一種光伏電池的製造方法
2023-05-16 00:49:21 1
一種光伏電池的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種光伏電池的製造方法，依次包括如下步驟：（1）提供基板；（2）在基板上依次形成第一透明導電層、非晶矽薄膜層、超晶格P型半導體層、第一非晶碳薄膜層、本徵非晶矽半導體層；N型非晶矽半導體層；第二非晶碳薄膜層、第二透明導電層以及電極。
【專利說明】一種光伏電池的製造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種半導體【技術領域】，特別涉及一種能夠增加光能帶、擴展對太陽光譜波長範圍的吸收與降低P型半導體層電阻的光伏電池的製造方法。
【背景技術】
[0002]由於世界經濟的快速法杖，世界各國對能源的需求日益增長，而且傳統能源日漸枯竭，因此在當今世界，能源短缺已經成為世界各國必須面對的共同問題。為了解決能源危機，世界各國一直持續研發各種可行的替代能源，其中又以光伏電池最受矚目。光伏電池能夠將太陽能轉換為電能，其具有使用方便、取之不盡、用之不竭、無廢棄物、無汙染、使用壽命長等優點。
[0003]在20世紀70年代，由美國貝爾實驗室首先研製出的光伏電池逐步發展起來。隨著光伏電池的發展，如今光伏電池有多種類型，典型的有單晶光伏電池、多晶光伏電池、非晶光伏電池、化合物光伏電池、染料敏化光伏電池等。
[0004]目前市場上主流的光伏電池為矽光伏電池，按材料區分，其包括1.單結晶矽；
2.多結晶矽；3.非結晶矽。目前最成熟的工業生產製造技術和最大的市場佔有率乃以單晶矽和非晶矽為主的光伏電池。這是因為:單晶效率最高；非晶價格最便宜，且無需封裝，生產也最快；多晶的切割及下遊再加工較不易，而前述兩種都較易於再切割及加工。為了降低成本，現今主要以積極發展非晶矽薄膜光伏電池為主，但其效率上於實際應用中仍然過低。近來，提出了一種在導帶(Conduction band)與價帶(Valence band)之間引進額外的能帶的中間能帶(Intermediate band)結構。理論上,如果摻雜(doping)濃度高到某種程度，即摻雜原子之間的距離接近到某種程度，摻雜原子就不能再被視為是相互獨立的。摻雜原子的能階互相稱合(Overlapping),就會在導帶與價帶之間引進中間能帶。中間能帶的引入，可以讓原本能量小於能隙的不被吸收的光子，有機會被吸收，因而增加光電流。另一方面，為了保持輸出電壓，一般須要採用P-1-N結構,讓中間能帶位於純質(intrinsic, i layer)區域。然而，過去並無在P層結構中製作具有超晶格的矽薄膜光伏電池。
[0005]因此，有必要提出一種具有超晶格的矽薄膜光伏電池，利用超晶格結構來提高其光波長的吸收範圍，並增加光伏電池的光電轉換效率。
【發明內容】
[0006]本發明提出的能夠增加光能帶、擴展對太陽光譜波長範圍的吸收與降低P型半導體層電阻的光伏電池的製造方法，依次包括如下步驟:
[0007](I)提供基板；
[0008](2)在基板上依次形成第一透明導電層、非晶矽薄膜層、超晶格P型半導體層、第一非晶碳薄膜層、本徵非晶矽半導體層；N型非晶矽半導體層；第二非晶碳薄膜層、第二透明導電層以及電極。
[0009]其中，採用蒸鍍法、濺鍍法、電鍍法或澱積(CVD)工藝來形成第一透明導電層和非晶矽薄膜層；
[0010]其中，超晶格P型半導體層由非晶矽材料層與非晶碳材料層在水平方向上相互間隔形成，所述非晶矽材料層與非晶碳材料層的寬度相等，厚度相同。在超晶格P型半導體層上形成第一非晶碳薄膜層。非晶矽薄膜層、超晶格P型半導體層、第一非晶碳薄膜層所組成的三明治結構用於提高光伏電池的電特性與產生空穴。本徵非晶矽半導體層形成於該第一非晶碳薄膜層上，用以提高光伏電池的電特性。N型非晶矽半導體層形成於本徵非晶矽半導體層上，用於產生電子。第二非晶碳薄膜層形成在N型非晶矽半導體層上，用於提高光伏電池的電特性和產生電子。第二透明導電層形成在第二非晶矽薄膜層上，其用於取出電能並提高光伏電池的光電轉換效率。電極形成在第二透明導電層上，其用於取出電能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1-3為本發明提出的光伏電池製造方法的示意圖。
【具體實施方式】
[0012]實施例1
[0013]參見圖1-3，本發明提出的光伏電池的製造方法，依次包括如下步驟:
[0014](I)提供基板10;
[0015](2)在基板10上依次形成第一透明導電層11、非晶矽薄膜層12、超晶格P型半導體層(13和14)、第一非晶碳薄膜層15、本徵非晶矽半導體層16 ;N型非晶矽半導體層17 ；第二非晶碳薄膜層18、第二透明導電層19以及電極20。
[0016]其中，基板10可選擇矽、玻璃、或透明柔性基板。採用蒸鍍法、濺鍍法、電鍍法、澱積(CVD)等工藝來形成第一透明導電層11，其用於取出電能與提升光電轉換的效率。第一透明導電層11可選擇銦錫氧化物(ITO)、氧化鋅(ZnO)、二氧化錫(SnO2)或氧化銦鋅(ΙΖ0)，優選為銦錫氧化物(ITO)或氧化銦鋅(IZ0);第一透明導電層11的厚度為180-430nm，優選為 280nm。
[0017]此後在第一透明導電層11上沉積非晶矽；對非晶矽進行光刻後刻蝕，從而在非晶矽上刻蝕出凹槽，然後在凹槽中沉積非晶碳，使得非晶碳完全將凹槽填充滿，接著對填充有非晶碳的非晶矽進行平坦化，使得非晶矽與非晶碳的上表面平坦後，留下的非晶碳的厚度為55-130nm,優選為IOOnm ;從而分別形成非晶娃薄膜層12、非晶娃材料層13以及非晶碳材料層14，其中，非晶矽薄膜層12的厚度為60-120nm，優選為80nm ;而且非晶矽材料層13與非晶碳材料層14共同構成超晶格P型半導體層；如圖1所示，非晶矽材料層13與非晶碳材料層14在水平方向上相互間隔形成，所述非晶矽材料層13與非晶碳材料層14的寬度相等，厚度相同。進一步地，非晶矽材料層13與非晶碳材料層14在水平方向上分別具有三層。
[0018]在超晶格P型半導體層(13和14)上沉積形成有第一非晶碳薄膜層15。非晶矽薄膜層12、超晶格P型半導體層(13和14)、第一非晶碳薄膜層15所組成的三明治結構用於提高光伏電池的電特性與產生空穴。其中，第一非晶碳薄膜層15的厚度為60-120nm、優選為 80nm。
[0019]本徵非晶矽半導體16層沉積形成於該第一非晶碳薄膜層15上，用以提高光伏電池的電特性。本徵非晶矽半導體層16的厚度為420-780nm，優選為600nm。
[0020]N型非晶矽半導體層17沉積形成於本徵非晶矽半導體層16上，用於產生電子。N型非晶矽半導體層17的厚度為500-800nm、優選為650nm。
[0021]第二非晶碳薄膜層18形成在N型非晶矽半導體層17上，用於提高光伏電池的電特性和產生電子。第二非晶碳薄膜層18的厚度為60-120nm、優選為90nm。
[0022]第二透明導電層19形成在第二非晶矽薄膜層上18，其用於取出電能並提高光伏電池的光電轉換效率。第二透明導電層19可選擇銦錫氧化物(ITO)、氧化鋅(ZnO)、二氧化錫(SnO2)或氧化銦鋅(ΙΖ0)、優選為銦錫氧化物(ITO)或氧化銦鋅(IZO);第二透明導電層19的厚度為200-400nm、優選為320nm ;可採用蒸鍍法、濺鍍法、電鍍法、澱積(CVD)等工藝來形成。
[0023]電極20形成在第二透明導電層19上，其用於取出電能。電極20的材料可選擇銦ΙΤ0、Ζη0、ΙΖ0、鎳、鈦、鈀或鋁，其厚度為100-250nm、優選為150nm。
[0024]本發明提出的光伏電池的製造方法，由於具有由非晶矽薄膜層12、超晶格P型半導體層(13和14)、第一非晶碳薄膜層15所組成的三明治結構，該結構可以增加空穴的產生，所以可以提高光伏電池的光電轉換效率。並且還具有第二非晶碳薄膜層19，其可以增加電子的產生，由此光伏電池的光電轉換效率可進一步提升。
[0025]至此已對本發明做了詳細的說明，但前文的描述的實施例僅僅只是本發明的優選實施例，其並非用於限定本發明。本領域技術人員在不脫離本發明精神的前提下，可對本發明做任何的修改，而本發明的保護範圍由所附的權利要求來限定。
【權利要求】
1.一種光伏電池的製造方法，依次包括如下步驟: (1)提供基板； (2)在基板上依次形成第一透明導電層、非晶矽薄膜層、超晶格P型半導體層、第一非晶碳薄膜層、本徵非晶矽半導體層；N型非晶矽半導體層；第二非晶碳薄膜層、第二透明導電層以及電極。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於: 所述步驟(2)中，首先在第一透明導電層上沉積非晶矽；對非晶矽進行光刻後刻蝕，從而在非晶矽上刻蝕出凹槽，然後在凹槽中沉積非晶碳，使得非晶碳完全將凹槽填充滿，接著對填充有非晶碳的非晶矽進行平坦化，使得非晶矽與非晶碳的上表面平坦化，從而分別形成非晶矽薄膜層、非晶矽材料層以及非晶碳材料層，其中非晶矽材料層與非晶碳材料層共同構成超晶格P型半導體層。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於: 其中，第一透明導電層的厚度為180-430nm，優選280nm ； 非晶矽薄膜層的厚度為60-120nm，優選80nm 構成超晶格P型半導體層的非晶矽材料層與非晶碳材料層在水平方向上分別具有三層；非晶矽材料層和非晶碳材料層的厚度為55-130nm，優選IOOnm ； 第一非晶碳薄膜層的厚度為60-120nm,優選80nm ； 本徵非晶娃半導體層的厚度為420-780nm,優選600nm ； N型非晶矽半導體層的厚度為500-800nm，優選650nm ； 第二非晶碳薄膜層的厚度為60-120nm，優選90nm ； 第二透明導電層的厚度為200-400nm，優選320nm 電極的厚度為100-250nm，優選150nm。
【文檔編號】H01L31/18GK103594552SQ201310500100
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月22日 優先權日:2013年10月22日
【發明者】叢國芳 申請人:溧陽市東大技術轉移中心有限公司