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1、(10)申请公布号 CN 102751372 A (43)申请公布日 2012.10.24 C N 1 0 2 7 5 1 3 7 2 A *CN102751372A* (21)申请号 201210230875.1 (22)申请日 2012.07.04 H01L 31/076(2012.01) H01L 31/0376(2006.01) H01L 31/18(2006.01) H01L 31/20(2006.01) (71)申请人圣睿太阳能科技（镇江）有限公司 地址 212132 江苏省镇江市新区大港通港路 7号 (72)发明人何文 俞远高 张鹏强 成惠峰 王闪闪 徐娜 柏龙凤 葛伟青 丰浩 。
2、(74)专利代理机构镇江京科专利商标代理有限 公司 32107 代理人夏哲华 (54) 发明名称 具有NIP隧穿结的a-Si/c-SiGe叠层太阳 能电池及其制造方法 (57) 摘要 本发明涉及一种具有NIP隧穿结的a-Si/ c-SiGe叠层太阳能电池及其制造方法。其方法 包括以下步骤：步骤一，生成上层电池的非晶硅 薄膜，步骤包括，以已知方法沉积P型非晶硅窗囗 层；以已知方法沉积本征非晶硅吸收层；沉积N型 非晶硅层。步骤二，生成下层电池的微晶硅薄膜， 步骤包括，将步骤一制作的电池放入真空室里，在 通入氩气的条件下，刻蚀氧化层；沉积沉积N型微 晶硅层；沉积本征微晶硅层；沉积P型微晶硅层； 沉积。
3、本征微晶硅锗吸收层；沉积N型微晶硅层。步 骤三，在PVD反应室里以已知方法依次沉积ZnO和 Al膜，厚度分别为70和300nm。本发明的方法能 与现有PECVD法的工艺兼容，同时提高了电池的 转化效率。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 1/1页 2 1.一种具有NIP隧穿结的a-Si/c-SiGe叠层太阳能电池，其特征是：其结构 为，Glass/TCO/p-a-SiC:H/i-a-Si:H/n-a-Si:H/n-c-Si:H/i-c-Si:H/p-c-Si。
4、:H/ i-c-SiGe:H/n-c Si:H/ZnO/Al/Glass。 2.根据权利要求1所述的具有NIP隧穿结的a-Si/c-SiGe叠层太阳能电池，其特征 是：其玻璃衬板的厚度为3.0-4.0mm；TCO膜厚为800-1000nm，TCO膜为SnO 2 :F；n-a-Si:H厚 度为3-6nm；n-c-Si:H的厚度为10-30nm；i-c-Si:H的厚度为2-10 nm；p-c-Si:H的 厚度为10-30nm。 3.一种具有NIP隧穿结的a-Si/c-SiGe叠层太阳能电池的制造方法，其特征是：包 括以下步骤， 步骤一，生成上层电池的非晶硅薄膜，采用RF-PECVD方法制备，辉光激。
5、励频率为 13.56MHz，功率密度为18-25mw/cm 2 ，衬底表面温度为180220，反应气体压强为 0.80-0.87mbar；具体包括下述步骤： a.将干净的带有TCO层的衬底玻璃放入真空室； b.以已知方法沉积P型非晶硅窗囗层； c.抽真空； d.以已知方法沉积本征非晶硅吸收层； e.向反应室通入反应气体硅烷、磷烷和氢气的条件下，沉积N型非晶硅层； 步骤二，生成下层电池的微晶硅薄膜，采用VHF-PECVD方法制备，辉光激励频率为 40.68MHz，功率密度为0.1-0.6w/cm 2 ，衬底表面温度为180220，反应气体压强为 0.80-1.80mbar，具体包括下述步骤： a。
6、.抽真空； b.将步骤一制作的电池放入真空室里，在通入氩气的条件下，刻蚀氧化层； c.在向反应室通入反应气体硅烷、磷烷和氢气的条件下，沉积沉积N型微晶硅层； d.抽真空； e.在向反应室通入反应气体硅烷和氢气的条件下沉积本征微晶硅层； f.在向反应室通入反应气体硅烷、硼烷和氢气的条件下，沉积P型微晶硅层； g.抽真空； h.在向反应室通入反应气体硅烷、氟化锗和氢气的条件下，沉积本征微晶硅锗吸收 层； i.在向反应室通入反应气体硅烷、磷烷和氢气的条件下，沉积N型微晶硅层； 步骤三，在PVD反应室里以已知方法依次沉积ZnO和Al膜，厚度分别为70 和300nm。 4.根据权利要求3所述的具有NIP。
7、隧穿结的a-Si/c-SiGe叠层太阳能电池的制造方 法，其特征是：所述下层电池中本征微晶硅锗吸收层采用V字型带隙排布。 权 利 要 求 书CN 102751372 A 1/3页 3 具有 NIP 隧穿结的 a-Si/c-SiGe 叠层太阳能电池及其制 造方法 技术领域 0001 本发明属于新能源中薄膜太阳能电池的技术领域，特别是一种隧穿结为NIP结 构，本征层为微晶硅锗的叠层薄膜太阳能电池及其制造方法。 背景技术 0002 太阳光谱在可见光部分的能量只有不到50%，要想提高电池的效率，把其光谱响应 扩展到1.1m以下是非常重要的，因为这包括了太阳光90%以上的能量。锗是一种带隙为 0.66e。
8、V的窄带隙半导体材料，它与硅构成的薄膜合金材料，有着大幅度向窄带隙方向调制 的作用。利用薄膜中锗的掺入来提高材料对光谱的吸收范围和吸收效率，是太阳能电池效 率提高的有效方法。 0003 在a-Si/c-SiGe叠层太阳能电池结构中，隧穿结的好坏对电池的性能有很大的 影响。高复合速率，低电阻率及较少光损失的隧穿结是保证a-Si/c-SiGe叠层太阳能电 池具有高转化效率的关键。TiO x 和NbO x 等氧化物薄膜由于具有高透光率及类似金属的特 性，是一种理想的材料，通常将其加入n/p结中形成隧穿结。但是此种材料通常是通过电子 束蒸发等方法制备，与目前采用PECVD(plasma enhance。
9、d chemical vapor deposition，等 离子增加化学气相沉积)法的工艺不兼容，不利于大规模工业化生产应用。 发明内容 0004 本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够提高太阳能电池效率，并能与现有 PECVD法工艺兼容的具有NIP隧穿结的a-Si/c-SiGe叠层太阳能电池及其制造方法。 0005 本发明具有NIP隧穿结的a-Si/c-SiGe叠层太阳能电池的各层结构为： Glass/TCO/p-a-SiC:H/i-a-Si:H/n-a-Si:H/n-c-Si:H/i-c-Si:H/p-c-Si:H/ i-c-SiGe:H/n-c-Si:H/ZnO/Al/Gla ss。 。
10、0006 上述结构中，玻璃衬板（上层Glass）的厚度为3.0-4.0mm；TCO膜厚为800-1000nm， TCO膜为SnO 2 :F；n-a-Si:H厚度为3-6nm；n-c-Si:H的厚度为10-30nm；i-c-Si:H的厚 度为2-10nm；p-c-Si:H的厚度为10-30nm。 0007 本发明具有NIP隧穿结的a-Si/c-SiGe叠层太阳能电池的制造方法包括以下步 骤： 0008 步骤一，生成上层电池的非晶硅薄膜，采用RF-PECVD(radio frequency plasma enhanced chemical vapor deposition，射频等离子增加化学气相沉。
11、积)方法制备，辉光激 励频率为13.56MHz，功率密度为18-25mw/cm 2 ，衬底表面温度为180220，反应气体压强 为0.80-0.87mbar；具体包括下述步骤： 0009 a.将干净的带有TCO层的衬底玻璃放入真空室； 0010 b.以已知方法沉积P型非晶硅窗囗层； 0011 c.抽真空； 说 明 书CN 102751372 A 2/3页 4 0012 d.以已知方法沉积本征非晶硅吸收层； 0013 e.向反应室通入反应气体硅烷、磷烷和氢气的条件下，沉积N型非晶硅层； 0014 步骤二，生成下层电池的微晶硅薄膜，采用VHF-PECVD（very high frequency p。
12、lasma enhanced chemical vapor deposition，甚高频等离子增强化学气相沉积）方法制 备，辉光激励频率为40.68MHz，功率密度为0.1-0.6w/cm 2 ，衬底表面温度为180220，反 应气体压强为0.80-1.80mbar，具体包括下述步骤： 0015 a.抽真空； 0016 b.将步骤一制作的电池放入真空室里，在通入氩气的条件下，刻蚀氧化层； 0017 c.在向反应室通入反应气体硅烷、磷烷和氢气的条件下，沉积沉积N型微晶硅层； 0018 d.抽真空； 0019 e.在向反应室通入反应气体硅烷和氢气的条件下沉积本征微晶硅层； 0020 f.在向反应室。
13、通入反应气体硅烷、硼烷和氢气的条件下，沉积P型微晶硅层； 0021 g.抽真空； 0022 h.在向反应室通入反应气体硅烷、氟化锗和氢气的条件下，沉积本征微晶硅锗吸 收层； 0023 i.在向反应室通入反应气体硅烷、磷烷和氢气的条件下，沉积N型微晶硅层； 0024 步骤三，在PVD(physical vapor deposition，物理气相沉积)反应室里以已知方 法依次沉积ZnO和Al膜，厚度分别为70和300nm。 0025 所述下层电池中本征微晶硅锗吸收层采用V字型带隙排布。 0026 本发明本发明的有益效果是：制备的NIP隧穿结具有复合速率高，电阻率低、透光 率高等优良特性，并能与现有。
14、PECVD法的工艺兼容，利于大规模工业化生产应用。采用此结 构的硅锗薄膜太阳能电池有效解决了电荷在隧穿结处的积垒，提高了电池的开路电压与填 充因子，有利于提高电池的转化效率。 附图说明 0027 图1是本发明具有NIP隧穿结的a-Si/c-SiGe叠层太阳能电池的各层结构示意 图。 0028 图2是本发明实施例中下层电池中本征微晶硅锗吸收层带隙V字型排布示意图。 具体实施方式 0029 本发明具有NIP隧穿结的a-Si/c-SiGe叠层太阳能电池的各层结构如图1所 示，依次为：璃衬衬底1、透明导电薄膜2、P型非晶硅窗囗层3、非晶硅本征吸收层4、N型非 晶硅层5、N型微晶硅层6、本征微晶硅层7、。
15、P微晶硅层8、本征微晶硅锗吸收层9、N型微晶 硅锗层10、ZnO层11、Al层12、背板玻璃13。 0030 其中的NIP隧穿结中n-a-Si:H厚度为6nm，n-c-Si:H的厚度为20nm， i-c-Si:H的厚度为5nm，p-c-Si:H的厚度为20nm。 0031 本发明具有NIP隧穿结的a-Si/c-SiGe叠层太阳能电池的制造方法包括以下步 骤： 0032 步骤一，生成上层电池的非晶硅薄膜，采用RF-PECVD方法制备，辉光激励频率为 说 明 书CN 102751372 A 3/3页 5 13.56MHz，功率密度为20mw/cm 2 ，衬底表面温度为200，反应气体压强为0.85。
16、mbar；具体 包括下述步骤： 0033 a.将干净的带有TCO层的衬底玻璃放入真空室，本底真空低于1.010 -3 Pa； 0034 b.向反应室通入反应气体硅烷、硼烷、甲烷和氢气的条件下，沉积P型非晶硅窗囗 层； 0035 c.抽真空使压强低于1.010 -3 Pa； 0036 d.向反应室通入反应气体硅烷、甲烷和氢气的条件下，沉积本征非晶硅吸收层； 0037 e.向反应室通入反应气体硅烷(流量0.30-0.50slpm，选择0.40slpm)、磷烷(流 量0.30-0.60slpm，0.40slpm)和氢气流量(2.00-4.00slpm，选择3.00slpm)的条件下，沉积 N型非晶硅。
17、层； 0038 步骤二，生成下层电池的微晶硅薄膜，采用VHF-PECVD方法制备，辉光激励频率为 40.68MHz，功率密度为0.3w/cm 2 ，衬底表面温度为200，反应气体压强为1.20mbar，具体包 括下述步骤： 0039 a.抽真空使压强低于1.010 -4 Pa； 0040 b.将步骤一制作的电池放入真空室里，在通入氩气的条件下，刻蚀氧化层； 0041 c.在向反应室通入反应气体硅烷（流量5-10sccm，选择8sccm）、磷烷(流量 5-10sccm，选择6sccm)和氢气(流量100-200sccm，选择150sccm)的条件下，沉积沉积N型 微晶硅层； 0042 d.抽真空。
18、使压强低于1.010 -4 Pa； 0043 e.在向反应室通入反应气体硅烷(流量5-10sccm，选择8sccm)和氢气(流量 100-200sccm，选择150sccm)的条件下沉积本征微晶硅层； 0044 f.在向反应室通入反应气体硅烷(流量5-10sccm，选择8sccm)、硼烷(流量 0.05-0.30sccm，选择6sccm)和氢气(流量100-200sccm，选择150sccm)的条件下，沉积P 型微晶硅层； 0045 g.抽真空使压强低于1.010 -4 Pa； 0046 h.在向反应室通入反应气体硅烷、氟化锗和氢气的条件下，沉积本征微晶硅锗吸 收层； 0047 i.在向反应室通入反应气体硅烷、磷烷和氢气的条件下，沉积N型微晶硅层； 0048 步骤三，在PVD反应室里以已知方法依次沉积ZnO和Al膜，厚度分别为70nm和 300nm。 0049 如图2所示，下层电池中本征微晶硅锗吸收层采用V字型带隙排布。 0050 采用本法制备的具有NIP隧穿结的a-Si/c-SiGe叠层太阳能电池，经检测显示 电池的转化效率达到了8%。 说 明 书CN 102751372 A 1/1页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102751372 A 。