一种太阳能电池用薄膜材料的制造方法技术

本发明专利技术涉及太阳能电池板中所用薄膜材料的一种制造方法。一种太阳能电池用薄膜材料的制造方法，所述薄膜材料包括自下而上衬底层（１）、模版薄膜层（２）和半导体薄膜层（３），衬底层（１）是非晶或多晶结构的金属薄板、陶瓷或玻璃；模版薄膜层（２）为晶体学双轴织构结构，由倾斜衬底沉积法制备；半导体薄膜层（３）由物理气相沉积或者化学气相沉积制备，由模版薄膜层外延生长而成，为晶体学双轴织构结构，为一个或多个Ｐ－Ｎ结串联的光伏转换结构。本发明专利技术太阳能电池半导体层厚度仅在１－１０微米可以节省９８％的硅半导体材料，太阳能转换效率较之非晶太阳能电池可提高１２％。设备简单，效率高，成本低，模版薄膜层（２）带有一定的粗糙度，充分吸收阳光提高太阳能电池吸收转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术系太阳能电池板的制造方法，具体的是涉及太阳能电池板中所用薄膜材料的一种制造方法。
技术介绍
传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球还有20 亿人得不到正常的能源供应。因此，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能 够改变人类的能源结构，维持人类社会长远可持续发展。其中太阳能以其独有的优势而成 为人们重视的焦点。太阳辐射本质上是地球上多数能源的源头，是取之不尽、用之不竭的、 无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦，假 如能把地球表面0. 的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量可达5. 6X1012千瓦小 时，相当于世界上能耗的40倍。利用太阳能的最佳方式是光伏转换，就是利用“光伏效应”，使太阳光射到半导体 材料上产生电流直接发电。以硅材料的应用开发形成的产业链条称之为光伏产业，包括高 纯多晶硅原材料生产、太阳能电池生产、太阳能电池组件生产、相关生产设备的制造等。太 阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源， 而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30% 以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中所占比例也将达到10%以上；到2040年，可 再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末， 可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显 示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。从2005年开始，全球在硅材料紧缺、价格飙升的情况下，光伏产业仍以每年44% 的增幅持续高速发展。2006年全球实际产量已接近2. 6Gff(千兆瓦)，产能超过3GW，2007 年产能突破5GW。据统计，2007年全球光伏发电量比例还不到0. 01%，即使到2010年这一 比例也不超过0. 1 %，光伏产业正处于蓬勃发展的初期阶段，世界市场远远没有达到饱和。太阳能电池材料，以硅为例，非晶硅、多晶硅以及单晶硅的光电转换效应分别为 17%，24%和29%。显然，单晶硅的转换效率是最高的，因而是最理想的材料。然而，现在的 单晶硅电池都是单晶硅棒切片制造的，单晶硅棒的生产成本很高，而且切下来的部分只有 表面的一小薄层(约为硅片厚度的1/50)参与光电转换过程，这造成了单晶硅电池的成本 居高不下。从2005年开始，全球硅材料紧缺、价格飙升，价格问题显得更加突出。非晶硅薄膜太阳能电池由Carlson和Wronski在20世纪70年代中期开发成功， 80年代其生产曾达到高潮，约占全球太阳能电池总量的20%左右，但由于非晶硅太阳能电 池转化效率低于晶体硅太阳能电池，而且非晶硅太阳能电池存在光致衰减效应的缺点光 电转换效率会随着光照时间的延续而衰减。与晶体硅电池相比，每瓦的电池面积会增加约 一倍，在安装空间和光照面积有限的情况下限制了它的应用。而其不稳定性则集中体现在 其能量转换效率随辐照时间的延长而变化，直到数百或数千小时后才稳定，这个问题在一定程度上影响了这种低成本太阳能电池的应用，使人们对其发展前景心存疑虑。在太阳能电池材料应用中，少数载流子寿命和多数载流子迁移率是两个重要指 标。短路电流强烈地取决于少数载流子寿命，而填充因子和光电产额则由多数载流子迁移 率决定。多晶薄膜的晶界可以导致晶格畸变以及悬挂键。这些结构缺陷以及杂质偏聚，会 改变晶界附近的能带结构，也即少数载流子复合以及多数载流子跨越此晶界。理论和实验 都证明，取向较好和大的晶粒可以全面改善载流子移动的性。如果能制造单晶硅薄膜，就会在保持高的光电转换效率的同时，节省许多原料。一 般来说，制造单晶薄膜的方法是选择具有相同晶体结构的衬底，在上面外延生长相同取向 的单晶薄膜。但是作为衬底的单晶本身也很贵，所以这种方法也不能解决价格问题。如果不采用单晶衬底，薄膜的生长将像大块材料一样，长出的晶粒尺寸细小，并且 取向是随机的。这样带来的后果是晶界所占的体积百分比增加，晶界角度也大，从而导致电 子的散射几率增加以及电子复合几率增加，从而降低电池的转换效率。现有技术的太阳能电池板是由太阳能薄膜和覆盖在薄膜上面的透明导电层及减 反射层构成的，其中太阳能薄膜从下向上又分为衬底层、模版薄膜层和半导体薄膜层。用模 版薄膜层来控制半导体薄膜生长成为单晶是一个既经济又可行的方法，目前已经公开的技 术有国际专利W02008/112115A1和W02006/060466A2两种，分别是利用轧制辅助双轴织构 法(RABiTS)和离子束辅助沉积法(IBAD)，这两种方法可以制造出模版薄膜层，但是制备的 速度较慢，制造成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种原料来源容易，成本低，模版薄膜层的制备速度较快，模 版薄膜层的粗糙度适当，有利于太阳能的充分吸收，易于操作的太阳能电池薄膜材料的制 造方法。本专利技术的目的由以下技术方案予以实现，所述薄膜材料包括自下而上三层，分别 是衬底层1、模版薄膜层2和半导体薄膜层3，其特征在于所述衬底层1是非晶或多晶结构的金属薄板、陶瓷或玻璃；所述模版薄膜层2为晶体学双轴织构结构，由倾斜衬底沉积法制备；所述半导体薄膜层3由物理气相沉积或者化学气相沉积制备，由模版薄膜层外延 生长而成，为晶体学双轴织构结构，为一个或多个P-N结串联的光伏转换结构。所述用倾斜衬底沉积法制备是在20°C以上温度制备具有晶体学双轴织构的模版 层2，模版层2材料包括氧化镁MgO，氧化铈Ce02，氧化钇Y203，钇稳定氧化锆Y stabilized ZrO,锆酸釓Gd2&207或它们的组合。所述物理气相沉积是利用某种物质的热蒸发或在受到粒子轰击时物质表面原子 产生溅射物理过程实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移过程。所述物理气相沉积包括真空电阻蒸发、真空电子束蒸发、直流溅射、射频溅射、离 子束溅射、离子镀、脉冲激光沉积或分子束外延。使用真空热蒸发法，例如真空电阻蒸发法、 真空电子束蒸发法或脉冲激光沉积法加热蒸发金属或化合物，调整衬底法线方向相对于被 镀膜物质入射方向偏转一个特定角度，生长出的薄膜具有双轴织构，可作为种子层用来外延其他材料。具体为所述衬底层为金属薄板，例如哈氏合金276，哈氏合金276具有高温抗氧化性能， 这是因为后续工艺要使用高温及氧化环境，另外还包括陶瓷或玻璃制备；所述模版薄膜 层由倾斜衬底沉积法制备，涉及倾斜衬底沉积法工艺由美国专利u. S. Pat. 6190752，及 U. S. Pat. 6265353已经公开，虽然后者是用来制作高温超导薄膜带材，在本专利技术中可以应用。制作过程，首先选择合适的衬底，它可以是金属薄带或薄板，陶瓷，或者玻璃。值得 指出的是，这里的金属薄带或薄板具有很高的柔韧性，因而在应用时有很多便利，例如可以 方便卷绕携带，以及容易贴合形状复杂的物体表面。准备好的衬底应是清洁的，表面光洁度 为0. 1-0. 8微米。其次，在所述衬底上由倾斜衬底沉积法制备具有晶体学双轴织构的模版薄膜层。 沉积薄膜时温度在20°C以上。模版层由一层或多层材料组成，包括氧化镁(MgO)，氧化铈 (Ce02)，氧化钇(Y203)，钇稳定氧化锆(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能电池用薄膜材料的制造方法，所述薄膜材料包括自下而上三层，分别是衬底层（１）、模版薄膜层（２）和半导体薄膜层（３），其特征在于：所述衬底层（１）是非晶或多晶结构的金属薄板、陶瓷或玻璃；所述模版薄膜层（２）为晶体学双轴织构结构，由倾斜衬底沉积法制备；所述半导体薄膜层（３）由物理气相沉积或者化学气相沉积制备，由模版薄膜层外延生长而成，为晶体学双轴织构结构，为一个或多个Ｐ－Ｎ结串联的光伏转换结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡倾宇，
申请(专利权)人：胡倾宇，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]