm2，沉积压力为110-160pa；

(e)制备铝背反射电极，工艺参数为：

在硅薄膜上采用物理气相沉积或溅射方法制备铝背反射电极。

步骤(b)与步骤(a)在同一沉积室实现；步骤(b)和步骤(c)在同一腔室实现，步骤(b)到步骤(c)之间辉光连续。步骤(a)、(b)、(c)和(d)的功率密度为0.35W/cm2，步骤(a)、(b)、(c)和(d)的沉积温度为180℃～230℃，步骤(a)、(b)、(c)和(d)循环进行一次形成双结叠层电池结构。

采用本工艺制造薄膜太阳电池，缓冲层在较高氢稀释下制备，相对于非晶硅来说，带宽增加，带尾变窄，结构有序性也明显增加。将其应用于电池的缓冲层，能够改善电池的p/i界面，减少缺陷态，能够提高电池的开路电压和光电转换效率。采用p型硅碳材料和硅薄膜缓冲层的方法制备电池的性能稳定性好、转换效率较高，光致衰退效应小。

四.具体实施方式

采用多腔室沉积系统，配置有真空获得系统，电源激发频率采用13.56MHz，以二氧化锡导电玻璃为衬底，在一定得工艺条件下沉积获得非晶硅薄膜。

实施例1：

在多腔室平板容式等离子体增强化学气相沉积系统内制备单结非晶硅薄膜太阳电池。将沉积室真空抽至真空度高于1×10-5Pa，沉积温度加热至190℃，射频功率采用0.4W/cm2。p层硅碳薄膜在p腔室制备，氢稀释比R＝100∶1.1(R＝H2/SiH4)，硅烷与甲烷流量比10∶1，沉积压力100pa制备薄膜的厚度约为20nm。制备掺硼的硅碳层完成后，将基片转移至I室，缓冲层和氢化非晶硅本征层在同一腔室中制备，缓冲层沉积采用高氢稀释比R1＝50(R1＝H2/SiH4)制备不掺碳的硅缓冲层，沉积温度190℃，射频功率采用0.35W/cm2，沉积压力100pa，厚度20nm，在等离子体辉光不灭的情况下，调节硅烷浓度，采用低氢稀释比R2＝16，(R2＝H2/SiH4)制备本征的i型氢化非晶硅薄膜，沉积压力为110pa，其它工艺参数不变，厚度约为450nm。在n腔室中制备掺磷的n型氢化非晶硅薄膜，通入PH3、SiH4、H2气体，其中H2/SiH4。＝50，沉积温度180，功率密度0.35W/cm2，沉积压力为140pa，厚度为30nm。再在n层上采用磁控溅射的方式溅镀铝背电极，获得单结非晶硅薄膜太阳电池。

实施例2：

以透明导电玻璃为衬底，先将玻璃衬底预热到180℃，送入多腔室平板容式等离子体增强化学气相沉积系统，制备单结非晶硅薄膜太阳电池。将沉积室真空抽至真空度高于1×10-5Pa，沉积温度加热至190℃，射频功率采用0.4W/cm2。p层纳米硅碳在p腔室制备，氢稀释比R＝100∶1.1(R＝H2/SiH4)，硅烷与甲烷流量比10∶1，沉积压力100pa制备薄膜的厚度约为20nm。制备掺硼的硅碳层完成后，将基片转移至另一室，缓冲层和氢化非晶硅本征层在同一腔室中制备，缓冲层沉积采用高氢稀释比R1＝50(R1＝H2/SiH4)制备不掺碳的硅缓冲层，沉积温度190℃，射频功率采用0.35W/cm2，沉积压力100pa，厚度20nm，在等离子体辉光不灭的情况下，调节硅烷浓度，采用低氢稀释比R2＝16，(R2＝H2/SiH4)制备本征的i型氢化非晶硅薄膜，沉积压力为110pa，其它工艺参数不变，厚度约为280nm。在n腔室中制备掺磷的n型氢化非晶硅薄膜，通入PH3、SiH4、H2气体，其中[H2]/[SiH4。＝50，沉积温度180，功率密度0.35W/cm2，沉积压力为140pa，厚度为30nm，完成其中一结非晶薄膜太阳电池。将上述电池重新进入P沉积室，将沉积室真空抽至真空度高于1×10-5Pa，沉积温度加热至190℃，射频功率采用0.4W/cm2。p层纳米硅碳在p腔室制备，氢稀释比R＝100∶1.1(R＝H2/SiH4)，硅烷与甲烷流量比10∶1，沉积压力100pa制备薄膜的厚度约为20nm。制备掺硼的硅碳层完成后，将基片转移至另一室，缓冲层和氢化非晶硅本征层在同一腔室中制备，缓冲层沉积采用高氢稀释比R1＝50(R1＝H2/SiH4)制备不掺碳的硅缓冲层，电源激发频率13.56MHz，沉积温度190℃，射频功率采用0.35W/cm2，沉积压力100pa，厚度20nm，在等离子体辉光不灭的情况下，调节硅烷浓度，采用低氢稀释比R2＝16，(R2＝H2/SiH4)制备本征的i型氢化非晶硅薄膜，沉积压力为110pa，其它工艺参数不变，厚度约为480nm。在n腔室中制备掺磷的n型氢化非晶硅薄膜，通入PH3、SiH4、H2气体，其中H2/SiH4。＝50，沉积温度180，功率密度0.35W/cm2，沉积压力为140pa，厚度为30nm。再在n层上采用磁控溅射的方式溅镀铝背电极，获得双结叠层非晶硅薄膜太阳电池。

利用本工艺制造的非晶硅薄膜太阳电池，单结转换效率达到8％以上，双结叠层的转换效率达到11％以上，经测试光致衰减10％左右，远远小于目前的20％的平均水平。