專(zhuān)利名稱(chēng)：制造基于硅的薄膜太陽(yáng)能電池的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改善用于基于硅的薄膜太陽(yáng)能電池或模塊的制造工藝。更具體地，該發(fā)明涉及用于在薄膜硅太陽(yáng)能電池及用于這樣的薄膜硅太陽(yáng)能電池的層結(jié)構(gòu)中的所謂窗層的制造工藝。本發(fā)明更特別地涉及對(duì)在太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)中的電極層的表面處理，該電極層包含透明導(dǎo)電氧化物(TCO)。
背景技術(shù)：
光伏器件、光電轉(zhuǎn)換器件或太陽(yáng)能電池是轉(zhuǎn)換光，特別是將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為直流(DC)電能的器件。對(duì)低成本大量生產(chǎn)而言，薄膜太陽(yáng)能電池令人感興趣，這是因其允許使用玻璃、玻璃陶瓷或其它剛性或柔性基板作為基底材料(基板)，以代替晶硅或多晶硅。該太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，即負(fù)責(zé)或能起光伏效應(yīng)的該層序列沉積在薄層中。這沉積可發(fā)生在大氣或 真空條件下。在本領(lǐng)域沉積技術(shù)諸如PVD、CVD, PECVD, APCVD...為人熟知，這些全都用在半導(dǎo)體技術(shù)中。太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率是對(duì)太陽(yáng)能電池性能的常見(jiàn)量度，且其由輸出功率密度(=開(kāi)路電壓V。。，填充因子FF及電流密度Jse的積)與1000W/m2的輸入功率密度的比來(lái)確定。薄膜太陽(yáng)能電池一般包含第一電極、一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體薄膜p-i-n或n-i-p結(jié),及第二電極，它們順序堆疊在基板上。每個(gè)P-i-n結(jié)或薄膜光電轉(zhuǎn)換單元包含夾在正摻雜或P型層及負(fù)摻雜或η型層之間的本征或i_型層。該本征半導(dǎo)體層占該薄膜p-i-n結(jié)的絕大部分厚度。光電轉(zhuǎn)換主要發(fā)生在該i型層中；因此其亦稱(chēng)為有源或吸收體層。根據(jù)該i型層太陽(yáng)能電池的結(jié)晶性，或光電(轉(zhuǎn)換)器件被表征為非晶(a-Si)或微晶(μ c-Si)太陽(yáng)能電池，而不管相鄰P及η層的結(jié)晶性種類(lèi)為何。微晶層被認(rèn)為是在非晶基體中包含至少15%微晶結(jié)晶度的拉曼結(jié)晶性的層。p-i-n結(jié)中的摻雜層也經(jīng)常稱(chēng)為窗層。由于該摻雜p/n層所吸收的光會(huì)因有源層而損耗，因此，高度透明的窗層期望獲得高電流密度(Js。)。而且，窗層有助于在構(gòu)成太陽(yáng)能電池的半導(dǎo)體結(jié)中建立電場(chǎng)，該電場(chǎng)協(xié)助收集光產(chǎn)生的電荷載流子并獲得高V。。及FF值。除此的外，前透明導(dǎo)電氧化物(TCO)與窗層之間的接觸應(yīng)為歐姆的，其具有低電阻率，以便得到好FF值。現(xiàn)有技術(shù)的圖I示出基本、簡(jiǎn)單光伏電池40，該光伏電池40包含透明基板41，其例如為玻璃，在其上沉積有一層透明導(dǎo)電氧化物(TC0)42。該層亦稱(chēng)為前接觸，并且作為用于光伏組件的第一電極。下一層43作為有源光伏層，并包含形成p-i-n結(jié)的三“子層”。該層43包含氫化微晶(亦稱(chēng)納米晶體)硅或非晶硅或其組合。子層44 (鄰近TCO前接觸42)是正摻雜的，該鄰近子層45是本征的，及該最后子層46是負(fù)摻雜的。在替代實(shí)施例中，如所述的該層序列P-i-n可以反轉(zhuǎn)為n-i-p，那么，層44被識(shí)別為η層，層45再度為本征的，層46為P層。最后，該電池包含可由氧化鋅、氧化錫或銦錫氧化物(ITO)制成的背后接觸層47 (亦稱(chēng)背接觸)，以及反射層48。替代地，可實(shí)現(xiàn)金屬背接觸，其能結(jié)合背反射體48及背接觸47的物理特性。為說(shuō)明，箭頭指出照射光。通常了解，當(dāng)例如太陽(yáng)輻射的光照射在光伏器件上時(shí)，在i層中產(chǎn)生電子空穴對(duì)。來(lái)自所產(chǎn)生的對(duì)的空穴被導(dǎo)向P區(qū)域，而該電子被導(dǎo)向η區(qū)域。一般該接觸直接或間接地接觸P或η區(qū)域。只要光繼續(xù)產(chǎn)生電子空穴對(duì)，電流將流經(jīng)連接這些接觸的外部電路?，F(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)該窗(p/n型)層一般是由非晶或微晶硅(也叫納米晶體)或其任何混合物及其與氧、碳、鍺等的合金制成。因P/n型層是有很大缺陷的(混亂的)，該光產(chǎn)生的電子空穴以高概率復(fù)合；因此其無(wú)助于器件的光電流，而會(huì)造成吸收損耗。因此，該摻雜層的厚度應(yīng)最小化，以減少這些光學(xué)的損耗。然而，當(dāng)該摻雜層厚度過(guò)度減少時(shí)，填充因子的值及該開(kāi)路電壓大幅降低?！ぐl(fā)明內(nèi)容·根據(jù)所提議的該發(fā)明，在用于薄膜硅層堆疊的窗層成長(zhǎng)前，應(yīng)當(dāng)執(zhí)行短暫的表面處理，這分別造成非常薄，連續(xù)或不連續(xù)成核層或TCO表面制備。其示出此種處理改善了稍后的電池的電特性。因此，本發(fā)明是有關(guān)制造基于硅的薄膜太陽(yáng)能電池的方法，該太陽(yáng)能電池包括 基板； 該基板上的第一電極層，其包含透明導(dǎo)電氧化物； 該第一電極層上的堆疊層，其包含正摻雜半導(dǎo)體層、本征半導(dǎo)體層及負(fù)摻雜半導(dǎo)體層以及第二電極層；由此該方法包含以下步驟 提供該基板； 在該基板上沉積該第一電極層，該第一電極層包含該透明導(dǎo)電氧化物并具有表面； 在第一時(shí)間間隔期間由第一真空處理工藝處理該提及(addressed)的表面； 由在第二時(shí)間間隔期間在包含氣態(tài)摻雜物的工藝氣氛中執(zhí)行的第二真空工藝在由第一真空處理工藝所處理的提及表面上沉積該正摻雜半導(dǎo)體層及該負(fù)摻雜半導(dǎo)體層之一; 在包含氣態(tài)摻雜物的工藝氣氛中執(zhí)行該第一真空處理工藝，該氣態(tài)摻雜物與在該第二真空工藝的氣氛中包含的量不同，但是在其它方面執(zhí)行與第二真空工藝相同的第一真空處理工藝，并選擇比該第二時(shí)間間隔短的第一時(shí)間間隔。在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的方法包括在包含SiH4及H2以及氣態(tài)摻雜物的氣氛中，作為真空等離子體處理工藝執(zhí)行該第一真空處理工藝，該氣態(tài)摻雜物濃度介于存在于該第二真空工藝的氣氛中的氣態(tài)摻雜物濃度的0%到80%之間，優(yōu)選是介于O %到20%之間，由此，優(yōu)選地由該第二真空工藝沉積該正摻雜半導(dǎo)體層。正如該第一真空處理工藝是在包含SiH4及H2的氣氛中的真空等離子體處理工藝，這對(duì)于該第二真空工藝也一樣是有優(yōu)勢(shì)的。在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的方法包括由該第二真空工藝沉積氫化硅的正摻雜半導(dǎo)體層，由此為微晶材料沉積執(zhí)行該第二真空工藝，及在無(wú)氣態(tài)摻雜物的氣氛中執(zhí)行該第一真空處理工藝，以及優(yōu)選地在包含氫化碳化硅的工藝氣氛中在氫化硅的正摻雜半導(dǎo)體層上沉積硅與碳的合金的非晶正摻雜層，其中進(jìn)一步優(yōu)選地該第二真空工藝是真空等離子體工藝并且由此也是第一真空處理工藝。在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例中，該第二真空工藝(并且由此也是該第一真空處理工藝)是真空等離子體工藝。在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例中，有優(yōu)勢(shì)的是該第一時(shí)間間隔被選擇成介于該第一及第二時(shí)間間隔的和的5%到20%之間，及其中優(yōu)選地該第二真空工藝是真空等離子體工藝，及下列至少之一是有效的·由該第二真空工藝所沉積的該一個(gè)摻雜層是該正摻雜半導(dǎo)體層； 該一個(gè)摻雜半導(dǎo)體層是在包含SiH4對(duì)H2的濃度為O. 1%至10%，優(yōu)選為1%至5%的氣氛中沉積的；
該一個(gè)摻雜半導(dǎo)體層是在包含SiH4的氣氛中沉積的，并且在該氣氛中該摻雜物對(duì)SiH4的濃度是O. I %到10 %，優(yōu)選為O. 05 %到O. 5 % ; 該一個(gè)摻雜半導(dǎo)體層是在功率密度為10mW/cm2到lW/cm2，優(yōu)選地是介于50mW/cm2到300mW/cm2之間沉積的； 該一個(gè)摻雜半導(dǎo)體層是在O. 5mbar到12mbar的總壓力下沉積的； 該一個(gè)摻雜半導(dǎo)體層是在介于150°C到280°C之間的工藝溫度下沉積的； 該一個(gè)摻雜半導(dǎo)體層是以頻率為13. 56MHz到82MHz的Rf功率沉積的。
具體實(shí)施例方式一般，再參考

圖1，薄膜光伏器件光伏電池40包含基板41，優(yōu)選為透明玻璃的基板，通常具有O. 4mm至5mm的厚度,優(yōu)選為2mm至4mm ;在基板41上作為接觸的導(dǎo)電氧化物42 ; 一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層43-46，在曝露于光時(shí)，該半導(dǎo)體層產(chǎn)生電荷分離；以及第二導(dǎo)電接觸47。根據(jù)本發(fā)明的該表面處理包含提供在其上具有TCO接觸層42的基板41 ;提供SiH0H2的等離子體以及任選地提供氣相濃度介于用于沉積后續(xù)子層44 = P摻雜窗層的濃度的O至80%之間，優(yōu)選地O至20%之間的摻雜氣體(例如，三甲基硼，乙硼烷...)。在以下例子中，在P層前，以如表I中的參數(shù)實(shí)施的該表面處理將該太陽(yáng)能電池的效率增加了 2. 09% (表3)，在電流密度方面(見(jiàn)圖4的EQE)達(dá)到此增益的一半。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)P層的例子，這里由兩個(gè)步驟(表I的上部)組成I. P μ c-Si : H-以適于微晶娃材料的條件沉積P層。2. P a-SiC:H-沉積非晶硅與碳的合金的P摻雜層。根據(jù)本發(fā)明的硅層堆疊，其表面處理包含3個(gè)步驟(表I的下部)I.表面處理將該TCO層42短暫曝露(5秒)于具有P μ c條件的等離子體中，而無(wú)摻雜氣體，該等離子體條件被選擇為與后續(xù)步驟2相同，但無(wú)任何摻雜氣體。2. P μ c-Si:H-在用于微晶材料的條件下，沉積P層65秒。3. P a-SiC:H-沉積非晶娃和碳的合金的P摻雜層。
權(quán)利要求
1.一種制造基于硅的薄膜太陽(yáng)能電池的方法，該太陽(yáng)能電池包括 籲基板； 所述基板上的第一電極層，其包含透明導(dǎo)電氧化物； 所述第一電極層上的堆疊層，其包含正摻雜半導(dǎo)體層、本征半導(dǎo)體層及負(fù)摻雜半導(dǎo)體層以及第二電極層； 所述方法包含以下步驟 提供所述基板； 在所述基板上沉積所述第一電極層，該第一電極層包含所述透明導(dǎo)電氧化物并具有表面； 在第一時(shí)間間隔期間由第一真空處理工藝處理所述表面； 由在第二時(shí)間間隔期間在包含氣態(tài)摻雜物的工藝氣氛中執(zhí)行的第二真空工藝在由所述第一真空處理工藝所處理的所述表面上沉積所述正摻雜層及所述負(fù)摻雜層之一； 在包含氣態(tài)摻雜物的工藝氣氛中執(zhí)行所述第一真空處理工藝，該氣態(tài)摻雜物與在所述第二真空工藝的所述氣氛中包含的量不同，但是在其它方面執(zhí)行與所述第二真空工藝相同的所述第一真空處理工藝，并選擇比所述第二時(shí)間間隔短的所述第一時(shí)間間隔。
2.如權(quán)利要求I的方法，其包含在包含SiH4及H2以及氣態(tài)摻雜物的氣氛中，作為真空等離子體處理工藝執(zhí)行所述第一真空處理工藝，該氣態(tài)摻雜物濃度介于存在于所述第二真空工藝的氣氛中的氣態(tài)摻雜物濃度的0%到80%之間，優(yōu)選是介于0%到20%之間，由此，優(yōu)選地由所述第二真空工藝沉積所述正摻雜半導(dǎo)體層。
3.如權(quán)利要求I的方法，其包含由所述第二真空工藝沉積微晶氫化娃的正摻雜層作為所述一個(gè)層，由此執(zhí)行適于微晶材料沉積的所述第二真空工藝，以及在無(wú)氣態(tài)摻雜物的氣氛中執(zhí)行所述第一真空處理工藝，以及優(yōu)選地在包含氫化碳化硅的工藝氣氛中在所述氫化微晶娃的正摻雜層上沉積娃與碳的合金的非晶正摻雜層，其中進(jìn)一步優(yōu)選地所述第二真空工藝是真空等離子體工藝。
4.如權(quán)利要求I的方法，其中所述第二真空工藝是真空等離子體工藝。
5.如權(quán)利要求I的方法，其中所述第一時(shí)間間隔被選擇成介于該第一及第二時(shí)間間隔的和的5%到20%之間，并且其中優(yōu)選地所述第二真空工藝是真空等離子體工藝，并且下列至少之一是有效的 由所述第二真空工藝所沉積的所述一個(gè)摻雜半導(dǎo)體層是所述正摻雜半導(dǎo)體層； 所述一個(gè)摻雜半導(dǎo)體層是在包含SiHJ^ H2的濃度為O. I %至10 %，優(yōu)選為I %至5 %的氣氛中沉積的； 所述一個(gè)摻雜半導(dǎo)體層是在包含SiH4的氣氛中沉積的，并且在所述氣氛中該摻雜物對(duì)SiH4的濃度是O. I %到10 %，優(yōu)選為O. 05 %到O. 5 % ; 所述一個(gè)摻雜半導(dǎo)體層是在功率密度為10mW/cm2到lW/cm2，優(yōu)選地是介于50mW/cm2到300mW/cm2之間沉積的； 所述一個(gè)摻雜半導(dǎo)體層是在O. 5mbar到12mbar的總壓力下沉積的； 所述一個(gè)摻雜半導(dǎo)體層是在介于150°C到280°C之間的工藝溫度下沉積的； 所述一個(gè)摻雜半導(dǎo)體層是以頻率為13. 56MHz到82MHz的Rf功率沉積的。
全文摘要
在一種制造基于硅的薄膜太陽(yáng)能電池的方法中，提供基板；在所述基板上沉積透明導(dǎo)電氧化物的第一電極層。在第一時(shí)間間隔期間處理所述透明導(dǎo)電氧化物層的表面。之后在第二時(shí)間間隔期間在所處理的表面上沉積摻雜層。在包含氣態(tài)摻雜物的氣氛中執(zhí)行對(duì)透明導(dǎo)電氧化物表面的處理，該氣態(tài)摻雜物與在用于沉積摻雜層的所述氣氛中包含的量不同。除此不同之外，用于執(zhí)行對(duì)透明導(dǎo)電氧化物表面的處理的工藝與用于沉積摻雜層的工藝相同。然而，第一時(shí)間間隔比用于沉積摻雜層的時(shí)間間隔短得多。
文檔編號(hào)H01L31/20GK102844891SQ201080041572
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者J·拜拉特, E·瓦拉特-紹瓦因, D·博雷洛, S·貝納格利 申請(qǐng)人:歐瑞康太陽(yáng)能股份公司(特呂巴赫)