專利名稱：一種具有超晶格的硅基薄膜太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種具有超晶格的硅基薄膜太陽能電池，該超晶格半導(dǎo)體 層利用不同材料的薄膜相互堆棧而成，可用以提高光電特性。
背景技術(shù)：
目前由于國際能源短缺，而世界各國一直持續(xù)研發(fā)各種可行的替代能源， 其中又以太陽能發(fā)電的太陽電池最受到矚目。太陽電池具有使用方便、取之不 盡、用之不竭、無廢棄物、無污染、無轉(zhuǎn)動(dòng)部份、無噪音、可阻隔輻射熱、使 用壽命長、尺寸可隨意變化、并與建筑物作結(jié)合及普及化等優(yōu)點(diǎn)，故利用太陽 電池作為能源的取得。
在20世紀(jì)70年代，由美國貝爾實(shí)驗(yàn)室首先研制出的硅太陽能電池逐步發(fā)展 起來。隨著太陽電池的發(fā)展，如今太陽能電池有多種類型，典型的有單晶硅太 陽能電池、多晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池、化合物太陽能電池、染料 敏化太陽能電池等。
硅(Silicon )為目前通用的太陽能電池的原料代表，而在市場上又區(qū)
分為1.單結(jié)晶硅；2.多結(jié)晶硅；3.非結(jié)晶硅。目前最成熟的工業(yè)生產(chǎn)制 造技術(shù)和最大的市場占有率乃以單晶硅和非晶硅為主的光電板。原因是一、
單晶效率最高；二、非晶價(jià)格最便宜，且無需封裝，生產(chǎn)也最快；三、多晶的 切割及下游再加工較不易，而前述兩種都較易于再切割及加工。為了降低成本， 現(xiàn)今主要以積極發(fā)展非晶硅薄膜太陽電池為主，但其效率上于實(shí)際應(yīng)用中仍然 過低。近來，有所謂的中間能帶(Intermediate band)結(jié)構(gòu)被提出，也就是在 導(dǎo)帶(Conduction band)與價(jià)帶(Valence band)之間引進(jìn)額外的能帶。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(dú)立的。摻雜原子的能階互相耦合
(Overlapping)，就會(huì)在導(dǎo)帶與價(jià)帶之間引進(jìn)中間能帶。中間能帶的引入， 可以讓原本能量小于能隙的不被吸收的光子，有機(jī)會(huì)被吸收，因而增加光電流。
另一方面，為了保持輸出電壓， 一般須要采用P-i-N結(jié)構(gòu)，讓中間能帶位于純 質(zhì)(intrinsic， i layer)區(qū)域。其中又以于本質(zhì)型G型)半導(dǎo)體層中成長所 謂的微晶硅(Microcrystalline Si， pc-Si: H)結(jié)構(gòu)最受到矚目。然而，過 去并無在單一P-i-N結(jié)構(gòu)中制作具有超晶格的硅基薄膜太陽能電池。
因此，有必要提出一種具有超晶格的硅基薄膜太陽能電池，利用超晶格結(jié) 構(gòu)來提高其光波長的吸收范圍，并增加太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種具有超晶格的硅基薄膜太 陽能電池。其中，該超晶格半導(dǎo)體層利用不同材料的薄膜相互堆棧而成，用以 提高光電特性，并增加太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提出一種具有超晶格的硅基薄膜太陽能電 池，其包含一基板； 一透明導(dǎo)電膜； 一非晶硅P型半導(dǎo)體層； 一超晶格半導(dǎo)體 層； 一本質(zhì)型(i型)半導(dǎo)體層；一N型半導(dǎo)體層以及一電極。其中，該基板 的一面為照光面。該透明導(dǎo)電膜形成于該基板上，用以取出電能與提升光電轉(zhuǎn) 換的效率。該非晶硅P型半導(dǎo)體層形成于該透明導(dǎo)電膜上方，用以產(chǎn)生空穴。 該超晶格半導(dǎo)體層形成于該P(yáng)型半導(dǎo)體層上方，用以提高太陽能電池的電特 性。該本質(zhì)型(i型)半導(dǎo)體層形成于該超晶格半導(dǎo)體層上方，其具有鑲埋結(jié) 晶硅，用以提高太陽能電池的電特性。該N型半導(dǎo)體層形成于該本質(zhì)型(i型) 半導(dǎo)體層上方，用于產(chǎn)生電子。最后，該電極形成于該N型半導(dǎo)體層上方，用 以取出電能與提升光電轉(zhuǎn)換的效率。
根據(jù)本實(shí)用新型的一種具有超晶格的硅基薄膜太陽能電池，其中該超晶格 半導(dǎo)體層的結(jié)構(gòu)由非晶硅與結(jié)晶硅相互堆棧而成。
根據(jù)本實(shí)用新型的一種具有超晶格的硅基薄膜太陽能電池，其中該超晶格 半導(dǎo)體層的整體厚度在10納米至150納米之間。
根據(jù)本實(shí)用新型的一種具有超晶格的硅基薄膜太陽能電池，其中該超晶格 半導(dǎo)體層內(nèi)的非晶硅與結(jié)晶硅相互堆棧的次數(shù)在3至10次之間。
綜上所述，本實(shí)用新型的具有超晶格的硅基薄膜太陽能電池，其具有的該 本質(zhì)型(i型)半導(dǎo)體層150內(nèi)鑲埋的結(jié)晶硅151，可用以提高光吸收效率。 利用不同材料相互堆棧而成的該超晶格半導(dǎo)體層140除了可用以提高光電特
性，更可增加太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的 限定。


圖1顯示為本實(shí)用新型的一種具有超晶格的硅基薄膜太陽能電池的側(cè)視剖
面圖2顯示為本實(shí)用新型的超晶格半導(dǎo)體層的側(cè)視剖面圖。 其中，附圖標(biāo)記
100: —種具有超晶格的硅基薄膜太陽能電池 110:基板 120:透明導(dǎo)電膜 130:非晶硅P型半導(dǎo)體層 140:超晶格半導(dǎo)體層 150:本質(zhì)型(i型)半導(dǎo)體層
160: N型半導(dǎo)體層 170:電極
141:非晶硅半導(dǎo)體層 142:結(jié)晶硅半導(dǎo)體層
151:本質(zhì)型(i型)半導(dǎo)體層內(nèi)鑲埋的結(jié)晶硅具體實(shí)施方式
雖然本實(shí)用新型可表現(xiàn)為不同形式的實(shí)施例，但附圖所示者及于下文中說 明者為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并請了解本文所揭示者考慮為本實(shí)用新型的 一范例，且并非意圖用以將本實(shí)用新型限制于圖示及/或所描述的特定實(shí)施例中。
請參照圖1，其所示為一種具有超晶格的硅基薄膜太陽能電池100的側(cè)視
剖面圖，該結(jié)構(gòu)為本實(shí)用新型的第一實(shí)施例。該具有超晶格的硅基薄膜太陽能
電池100包含一基板110; —透明導(dǎo)電膜120; —非晶硅P型半導(dǎo)體層130;
一超晶格半導(dǎo)體層140; —本質(zhì)型(i型)半導(dǎo)體層150; —N型半導(dǎo)體層160 以及一電極170。
該基板110選自于硅、玻璃、塑料基板、可撓性基板或不銹鋼板所組成群
族的一。為了得到較佳的透光特性與較低的制造成本，可采用玻璃及不銹鋼板
作為基板IIO。
該透明導(dǎo)電膜120形成于該基板110上，其主要目的為提高電流的收集于 電極170，用以提升光電轉(zhuǎn)換的效率。其中，該透明導(dǎo)電膜120可選用常見的 蒸鍍法(Evaporation)、濺鍍法(Sputter)、電鍍法、印刷法等工藝作為主 要的工藝方式。而該透明導(dǎo)電膜120的材料可選自于銦錫氧化物(Indiumtin oxide， ITO) 、 二氧化錫(Sta畫m dioxide, Sn02)、氧化鋅(Zinc oxide， Zn0)或含雜質(zhì)的氧化鋅等所組成族群之一。
該非晶硅P型半導(dǎo)體層130形成于該透明導(dǎo)電膜120上，本實(shí)用新型的第 一實(shí)施例于該非晶硅P型半導(dǎo)體層130薄膜可選用電漿增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積 工藝(Plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD)、熱絲化學(xué)氣相 沉積法(Hot-wire chemical vapor d印osition， HW-CVD)或特高頻等離子增強(qiáng) 型化學(xué)式氣相沉禾只(Very high frequency-plasma enhance chemical vapor d印osition， VHF-PECVD)等工藝作為主要工藝方式。
該超晶格半導(dǎo)體層140形成于該非晶硅P型半導(dǎo)體層130上方，且該超晶 格半導(dǎo)體層140由非晶硅與結(jié)晶硅相互堆棧而成，其中超晶格半導(dǎo)體層140 內(nèi)的結(jié)晶硅的結(jié)晶度比在10%至50%之間。該超晶格半導(dǎo)體層140內(nèi)的結(jié)晶 硅的晶粒尺寸在5納米至30納米之間。該超晶格半導(dǎo)體層140的堆棧方式如 圖2所示，且該堆棧方式可提高開路電壓及增加光電轉(zhuǎn)換效率。該超晶格半導(dǎo) 體層140內(nèi)的非晶硅半導(dǎo)體層141與結(jié)晶硅半導(dǎo)體層142的薄膜總厚度約為 100納米，且該超晶格半導(dǎo)體層140內(nèi)的非晶硅半導(dǎo)體層141厚度須小于結(jié)晶 硅半導(dǎo)體層142厚度。其中，該超晶格半導(dǎo)體層140內(nèi)的非晶硅半導(dǎo)體層141 與結(jié)晶硅半導(dǎo)體層142相互堆棧的次數(shù)在3至10次之間。
該本質(zhì)型(i型)半導(dǎo)體層150形成于該超晶格半導(dǎo)體層140上方，且該本 質(zhì)型(i型)半導(dǎo)體層150內(nèi)鑲埋的結(jié)晶硅151通過混和硅烷氣體及氫氣所形成 之，可用以提高電特性，并增加太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，本質(zhì)型(i型)半導(dǎo)體 層150內(nèi)鑲埋的結(jié)晶硅151選自于納米晶硅、微晶硅與多晶硅所組成族群中的 任何一種材料。該本質(zhì)型(i型)半導(dǎo)體層150內(nèi)鑲埋的結(jié)晶硅151的結(jié)晶尺寸 在10納米至300納米之間。其中，該本質(zhì)型(i型)半導(dǎo)體層150對于薄膜型 太陽能電池的電特性影響最大，其是由于電子與空穴在材料內(nèi)部傳導(dǎo)時(shí)，若該 本質(zhì)型(i型)半導(dǎo)體層150厚度過厚，兩者重合機(jī)率極高，為避免此現(xiàn)象發(fā)生， 本質(zhì)型(i型)半導(dǎo)體層150不宜過厚。反之，該本質(zhì)型(i型)半導(dǎo)體層150 厚度過薄時(shí)，又易造成吸旋光性不足。該本質(zhì)型(i型)半導(dǎo)體層150—般以非 晶硅質(zhì)薄膜(a-Si:H)為主。然而，非晶硅質(zhì)薄膜于光照后的短時(shí)間內(nèi)，其
性能將大幅的衰退，即所謂的SW (Staebler-Wroriski)效應(yīng)，其衰減幅度約 15% 35%。該SW效應(yīng)由于材料中部份未飽和的硅原子(Dangling bond, DB)因光照射后，所發(fā)生結(jié)構(gòu)變化的故。微晶硅薄膜的載子遷移率比一般非晶 硅薄膜高出1 2個(gè)數(shù)量級，而暗電導(dǎo)值則介于10—5 10—7 (S.cm1)之間，明 顯高出傳統(tǒng)非晶硅質(zhì)薄膜3 4個(gè)數(shù)量級，故使用微晶硅薄膜可加以提高太陽 能電池的轉(zhuǎn)換效率。
該N型半導(dǎo)體層160形成于該本質(zhì)型(i型)半導(dǎo)體層150上，該N型半 導(dǎo)體層160的工藝方式選用于等離子增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積工藝、熱絲化學(xué)氣 相沉積法或特高頻等離子增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積工藝作為主要工藝方式。
該電極170形成于該N型半導(dǎo)體層160上，其中該電極170可選用常見的 蒸鍍法、濺鍍法、電鍍法、印刷法等工藝作為主要工藝方式。該電極170的材 料可選用銦錫氧化層、二氧化錫、氧化鋅、含雜質(zhì)的氧化鋅、鎳、金、銀、鈦、 銅、鈀、及鋁等，其功效與該透明導(dǎo)電膜120相同。
綜上所述，本實(shí)用新型的具有超晶格的硅基薄膜太陽能電池，其具有的該 本質(zhì)型(i型)半導(dǎo)體層150內(nèi)鑲埋的結(jié)晶硅151，可用以提高光吸收效率。 利用不同材料相互堆棧而成的該超晶格半導(dǎo)體層140除了可用以提高光電特 性，更可增加太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
當(dāng)然，本實(shí)用新型還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本實(shí)用新型精神及其 實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本實(shí)用新型作出各種相應(yīng)的改 變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附的權(quán)利要求的保 護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種具有超晶格的硅基薄膜太陽能電池，其特征在于，包含一基板，該基板的一面為照光面；一用于取出電能與提升光電轉(zhuǎn)換的效率的透明導(dǎo)電膜，形成于該基板上；一用于產(chǎn)生空穴的非晶硅P型半導(dǎo)體層，形成于該透明導(dǎo)電膜上方；一由非晶硅與結(jié)晶硅相互堆棧而成并用以提高太陽能電池的電特性的超晶格半導(dǎo)體層，形成于該P(yáng)型半導(dǎo)體層上方；一用以提高太陽能電池的電特性的本質(zhì)型半導(dǎo)體層，該本質(zhì)型半導(dǎo)體層內(nèi)具有鑲埋結(jié)晶硅，形成于超晶格半導(dǎo)體層上方；一用于產(chǎn)生電子的N型半導(dǎo)體層，形成于該本質(zhì)型半導(dǎo)體層上方；以及一用以取出電能與提升光電轉(zhuǎn)換的效率的電極，形成于該N型半導(dǎo)體層上方。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種具有超晶格的硅基薄膜太陽能電池，其特 征在于，該基板選自于玻璃基板、石英基板、塑料基板、透明可撓性基板所組 成族群中的任何一種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種具有超晶格的硅基薄膜太陽能電池，其特 征在于，該超晶格半導(dǎo)體層為整體厚度在10納米至150納米之間的半導(dǎo)體層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種具有超晶格的硅基薄膜太陽能電池，其特 征在于，該超晶格半導(dǎo)體層內(nèi)的結(jié)晶硅的晶粒尺寸在5納米至30納米之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種具有超晶格的硅基薄膜太陽能電池，其特 征在于，該超晶格半導(dǎo)體層內(nèi)的非晶硅的厚度小于結(jié)晶硅的厚度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種具有超晶格的硅基薄膜太陽能電池，其特 征在于，該本質(zhì)型半導(dǎo)體層內(nèi)鑲埋的結(jié)晶硅的結(jié)晶尺寸在10納米至300納米 之間。
專利摘要一種具有超晶格的硅基薄膜太陽能電池，包括一基板，該基板的一面為照光面；一用于取出電能與提升光電轉(zhuǎn)換的效率的透明導(dǎo)電膜，形成于該基板上；一用于產(chǎn)生空穴的非晶硅P型半導(dǎo)體層，形成于該透明導(dǎo)電膜上方；一由非晶硅與結(jié)晶硅相互堆棧而成并用以提高太陽能電池的電特性的超晶格半導(dǎo)體層，形成于該P(yáng)型半導(dǎo)體層上方；一用以提高太陽能電池的電特性的本質(zhì)型半導(dǎo)體層，該本質(zhì)型半導(dǎo)體層內(nèi)具有鑲埋結(jié)晶硅，形成于超晶格半導(dǎo)體層上方；一用于產(chǎn)生電子的N型半導(dǎo)體層，形成于該本質(zhì)型半導(dǎo)體層上方；以及一電極，形成于該N型半導(dǎo)體層上方。該超晶格半導(dǎo)體層利用不同材料分薄膜相互堆棧而成，用以提高光電特性，并增加太陽能電池分光電轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H01L31/077GK201185192SQ20082000422
公開日2009年1月21日 申請日期2008年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月1日
發(fā)明者張育綺, 楊茹媛, 田偉辰, 簡永杰 申請人:東捷科技股份有限公司