專利名稱：串聯(lián)型光電裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及串聯(lián)型光電裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
目前，伴隨著現(xiàn)有能源如石油、煤炭等將會枯竭的預(yù)測，人們越來越關(guān)注替代這些現(xiàn)有能源的可替代能源。其中，太陽能因其資源豐富且不污染環(huán)境而特別受到矚目。直接將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的裝置是光電裝置，即太陽能電池。光電裝置主要利用了半導(dǎo)體接合的光電現(xiàn)象。即，如果光入射到分別摻雜了 P型和η型雜質(zhì)的半導(dǎo)體p-i-n 接合面并被吸收，則光能在半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電子和空穴，所產(chǎn)生的電子和空穴通過內(nèi)部電場發(fā)生分離，由此使光電產(chǎn)生在P-i-n接合兩端上。此時(shí)，如果在接合兩端上形成電極，并由導(dǎo)線將其連接，則電流通過電極和導(dǎo)線而流向外部。為了由太陽能替代現(xiàn)有能源(例如，石油等)，必須提供具有高光電轉(zhuǎn)換效率的光電裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，減少串聯(lián)p-i-n型光電裝置中第一電極的表面凹凸對第二單元電池的影響。本發(fā)明的光電裝置包括第一電極，包括透明導(dǎo)電性氧化物層；第一單元電池，位于所述第一電極上，且包括依次層壓的P型半導(dǎo)體層、純半導(dǎo)體層和η型半導(dǎo)體層；第二單元電池，位于所述第一單元電池上，且包括依次層壓的ρ型半導(dǎo)體層、純半導(dǎo)體層和η型半導(dǎo)體層；第二電極，位于所述第二單元電池上；其中，所述第一單元電池的純半導(dǎo)體層由氫化非晶硅或氫化非晶硅系物質(zhì)構(gòu)成，所述第二單元電池的純半導(dǎo)體層由氫化微晶硅或氫化微晶硅系物質(zhì)構(gòu)成，相對于形成在所述第一電極表面上的凹凸的平均節(jié)距的均方根粗糙度為 0. 05 0. 13。本發(fā)明光電裝置的制造方法包括以下步驟在基板上沉積透明導(dǎo)電性氧化物層， 并通過對所述透明導(dǎo)電性氧化物層表面的蝕刻形成第一電極；形成包括依次層壓在所述第一電極上的P型半導(dǎo)體層、純半導(dǎo)體層和η型半導(dǎo)體層的第一單元電池；形成包括依次層壓在所述第一單元電池上的P型半導(dǎo)體層、純半導(dǎo)體層和η型半導(dǎo)體層的第二單元電池； 以及在所述第二單元電池上形成第二電極；其中，所述第一單元電池的純半導(dǎo)體層由氫化非晶硅或氫化非晶硅系物質(zhì)構(gòu)成，所述第二單元電池的純半導(dǎo)體層由氫化微晶硅或氫化微晶硅系物質(zhì)構(gòu)成，相對于形成在所述第一電極表面上的凹凸的平均節(jié)距的均方根粗糙度為 0. 05 0. 13。在本發(fā)明中，由于在形成第一電極時(shí)進(jìn)行蝕刻工序，因此能夠減少第一電極對由微晶硅或微晶硅系物質(zhì)構(gòu)成的第二單元電池的影響。


圖Ia 圖Ie表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的串聯(lián)型光電裝置的制造過程；圖2表示未進(jìn)行蝕刻工序時(shí)的、由氫化非晶硅或氫化非晶硅系物質(zhì)構(gòu)成的第一導(dǎo)電性半導(dǎo)體層和純半導(dǎo)體層；圖3表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光電裝置的第一電極凹凸之間的節(jié)距。符號說明100 基板200 第一電極300 第一單元電池400 第二單元電池500 第二電極
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖詳細(xì)說明本實(shí)施例。圖Ia 圖Ie表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的串聯(lián)型光電裝置的制造過程。在本發(fā)明實(shí)施例中，為了便于說明省略激光刻槽工序等單元電池的串聯(lián)連接過程。如圖Ia所示，在基板100上沉積透明導(dǎo)電性氧化物層。當(dāng)沉積有ZnO或ITO等透明導(dǎo)電性氧化物層時(shí)，在透明導(dǎo)電性氧化物層的表面形成有凹凸。即，通過化學(xué)氣相沉積法 (CVD =Chemical Vapor Deposition)沉積透明導(dǎo)電性氧化物層時(shí)，在透明導(dǎo)電性氧化物層的表面形成如圖Ia所示的、金字塔形狀的鋒利的表面凹凸。此時(shí)，基板100可以由透明絕緣性材質(zhì)構(gòu)成，以便具有良好的光透射率且能夠防止薄膜太陽能電池中的內(nèi)部短路。如圖Ib所示，透明導(dǎo)電性氧化物層的表面凹凸被濕式蝕刻。由此形成具有平緩的表面凹凸的第一電極200。濕式蝕刻能夠縮短用來形成平緩的表面凹凸的工序時(shí)間。艮口， 濕式蝕刻的蝕刻速度與干式蝕刻相比較快，因此能夠縮短第一電極200的形成時(shí)間。濕式蝕刻按照將沉積有第一電極200的基板在濃度為0. 5% 5%的酸性水溶液中浸泡5 20 秒的方式進(jìn)行。如果酸性水溶液的濃度低于0. 5%，則因蝕刻率過低而花費(fèi)較長時(shí)間，如果酸性水溶液的濃度高于5%，則因蝕刻率過高而難以控制蝕刻，因此存在表面凹凸不勻的問題。即，當(dāng)酸性水溶液的濃度處于0. 5% 5%時(shí)，既能夠控制蝕刻也能夠?qū)崿F(xiàn)充分的蝕刻。另外，如果酸性水溶液中的蝕刻時(shí)間低于5秒，則無法進(jìn)行充分的蝕刻，如果蝕刻時(shí)間超過20秒，則表面凹凸會過于平緩，由此引起光捕捉效果降低而使短路電流減少，或氧化鋅過于變薄而使導(dǎo)電率降低，且填充因子也減小而可能使轉(zhuǎn)換效率降低。因此，當(dāng)利用酸性水溶液進(jìn)行蝕刻的蝕刻時(shí)間為5 20秒時(shí)，能夠在短時(shí)間內(nèi)形成平緩的表面凹凸，且不會降低光捕捉效果或短路電流，且可以防止因?qū)щ娐屎吞畛湟蜃訙p少而引起的光電效率的降低。此時(shí)，用于濕式蝕刻工序的酸的種類為鹽酸(HCl)、偏磷酸(HPO3)、硝酸(HNO3)、乙酸(CH3COOH)中的至少一個。對于透明導(dǎo)電性氧化物層的蝕刻，后述中參照附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖Ic所示，在第一電極200上形成第一單元電池300。第一單元電池300包括依次層壓的第一導(dǎo)電性半導(dǎo)體層310、純半導(dǎo)體層330和第二導(dǎo)電性半導(dǎo)體層350。本發(fā)明實(shí)施例的第一導(dǎo)電性半導(dǎo)體層310、純半導(dǎo)體層330和第二導(dǎo)電性半導(dǎo)體層350可以分別為P型半導(dǎo)體層、純半導(dǎo)體層和η型半導(dǎo)體層。此時(shí)，位于第一電極200上的第一單元電池300的純半導(dǎo)體層330可以由氫化非晶硅或氫化非晶硅系物質(zhì)來構(gòu)成。本發(fā)明實(shí)施例中的非晶硅系物質(zhì)可以包括氧、碳或氮等非硅系元素。例如，當(dāng)純半導(dǎo)體層330包括氧、碳或氮時(shí)，純半導(dǎo)體層330可以包括氫化非晶氧化硅(a-SiO:H)、氫化非晶硅碳(a-SiC:H)或氫化非晶氮化硅(a_SiN:H)。如圖Id所示，在第一單元電池300上形成第二單元電池400。第二單元電池400 包括依次層壓的第一導(dǎo)電性半導(dǎo)體層410、純半導(dǎo)體層430和第二導(dǎo)電性半導(dǎo)體層450。在本發(fā)明的實(shí)施例中，第一導(dǎo)電性半導(dǎo)體層410、純半導(dǎo)體層430和第二導(dǎo)電性半導(dǎo)體層450 可以分別為P型半導(dǎo)體層、純半導(dǎo)體層和η型半導(dǎo)體層。此時(shí)，第二單元電池400的純半導(dǎo)體層430可由氫化微晶硅或氫化微晶硅系物質(zhì)構(gòu)成。本發(fā)明實(shí)施例中的微晶硅系物質(zhì)可包括鍺等非硅系元素。例如，當(dāng)純半導(dǎo)體層430 包括鍺元素時(shí)，純半導(dǎo)體層430可以包括氫化微晶硅鍺(μ c-SiGe:H)。本發(fā)明實(shí)施例中，第一單元電池300和第二單元電池400為p-i-n型單元電池，因此光可通過基板100入射。另外，第一單元電池300包括氫化非晶硅或氫化非晶硅系物質(zhì)， 第二單元電池400包括氫化微晶硅或氫化微晶硅系物質(zhì)。如圖Ie所示，在第二單元電池400上形成第二電極500。如上所述，在本發(fā)明實(shí)施例中進(jìn)行透明導(dǎo)電性氧化物層的沉積和蝕刻。在未進(jìn)行蝕刻工序時(shí)，如圖2所示，包括由氫化非晶硅或氫化非晶硅系物質(zhì)構(gòu)成的純半導(dǎo)體層330的第一單元電池300形成在具有金字塔形狀的第一電極200的表面。由此，在位于第一電極 200上的、第一單元電池300和第二單元電池400的表面上也形成鋒利的凹凸。此時(shí)，第二單元電池400的凹凸中，具有‘V’字型溪谷形狀的部分600起到龜裂的作用，妨礙氫化微晶硅或氫化微晶硅系物質(zhì)的形成，且形成非晶質(zhì)的孵化層(inciAation layer) 700和大體積的晶粒界800。孵化層700和晶粒界800作用在從氫化微晶硅或氫化微晶硅系物質(zhì)中光生成的電子-空穴對(electron-hole pair)再結(jié)合的中心部分，因此降低光電裝置的整體特性。由此，在本發(fā)明的實(shí)施例中，于第一電極200的表面上形成凹凸后進(jìn)行蝕刻工序。 對電極表面的凹凸進(jìn)行蝕刻后形成如圖3所示的光電裝置。即，如圖3所示，金字塔形狀的表面凹凸通過蝕刻工序而變得平緩。由此，具有鋒利的金字塔形狀的表面凹凸變成‘U’字形的平緩的表面凹凸。在具有這種平緩的表面凹凸的第一電極200上形成第一單元電池300， 在第一單元電池300上沉積第二單元電池400的微晶硅系或微晶硅系物質(zhì)時(shí)，更加順利地形成第二單元電池40的微晶硅或微晶硅系物質(zhì)，且減少非晶質(zhì)的孵化層700和大體積的晶粒界800，因此光電裝置的特性得到提高。相對于通過上述蝕刻工序形成在第一電極200表面上的凹凸之間的平均節(jié)距 (pitch)的均方根粗糙度(Root Mean Square roughness)可以為 0. 05 0. 13。如圖 3所示，凹凸之間的節(jié)距是指兩個相鄰?fù)怀霾恐g的距離(L)，凹凸之間的平均節(jié)距是指這些每個節(jié)距的平均值。均方根粗糙度是可以在利用原子力顯微鏡(AFM，Atomic Force Microscope)測量規(guī)定面積的表面段差后，通過下述式求出。
權(quán)利要求
1.一種光電裝置，其特征在于所述光電裝置包括 第一電極，包括透明導(dǎo)電性氧化物層；第一單元電池，位于所述第一電極上，且包括依次層壓的P型半導(dǎo)體層、純半導(dǎo)體層和 η型半導(dǎo)體層；第二單元電池，位于所述第一單元電池上，且包括依次層壓的P型半導(dǎo)體層、純半導(dǎo)體層和η型半導(dǎo)體層；第二電極，位于所述第二單元電池上；其中所述第一單元電池的純半導(dǎo)體層由氫化非晶硅或氫化非晶硅系物質(zhì)構(gòu)成， 所述第二單元電池的純半導(dǎo)體層由氫化微晶硅或氫化微晶硅系物質(zhì)構(gòu)成， 相對于形成在所述第一電極表面上的凹凸的平均節(jié)距的均方根粗糙度為0. 05 0. 13。
2.如權(quán)利要求1所述的光電裝置，其特征在于所述透明導(dǎo)電性氧化物層的厚度為1μ m 2 μ m0
3.如權(quán)利要求1所述的光電裝置，其特征在于測量所述第一電極的XRD θ -2 θ geometry時(shí)，(U 平面的峰值大于(0002)平面和G0 j cO平面的峰值。
4.如權(quán)利要求1所述的光電裝置，其特征在于所述第一電極包括由ZnO構(gòu)成的透明導(dǎo)電性氧化物層，且ai/o的比例為1. 1 1. 3。
5.如權(quán)利要求1所述的光電裝置，其特征在于所述第一電極包括由ZnO構(gòu)成的透明導(dǎo)電性氧化物層，所述透明導(dǎo)電性氧化物層所含有的氫濃度為1019/cm3 1021/cm3。
6.如權(quán)利要求1所述的光電裝置，其特征在于所述透明導(dǎo)電性氧化物層的比電阻為2X IO"3 Ω cm以下，移動度為25cm2/Vsec以上。
7.如權(quán)利要求1所述的光電裝置，其特征在于在600nm波長的光中，所述透明導(dǎo)電性氧化物層的霧度為5% 20%，在波長為400nm 800nm的光中，所述透明導(dǎo)電性氧化物層的透射率為80%以上。
8.一種光電裝置的制造方法，其特征在于所述光電裝置的制造方法包括以下步驟 在基板上沉積透明導(dǎo)電性氧化物層，并對所述透明導(dǎo)電性氧化物層的表面進(jìn)行蝕刻以形成第一電極；形成包括依次層壓在所述第一電極上的P型半導(dǎo)體層、純半導(dǎo)體層和η型半導(dǎo)體層的第一單元電池；形成包括依次層壓在所述第一單元電池上的P型半導(dǎo)體層、純半導(dǎo)體層和η型半導(dǎo)體層的第二單元電池；以及在所述第二單元電池上形成第二電極；其中所述第一單元電池的純半導(dǎo)體層由氫化非晶硅或氫化非晶硅系物質(zhì)構(gòu)成， 所述第二單元電池的純半導(dǎo)體層由氫化微晶硅或氫化微晶硅系物質(zhì)構(gòu)成， 相對于形成在所述第一電極表面上的凹凸的平均節(jié)距的均方根粗糙度為0. 05 0. 13。
9.如權(quán)利要求8所述的光電裝置的制造方法，其特征在于所述透明導(dǎo)電性氧化物層通過化學(xué)氣相沉積法以1 μ m 2 μ m的厚度被沉積。
10.如權(quán)利要求8所述的光電裝置的制造方法，其特征在于測量所述第一電極的XRD θ -2 θ geometry時(shí)，(η〗Q)平面的峰值大于(0002)平面和 (10 ^ G)平面的峰值。
11.如權(quán)利要求8所述的光電裝置的制造方法，其特征在于在沉積所述透明導(dǎo)電性氧化物層的步驟中，包括沉積由ZnO構(gòu)成的透明導(dǎo)電性氧化物層的步驟，且ai/Ο的比例為1. 1 1. 3。
12.如權(quán)利要求8所述的光電裝置的制造方法，其特征在于在沉積所述透明導(dǎo)電性氧化物層的步驟中，包括沉積由ZnO構(gòu)成的透明導(dǎo)電性氧化物層的步驟，且所述透明導(dǎo)電性氧化物層所含有的氫濃度為1019/cm3 1021/cm3。
13.如權(quán)利要求8所述的光電裝置的制造方法，其特征在于所述透明導(dǎo)電性氧化物層的比電阻為2X IO-3Qcm以下，移動度為25cm7Vsec以上。
14.如權(quán)利要求8所述的光電裝置的制造方法，其特征在于在600nm波長的光中，所述透明導(dǎo)電性氧化物層的霧度為5% 20%，在波長為 400nm 800nm的光中，所述透明導(dǎo)電性氧化物層的透射率為80%以上。
15.如權(quán)利要求8所述的光電裝置的制造方法，其特征在于所述蝕刻通過濕式蝕刻工序來進(jìn)行。
16.如權(quán)利要求8所述的光電裝置的制造方法，其特征在于所述蝕刻按照將沉積有所述透明導(dǎo)電性氧化物層的基板在0. 5% 5%的酸性水溶液中浸泡5 20秒的方式進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種串聯(lián)型光電裝置及其制造方法，該串聯(lián)型光電裝置包括第一電極，包括透明導(dǎo)電性氧化物層；第一單元電池，位于所述第一電極上，且包括依次層壓的p型半導(dǎo)體層、純半導(dǎo)體層和n型半導(dǎo)體層；第二單元電池，位于所述第一單元電池上，且包括依次層壓的p型半導(dǎo)體層、純半導(dǎo)體層和n型半導(dǎo)體層；第二電極，位于所述第二單元電池上；其中，所述第一單元電池的純半導(dǎo)體層由氫化非晶硅或氫化非晶硅系物質(zhì)構(gòu)成，所述第二單元電池的純半導(dǎo)體層由氫化微晶硅或氫化微晶硅系物質(zhì)構(gòu)成，相對于形成在所述第一電極表面上的凹凸的平均節(jié)距的均方根粗糙度為0.05～0.13。
文檔編號H01L31/20GK102237417SQ20101061409
公開日2011年11月9日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月20日
發(fā)明者明承燁 申請人:韓國鐵鋼株式會社