專利名稱：SnO₂為襯底的微晶硅薄膜太陽(yáng)電池用透明導(dǎo)電薄膜的制備方法
Sn02為襯底的微晶硅薄膜太陽(yáng)電池用透明導(dǎo)電薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜太陽(yáng)電池領(lǐng)域，尤其是一種應(yīng)用在Sri02為襯底的微晶硅薄膜 太陽(yáng)電池用透明導(dǎo)電薄膜的制備方法。背景技術(shù)：
隨著人類社會(huì)的高速發(fā)展，對(duì)能源的需求也日益加劇。化石燃料和工業(yè)革命 的結(jié)合創(chuàng)造了人類歷史上輝煌的現(xiàn)在文明，但同時(shí)也造成了當(dāng)代人類發(fā)展所面臨 的能源危機(jī)與環(huán)境污染。太陽(yáng)能用之不竭、取之不盡，因而光伏發(fā)電倍受人們矚 目。實(shí)踐證明，大規(guī)模應(yīng)用太陽(yáng)電池的一個(gè)關(guān)鍵，就是大幅度的降低成本，發(fā)展 薄膜太陽(yáng)電池是降低成本的一個(gè)有效途徑。對(duì)于硅基薄膜太陽(yáng)電池來(lái)說(shuō)，薄膜非晶硅(a-Si:H)材料適合作太陽(yáng)電池的最大 特點(diǎn)是光吸收系數(shù)大，具有較高的光敏性，其吸收峰與太陽(yáng)光譜峰相近，有利于 對(duì)太陽(yáng)光的利用，是極富吸引力的光伏材料。非晶硅(a-Si:H)薄膜太陽(yáng)電池因其 生長(zhǎng)溫度低、便于大面積生產(chǎn)、耗材少等優(yōu)點(diǎn)受到人們的重視并得到迅速發(fā)展。 盡管非晶硅是一種很好的太陽(yáng)電池材料，但是由于其光學(xué)帶隙為1.7eV左右，使 得材料本身對(duì)太陽(yáng)輻射光譜的長(zhǎng)波區(qū)域不敏感，限制了非晶硅太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率 的進(jìn)一步提高，而且非晶硅電池本身所固有的S-W效應(yīng)，使其穩(wěn)定性不夠理想， 因而限制了其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。氫化微晶硅薄膜(pc-Si:H)是由微晶粒、晶粒邊界、空洞和非晶硅共存的復(fù) 相材料組成，相對(duì)于非晶硅材料有很高的有序性，微晶硅電池穩(wěn)定性大大提高， 且微晶硅光學(xué)帶隙在1.1eV左右，相對(duì)于非晶硅，電池響應(yīng)光譜得到擴(kuò)展，從0.9iam 擴(kuò)展到l.lMm，提高太陽(yáng)電池效率的潛力很大，在新能源領(lǐng)域中成為當(dāng)前的研究執(zhí)占o(jì) """、、o但同非晶硅太陽(yáng)電池相比，微晶硅太陽(yáng)電池所需要的p層材料是微晶硅p，此材料的制備往往需要?dú)湎♂尅Ｓ捎诔杀疽蛩?，Sn02作為襯底材料被廣泛應(yīng)用， 但對(duì)于目前商業(yè)化的Sn02襯底來(lái)說(shuō)，大量的氫會(huì)使Sn02中的Sn被還原，導(dǎo)致材 料的透過(guò)率和電學(xué)特性劣化，從而影響微晶硅太陽(yáng)電池的效率。因此，為了實(shí)現(xiàn) Sn02襯底能夠應(yīng)用于微晶硅太陽(yáng)電池中，需要在沉積微晶硅太陽(yáng)電池之前在Sn02
襯底上預(yù)先沉積保護(hù)層，此保護(hù)層既能起到保護(hù)Sn02不被氫還原的作用，同時(shí)具 有很好的光透性。目前通過(guò)在Sn02表面沉積ZnO或Ti02等透明導(dǎo)電薄膜起到上 述保護(hù)層功能，但沉積ZnO或Ti02需要采用濺射或者金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積等 技術(shù)，而制備微晶硅電池常用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)或熱絲化學(xué) 氣相沉積等技術(shù)，制備過(guò)程中沉積系統(tǒng)的不同不利于降低成本。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的旨在為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種能夠提高微晶硅薄膜太 陽(yáng)電池的電池效率且工藝簡(jiǎn)單、成本低的Sn02為襯底的微晶硅薄膜太陽(yáng)電池用透 明導(dǎo)電薄膜的制備方法。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，設(shè)計(jì)了一種Sn02為襯底的微晶硅薄膜太陽(yáng)電池用透 明導(dǎo)電薄膜的制備方法，所述微晶硅薄膜太陽(yáng)電池包括Sn02襯底及依次沉積在 Sn02襯底上的透明導(dǎo)電薄膜、P型微晶硅、I型本征微晶硅和N型非晶硅，所述 透明導(dǎo)電薄膜為非晶硅碳、非晶硅氧，所述在Sn02襯底上制備透明導(dǎo)電薄膜的沉 積方法為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、熱絲化學(xué)氣相沉積或者甚高頻等離子體增 強(qiáng)化學(xué)氣相沉積，該制備透明導(dǎo)電薄膜的沉積方法和制備P型微晶硅、I型本征微 晶硅、N型非晶硅的沉積方法相同。本發(fā)明有益效果是本發(fā)明采用如等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、熱絲化學(xué)氣 相沉積、甚高頻等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積等與制備微晶硅太陽(yáng)電池相同的化學(xué) 氣相沉積技術(shù)，在制備微晶硅太陽(yáng)電池制備同時(shí)，原位沉積具有高光透過(guò)、種子 層和保護(hù)層功能的微晶硅太陽(yáng)電池用透明導(dǎo)電薄膜，即在Sn02襯底上依次沉積透 明導(dǎo)電薄膜、P型微晶硅、I型本征微晶硅及N型非晶硅具有技術(shù)兼容性，可以使 用相同的沉積方法，所以針對(duì)不同層材料，沉積過(guò)程只需要變換反應(yīng)氣體或宏觀 沉積參數(shù)，不需要更換沉積系統(tǒng)，工藝簡(jiǎn)單且有利于降低成本。
圖1為本發(fā)明Sn02為襯底的微晶硅薄膜太陽(yáng)電池的示意圖。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。請(qǐng)參考圖l所示，本發(fā)明Sn02為襯底的微晶硅薄膜太陽(yáng)電池，包括襯底、透 明導(dǎo)電薄膜、P型微晶硅、I型本征微晶硅、N型非晶硅和背電極，其中該透明導(dǎo)
電薄膜具有高光透過(guò)、保護(hù)Sn02襯底和對(duì)隨后沉積的P層起到種子層的功能。在 本發(fā)明實(shí)施例中，該透明導(dǎo)電薄膜可為非晶硅碳、非晶硅氧，所使用的襯底是透 明導(dǎo)電Sn02襯底，背電極由金屬Ag、 Al、 ZnO等組成。本發(fā)明在Sn02襯底上制備透明導(dǎo)電薄膜，采用與制備微晶硅太陽(yáng)電池相同的 沉積技術(shù)，例如等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)、熱絲化學(xué)氣相沉積、甚 高頻等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積等。所使用的氣源為以氫稀釋的硅烷類氣體，甲 烷和二氧化碳為主，以不同的含硼的有機(jī)類氣體或用惰性氣體攜帶的含硼的液態(tài) 化合物作為摻雜劑。下面分別以制備非晶硅碳、非晶硅氧功能材料為例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明Sn02為襯底 的微晶硅薄膜太陽(yáng)電池用透明導(dǎo)電薄膜的制備方法。實(shí)施例1采用PECVD方法沉積非晶硅碳功能材料作為本發(fā)明的透明導(dǎo)電薄膜，具體 制備工藝為1、 將Sn02襯底放入PECVD沉積系統(tǒng)中，本底真空高于10'5托；2、 控制反應(yīng)沉積參數(shù)，在Sn02襯底沉積非晶硅碳薄膜；本發(fā)明中，采用反應(yīng)氣為硅垸、氫氣、硼烷、三甲基硼、甲烷、二氧化碳等氣體的組合，制備的反應(yīng)沉積參數(shù)如下 反應(yīng)氣體壓強(qiáng)O.l托以上； 輝光功率密度10-100毫瓦/平方厘米；襯底表面溫度100-300°C;氫稀釋硅垸濃度SC= ([SiH4]/([SiH4]+[H2])) °/(^80%; 輝光激勵(lì)頻率13.56MHz-100MHz;含硼氣體與硅垸之比(硼摻雜劑濃度)BS《3%。實(shí)施例1中制備非晶硅碳較為優(yōu)選的另一個(gè)實(shí)施條件如下將襯底置于反應(yīng)腔室中，反應(yīng)氣中硅烷(氫稀釋，濃度為10%) =40SCCM，硼烷(氫稀釋，濃度 為5%) =0.8SCCM，甲烷(100。/。"4.5SCCM。應(yīng)腔室中的反應(yīng)氣壓保持在65.4Pa， 襯底表面溫度保持在225X:，設(shè)定輝光功率密度為45毫瓦/平方厘米，輝光激勵(lì)頻
率為13.56MHz。沉積1分20秒，所制得的非晶硅氧薄膜20nm，其暗電導(dǎo)率約為 10-6s/cm。實(shí)施例1中制備非晶硅碳較為優(yōu)選的另一個(gè)實(shí)施條件如下將襯底置于反應(yīng)腔室中，反應(yīng)氣中硅烷(氫稀釋，濃度為10%) =40SCCM，硼垸(氫稀釋，濃度 為5%) =0.4SCCM，甲烷(100。/。)-4.5SCCM。應(yīng)腔室中的反應(yīng)氣壓保持在80Pa， 襯底表面溫度保持在185°C，設(shè)定輝光功率密度為50毫瓦/平方厘米，輝光激勵(lì)頻 率為13.56MHz。沉積1分40秒，所制得的非晶硅氧薄膜25nm，其暗電導(dǎo)率約為 l(T7s/cm。實(shí)施例2采用PECVD方法沉積非晶硅氧功能材料作為本發(fā)明的透明導(dǎo)電薄膜，在此 實(shí)施例2中，制備非晶硅氧薄膜和制備非晶硅碳的工藝步驟相同，只是反應(yīng)沉積 參數(shù)不同，故下面僅介紹制備非晶硅氧薄膜的反應(yīng)沉積參數(shù)反應(yīng)氣硅烷、氫氣、硼垸、三甲基硼、氧氣、二氧化碳等氣體的組合； 反應(yīng)氣體壓強(qiáng)0.1托以上； 輝光功率密度10 -500毫瓦/平方厘米； 襯底表面溫度100-30(TC;氫稀釋硅烷濃度SC- ([SiH4]/([SiH4]+[H2])) °/^80%; 輝光激勵(lì)頻率13.56MHz-100MHz;含硼氣體與硅垸之比(硼摻雜劑濃度)BS53%。實(shí)施例2中制備非晶硅氧較為優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施條件如下將襯底置于反應(yīng)腔 室中，反應(yīng)氣中硅烷(氫稀釋，濃度為20%) -15SCCM,硼垸(氫稀釋，濃度為 1%) =3SCCM， 二氧化碳(100。/。一3SCCM,氫氣(100%)=12 SCCM。應(yīng)腔室中的反 應(yīng)氣壓保持在60Pa，襯底表面溫度保持在215'C，設(shè)定輝光功率密度為300毫瓦/ 平方厘米，輝光激勵(lì)頻率為13.56MHz。沉積3分鐘，所制得的非晶硅氧薄膜20nm， 其暗電導(dǎo)率約為10—7s/cm。實(shí)施例2中制備非晶硅氧較為優(yōu)選的另一個(gè)實(shí)施條件如下將襯底置于反應(yīng) 腔室中，反應(yīng)氣中硅烷(氫稀釋，濃度為20%) -15SCCM,硼烷(氫稀釋，濃度 為1%) -6SCCM, 二氧化碳(100。/。)-3SCCM，氫氣(100%)=12 SCCM。應(yīng)腔室中的 反應(yīng)氣壓保持在60Pa，襯底表面溫度保持在215°C，設(shè)定輝光功率密度為400毫 瓦/平方厘米，輝光激勵(lì)頻率為13.56MHz。沉積3分鐘左右，所制得的非晶硅氧 薄膜25nm，其暗電導(dǎo)率約為10'6s/cm。綜上所述，本發(fā)明通過(guò)控制反應(yīng)沉積參數(shù)，在Sn02襯底上沉積厚度為5 40nm 的非晶硅碳或非晶硅氧，Sn02襯底上覆蓋該層薄膜材料后，在隨后制備微晶硅電 池的微晶P層材料時(shí)，過(guò)多的氫不會(huì)影響到Sn02襯底，對(duì)Sn02襯底起到保護(hù)層 的作用，同時(shí)由于該層非晶硅碳薄膜中有Si，因此還對(duì)隨后生長(zhǎng)的微晶硅起到一 定的種子層作用。本發(fā)明在制備微晶硅太陽(yáng)電池制備同時(shí)，原位沉積具有高光透過(guò)、種子層和 保護(hù)層功能的微晶硅太陽(yáng)電池用透明導(dǎo)電薄膜，即在Sn02襯底上依次沉積透明導(dǎo) 電薄膜、P型微晶硅、I型本征微晶硅及N型非晶硅使用相同的沉積方法，只是針 對(duì)不同層材料，沉積過(guò)程僅需變換反應(yīng)氣體或宏觀沉積參數(shù)，而不需要更換沉積 系統(tǒng)，工藝簡(jiǎn)單且有利于降低成本。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限 于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到 的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種SnO2為襯底的微晶硅薄膜太陽(yáng)電池用透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，所述微晶硅薄膜太陽(yáng)電池包括SnO2襯底及依次沉積在SnO2襯底上的透明導(dǎo)電薄膜、P型微晶硅、I型本征微晶硅和N型非晶硅，其特征在于所述在SnO2襯底上制備透明導(dǎo)電薄膜的沉積方法和制備P型微晶硅、I型本征微晶硅、N型非晶硅的沉積方法相同，該沉積方法采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、熱絲化學(xué)氣相沉積或者甚高頻等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述透明導(dǎo)電薄膜為非晶 硅碳或者非晶硅氧。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述在Sn02襯底上制備 透明導(dǎo)電薄膜的沉積方法中所使用的氣源包括以氫稀釋的硅烷氣體，含硼的有機(jī) 類氣體或用惰性氣體攜帶的含硼的液態(tài)化合物。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述氫稀釋硅烷的濃度SO ([SiH4]/([SiH4]+[H2])) %580%。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述含硼的有機(jī)類氣體或用惰性氣體攜帶的含硼的液態(tài)化合物為摻雜劑的濃度BS為含硼氣體與硅烷之比，該 BS《3%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種SnO₂為襯底的微晶硅薄膜太陽(yáng)電池用透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，所述透明導(dǎo)電薄膜為非晶硅碳、非晶硅氧，所述在SnO₂襯底上制備透明導(dǎo)電薄膜的沉積方法為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、熱絲化學(xué)氣相沉積或者甚高頻等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積。本發(fā)明采用與制備微晶硅太陽(yáng)電池相同的化學(xué)氣相沉積技術(shù)，在制備微晶硅太陽(yáng)電池制備同時(shí)，原位沉積具有高光透過(guò)、種子層和保護(hù)層功能的微晶硅太陽(yáng)電池用透明導(dǎo)電薄膜，不需要更換沉積系統(tǒng)，工藝簡(jiǎn)單且有利于降低成本。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101159297SQ20071015023
公開日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2007年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月19日
發(fā)明者張曉丹, 熊紹珍, 耿新華, 穎 趙 申請(qǐng)人:南開大學(xué)