專利名稱：光電轉(zhuǎn)換器件和其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電轉(zhuǎn)換器件和其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，在太陽(yáng)光發(fā)電系統(tǒng)等中采用將光能轉(zhuǎn)換為電能的光電轉(zhuǎn)換器件。光電轉(zhuǎn)換器件,如圖5的截面圖所不,包括基板10、透明電極層12、第一光電轉(zhuǎn)換單元14、第二光電轉(zhuǎn)換單元18和背面電極層20?；?0為具有透光性的玻璃基板等。透明電極層12形成于基板10上。非晶娃(無(wú)定形娃)的第一光電轉(zhuǎn)換單兀14形成于透明電極層12上。第一光電轉(zhuǎn)換單元14上形成微晶硅的第二光電轉(zhuǎn)換單元18。第二光電轉(zhuǎn)換單元18上形成背面電極層20。背面電極層20為依次層疊有透明導(dǎo)電性氧化物(TC0)、反射金屬層、透明導(dǎo)電性氧化物(TCO)的結(jié)構(gòu)。作為透明導(dǎo)電性氧化物(TCO)使用在氧化鋅(ZnO)中將鋁(Al)、鎵(Ga)作為雜質(zhì)摻雜得到的物質(zhì)。作為反射金屬層使用銀(Ag)等金屬。此外，專利文獻(xiàn)I和2中公開(kāi)了通過(guò)使光入射一側(cè)配置的透明電極層12的組成適合化來(lái)提高光電轉(zhuǎn)換器件的特性的技術(shù)。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)昭62-295466號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)平6-318718號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題但是，上述構(gòu)成中有以下問(wèn)題，由于第二光電轉(zhuǎn)換單元18與背面電極層20的反射金屬層之間的透明導(dǎo)電性氧化物(TC0)中的光吸收損失，導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)換器件中的短路電流減少，發(fā)電效率降低。 用于解決課題的方法本發(fā)明為一種光電轉(zhuǎn)換器件，具有:將光轉(zhuǎn)換為電的光電轉(zhuǎn)換單兀；形成于上述光電轉(zhuǎn)換單元上的第一氧化鋅層；形成于上述第一氧化鋅層上的、添加有鋁和硅的第二氧化鋅層；和形成于上述第二氧化鋅層上的金屬層。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，能夠降低背面電極層的光的吸收損失，提高光電轉(zhuǎn)換器件的發(fā)電效率。


圖1為表不第一實(shí)施方式的光電轉(zhuǎn)換器件的結(jié)構(gòu)的截面不意圖。圖2為表不第一實(shí)施方式的光電轉(zhuǎn)換器件的制造工序的圖。圖3為表示第一實(shí)施方式的光電裝換裝置的背面電極層的層疊結(jié)構(gòu)的截面示意圖。圖4為表示第一實(shí)施方式的背面電極層的吸收系數(shù)的波長(zhǎng)依賴性的圖。圖5為表示現(xiàn)有技術(shù)的光電轉(zhuǎn)換器件的結(jié)構(gòu)的截面示意圖。圖6為表不第二實(shí)施方式的光電轉(zhuǎn)換器件的結(jié)構(gòu)的截面不意圖。圖7為說(shuō)明第二實(shí)施方式的背面電極層和填充層的結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
具體實(shí)施例方式<第一實(shí)施方式>第一實(shí)施方式的光電轉(zhuǎn)換器件100，如圖1的截面圖所示，包括基板30、透明電極層32、第一光電轉(zhuǎn)換單兀34、第二光電轉(zhuǎn)換單兀38和背面電極層40。其中，第一光電轉(zhuǎn)換單元34和第二光電轉(zhuǎn)換單元38之間可以設(shè)置透明導(dǎo)電膜構(gòu)成的中間層。以下，參照?qǐng)D2的制造工序圖，對(duì)光電轉(zhuǎn)換器件100的制造方法和其結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。其中，圖1和圖2為了明確表不光電轉(zhuǎn)換器件100的結(jié)構(gòu),擴(kuò)大表不光電轉(zhuǎn)換器件100的一部分，改變各部分的比例進(jìn)行表不。步驟SlO中，在基板30上形成透明電極層32?；?0由具有透光性的材料構(gòu)成。本實(shí)施方式中，光電轉(zhuǎn)換器件100的受光面是基板30側(cè)。此處,受光面是指對(duì)光電轉(zhuǎn)換器件100入射的光中50%以上入射的面?；?0例如能夠?yàn)椴ＡЩ濉⑺芰匣宓?。透明電極層32為具有透光性的透明導(dǎo)電膜。透明電極層32能夠使用在氧化錫(SnO2)、氧化鋅(ZnO)、銦錫氧化物(ITO)等中摻雜有錫(Sn)、銻(Sb)、氟(F)、鋁(Al)等的透明導(dǎo)電性氧化物(TCO)中的至少一種或者組合了多種的膜。透明電極層32，例如通過(guò)濺射法、MOCVD法(熱CVD)形成。在基板30和透明電極層32的一方或者兩方的表面也適于設(shè)置凹凸(紋理結(jié)構(gòu))。步驟S12中，在透明電極層32形成第一狹縫SI，圖案形成為長(zhǎng)方形。狹縫SI能夠通過(guò)激光加工形成。例如，使用波長(zhǎng)1064nm、能量密度13J/cm2、脈沖頻率3kHz的YAG激光，將透明電極層32圖案形成為長(zhǎng)方形。狹縫SI的線寬為10 μ m以上200 μ m以下。步驟S14中，在透明電極層32上形成第一光電轉(zhuǎn)換單元34。本實(shí)施方式中，第一光電轉(zhuǎn)換單兀34為非晶娃(無(wú)定形娃)太陽(yáng)能電池。第一光電轉(zhuǎn)換單兀34從基板30側(cè)以P型、i型、η型的順序?qū)盈B無(wú)定形硅膜而形成。第一光電轉(zhuǎn)換單元34例如能夠通過(guò)等離子體化學(xué)氣相沉積法(CVD)而形成。等離子體CVD例如優(yōu)選使用13.56MHz的RF等離子體CVD法。此時(shí)，將混合有硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、二氯硅烷(SiH2Cl2)等含硅氣體、甲烷(CH4)等含碳?xì)怏w、乙硼烷(B2H6)等含P型摻雜氣體、磷化氫(PH3)等含η型摻雜氣體和氫(H2)等稀釋氣體的混合氣體等離子體化來(lái)進(jìn)行成膜，由此能夠?qū)盈BP型、i型、η型的無(wú)定形硅膜。第一光電轉(zhuǎn)換單元34的i層的膜厚優(yōu)選為IOOnm以上500nm以下。步驟S16中，在第一光電轉(zhuǎn)換單元34上形成第二光電轉(zhuǎn)換單元38。本實(shí)施方式中，第二光電轉(zhuǎn)換單元38為微晶硅太陽(yáng)能電池。第二光電轉(zhuǎn)換單元38從基板30側(cè)以P型、i型、η型的順序?qū)盈B微晶硅膜而形成。第二光電轉(zhuǎn)換單元38例如能夠通過(guò)等離子體CVD法而形成。等離子體CVD例如優(yōu)選使用13.56MHz的RF等離子體CVD法。第二光電轉(zhuǎn)換單元38能夠通過(guò)將混合有硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、二氯硅烷(SiH2Cl2)等含硅氣體、甲烷(CH4)等含碳?xì)怏w、乙硼烷(B2H6)等含P型摻雜氣體、磷化氫(PH3)等含η型摻雜氣體和氫(H2)等稀釋氣體的混合氣體等離子體化進(jìn)行成膜而形成。第二光電轉(zhuǎn)換單元38的i層的膜厚優(yōu)選為IOOOnm以上5000nm以下。步驟S18中，形成第二狹縫S2，圖案形成為長(zhǎng)方形。狹縫S2形成為貫通第二光電轉(zhuǎn)換單元38、第一光電轉(zhuǎn)換單元34到達(dá)透明電極層32。狹縫S2例如由激光加工而形成。激光加工不限于此，但是優(yōu)選使用波長(zhǎng)約532nm (YAG激光的第二高次諧波)進(jìn)行，激光加工的能量密度例如為lX105W/cm2即可。距離透明電極層32上形成的狹縫SI的位置50 μ m橫向的位置照射YAG激光形成狹縫S2。狹縫S2的線寬優(yōu)選為10 μ m以上200 μ m以下。步驟S20中，在第二光電轉(zhuǎn)換單元38上形成背面電極層40。背面電極層40如圖3的擴(kuò)大截面圖所示，為層疊有透明導(dǎo)電性氧化物(TCO)即第一氧化鋅層40a、第二氧化鋅層40b、第三氧化鋅層40d和反射金屬層40c的結(jié)構(gòu)。 第一氧化鋅層40a適用在氧化鋅(ZnO)中摻雜有鋁(Al)的(AZO:A1-Zn_0)或在氧化鋅(ZnO)中摻雜有鎵(Ga)的(GZ0:Ga-Zn-O)0第一氧化鋅層40a是為了良好的電連接第二光電轉(zhuǎn)換單元38和第二氧化鋅層40b而設(shè)置的。第一氧化鋅層40a能夠通過(guò)濺射法形成。例如，濺射優(yōu)選使用氧化鋅(ZnO)中包含2重量％的氧化鎵(Ga2O3)的靶。關(guān)于濺射，通過(guò)向氬氣以lW/cm2 10W/cm2供電，使靶所含的元素在第二光電轉(zhuǎn)換單元38上堆積。第二氧化鋅層40b適用在氧化鋅(ZnO)中摻雜有鋁(Al)和硅(Si)的(Si_AZ0:S1-Al-Ζη-Ο)。第二氧化鋅層40b是為了降低第二光電轉(zhuǎn)換單元38與反射金屬層40c之間的透明導(dǎo)電性氧化物(TCO)中的光的吸收損失而設(shè)置的。第二氧化鋅層40b能夠通過(guò)濺射法形成。例如,派射優(yōu)選使用在氧化鋅(ZnO)中包含0.5重量％以上3重量％以下的氧化鋁(Al2O3)和5重量％以上20重量％以下的氧化硅(SiO2)的靶。關(guān)于濺射，通過(guò)向氬氣或氬氣和氧氣的混合氣體以lW/cm2 lOW/cm2供電，使靶所含的元素在第一氧化鋅層40a上堆積。此處，由于通過(guò)濺射不改變靶中所含的元素的組成比地堆積為第二氧化鋅層40b，因此第二氧化鋅層40b優(yōu)選包含0.26重量％以上1.56重量％以下的鋁(Al)、2.33重量％以上9.33重量％以下的硅(Si)。這樣的組成比的情況下，第二氧化鋅層40b為無(wú)定形膜。第二氧化鋅層40b能夠通過(guò)X射線光電子分光法(XPS)進(jìn)行測(cè)定。此外，第一氧化鋅層40a和第二氧化鋅層40b的合計(jì)的膜厚優(yōu)選為SOnm以上IOOnm以下。為了良好地電連接第二光電轉(zhuǎn)換單元38和第二氧化鋅層40b，第一氧化鋅層40a的膜厚優(yōu)選為20nm以上30nm以下，第二氧化鋅層40b的膜厚優(yōu)選為50nm以上80nm以下。在第二氧化鋅層40b上形成反射金屬層40c。作為反射金屬層40c，能夠使用銀(Ag)、鋁(Al)等金屬。反射金屬層40c能夠通過(guò)濺射法形成。例如，使用銀(Ag)或鋁(Al)的靶，向氬氣以lW/cm2 10W/cm2供電，由此使靶中所含的元素堆積在第二氧化鋅層40b上。在反射金屬層40c上形成第三氧化鋅層40d作為透明導(dǎo)電性氧化物(TC0)。第三氧化鋅層40d適用在氧化鋅(ZnO)中摻雜有鋁(Al))的(AZO =Al-Zn-O)或在氧化鋅(ZnO)中摻雜有鎵(Ga)的(GZ0:Ga-Zn-0)。第三氧化鋅層40d能夠通過(guò)濺射法形成。例如，使用氧化鋅(ZnO)中含有2重量％的氧化鎵(Ga2O3)的祀，向氬氣以lW/cm2 10W/cm2供電，由此使靶中所含的元素堆積在反射金屬層40c上。背面電極層40埋入到狹縫S2中，在狹縫S2內(nèi)背面電極層40和透明電極層32電連接。步驟S22中，在背面電極層40上形成第三狹縫S3，圖案形成為長(zhǎng)方形。狹縫S3形成為貫通背面電極層40、第二光電轉(zhuǎn)換單元38、第一光電轉(zhuǎn)換單元34到達(dá)透明電極層32。狹縫S3形成在與狹縫SI之間夾著狹縫S2的位置。狹縫S3能夠通過(guò)激光加工形成。例如，距離狹縫S2的位置50 μ m的橫向的位置照射YAG激光形成狹縫S3。YAG激光適合使用能量密度0.7J/cm2、脈沖頻率4kHz的激光?？p隙S3的線寬適合為10 μ m以上200 μ m以下。進(jìn)而，利用激光加工在光電轉(zhuǎn)換器件100的周邊形成分離右邊區(qū)域和發(fā)電區(qū)域的槽。

另外，在基板20的周邊部分形成第四縫隙S4，在光電轉(zhuǎn)換器件100的周邊形成分離周邊區(qū)域和發(fā)電區(qū)域的槽?？p隙S4貫通背面電極層40、第二光電轉(zhuǎn)換單元38、第一光電轉(zhuǎn)換單元34和透明電極層32到達(dá)基板30?？p隙S4能夠通過(guò)激光加工形成。例如，適合使用波長(zhǎng)1064nm、能量密度13J/cm2、脈沖頻率3kHz的YAG激光。縫隙S4的線寬適合為10 μ m以上200 μ m以下。而且，可以使用填充材料等以后罩板(back sheet)覆蓋密封背面電極層40。填充材料和后罩板能夠使用EVA、聚酰亞胺等樹(shù)脂材料。涂敷有填充材料的背面電極層40上由后罩板覆蓋，加熱到150°C左右的溫度并且向背面電極層40對(duì)后罩板施加壓力，由此能夠進(jìn)行密封。由此，能夠進(jìn)一步抑制水分等滲入光電轉(zhuǎn)換器件100的發(fā)電層。<實(shí)施例1 3>表I為實(shí)施例1 3中的背面電極層40的形成條件。背面電極層40適用于形成有基板30、透明電極層32、第一光電轉(zhuǎn)換單兀34和第二光電轉(zhuǎn)換單兀38的串聯(lián)型光電轉(zhuǎn)換器件。實(shí)施例1是在形成第二氧化鋅層40b時(shí)不導(dǎo)入氧氣進(jìn)行了濺射的情況。實(shí)施例2是在形成第二氧化鋅層40b時(shí)導(dǎo)入3sCCm氧氣進(jìn)行了濺射的情況。實(shí)施例3是在形成第二氧化鋅層40b時(shí)導(dǎo)入5Sccm氧氣進(jìn)行了濺射的情況。表I
權(quán)利要求
1.一種光電轉(zhuǎn)換器件，其特征在于，具有: 將光轉(zhuǎn)換為電的光電轉(zhuǎn)換單元； 形成于所述光電轉(zhuǎn)換單元上的第一氧化鋅層； 形成于所述第一氧化鋅層上的、添加有鋁和硅的第二氧化鋅層；和 形成于所述第二氧化鋅層上的金屬層。
2.按權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換器件，其特征在于: 所述第二氧化鋅層包含0.26重量％以上1.56重量％以下的所述鋁。
3.按權(quán)利要求1或2所述的光電轉(zhuǎn)換器件，其特征在于: 所述第二氧化鋅層包含2.33重量％以上9.33重量％以下的所述硅。
4.按權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的光電轉(zhuǎn)換器件,其特征在于: 所述第一氧化鋅層為晶質(zhì)， 所述第二氧化鋅層為非晶質(zhì)。
5.按權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的光電轉(zhuǎn)換器件,其特征在于: 所述第一氧化鋅層和所述第二氧化鋅層的合計(jì)的膜厚為80nm以上IOOnm以下。
6.一種光電轉(zhuǎn)換器件的制造方法，是制造權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的光電轉(zhuǎn)換器件的制造方法，其特征在于: 所述第二氧化鋅層通過(guò)濺射包含氧化鋅(ZnO)、氧化鋁(Al2O3)和氧化硅(SiO2)的靶而形成。
7.按權(quán)利要求6所述的光電轉(zhuǎn)換器件的制造方法，其特征在于: 所述濺射是使用包含氧的濺射氣體進(jìn)行的。
全文摘要
降低背面電極層的光的吸收損失，提高光電轉(zhuǎn)換器件的發(fā)電效率。設(shè)置將光轉(zhuǎn)換為電的光電轉(zhuǎn)換單元；形成在光電轉(zhuǎn)換單元上的第一氧化鋅層(40a)；形成在第一氧化鋅層(40a)上的、添加有鋁和硅的第二氧化鋅層(40b)；和形成在第二氧化鋅層(40b)上的反射金屬層(40c)。
文檔編號(hào)H01L31/04GK103098226SQ20118004038
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者梅田亞津美, 矢田茂郎 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社