專利名稱：高效率非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于硅的薄膜太陽能電池與模塊及其制造。本發(fā)明涉及針對(duì)薄膜、基于硅的太陽能電池或模塊的制造工藝的改善。更具體地，本發(fā)明涉及非晶/微晶堆疊(micromorph)薄膜太陽能電池,更具體地涉及及非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池，及其制造。
背景技術(shù)：
光伏器件、光電轉(zhuǎn)換器件或太陽能電池是轉(zhuǎn)換光，特別是將太陽光轉(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。 太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率是對(duì)太陽能電池性能的常見量度，且其由輸出功率密度(=開路電壓V。。，填充因子FF及電流密度Js。的積)與輸入功率密度的比來確定。薄膜太陽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n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；因此其亦稱為有源或吸收體層。根據(jù)該i型層太陽能電池的結(jié)晶性，或光電(轉(zhuǎn)換)器件被表征為非晶(a-Si)或微晶(Uc-Si)太陽能電池，而不管相鄰p及n層的結(jié)晶性種類為何。如在本領(lǐng)域中常見的那樣，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。在本領(lǐng)域中，由于微晶硅的窗層的較佳光學(xué)特性(吸收較少)，使得微晶硅的窗層已較非晶窗層更受青睞?，F(xiàn)有技術(shù)的圖9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。該層亦稱為正面接觸，并且作為用于光伏元件的第一電極。基板41與正面接觸42的組合也被稱作蓋板(superstrate)。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包含氫化微晶硅，納米晶體硅或非晶硅或其組合。子層44 (鄰近TCO正面接觸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n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。為說明，箭頭指出入射光。通常了解，當(dāng)例如太陽輻射的光入射在光伏器件上時(shí)，在i層中產(chǎn)生電子空穴對(duì)。來自所產(chǎn)生的對(duì)的空穴被導(dǎo)向P區(qū)域，而該電子被導(dǎo)向n區(qū)域。一般該接觸直接或間接地接觸P或n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。I. 一般KAI-M PECVD反應(yīng)器中的高效率非晶/微晶堆疊串聯(lián)研發(fā)本專利申請(qǐng)的該一般部分實(shí)質(zhì)上取自2009年9月21日向美國(guó)專利商標(biāo)局提出的序號(hào)61/244，224的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)。接下來主要考慮到具有10. 6%穩(wěn)定效率的非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池，該10. 6%穩(wěn)定效率已經(jīng)在具有大約10%的相對(duì)退化的經(jīng)生成的(as-grown)LPCVD ZnO正面TCO上達(dá)到。應(yīng)用Oerlikon的內(nèi)部研發(fā)的AR概念，利用厚度僅僅I. 3微米的微晶體底部電池已得到具有11.0%效率的穩(wěn)定串聯(lián)電池。實(shí)施先進(jìn)的LPCVD ZnO正面TC0，已經(jīng)在厚度僅僅0.8微米的底部電池處實(shí)現(xiàn)了 10. 6%的穩(wěn)定串聯(lián)電池。相較于商 業(yè)的SnO2,當(dāng)施加LPCVD ZnO時(shí)，在非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池器件中實(shí)施中間反射體顯現(xiàn)出降低的光損耗?？蓮南挛闹械墓?jié)II至IV進(jìn)一步了解本發(fā)明的某些方面的細(xì)節(jié)。I. I 介紹最近幾年，已經(jīng)對(duì)于基于薄膜硅、CdTe與CIS/CIGS的薄膜光伏技術(shù)投入大量投資，因?yàn)檫@些薄膜概念原則上較常規(guī)的基于晶片的PV具有更大的成本縮減潛力[1-3]。未來幾年，對(duì)于薄膜PV技術(shù)的挑戰(zhàn)將會(huì)是朝晶體技術(shù)改善模塊性能，邁向低成本的光伏電力世代。盡管現(xiàn)在全球已建立有數(shù)種基于非晶硅與微晶硅的薄膜線，但除了降低成本以外，對(duì)更高效率的需要是主要關(guān)心的。因此，Oerlikon Solar的研發(fā)團(tuán)隊(duì)專注于挑戰(zhàn)更高的器件效率。在這個(gè)部分的專利申請(qǐng)中，我們報(bào)道了我們最近關(guān)于利用工業(yè)用PECVD KAI設(shè)備以及內(nèi)部(in-house)所研發(fā)的LPCVD ZnO作為TCO技術(shù)的非晶/微晶堆疊串聯(lián)(micromorphtandem)的結(jié)果。當(dāng)光捕捉(light-trapping)是改善性能的其中一個(gè)最重要關(guān)鍵時(shí)，已經(jīng)特別關(guān)注于研發(fā)適用于非晶/微晶堆疊串聯(lián)的LPCVD ZnO0此外，Oerlikon已經(jīng)研發(fā)一種內(nèi)部AR概念，其允許進(jìn)一步降低耦合進(jìn)入該吸收體的光的光學(xué)損耗。I. 2實(shí)驗(yàn)結(jié)果Oerlikon Solar的薄膜PV技術(shù)的核心在于該KAI PECVD反應(yīng)器(等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)。為了改善用于太陽能器件質(zhì)量的非晶硅的沉積速率，尤其是微晶硅的沉積速率[4-6]，平板顯示型的反應(yīng)器被更改成以40. 68MHz的較高激發(fā)頻率運(yùn)行。在此研究中，于KAI-M(520x410mm2)反應(yīng)器中得到結(jié)果。關(guān)于PECVD工藝的更詳細(xì)說明見先前的公開文獻(xiàn)[7]與參考資料[8]。我們的研究特別強(qiáng)調(diào)的地方在于為了優(yōu)化的非晶/微晶堆疊效率而調(diào)整該LPCVD正面ZnO接觸層。因此，我們研發(fā)出不同的正面TC0，其中一個(gè)是已經(jīng)生成的類型(類型A)，而另一個(gè)(類型B)是經(jīng)更改且經(jīng)調(diào)整用于非常有效率的光捕捉，具有超過40%的高霧度(Haze)(于600納米波長(zhǎng)處)。此外，已經(jīng)研發(fā)內(nèi)部的AR(抗反射)概念，其允許用于進(jìn)一步加強(qiáng)耦合進(jìn)入該器件的光。如[8]所報(bào)道的，在ZnO上已經(jīng)研發(fā)有非晶硅的頂部電池，造成創(chuàng)新紀(jì)錄的單結(jié)器件。近年[9]，我們已經(jīng)示出基于PECVD工藝應(yīng)用該中間反射體概念結(jié)合作為正面TCO的商業(yè)SnO2造成該微晶硅底部電池中的損耗。在這里我們將在內(nèi)部研發(fā)的ZnO與作為合并中間反射體的正面TCO的商業(yè)SnO2之間進(jìn)行比較。ZnO背面接觸結(jié)合白反射體顯現(xiàn)出優(yōu)異的光捕捉特性，并且已經(jīng)被系統(tǒng)性地應(yīng)用于這里所提出的所有電池(cell)中。測(cè)試電池被激光刻劃成良好限定的(well-defined) Icm2 面積。為了評(píng)估穩(wěn)定的性能，該串聯(lián)電池在50°C于I倍太陽照度(sun illumination)下光浸透達(dá)1000小時(shí)。該器件的特征在于來自雙源的太陽仿真器(double-source sunsimulator)所遞送的AM I. 5照度。透射和反射的光譜數(shù)據(jù)利用使用積分球(integrating sphere)的Perkin-Elmerlambda 950光譜儀進(jìn)行分析。I. 3.結(jié)果與討論 I. 3. ILPCVD ZnO 正面接觸已經(jīng)在我們研發(fā)的LPCVD反應(yīng)器系統(tǒng)中研發(fā)了 ZnO正面接觸層，產(chǎn)生如圖I給出的光學(xué)傳輸特性。該ZnO膜代表類型A材料，然而，不同的類型B ZnO被處理以達(dá)到非常
高 40%的霧度。I. 3. 2Zn0類型A基板上的非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池就最高穩(wěn)定效率的潛力，應(yīng)經(jīng)在頂部與底部電池厚度結(jié)構(gòu)的各種范圍內(nèi)研究了非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池。圖2捕捉了類型A ZnO上的當(dāng)前最高穩(wěn)定效率的狀態(tài)。當(dāng)相較于非晶娃單結(jié)電池的相對(duì)SWE降低(relative SffE degradation)時(shí)，由于涉及的a_Si :H頂部電池厚度為250納米，從11. 8%至10. 6%的10%的相對(duì)效率降低絕對(duì)反映出所預(yù)期的損耗[8]。此外，我們已研究當(dāng)應(yīng)用該內(nèi)部AR概念時(shí)對(duì)該非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池性能的影響。非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池的各種結(jié)構(gòu)已經(jīng)制備包含有該AR。在圖3中，給出了當(dāng)前最高穩(wěn)定的測(cè)試電池效率連同其初始特性。由于非常有效地應(yīng)用光捕捉，所以該電池達(dá)到優(yōu)于12%的初始效率以及12. 6mA/cm2的相當(dāng)高的短路電流密度。該相對(duì)降低大約11%并與該非晶硅頂部電池的經(jīng)推斷的降低速率一致。I. 3. 3Zn0類型B基板上的非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池通過具有類似的頂部與相同的底部電池厚度的非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池的量子效率(QE)，在圖4中將ZnO類型B的經(jīng)增強(qiáng)的霧度效果與ZnO類型A作比較。ZnO B的經(jīng)增強(qiáng)的光捕捉能力造成該底部電池電流的顯著增強(qiáng)。非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池已經(jīng)制備于ZnO B正面TCO上。由于該yc_Si:H底部電池的非常有效率的光捕捉，所以可顯著地減少該微晶硅本征吸收體層的厚度。在圖5中，以初始狀態(tài)與光浸透狀態(tài)給出具有僅0. 8微米的微晶體底部電池的串聯(lián)電池的AM I. 5I-V特性。當(dāng)總體硅吸收體層頂部與底部電池僅大約I微米厚時(shí)，10. 6%的穩(wěn)定效率是優(yōu)異的結(jié)果。關(guān)于制造成本，此非常薄但相當(dāng)有效率的器件是非常令人感興趣的選項(xiàng)。I. 3. 4非晶/微晶堆疊串聯(lián)的中間反射體的研發(fā)已經(jīng)在該KAI-M反應(yīng)器中研發(fā)中間反射體，用于增強(qiáng)該非晶硅頂部電池中的光捕捉。目前對(duì)于這些層可達(dá)到低至I. 68的折射率[10，9]。此類中間反射體已利用LPCVD ZnO與SnO2作為正面TCO窗而實(shí)施于非晶/微晶堆疊串聯(lián)中，并且相對(duì)于其光譜的反射特性進(jìn)行分析。圖6與圖7示出串聯(lián)電池在具有與不具有分別的Sn02、LPCVD ZnO作為正面TCO的中間反射體的整體總反射。對(duì)于SnO2，已經(jīng)研究具有30納米與50納米厚度的兩種不同的中間反射體，而在ZnO的情況中則實(shí)施有厚度50納米的中介層(interlayer)。在圖6中，對(duì)于類似SnO2的商業(yè)基板,典型地存在明顯的干涉條紋(interferencefringe)。在約650納米處的反射顯然因具有30納米中介層的電池而增加，并且當(dāng)該中間反射體的厚度進(jìn)一步增加至50納米時(shí)，反射變得甚至更明顯。相較之下，圖7顯現(xiàn)出于涂布LPCVD ZnO的玻璃基板上所沉積的電池的總反射。與圖6的比較直接指出該整體反射特性在ZnO的情況下降低了大約2. 5%。必須注意到，在這些IR層研究中，并未應(yīng)用AR概念。對(duì)比于SnO2，在ZnO上具有50納米中間反射體的電池具有與不具有中介層的電池類似的低反射特性，且僅觀察到柔和的干涉條紋。明顯地，引進(jìn)該中間反射體似乎沒有增加LPCVDZnO的情況下的反射。
在圖8中，對(duì)于商業(yè)的SnO2以及內(nèi)部所研發(fā)的LPCVD ZnO兩者給出具有實(shí)施的中間反射體的最佳a(bǔ)-Si :H/ u c-Si :H串聯(lián)電池的結(jié)果。在圖8中以初始與光浸透狀態(tài)(IOOOh)概括出詳細(xì)太陽能電池參數(shù)。直到現(xiàn)在，在我們位于Neuch針el的實(shí)驗(yàn)室中，在商業(yè)的SnO2基板上具有中間反射體的最高穩(wěn)定電池達(dá)到11. 27%的初始效率，該效率降低至10. 35% [10]。對(duì)于此輕微底部受限的器件，在初始狀態(tài)下的電流不匹配(current mismatch)是0. 57mA/cm2 (圖8的最后一欄)?，F(xiàn)在，對(duì)于具有在LPCVD ZnO基板上施加的中間反射體的串聯(lián)而目，已經(jīng)達(dá)到11. 19%的初始效率。這個(gè)串聯(lián)由與在SnO2I的最高穩(wěn)定電池情況中類似的頂部與底部電池厚度所構(gòu)成。在這些到目前為止尚未完全佳化的器件上，于LPCVD ZnO上，該電流不匹配是SnO2情形的兩倍以上(1.23mA/Cm2)。但是，在初始與光浸透狀態(tài)兩者中，開路電壓與填充因子稍微低于SnO2的情形，而ZnO情形的電流較高。因此，在完全光浸透(light-soaking)之后，LPCVD ZnO上的電池達(dá)到10. 17%的效率，這非常接近在SnO2上所得到的效率10. 35%。小的差異與Voc的較明顯地下降28mV相關(guān)聯(lián)，相較之下，SnO2情形的Voc下降15mV。該種行為的原因尚未完全被了解。I. 4歸納與結(jié)論發(fā)明人已經(jīng)在研發(fā)中展示了當(dāng)應(yīng)用其內(nèi)部所研發(fā)的LPCVD ZnO與PECVD KAI反應(yīng)器時(shí)高效率非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池的潛力。不具有AR的非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池在所生長(zhǎng)的LPCVD ZnO上完全光浸透之后已經(jīng)達(dá)到10.6% (初始為11. 8%)的效率。應(yīng)用我們的內(nèi)部AR概念，能夠以厚度僅有I. 3微米的微晶底部電池得到具有甚至11%的穩(wěn)定效率的非晶/微晶堆疊電池。這些結(jié)果是通過將光管理結(jié)合經(jīng)改善適用于所研發(fā)的正面ZnO的PECVD沉積工藝的所有不同方面進(jìn)行優(yōu)化所得到的。該正面ZnO層已就透射、導(dǎo)電性、表面紋理(texture)以及自由載流子吸收(free carrier absorption)進(jìn)行改善，且已經(jīng)研發(fā)并應(yīng)用內(nèi)部AR概念。就用于非晶/微晶堆疊串聯(lián)的先進(jìn)正面ZnO，已經(jīng)在厚度僅有0. 8微米的y c-Si:H底部電池得到效率10. 6%的穩(wěn)定電池！相較于商業(yè)的SnO2正面TCO而言，在非晶/微晶堆疊串聯(lián)中應(yīng)用中間反射體顯現(xiàn)出對(duì)于LPCVD ZnO作為正面接觸的降低的反射損耗。合并有中間反射體的非晶/微晶堆疊串聯(lián)太陽能電池分別于SnO2I顯示出10. 4%的穩(wěn)定效率以及于LPCVD ZnO上顯示出10. 2%的穩(wěn)定效率。在Oerlikon Solar的引導(dǎo)線路(pilot line)中已經(jīng)將對(duì)于I. 4m2工業(yè)尺寸基板面積的非晶/微晶堆疊串聯(lián)的提升引導(dǎo)至151W初始模塊功率[11，12]。這對(duì)應(yīng)于11%的(初始的)模塊孔徑效率(module apertureeff iciency)。在Oerlikon的客戶的許多點(diǎn)處，已經(jīng)開始非晶/微晶堆疊串聯(lián)模塊的逐步增加和生產(chǎn)。作為Oerlikon設(shè)備性能的例子，我們參照Inventux團(tuán)隊(duì)的工作，見于參考文獻(xiàn)[13]。II.用于改善電特性的表面處理用于制造具有改善性能的光伏器件的方法本專利申請(qǐng)的這個(gè)部分實(shí)質(zhì)上取自2009年9月18日向美國(guó)專利商標(biāo)局提交的序號(hào)為No. 61/243，646的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)，其涉及改善用于基于硅的薄膜太陽能電池或模塊的制造工藝。更詳而言，本專利申請(qǐng)涉及用于在薄膜硅太陽能電池及用于這樣的薄膜硅太陽能電池的層結(jié)構(gòu)中的所謂窗層的制造工藝。本專利申請(qǐng)更特別地涉及對(duì)在太陽能電池結(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)。II. I現(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)該摻雜層厚度過度減少時(shí)，填充因子的值及該開路電壓大幅降低。II. 2 概述在本說明書中建議，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。II. 3詳細(xì)描述一般，再參考圖9，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0. 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。本文提出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SiH4、H2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0至80%之間，優(yōu)選地0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2中的參數(shù)實(shí)施的該表面處理將該太陽能電池的效率增加了 2. 09% (表3)在電流密度方面(見

圖10的EQE)達(dá)到此增益的一半。表2
SiH4~FT2TMB/H2~ CH4 功率壓力~ 頻率~ 溫度~ 時(shí)間
(sccm) (sccm) (sccm) (sccm) (W) (mbar) (MHz) (°C )(s)
權(quán)利要求
1.一種用于制造非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池的方法，該非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池包括U C-Si :H底部電池與a-Si :H頂部電池、LPCVD ZnO正面接觸層及ZnO背面接觸結(jié)合白反射體，該方法包括下列步驟 將AR-抗反射-概念應(yīng)用于該非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池； 在該非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池中實(shí)施中間反射體。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，以下其中至少之ー適用 一非晶與微晶硅是通過PECVD在40. 68MHz的激發(fā)能下沉積的； 一非晶與微晶娃是通過KAI-M反應(yīng)器沉積的； 一該非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池具有10. 6%的穩(wěn)定效率； 一該微晶底部電池具有0. 8微米的厚度； 一頂部與底部電池的總體硅吸收體層大約是I微米厚； 一該中間反射體具有1.68的折射率。
3.如權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的方法，所述非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池包括具有玻璃/空氣界面的基板/P-i-n結(jié)結(jié)構(gòu)，所述玻璃/空氣界面具有抗反射能力，所述方法包括提供具有玻璃/空氣界面的玻璃基板/p-i-n結(jié)結(jié)構(gòu)，并且接著DART蝕刻所述空氣/玻璃界面的所述玻璃表面，以提供所述抗反射(AR)以及期望的光散射能力(D)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，在第一時(shí)間間隔期間執(zhí)行蝕刻以提供抗反射能力(AR)，并且在經(jīng)選定的第二時(shí)間間隔期間額外地執(zhí)行所述蝕刻以額外地(AR+D)提供増加的光散射量。
5.如權(quán)利要求3或權(quán)利要求4所述的方法，包括以下特征中的至少ー個(gè)一所述玻璃基板/p-i-n結(jié)結(jié)構(gòu)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)、以及第ニ電極，其順序地堆疊于所述基板上，尤其是所述LPCVD ZnO正面接觸層、所述U c-Si :H底部電池，所述a-Si :H頂部電池、以及ZnO背面接觸順序地堆疊于所述基板上；一所述玻璃基板/P-i-n結(jié)結(jié)構(gòu)包含透明的玻璃基板，所述透明的玻璃基板具有沉積于其上的透明導(dǎo)電氧化物層，尤其是具有沉積于其上的所述LPCVD ZnO正面接觸層； 一在提供所述玻璃基板/p-i-n結(jié)結(jié)構(gòu)之后，通過蝕刻建立抗反射與散射能力。
6.如權(quán)利要求4及權(quán)利要求5之一所述的方法，進(jìn)ー步包括以下步驟僅在所述第二時(shí)間間隔期間執(zhí)行所述蝕刻之前，透過所述玻璃/空氣界面執(zhí)行激光圖案化的步驟。
7.如權(quán)利要求3至權(quán)利要求6之一所述的方法，其中，通過反應(yīng)離子蝕刻執(zhí)行所述蝕亥IJ。
8.如權(quán)利要求3至權(quán)利要求I之一所述的方法，包括通過下述來保護(hù)所述p-i-n結(jié)結(jié)構(gòu)，尤其是所述a-Si:H頂部電池，避免其受到所述蝕刻所述玻璃表面的影響的步驟 ー暫時(shí)的機(jī)械裝置，優(yōu)選地是具有夾固框架的載體裝設(shè)，其中，所述框架提供密封裝置，其允許僅暴露出需要被蝕刻的所述玻璃表面；或者通過 一可移除的粘性膜或可移除的涂料，優(yōu)選地是，白反射體涂料。
9.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，所述非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池包括 一基板；以及 一第一電極，尤其是所述LPCVD ZnO正面接觸層、一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體薄膜p-i-n或n-i-p結(jié)，尤其是所述y c-Si : H底部電池與所述a-Si : H頂部電池、以及第ニ電極，尤其是所述ZnO背面接觸，其順序地堆疊于所述基板上； 其中，所述方法包括 一提供所述基板以及堆疊于所述基板上的所述第一電極與所述至少一個(gè)結(jié)； 一使所述結(jié)的表面經(jīng)受被控制的氧化，以便透過所述至少ー個(gè)結(jié)去活泄漏邊界； 一將所述第二電極直接地或間接地施加于已經(jīng)受所述氧化的所述表面上方。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池具有以下特征中的至少ー個(gè) 一是薄膜太陽能電池； 一是薄膜娃太陽能電池； 一所述表面是最后被沉積的薄膜硅層的表面； 一所述基板是透明的，優(yōu)選為玻璃； 一所述第一電極包括或是沉積于所述基板上的透明導(dǎo)電氧化物； 一所述至少ー個(gè)結(jié)包括氫化的微晶硅或非晶硅或兩者的組合； 一所述至少一個(gè)結(jié)的i層的厚度小于200納米，而所述p層的厚度小于10納米，且所述結(jié)優(yōu)選是p-i-n結(jié)； 一所述表面是n層的表面，優(yōu)選是經(jīng)PECVD沉積的； 一所述第二電極在大約200°C的溫度下進(jìn)行沉積； 一所述第一電極包括或是所述基板上所沉積的透明導(dǎo)電氧化物，且優(yōu)選地是其表面上具有紋理，所述至少一個(gè)結(jié)被施加于所述第一電極的表面上，所述導(dǎo)電氧化物優(yōu)選地是具有粗糙度大于100納米R(shí)MS的紋理的ZnO。
11.如權(quán)利要求9或權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述表面 一暴露于富含H2O及/或30 % H2O2的氣氛中，優(yōu)選地是，在100°C的溫度下I至2小吋；或者 一在室溫下暴露于臭氧中大約I小時(shí)；或者 一在大約100°c的溫度下暴露于臭氧中，優(yōu)選地是，5至15分鐘；或者 一在0. 5mbar的壓カ下暴露于臭氧中15分鐘；或者 一暴露于氧化等離子體下，優(yōu)選地是，暴露于含有C2F6、CO2> O2或SF6的氣氛中，優(yōu)選地是，在300mW/cm2電極面積的功率下，且優(yōu)選地是，在200°C的溫度下，優(yōu)選地是，超過10秒但不超過一分鐘， 所述表面優(yōu)選地是n層的表面。
12.如權(quán)利要求9至權(quán)利要求11之一所述的方法，其中，利用接受電子的氧化劑執(zhí)行所述氧化，所述氧化劑是氧、氟、硫、氯、氮中的至少ー個(gè)。
13.如權(quán)利要求9至權(quán)利要求12之一所述的方法，其中，所述暴露被執(zhí)行最多5分鐘。
14.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，所述非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池包括 一基板； 一在所述基板上的第一電極層，包括透明導(dǎo)電氧化物，尤其是，所述LPCVD ZnO正面接觸層； 一在所述第一電極層上的堆疊層，包括正摻雜的半導(dǎo)體層、本征的半導(dǎo)體層以及負(fù)摻雜的半導(dǎo)體層與第二電極層，尤其是，其中，這些堆疊半導(dǎo)體層包括于所述U c-Si :H底部電池與所述a-Si :H頂部電池至少之一，且所述第二電極層特別是所述ZnO背面接觸， 所述方法包括以下步驟 一提供所述基板； 一在所述基板上沉積所述第一電極層，所述第一電極層包括所述透明導(dǎo)電氧化物并且具有表面； 一在第一時(shí)間間隔期間，通過第一真空處理工藝處理所述表面； 一通過在第二時(shí)間間隔期間，在包括氣態(tài)摻雜物的エ藝氣氛中執(zhí)行的第二真空エ藝，在經(jīng)所述第一真空處理工藝處理的所述表面上，沉積所述正摻雜層與所述負(fù)摻雜層中的一個(gè)； 一在包含氣態(tài)摻雜物的エ藝氣氛中執(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エ藝的所述氣氛中包含的量不同，但是在其它方面執(zhí)行與所述第二真空エ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。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，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エ藝的氣氛中的氣態(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エ藝沉積所述正摻雜半導(dǎo)體層。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，包括由所述第二真空エ藝沉積微晶氫化硅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エ藝，以及在無氣態(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エ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)ー步優(yōu)選地所述第二真空エ藝是真空等離子體エ藝。
17.如權(quán)利要求14的方法，其中所述第二真空エ藝是真空等離子體エ藝。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第一時(shí)間間隔被選擇成介于該第一及第ニ時(shí)間間隔的和的5%到20%之間，并且其中優(yōu)選地所述第二真空エ藝是真空等離子體エ藝，并且下列至少之ー是有效的 一由所述第二真空エ藝所沉積的所述ー個(gè)摻雜半導(dǎo)體層是所述正摻雜半導(dǎo)體層； 一所述ー個(gè)摻雜半導(dǎo)體層是在包含SiHj^ H2的濃度為0. I %至10 %，優(yōu)選為I %至5 %的氣氛中沉積的； 一所述ー個(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0. I %到10 %，優(yōu)選為0. 05 %到0. 5 % ; 一所述ー個(gè)摻雜半導(dǎo)體層是在功率密度為lOmW/cm2到lW/cm2，優(yōu)選地是介于50mW/cm2與300mW/cm2之間沉積的； 一所述ー個(gè)摻雜半導(dǎo)體層是在0. 5mbar到12mbar的總壓カ下沉積的； 一所述ー個(gè)摻雜半導(dǎo)體層是在介于1500°C到2800°C之間的エ藝溫度下沉積的； 一所述ー個(gè)摻雜半導(dǎo)體層是以頻率為13. 56MHz到82MHz的Rf功率沉積的。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，該非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池是薄膜太陽能電池。
20.一種非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池，包括y c-Si :H底部電池與a-Si :H頂部電池、LPCVDZnO正面接觸層與ZnO背面接觸結(jié)合白反射體，且進(jìn)ー步包括中間反射體，其中，已將AR-抗反射-概念應(yīng)用于該非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池，具有以下特征的至少之ー 一非晶與微晶硅是通過PECVD在40. 68MHz的激發(fā)能下沉積的； 一非晶與微晶娃是通過KAI-M反應(yīng)器沉積的； 一該非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池具有10. 6%的穩(wěn)定效率； 一該微晶底部電池具有0. 8微米的厚度； 一頂部與底部電池的總體硅吸收體層大約是I微米厚； 一該中間反射體具有I. 68的折射率。 一該非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池是薄膜太陽能電池。
全文摘要
公開了一種用于制造非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池的方法，該非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池包括μc-SiH底部電池與a-Si:H頂部電池、LPCVDZnO正面接觸層及ZnO背面接觸結(jié)合白反射體，該方法包括下列步驟—將AR-抗反射-概念應(yīng)用于該非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池；—在該非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池中實(shí)施中間反射體。該非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池可以獲得10.6％的穩(wěn)定效率。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102782882SQ201080041574
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者C·盧西, D·博雷洛, E·瓦拉特-紹瓦因, G·蒙特杜羅, J·拜拉特, J·施泰因豪澤, J·赫策爾, J·邁爾, J-B·奧爾漢, M·馬梅洛, S·貝納格利, U·克羅爾, Y·德杰里丹 申請(qǐng)人:歐瑞康太陽能股份公司(特呂巴赫)