專利名稱：：薄膜太陽能電池制作工藝、薄膜太陽能電池前體層堆疊的制造方法和太陽能電池前體層堆疊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明的實施例一般地涉及沉積光電轉(zhuǎn)換模塊例如薄膜太陽能電池的層。特別地，本發(fā)明的實施例涉及雙結(jié)太陽能電池或具有多個p-i-n結(jié)的太陽能電池的層堆疊。具體而言，本發(fā)明的實施例涉及薄膜太陽能電池的層堆疊，以及制造適用于薄膜太陽能電池的層堆疊的方法以及用于太陽能電池的前體。
背景技術(shù)：
：晶硅太陽能電池和薄膜太陽能電池是太陽能電池的兩種類型。晶硅太陽能電池通常使用單晶硅襯底(即純硅的單晶襯底)或多晶硅襯底(即多晶或多晶硅)。其他的膜層沉積在硅襯底上以增強光的捕獲、形成電路并且保護器件。薄膜太陽能電池利用沉積在適合的襯底上的材料的薄層來形成一個或多個p-n結(jié)。適合的襯底包括玻璃襯底、金屬襯底和聚合物襯底。為了擴大太陽能電池的經(jīng)濟用途，必須提高效率。太陽能電池的穩(wěn)定效率與入射輻射的轉(zhuǎn)換為可用電力的比例有關(guān)。為了使太陽能電池可用于更多的領(lǐng)域，必須將太陽能電池的效率提高為超過當前的最好性能(對于硅基薄膜太陽能模塊約為10%)。隨著能源成本上升，需要改進的薄膜太陽能電池以及用于在工廠環(huán)境中形成改進的薄膜太陽能電池的方法和設(shè)備。為了提高太陽能電池的效率，應(yīng)該增大進入太陽能電池層堆疊的光子的量，其中這些光子將轉(zhuǎn)換為電子空穴對。用于改進太陽能電池的大量生產(chǎn)的另一方面是大尺度工藝的使用、提高生產(chǎn)率并且提高工藝進行的可靠性。因此，期望改進工藝以提高在大尺度方面的效率并且在工業(yè)制造期間應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)如上所述，提供了根據(jù)獨立權(quán)利要求1的制造適用于薄膜太陽能電池的層堆疊的方法以及根據(jù)獨立權(quán)利要求6的用于太陽能電池的前體。本發(fā)明的實施例提供了一種沉積用于光電轉(zhuǎn)換器件例如太陽能電池的層堆疊的方法。根據(jù)一個實施例，提供了一種制造適用于薄膜太陽能電池的層堆疊的方法。該方法包括以下步驟在透明襯底上沉積TCO層，沉積配置來用于太陽能電池的第一P-i-n結(jié)的第一導電類型層，沉積配置來用于太陽能電池的第一P-i-n結(jié)的第一本征型層，以及沉積配置來用于太陽能電池的第一P-i-n結(jié)的與第一導電類型層的導電性相反的另一導電類型層。該方法還包括以下步驟通過化學氣相沉積來設(shè)置含SiOx的中間層，以及沉積配置來用于太陽能電池的第二p-i-n結(jié)，其中含SiOx的中間層設(shè)置為另一導電類型層的一部分，并且其中含SiOx層具有小于等于17nm的厚度。通常，中間層可以與另一導電類型層一起設(shè)置，或設(shè)置在另一導電類型的層之間，以形成另一導電類型層的一部分。根據(jù)另一個實施例，提供了一種用于太陽能電池的前體。該前體包括透明襯底、配置來用于太陽能電池的第一p-i-n結(jié)的第一導電類型層，配置來用于太陽能電池的第一P-i-n結(jié)的第一本征型層，以及配置來用于太陽能電池的第一P-i-n結(jié)的與第一導電類型層的導電性相反的另一導電類型層。該前體還包括通過化學氣相沉積而沉積的含SiOx的中間層，以及配置來用于太陽能電池的第二p-i-n結(jié)，其中含SiOx的中間層設(shè)置為另一導電類型層的一部分，并且其中含SiOx層具有小于等于17nm的厚度。為了能夠得到并且詳細理解本發(fā)明的上述特征的方式，參考在附圖中圖示的本發(fā)明的實施例，可以對上面簡要總結(jié)的本發(fā)明的進行更具體的描述。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的雙結(jié)薄膜太陽能電池的示意性側(cè)視圖；圖2和圖3圖示了根據(jù)本文所述的實施例提高太陽能電池的光轉(zhuǎn)換的方面；圖4A至圖4C圖示了根據(jù)本文所述的實施例沉積在襯底上的層；圖5是圖示了根據(jù)本文所述的實施例制造太陽能電池前體的方法的流程圖；圖6A和圖6B圖示了根據(jù)本文所述的實施例的用于太陽能電池的其他前體，這些前體具有沉積在襯底上的層；圖7圖示了示例的比較；圖8圖示了根據(jù)本文所述的一個實施例可以使用的群集工具的平面圖；圖9是根據(jù)本文所述的一個實施例可以使用的沉積室的橫截面?zhèn)纫晥D。為了方便理解，在可能的情況下，已使用相同的附圖標記來標明附圖中常見的相同的或相似的元件?？梢栽O(shè)想，一個實施例的元件和特征可以在沒有另外的陳述的情況下有利地結(jié)合到其他實施例中。然而，應(yīng)該注意，附圖僅僅圖示本發(fā)明的示例性實施例并且因此不作為本發(fā)明的范圍的限制，因為本發(fā)明還包括其他等同的實施例。具體實施例方式現(xiàn)在將詳細地提及本發(fā)明的各個實施例，在附圖中說明各個實施例的一個或多個示例。每個示例以說明本發(fā)明的方式提供并且不意圖作為本發(fā)明的限制。例如，作為一個實施例的一部分來說明或描述的特征可以用在其他實施例上或與其他實施例結(jié)合而產(chǎn)生另一個實施例。希望本發(fā)明包括這樣的修改和變體。這里使用的術(shù)語“襯底”應(yīng)該包含如晶圓、透明襯底或諸如玻璃板等的玻璃襯底的硬性襯底，以及諸如金屬薄片和箔等的柔性襯底。本文所述的實施例涉及太陽能電池前體及制造太陽能電池前體的方法，其中使用頂部電池和底部電池，并且設(shè)置了中間層以使得，例如，在各個頂部電池或底部電池中的光吸收能夠增強。因此，例如，提及并且參考圖1進一步詳細解釋如下所述的太陽能電池。薄膜太陽能電池通常由多種類型的膜或?qū)右远喾N不同的方式組合而形成。用于這樣的器件中的大多數(shù)膜結(jié)合可以包括硅、鍺、碳、硼、磷、氮、氧、氫等的半導體元件。不同膜的特性包括結(jié)晶度、摻雜類型、摻雜濃度、膜折射率、膜消光系數(shù)、膜透明度、膜吸收和電導率。通常，可以通過使用化學氣相沉積工藝來形成這些膜的大多數(shù)，其中化學氣相沉積工藝可以包括一定程度的離子化、等離子體形成和/或濺射工藝。術(shù)語“涂覆”和術(shù)語“沉積”在這里作為同義詞使用。術(shù)語“CVD設(shè)備”和術(shù)語“沉積設(shè)備”在這里作為同義詞使用并且應(yīng)該包括，例如，使用CVD工藝以在襯底上沉積材料(通常作為薄膜)的設(shè)備。根據(jù)不同的實施例，在太陽能電池中可以使用多個膜。在光伏過程期間的電荷生成一般由諸如含硅層等的主體半導體層提供。主體層有時也稱為本征層，以區(qū)別于存在于太陽能電池中的各種摻雜層。本征層可以具有任何期望的結(jié)晶度，其中結(jié)晶度將影響本征層的光吸收特性。例如，諸如非晶硅等的非晶本征層通常將與諸如微晶硅等的具有不同結(jié)晶度的本征層吸收在不同波長處的光。為此，大多數(shù)太陽能電池將使用兩種類型的層以產(chǎn)生盡可能寬的吸收特性。在某些情況下，本征層可以用作在兩個不同層類型之間的緩沖層以提供兩個層之間的光學性質(zhì)或電性質(zhì)的平穩(wěn)過渡。硅和其他的半導體能夠形成為具有不同結(jié)晶度的固體。基本上沒有結(jié)晶的固體是非晶形的，并且具有可以忽略的結(jié)晶的硅稱為非晶硅。完全結(jié)晶的硅稱為晶體硅、多晶硅或單晶硅。多晶硅是形成為由晶界分開的多個晶粒的晶體硅。單晶硅是硅的單晶。具有部分結(jié)晶的固體(即晶體含量在約5%和約95%之間)稱為納米晶或微晶，其通常指的是懸浮在非晶相中的晶粒的大小。具有較大晶粒的固體稱為微晶，而具有較小晶粒的那些是納米晶。應(yīng)該注意，術(shù)語“晶體硅”可以指具有晶相的任何形式的硅，包括微晶硅和納米晶硅。圖1是朝向光或太陽輻射101的多結(jié)太陽能電池100的實施例的示意圖。太陽能電池100包括諸如玻璃襯底、聚合物襯底、金屬襯底或其他適合的襯底等的襯底102，襯底102上形成有薄層。太陽能電池100還包括形成在襯底102上的第一透明導電氧化物(TCO)層104，以及形成在第一TCO層104上的第一p-i-n結(jié)126。在一個配置中，波長選擇性反射器(WSR)層112形成在第一p-i-n結(jié)1上。第二p-i_n結(jié)1形成在第一p-i_n結(jié)1上，第二TCO層122形成在第二p-i-n結(jié)1上，并且背金屬層IM形成在第二TCO層122上。在一個實施例中，WSR層112布置為第一p-i-n結(jié)的一部分，即布置在層110內(nèi)或在第一p-i-n結(jié)126與第二p-i-n結(jié)1之間，并且配置成具有增強光的散射和在所形成的太陽能電池100中的電流的生成的膜性質(zhì)。此外，WSR層112還提供良好的p-n隧道結(jié)以提高所形成的太陽能電池的光轉(zhuǎn)換效率，其中該p-n隧道結(jié)具有高電導率以及影響其透射性和反射性的定制的帶隙。為了通過加強光的捕捉來增強光的吸收，襯底和/或形成在其上的一個或多個薄膜可以通過濕法刻蝕、等離子刻蝕、離子刻蝕和/或機械工藝可選擇地進行表面構(gòu)造。例如，在圖1所示的實施例中，第一TCO層104進行了表面構(gòu)造并且沉積在其上的后續(xù)的薄膜通常將跟隨其下面的表面結(jié)構(gòu)。根據(jù)本文所述的某些實施例，在襯底102和TCO層104之間沉積諸如緩沖層等的另一個層。由此，通常該另一個層可以是含SiON層。設(shè)置該另一個層是為了促進諸如含SiO的透明導電氧化(TCO)層等的TCO層的晶核形成。因此，包括例如緩沖層的襯底具備改善SiO的生長的條件。根據(jù)本文所述的實施例，該另一個層包括諸如Ai、Ti、ai等的金屬。因此，能夠改變TCO層的晶核形成以提供TCO層的改進的表面構(gòu)造以及期望的電性質(zhì)和光性質(zhì)。根據(jù)某些實施例，能夠通過沉積或制備含金屬層，例如，摻雜有金屬的層，來進行調(diào)節(jié)。第一TCO層104和第二TCO層122均可以包括錫氧化物、鋅氧化物、銦錫氧化物、鎘錫、其組合或者其他適合的材料。應(yīng)該明白，TCO材料還可以包括其他的摻雜物和成分。例如，鋅氧化物還可以包括諸如鋁、硼和其他適合的摻雜物等的摻雜物。鋅氧化物優(yōu)選地包括小于等于5原子％(的摻雜物，并且更優(yōu)選地包括小于等于2.5原子％的鋁。在某些情況下，可以通過玻璃供應(yīng)商提供已經(jīng)設(shè)置有第一TCO層104的襯底102。第一p-i-n結(jié)1可以包括ρ型非晶硅層106，形成在ρ型非晶硅層106上的本征型非晶硅層108，以及形成在本征型非晶硅層108上的η型微晶硅層110。在某些實施例中，P型非晶硅層106可以形成為約60人和約300Α之間的厚度。在某些實施例中，本征型非晶硅層108可以形成為約1500人和約3500人之間的厚度。在某些實施例中，η型微晶半導體層110可以形成為約100人和約400人之間的厚度。作為η型微晶硅層110的一部分布置的，即布置在η型微晶硅層110內(nèi)或布置在第一p-i-n結(jié)1和第二p-i-n結(jié)1之間的WSR層112通常配置成具有一定的期望的膜性質(zhì)。在這樣的配置中，WSR層112積極地充當具有期望折射率或折射率范圍的中間反射器，以反射從太陽能電池100的光入射側(cè)接收的光。WSR層112還用作增強在第一p-i-n結(jié)126中的短波長至中間波長(例如，400nm到700nm)的光的吸收并且增大短路電流的結(jié)層，從而提高轉(zhuǎn)換量和轉(zhuǎn)換效率。此外，WSR層112對于中間波長到長波長(例如，500nm到IlOOnm)的光具有較高的膜透射率，以便于光透射到形成在第二p-i_n結(jié)128中的層。此外，通常期望WSR層112在吸收盡可能少的光的同時，將期望波長(例如，較短波長)的光反射回在第一P-i-n結(jié)126中的層并且使期望波長(例如，較長波長)的光透射到在第二P-i-n結(jié)128中的層。下面將參考圖4A至圖6描述WSR層的詳細內(nèi)容。第二p-i-n結(jié)1可以包括ρ型微晶硅層114，以及在某些情況下形成在ρ型微晶硅層114上的可選擇的p-i緩沖型本征非晶硅(PIB)層116。隨后，在ρ型微晶硅層114上形成本征型微晶硅層118，并且在本征型微晶硅層118上形成η型非晶硅層120。在某些實施例中，P型微晶硅層114可以形成為約100人和約400人之間的厚度。在某些實施例中，P-i緩沖型本征非晶硅(PIB)層116可以形成為約50人和約500人之間的厚度。在某些實施例中，本征型微晶硅層118可以形成為約10,000人和約20,000A之間的厚度。在某些實施例中，η型非晶硅層120可以形成為約100Α和約500Α之間的厚度。背金屬層IM可以包括但不限于從由Al、Ag、Ti、Cr、Au、Cu、Pt、其合金或其組合構(gòu)成的組中選取的材料。還可以進行諸如激光劃片工藝等的其他工藝來形成太陽能電池100?？梢栽诒辰饘賹覫M上設(shè)置其他的膜、材料、襯底和/或封裝以完成太陽能電池器件。所形成的太陽能電池可以相互連接以形成模塊，模塊能夠再連接以形成陣列。太陽光輻射101主要由p-i-n結(jié)126、128的本征層108、118吸收并轉(zhuǎn)換成電子空穴對。橫跨本征層108、118的、在ρ型層106、114和η型層110、120之間產(chǎn)生的電場，使電子朝向η型層110、120流動并且使空穴朝向ρ型層106、114流動從而產(chǎn)生電流。根據(jù)能夠與本文所述的其他實施例組合的某些實施例，由于非晶硅和微晶硅吸收不同波長的太陽光輻射101，因此第一p-i-n結(jié)1包括本征型非晶硅層108并且第二p-i-n結(jié)1包括本征型微晶硅層118。因此，所形成的η型微晶硅層110由于捕獲了太陽光輻射光譜的較大部分因此效率更高。由于非晶硅具有比微晶硅大的帶隙，因此非晶硅的本征層108和微晶硅的本征層118以這樣的方式堆疊，其中太陽光輻射101首先撞擊本征型微晶硅層108并且透過WSR層112，然后撞擊本征型微晶硅層118。沒有被第一p-i-n結(jié)1吸收的太陽光輻射持續(xù)地透過WSR層112并且持續(xù)到第二p-i-n結(jié)128。電荷的收集通常由諸如摻雜有ρ型摻雜物或η型摻雜物的硅層等的摻雜的半導體層來提供。P型摻雜物通常是諸如硼或鋁等的III族元素。η型摻雜物通常是諸如磷、砷或銻等的V族元素。在大部分實施例中，硼用作ρ型摻雜物并且磷用作η型摻雜物。這些摻雜物可以通過在反應(yīng)混合物中包括含硼化合物或含磷化合物而添加到上述P型層和η型層106、110、114、120。適合的硼化合物和磷化合物通常包括取代和未取代的硼和磷的低聚物。一些適合的硼化合物包括三甲基硼(B(CH3)3或TMB)、乙硼烷(Β2Η6)、三氟化硼(BF3)和三乙基硼(B(C2H5)3或TEB)。磷化氫是最常見的磷化合物。摻雜物通常利用諸如氫氣、氦氣、氬氣和其他適合的氣體等的載氣提供。如果氫氣用作載氣，則其添加到反應(yīng)混合物中的總的氫中。因此，氫的比例將包括用作摻雜物的載氣的氫氣。根據(jù)不同的實施例，提供了用于提供具有在頂部電池和底部電池之間的夾層的太陽能電池前體的多種方法、系統(tǒng)和設(shè)備配置。圖2圖示了第一p-i-n結(jié)126、中間層112和第二p-i-n結(jié)128的布置。在圖2所示的示意圖中，透明襯底將布置在第一p-i-n結(jié)的左邊。鑒于第一P-i-n結(jié)的左邊將面向太陽、用于進入光子的事實，因此，第一p-i-n結(jié)也可以稱為頂部電池。在圖2中通過價帶10以及導帶11和12分別示意性地指出了在頂部電池1和底部電池128中的光吸收層的能帶結(jié)構(gòu)。因此，如第一帶隙和第二帶隙所示，在頂部電池126中的帶隙大于在底部電池128中的帶隙。圖2示出了具有較長波長的光子20、和具有較短波長的光子201s。較長波長對應(yīng)于較小的能量，因此光子20^在頂部電池126中沒有被吸收。如光子201lt所示，具有較長波長的光子20^透過頂部電池126。期望光子201s在中間層112處被反射，以使得當?shù)谝淮未┻^頂部電池126的活性層時沒有被吸收的光子將再次穿過該活性層以增大產(chǎn)生電子空穴對的概率。這通過示出了被反射的具有較短波長的光子的標記20‘來指出。圖3示出了描述波長的函數(shù)的量子效率的曲線圖300。在第一p-i-n結(jié)126中對于較短波長的量子效率由函數(shù)320指出。第二p-i-n結(jié)128的對于較長波長的量子效率由函數(shù)322指出。在堆疊層型光電轉(zhuǎn)換器件，光電轉(zhuǎn)換單元即頂部電池1和底部電池128串聯(lián)連接。光電轉(zhuǎn)換器件的短路電流密度受到頂部電池的電流值和底部電池的電流值中的較小者的限制。因此，如果第一和第二P-i-n結(jié)的電流值盡可能相等是有益的。因此，期望相互調(diào)節(jié)第一函數(shù)320和第二函數(shù)322。這可以根據(jù)本文所述的實施例設(shè)置中間層112來實現(xiàn)。因此，中間層應(yīng)該優(yōu)選地反射較短波長的光子并且應(yīng)該以最小的損耗透射較長波長的光子。此外，鑒于頂部電池和底部電池串聯(lián)連接的事實，中間層112應(yīng)該具有良好的導電性。因此，期望導電性、反射期望波長范圍的光子并且透射其他波長范圍的光子的組合。普通的中間層通常由透明導電氧化物形成。然而，如果使用例如鋅氧化物中間層，則在形成第一P-i-n結(jié)和第二p-i-n結(jié)的CVD工藝之間將需要額外的濺射工具。還已經(jīng)建議使用硅復合層，該硅復合層具有大于等于25原子％并小于等于60原子％的氧濃度并且包括在硅和氧的非晶合金相中的富硅的表面部分，其中中間層具有大于等于20nm的厚度。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)具有小于等于17nm、小于等于15nm甚至12nm的厚度的中間層可提高電池的效率。例如，中間層厚度可以是5nm至17nm。根據(jù)能夠與本文所述的其他實施例組合的不同的實施例，第一導電類型層、i層以及具有與第一導電類型層的導電型相反的導電性的第二導電類型層構(gòu)成了p-i-n結(jié)。這里所提供的示例通常涉及P-i-n結(jié)，其中第一導電類型層是ρ層并且第二導電類型層是η層。應(yīng)該明白，第一導電類型層也可以是η層并且第二導電類型層可以是ρ層。因此，也可以形成反轉(zhuǎn)的P-i-n結(jié)。在圖4A至圖4C和圖5中示出了諸如用于薄膜太陽能電池的層堆疊等的太陽能電池前體及其制造的典型的實施例。如圖4A所示，可以在襯底102上設(shè)置多個層。因此，可以在襯底102上設(shè)置緩沖層402。根據(jù)本文所述的某些實施例，在襯底102和TCO層410之間沉積諸如緩沖層402等的另一個層。因此，通常該另一個層可以是含SiON的層。設(shè)置該另一個層是為了改善諸如含ZnO的TCO層等的透明導電氧化物(TCO)層的晶核形成。因此，襯底包括例如具備改善ZnO的生長的條件的緩沖層。根據(jù)本文所述的實施例，該另一個層包括諸如Al、Ti、Si等的金屬。由此，根據(jù)某些另外的或替換的修改，層402可以具有低于IOOnm的厚度，例如，20nm到IOOnm的厚度或50nm到90nm的厚度。根據(jù)能夠與本文所述的其他實施例組合的其他實施例，層402可以具有在兩個相鄰層的折射率(例如，層402下面的襯底102的折射率和TCO層410的折射率)之間的折射率。例如，折射率可以從1.6到1.8。根據(jù)能夠與本文所述的其他實施例組合的又一實施例，層402可以用作可能存在于襯底中的元素的擴散屏障，例如鈉(Na)的擴散屏障。例如，該層可以是提供改善的長期穩(wěn)定性或提高的可靠性的擴散屏障。例如，用作擴散屏障的該層能夠使層堆疊通過諸如熱盤測試等的分層測試。因此，緩沖層能夠改善TCO層的晶核形成，以提供改善的表面構(gòu)造以及TCO層的期望的電性質(zhì)、化學性質(zhì)和光線性質(zhì)。其后，如圖5中的步驟502所指出的，在襯底上設(shè)置TCO層410，例如摻雜的ZnO層。圖4A示出了進行了表面構(gòu)造以增強光的捕獲的TCO層410。通常，摻雜的ZnO層通過DC濺射工藝、作為TCO正電極以約SOO-IOOOnm的厚度來沉積。摻雜物可以是但不限于鋁。最后，在稀釋酸中刻蝕層堆疊，以通過濕法刻蝕使aio表面變粗糙。進行了表面構(gòu)造的透明導電氧化物層可以具有例如400nm到700nm、通常是400nm到600nm的層厚度，其中構(gòu)造表面的厚度利用X射線熒光分析(XRF)來測量。在于2010年8月11日提交的、題為“Thinfilmsolarfabricationprocess,depositionmethodforTCOlayer,andsolarcellprecursorlayerstack，，、序號為12/8M，469的專利申請，以及于2010年7月20日提交的、題為“Thinfilmsolarfabricationprocess,depositionmethodforTCOlayer,andsolarcellprecursorlayerstack”、序號為12/840,039的美國專利申請中描述了TCO層、尤其是含ZnO的TCO層的示例，這兩件專利申請以與本公開不抵觸的程度通過引用結(jié)合于此。在步驟50和504b中沉積了第一p_i_n結(jié)。第一p-i-n結(jié)對應(yīng)于ρ型層406、i型層408和η型層401。這些層可以，例如，如上面參考圖1更詳細地說明的那樣進行設(shè)置。中間層作為第一P-i-n結(jié)426的η型層的一部分在步驟506中沉積。圖4Β示出了中間層412。根據(jù)能夠與本文所述的其他實施例組合的某些實施例，可以作為η型層110的一部分的中間層412，可以布置在第一p-i-n結(jié)和第二p-i-n結(jié)之間?；蛘撸虚g層也可以設(shè)置在層401內(nèi)。在步驟508中沉積第二p-i-n結(jié)428，之后在步驟510中沉積背電極424。因此，第二p-i-n結(jié)似8包括ρ型層414，本征層418和η型層420。上面已經(jīng)參考圖1描述了關(guān)于第二p-i-n結(jié)428的更詳細的內(nèi)容。根據(jù)本文所述的實施例，將中間層412設(shè)置為諸如SiOx層等的硅氧化物層。通常，SiOx層作為第一p-i-n結(jié)(頂部電池)的最后一層的一部分來沉積。根據(jù)可以與本文所述的其他實施例組合的另外的實施例，SiOx層可以通過在CVD處理室的處理區(qū)中添加(X)2來沉積。因此，根據(jù)其他實施例，可以設(shè)置具有折射率小于等于2.5的中間層的太陽能電池前體。因此，能夠為太陽能電池前體以及制造薄膜太陽能電池的層堆疊的方法提供上面已參考圖2和圖3討論的反射性和透射性。通常，通過改變在中間層中的氧含量，可以調(diào)節(jié)層的各種性質(zhì)。因此，根據(jù)本文所述的方法，可以改變工藝氣體中的CO2含量以優(yōu)化工藝，并且對于制造GEN5模塊而言，工藝氣體中的(X)2含量通?？梢栽?0sccm到300sccm的范圍內(nèi)，產(chǎn)生約3kccm/m2每襯底面積到約210sCCm/m2每襯底面積的氣流量。通過如上所述增大在處理區(qū)中的(X)2的濃度，可以使折射率例如從約3.0減小到約2.2，同時使帶隙從約2.15eV增加到約2.4kV，使導電率從約l*10_3S/Cm2減小到約5*10_9S/Cm2，并且使結(jié)晶含量從約0.16減小到0。根據(jù)可以與本文所述的其他實施例組合的本文所述的典型實施例，中間層可以具有從由以下各項構(gòu)成的組中選取的如下特性中的至少一者小于等于2.5的折射率，13nm到17nm(例如15nm)的厚度，5%到10%的結(jié)晶含量，l*10_3S/Cm2減小到約5*10_9S/Cm2的導電率，以及1.5eV到3.OeV的帶隙。根據(jù)用于制造層堆疊的典型實施例，可以設(shè)置從下組中選取的步驟中的至少一者設(shè)置20SCCm到500SCCm的(X)2氣流量，設(shè)置1.5到4的CO2/硅烷氣流量比率，并且設(shè)置用于CVD工藝的1000W到8000W的射頻功率。上述實施例中的某些指的是具有第一和第二p-i-n結(jié)(例如，頂部電池和底部電池)以及在兩者之間的中間層的雙結(jié)。然而，這不理解為限制本發(fā)明。根據(jù)其修改，可以設(shè)置另外的第三、第四或第五P-i-n結(jié)，其中根據(jù)典型的修改，在另外的p-i-n結(jié)的一個或多個邊界之間可以設(shè)置對應(yīng)夾層，即具有為兩個相鄰的P-i-n結(jié)之間的期望的性質(zhì)而設(shè)計的性質(zhì)的夾層。根據(jù)本文所述的實施例，用于太陽能電池的前體以工業(yè)相關(guān)尺度沉積。例如，本文所述的某些實施例的層可以在大于等于lm2、大于等于4m2或大于等于5m2的面積上沉積。因此，在其上沉積層的表面以及層本身需要具有在較大尺度上的預定均勻性。根據(jù)能夠與本文所述的其他實施例組合的某些實施例，太陽能電池前體、用于太陽能電池的層堆疊以及用于制造層的方法和設(shè)備能夠用于大面積的薄膜。例如，能夠?qū)崿F(xiàn)諸如大于等于5.7m2(Gen8.5)等的大于等于1.43m2(Gen5)的襯底尺寸。根據(jù)能夠與本文所述的其他實施例組合的另外的實施例，設(shè)置在第一和第二P-i-n結(jié)之間的上述中間層或夾層可以結(jié)合氫稀釋分級來設(shè)置。在圖6A和圖6B中圖示了對應(yīng)的實施例。如關(guān)于圖4A至圖4C所描述的，可以在襯底102上設(shè)置多個層。因此，可以在襯底102上設(shè)置緩沖層402、TC0層410、頂部電池426、以及中間層412、底部電池似8和背電極424。如圖6A所示，中間層412沉積在層401內(nèi)。這些層可以如本文其他地方所述的那樣來設(shè)置。在圖6A中，底部電池4可以包括如點線610所指出的氫稀釋分級。因此，在本征層418的沉積期間，工藝氣體稀釋了氫氣。通常，通過使硅烷氫氣比在151與21之間來設(shè)置分級。該分級通過在本征層(通?？梢允潜菊餍头蔷Ч鑼?18)的沉積期間中斷CVD(例如PECVD)工藝、改變硅烷氫氣比并且以改變了的硅烷氫氣比繼續(xù)沉積工藝來進行設(shè)置。因此，根據(jù)典型的實施例，在沉積室中的壓力可能低于在設(shè)置后續(xù)的分級子層所需的硅烷氫氣比之前的沉積壓力。如圖6A所示，可以設(shè)置418a、418b和418c三個等級。根據(jù)能夠與本文所述的其他實施例組合的又一實施例，也可以設(shè)置兩個等級或四個、五個或更多個等級。根據(jù)又一實施例，還可以將分級設(shè)置為在本征層418內(nèi)連續(xù)的氫稀釋度梯度。在圖6B中示出了又一實施例，其中對頂部電池4和底部電池4的本征層設(shè)置了氫稀釋度分級。如圖6B所示，中間層412沉積在另一個導電類型層401和底部電池的第一層之間。根據(jù)另一選擇，也可以僅在頂部電池中設(shè)置氫稀釋度分級，或者如果存在另外的p-i-n結(jié)，設(shè)置在一個或多個另外的p-i-n結(jié)中。圖7圖示了多個示例，其中已比較了不同的中間層厚度。該圖示出了作為層厚度的函數(shù)的任意單位的電池效率。因此，示出了五個值710至735。這些示例已在GEN5襯底上以270nm厚度的透明Al摻雜SiOTCO層以及1650nm的Al背電極制造。本征層已設(shè)置有氫稀釋度分級并且頂部電池和底部電池已通過如下方式沉積。已通過PECVD和使具有硅烷、氫氣、磷和(X)2的氣體混合物在沉積區(qū)中流動，設(shè)置了中間SiOx層，該中間SiOx層作為波長選擇性反射器并且作為頂部電池和底部電池之間的導電層。SiOx層已被調(diào)節(jié)為具有2.3的折射率。不同的中間層厚度的比較示出，由各個用于太陽能電池的前體并且根據(jù)制造層堆疊的方法所制造的太陽能電池的效率示出了約小于等于17nm厚度的中間層可以實現(xiàn)電池效率的提高。由此，應(yīng)該注意，IOnm的減小值被認為是基于層堆疊內(nèi)的非操作性單電池。圖8和圖9圖示了可用于形成太陽能電池的上面所討論的部分的處理系統(tǒng)800和處理室901。圖8是處理系統(tǒng)800的一個實施例的示意性俯視圖，其可以是一個或多個群集工具中的一個。處理系統(tǒng)800因此可以用于進行用來形成太陽能電池器件的多個層或區(qū)域的一個或多個處理步驟。處理系統(tǒng)800—般地將包括諸如等離子增強化學氣相沉積(PECVD)室901(圖9)等、能夠在襯底表面上沉積一個或多個期望的層的多個處理室881-887。處理系統(tǒng)800包括連接到加載鎖定室860和處理室881-887的傳送室870。加載鎖定室860允許襯底在系統(tǒng)外的周圍環(huán)境與傳送室870和處理室881-887內(nèi)的真空環(huán)境之間傳送。加載鎖定室860包括保持一個或多個襯底的一個或多個真空過渡區(qū)(evacuatableregions)。該真空過渡區(qū)在襯底輸入到處理系統(tǒng)800期間被抽空并且在襯底從處理系統(tǒng)800輸出期間通氣。傳送室870具有布置在其中的至少一個真空機械手臂872，該真空機械手臂872適用于在加載鎖定室860與處理室881-887之間傳送襯底。雖然在圖8中示出了7個處理室，但是處理系統(tǒng)800可以具有任意適合數(shù)目的處理室。圖9是在其中可以沉積太陽能電池的一個或多個膜的諸如PECVD室901等的處理室的一個實施例的示意性截面視圖。來自位于加利福尼亞州圣克拉拉的應(yīng)用材料公司的一個適合的等離子增強化學氣相沉積室是可用的。可以設(shè)想，包括來自其他生產(chǎn)商的、諸如熱絲化學氣相沉積(HWCVD)、低壓化學氣相沉積(LPCVD)、物理氣相沉積(PVD)、蒸鍍或其他相似的設(shè)備等的其他沉積室，可用來實施本發(fā)明。在一個實施例中，室901通常包括限制工藝空間(processvolume)906的壁902、底904、淋噴頭910以及襯底支撐部件930。通過閥門908進入工藝空間，使得諸如襯底102等的襯底傳送到PECVD室901中以及傳送到PECVD室901外。襯底支撐部件930包括用于支撐襯底的襯底接收表面以及連接到升降系統(tǒng)936以使襯底支撐部件930上升和下降的桿934。遮蔽框架(shadowframe)933可以可選地放置在器件襯底的外周上，其中在器件的襯底上可能已經(jīng)形成了例如TCO層等的一個或多個層。提升銷(liftpin)能夠可移動地布置成通過襯底支撐部件930以向襯底接收表面和從襯底接收表面移動襯底。襯底支撐部件930還可以包括加熱和/或冷卻元件以將襯底支撐部件930保持在期望的溫度。襯底支撐部件930還可以包括接地帶以在襯底支撐部件930的外周處提供射頻接地。在于2000年2月15日向Law等人授權(quán)的美國專利申請6，024，044以及Park等人在2006年12月20日提交的美國專利申請11/613，934中公開了接地帶的示例，這兩件專利申請以與本發(fā)明不抵觸的程度通過引用全部結(jié)合于此。淋噴頭910通過懸臂914在其外周連接到墊板912。淋噴頭910還可以通過一個或多個中央支撐部件916連接到墊板，以幫助防止淋噴頭910的下彎和/或控制其直線度/曲率。氣源920連接到墊板912，以通過墊板912并且通過在淋噴頭910中的多個孔911將氣體提供到襯底接收表面。真空泵909連接到PECVD室901以將工藝空間906控制在期望的壓力處。射頻電源922連接到墊板912和/或淋噴頭910以向淋噴頭910提供射頻功率，使得在淋噴頭910和襯底支撐部件930之間產(chǎn)生電場，從而可以從在淋噴頭910和襯底支撐部件930之間的氣體產(chǎn)生等離子體。可以使用諸如在約0.3MHz和約200MHz之間的頻率等的各種射頻頻率。在一個實施例中，射頻電源以13.56MHz的頻率提供。在于2002年11月12日向White等人授權(quán)的美國專利申請6，477，980，于2006年11月17日公開的Choi等人的美國公開20050251990以及于2006年3月23日公開的Keller等人的美國公開2006/0060138中公開了淋噴頭的示例，這些專利申請均以與本公開不抵觸的程度通過引用全部結(jié)合于此。諸如電感耦合等離子體源等的遠程等離子體源924，還可以連接在氣源和墊板之間。在處理襯底之前，還可以向遠程等離子體源擬4提供清洗氣體，使得遠程等離子體產(chǎn)生并提供來清潔室部件。清洗氣體還可以通過設(shè)置到淋噴頭的射頻電源922另外激發(fā)。適合的清洗氣體包括但不限于NF3、F2和SF6。在于1998年8月4日向Siang等人授權(quán)的美國專利5，788，778中公開了遠程等離子體源的示例，該專利以與本公開不抵觸的程度通過引用結(jié)合于此?；氐綀D8，在系統(tǒng)800的一個實施例中，處理室881-887中的一個配置為沉積太陽能電池器件的第一p-i-n結(jié)1或第二p-i-n結(jié)128中的(一個或多個)ρ型硅層，處理室881-887中的又一個室配置為沉積第一或第二p-i-n結(jié)的本征硅層，并且處理室881-887中的又一個室配置為沉積第一或第二P-i-n結(jié)的(一個或多個)n型硅層。雖然三室處理配置可以具有一定的污染控制優(yōu)勢，但與兩室處理系統(tǒng)相比，通常具有較低的襯底生產(chǎn)率，并且當處理室中的一個或多個正在進行維修時通常不能維持期望的生產(chǎn)率。在能夠與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，處理室881-887中的一個室配置為沉積第一P-i-n結(jié)的(一個或多個)ρ型硅層，同時剩余的處理室881-887每個均配置為沉積第一P-i-n結(jié)的(一個或多個)本征型非晶硅層和(一個或多個)n型硅層。在一個實施例中，第一P-i-n結(jié)126的(一個或多個)本征型非晶硅層和(一個或多個)n型硅層可以在不進行鈍化處理的情況下在相同的室中沉積，其中鈍化處理用來在沉積步驟之間最大限度地減小沉積的層之間的交叉污染。雖然處理系統(tǒng)800及其部件的討論提及了1其在形成第一p-i-n結(jié)的各種元素中的使用，但該配置不意圖對本文所述的本發(fā)明的范圍進行限制，這是因為在不偏離本文所述的發(fā)明的基本范圍的情況下，處理系統(tǒng)800可以適用于形成第一P-i-n結(jié)、第二p-i-n結(jié)、第一和第二p-i-n結(jié)兩者、中間層或它們的其他組在一個示例中，襯底通過加載鎖定室860進入處理系統(tǒng)800，在該示例中，在與處理系統(tǒng)800相似配置的系統(tǒng)中進行襯底處理序列。襯底然后由真空機械手臂872傳送到處理室881中，處理室881配置為在襯底上沉積(一個或多個)ρ型硅層。在處理室881中沉積了P型層之后，襯底然后由真空機械手臂872傳送到處理室884中，處理室884配置為沉積(一個或多個)本征型硅層和(一個或多個)n型硅層兩者。在處理室884中沉積了(一個或多個)本征型層和(一個或多個)n型層之后，襯底被傳送到處理室885沉積中間層，之后沉積第二P-i-n結(jié)并且襯底被傳送到加載鎖定室860，這之后襯底可以從系統(tǒng)中移出。假設(shè)P型層的厚度是150人并且沉積率是500人每分鐘，沉積P型層的時間周期約為0.3分鐘。對于沉積率是220A/min.的二700人的本征層而言，沉積本征層的時間周期約為12.3分鐘。假設(shè)250人的η型層、500人每分鐘的沉積率，將需要約0.5分鐘來沉積η型層。因此可以看出，如果一個室專用于P型層的沉積并且多個室專用于本征型和η型層的沉積，可以通過增加能夠并行生產(chǎn)i-n層的處理室的數(shù)目來實現(xiàn)襯底的生產(chǎn)率的增加。艮口，一連串的襯底可以由傳送室870從諸如處理室881等適用于沉積ρ型層的處理室加載并調(diào)運，并且然后各個襯底可以被傳送到至少一個隨后的處理室(諸如處理室882到884以及886到887)以形成i-n層。根據(jù)如上所述，已經(jīng)描述了多個實施例。根據(jù)一個實施例，提供了一種制造適用于薄膜太陽能電池的層堆疊的方法。該方法包括以下步驟在透明襯底上沉積TCO層，沉積配置來用于太陽能電池的第一p-i-n結(jié)的第一導電類型層，沉積配置來用于太陽能電池的第一p-i-n結(jié)的第一本征型層，以及沉積配置來用于太陽能電池的第一p-i-n結(jié)的與第一導電類型層的導電性相反的另一導電類型層。該方法還包括以下步驟通過化學氣相沉積來設(shè)置含SiOx的中間層，以及沉積配置來用于太陽能電池的第二p-i-n結(jié)，其中含SiOx的中間層設(shè)置為另一導電類型層的一部分，并且其中含SiOx層具有小于等于17nm的厚度。通常，中間層可以與另一導電類型層一起設(shè)置，或設(shè)置在另一導電類型的層之間，以形成另一導電類型層的一部分。根據(jù)能夠與本文所述的其他實施例組合的又一實施例，該方法還可以在第一P-i-n結(jié)和/或第二P-i-n結(jié)的本征層中設(shè)置氫稀釋度分級；此外含SiOx的中間層可以是具有小于等于30%、通常約為2%的微晶含量的微晶SiOx層；沉積含SiOx的中間層的步驟可以包括使包括至少硅烷、氫氣和(X)2的氣體混合物在化學氣相沉積的沉積區(qū)中流動；和/或含SiOx的中間層可以沉積為具有小于等于2.5的折射率。根據(jù)另一個實施例，提供了用于太陽能電池的前體。該前體包括透明襯底、配置來用于太陽能電池的第一P-i-n結(jié)的第一導電類型層，配置來用于太陽能電池的第一P-i-n結(jié)的第一本征型層，以及配置來用于太陽能電池的第一p-i-n結(jié)的與第一導電類型層的導電性相反的另一導電類型層。該前體還包括通過化學氣相沉積而沉積的含SiOx的中間層，以及配置來用于太陽能電池的第二P-i-n結(jié)，其中含SiOx的中間層設(shè)置為另一導電類型層的一部分，并且其中含SiOx層具有小于等于17nm的厚度。根據(jù)其修改，該前體還包括在第一和第二P-i-n結(jié)的至少一個本征層中的氫稀釋度分級。根據(jù)能夠與本文所述的實施例組合的又一實施例，含SiOx的中間層可以是具有小于等于為2%的微晶含量的微晶SiOx層；含SiOx的中間層可以包括碳；含SiOx的中間層可以具有小于等于2.5的折射率；含SiOx的中間層可以具有依賴于波長的反射層；含SiOx的中間層可以是摻雜層，尤其是另一導電類型層的摻雜層；和/或含SiOx的中間層可以具有5nm至15nm的厚度。雖然以上內(nèi)容針對本發(fā)明的實施例，但可以在不脫離本發(fā)明的基本范圍的情況下作出本發(fā)明的其他的和另外的實施例，并且本發(fā)明的范圍由后面的權(quán)利要求限定。權(quán)利要求1.一種制造適用于薄膜太陽能電池的層堆疊的方法，該方法包括以下步驟在透明襯底上沉積TCO層；沉積配置來用于太陽能電池的第一p-i-n結(jié)的第一導電類型層；沉積配置來用于太陽能電池的第一P-i-n結(jié)的第一本征型層；沉積配置來用于太陽能電池的第一P-i-n結(jié)的另一導電類型層，所述另一導電類型層與所述第一導電類型層的導電性相反；通過化學氣相沉積來設(shè)置含SiOx的中間層；以及沉積配置來用于太陽能電池的第二P-i-n結(jié)；其中所述含SiOx的中間層設(shè)置為所述另一導電類型層的一部分，并且其中所述含SiOx的中間層具有小于等于17nm的厚度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟在所述第一P-i-n結(jié)或第二p-i-n結(jié)的本征層中設(shè)置氫稀釋度分級。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟在所述第一P-i-n結(jié)和第二p-i-n結(jié)的本征層中設(shè)置氫稀釋度分級。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項所述的方法，其中所述含SiOx的中間層是具有小于等于30%的微晶含量的微晶SiOx層。5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項所述的方法，其中所述含SiOx的中間層是具有約5%至10%的微晶含量的微晶SiOx層。6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項所述的方法，其中所述沉積所述含SiOx的中間層的步驟包括使包括至少硅烷、氫氣和CO2的氣體混合物在化學氣相沉積處理的沉積區(qū)中流動。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述沉積所述含SiOx的中間層的步驟包括使包括至少硅烷、氫氣和ω2的氣體混合物在化學氣相沉積處理的沉積區(qū)中流動。8.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項所述的方法，其中所述含SiOx的中間層沉積為具有小于等于2.5的折射率。9.一種用于太陽能電池的前體，該前體包括透明襯底；配置來用于太陽能電池的第一P-i-n結(jié)的第一導電類型層；配置來用于太陽能電池的第一P-i-n結(jié)的第一本征型層；配置來用于太陽能電池的第一P-i-n結(jié)的另一導電類型層，所述另一導電類型層與所述第一導電類型層的導電性相反；通過化學氣相沉積而沉積的含SiOx的中間層；以及配置來用于太陽能電池的第二P-i-n結(jié)；其中所述含SiOx的中間層設(shè)置為所述另一導電類型層的一部分，并且其中所述含SiOx的中間層具有小于等于17nm的厚度。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的前體，還包括在第一和第二P-i-n結(jié)的本征層的至少一者中的氫稀釋度分級。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的前體，其中所述SiOx的中間層是具有小于等于30%的微晶含量的微晶SiOx層。12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的前體，其中所述含SiOx的中間層包括碳。13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的前體，其中所述含SiOx的中間層具有小于等于2.5的折射率。14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的前體，其中所述含SiOx的中間層具有小于等于2.5的折射率。15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的前體，其中所述含SiOx的中間層具有小于等于2.5的折射率。16.根據(jù)權(quán)利要求9至15中的任一項所述的前體，其中所述含SiOx的中間層具有依賴于波長的反射層。17.根據(jù)權(quán)利要求9至16中的任一項所述的前體，其中所述含SiOx的中間層是摻雜層。18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的前體，其中所述含SiOx的中間層是所述另一導電類型層的摻雜層。19.根據(jù)權(quán)利要求9至15中的任一項所述的前體，其中所述含SiOx的中間層具有5nm至15nm的厚度。全文摘要本發(fā)明涉及薄膜太陽能電池制作工藝、薄膜太陽能電池前體層堆疊的制造方法和太陽能電池前體層堆疊，描述了一種制造適用于薄膜太陽能電池的層堆疊的方法以及用于太陽能電池的前體。該方法包括以下步驟在透明襯底上沉積TCO層，沉積配置來用于太陽能電池的第一p-i-n結(jié)的第一導電類型層，沉積配置來用于太陽能電池的第一p-i-n結(jié)的第一本征型層，以及沉積配置來用于太陽能電池的第一p-i-n結(jié)另一導電類型層，其中該另一導電類型層與第一導電類型層的導電性相反。該方法還包括以下步驟通過化學氣相沉積來設(shè)置含SiOx的中間層，以及沉積配置來用于太陽能電池的第二p-i-n結(jié)，其中含SiOx的中間層設(shè)置在另一導電類型層之內(nèi)，并且其中含SiOx層具有小于等于17nm的厚度。文檔編號C23C16/40GK102447013SQ20111030418公開日2012年5月9日申請日期2011年9月29日優(yōu)先權(quán)日2010年10月5日發(fā)明者克利斯汀·斯多摩,斯特凡·克萊恩,杜比亞斯·斯托利,科拉德·施沃恩特茲,蘇珊娜·布斯史鮑姆,馬丁·羅德申請人:應(yīng)用材料公司