專利名稱：光電轉(zhuǎn)換元件和使用它的建筑材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如太陽能電池或傳感器的光電轉(zhuǎn)換元件，為了增加轉(zhuǎn)換效率該光電轉(zhuǎn)換元件具有多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)并且考慮長(zhǎng)期戶外使用，具有覆蓋光電轉(zhuǎn)換部分的保護(hù)件以便抑制光退化；并且涉及使用該光電轉(zhuǎn)換元件的建筑材料和發(fā)電裝置。
各種光電轉(zhuǎn)換元件迄今已用作電動(dòng)機(jī)械和裝置的獨(dú)立電源或者用作系統(tǒng)電力的替代能源。然而，每個(gè)由這種光電轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生的能量的成本仍很高，特別是供系統(tǒng)電力的替代物用，目前對(duì)其研究和開發(fā)仍很活躍。
例如，至于光電轉(zhuǎn)換部分自身的材料，存在的技術(shù)有如單晶硅或多晶硅的晶體材料以及使用非晶硅或化合物半導(dǎo)體的所謂薄膜材料。
另一技術(shù)是通過多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換部分的層結(jié)構(gòu)來提高轉(zhuǎn)換效率，例如美國專利No.5,298,086中所述。
低成本制造光電轉(zhuǎn)換元件的技術(shù)之一是使用不銹鋼的軋制基底并且利用增加淀積速率的微波在其上連續(xù)地形成半導(dǎo)體薄層的薄膜半導(dǎo)體制造技術(shù)。
另一技術(shù)是通過在半導(dǎo)體結(jié)層上設(shè)置也用作電極的抗反射層來有效地利用光。
此外，不僅對(duì)光電轉(zhuǎn)換部分，而且對(duì)足夠?qū)嶋H使用的產(chǎn)品形成，耐用性和連接到系統(tǒng)電力的方法來說，各種技術(shù)是必須的，其研究開發(fā)正在進(jìn)行。
特別是，太陽能電池要求設(shè)計(jì)成能長(zhǎng)期戶外使用。因此，除通常使用的玻璃保護(hù)件外，還建議重量輕且具有撓性結(jié)構(gòu)的保護(hù)件，例如日本特開專利申請(qǐng)No.8-139347中所述，其中最外表面是如氟樹脂膜的氟化物聚合物的可透射薄膜并且從各種熱塑性、可透射有機(jī)樹脂中選擇的密封樹脂設(shè)在其里面。
一般公知通過設(shè)定在可透射保護(hù)層和大氣之間的保護(hù)件的折射率，此保護(hù)件也能具有抗反射作用。
如上所述，為增加轉(zhuǎn)換效率，所謂疊層器件的技術(shù)稱作串聯(lián)連接多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)的技術(shù)。一般來說，當(dāng)把具有等帶隙的兩個(gè)半導(dǎo)體結(jié)的結(jié)構(gòu)與厚度等于兩個(gè)結(jié)總厚的一個(gè)半導(dǎo)體結(jié)的結(jié)構(gòu)相比較時(shí)，雙結(jié)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換效率更大，這是因?yàn)檩d流子的遷移長(zhǎng)度更短并且因此其復(fù)合較少。此外，電動(dòng)勢(shì)增加而同時(shí)輸出電流降低。因此，由于電流的內(nèi)阻損耗降低，結(jié)果轉(zhuǎn)換效率增加。通過形成不同帶隙的多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)并在寬的波長(zhǎng)范圍中利用光就能實(shí)現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)換效率。
然而，當(dāng)使用多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)時(shí)，如何確定每個(gè)半導(dǎo)體結(jié)的狀態(tài)變得復(fù)雜并且發(fā)現(xiàn)最有效的結(jié)構(gòu)不總是容易。在三個(gè)或更多半導(dǎo)體結(jié)的結(jié)構(gòu)中它們尤其復(fù)雜。發(fā)現(xiàn)一些指導(dǎo)并給出設(shè)計(jì)的自由度是重要課題。
當(dāng)研究增加轉(zhuǎn)換效率的方法時(shí)，在光電轉(zhuǎn)換元件的利用方面最重要的是包括所用材料的數(shù)量、制造成本、安裝面積和外觀等的整體性能與產(chǎn)生的能量相當(dāng)。因此應(yīng)注意，從光到電的轉(zhuǎn)換效率不總是最重要的。這就是能以極低成本制造非晶光電轉(zhuǎn)換元件引起注意的原因，雖然它比呈現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率的晶體光電轉(zhuǎn)換元件有稍微更小的轉(zhuǎn)換效率。
非晶硅半導(dǎo)體將經(jīng)歷D.L.Staebler和C.R.Wronski(AppliedPhysics Letters，Vol.31，No.4，15 August 1977，P292)發(fā)現(xiàn)的光退化現(xiàn)象。該光退化現(xiàn)象迄今仍未克服，因此考慮包括長(zhǎng)期使用后光退化的轉(zhuǎn)換效率、以及初始轉(zhuǎn)換效率、成本等之間的平衡最重要的問題是確定最佳結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提出光電轉(zhuǎn)換元件的總體優(yōu)良結(jié)構(gòu)和使用它的建筑材料及發(fā)電裝置，該光電轉(zhuǎn)換元件具有更小的光退化和高的轉(zhuǎn)換效率，能以低成本制造，重量輕而且有撓性。
本發(fā)明的另一目的是提供一種長(zhǎng)期使用期間轉(zhuǎn)換效率總保持恒定的光電轉(zhuǎn)換元件和使用它的建筑材料及發(fā)電裝置。
首先，本發(fā)明具有光電轉(zhuǎn)換元件的第一特征，該元件包括基底；光電轉(zhuǎn)換部分，該部分具有位于基底上的多個(gè)非晶半導(dǎo)體的半導(dǎo)體結(jié)層疊的疊層和光入射面，其中疊層中的多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)具有相互不同的各自吸收光譜并且對(duì)于由于暴露在光下導(dǎo)致的光退化具有相互不同的各自退化率，并且其中設(shè)有兩種半導(dǎo)體結(jié)使基于最小退化率的半導(dǎo)體結(jié)的光電流大于基于最大退化率的半導(dǎo)體結(jié)的光電流；以及設(shè)在光入射表面上的表面材料，該表面材料吸收在最小退化率的半導(dǎo)體結(jié)的吸收光譜范圍內(nèi)的光，從而基于最小退化率的半導(dǎo)體結(jié)的光電流變得小于基于最大退化率的半導(dǎo)體結(jié)的光電流。
其次，本發(fā)明具有光電轉(zhuǎn)換元件的第二特征，通過一結(jié)構(gòu)該光電元件具有更小的退化和高的轉(zhuǎn)換效率，能以低成本制造，重最輕且有撓性并且整體性能優(yōu)良，其中可透射導(dǎo)電層和保護(hù)件的表面材料設(shè)在由多個(gè)非單晶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換部分的光入射表面上，可透射導(dǎo)電層和保護(hù)件每個(gè)在特定光的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有低的透射率，并且其中當(dāng)暴露在穿過表面材料的光下時(shí)由來自多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)具有最好性能的半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流在長(zhǎng)期使用期間總是小于由其它半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流。
第三，本發(fā)明具有建筑材料的第三特征，該建筑材料具有a)光電轉(zhuǎn)換元件，該元件包括基底和光電轉(zhuǎn)換部分，該部分具有位于基底上的多個(gè)非晶半導(dǎo)體的半導(dǎo)體結(jié)層疊的疊層和光入射表面，其中疊層中的多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)具有相互不同的各自吸收光譜并且對(duì)于由于暴露在光下導(dǎo)致的光退化具有相互不同的各自退化率，并且其中設(shè)有兩種半導(dǎo)體結(jié)使基于最小退化率的半導(dǎo)體的光電流大于基于最大退化率的半導(dǎo)體結(jié)的光電流；b)底面材料；c)設(shè)在光電轉(zhuǎn)換元件的光入射表面上的表面材料，該表面材料吸收在最小退化率的半導(dǎo)體結(jié)的吸收光譜范圍內(nèi)的光，從而基于最小退化率的半導(dǎo)體結(jié)的光電流變得小于基于最大退化率的半導(dǎo)體結(jié)的光電流，所述建筑材料具有表面材料和底面材料密封成一體的密封結(jié)構(gòu)。
第四，本發(fā)明具有發(fā)電裝置的第四特征，該發(fā)電裝置包括a)光電轉(zhuǎn)換元件，該元件包括基底；光電轉(zhuǎn)換部分，該部分具有位于基底上的非晶半導(dǎo)體的多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)層疊的疊層和光入射表面，其中疊層中的多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)具有相互不同的各自吸收光譜并且對(duì)于由于暴露在光下導(dǎo)致的光退化具有相互不同的各自退化率，并且其中設(shè)有兩種半導(dǎo)體結(jié)使基于最小退化率的半導(dǎo)體結(jié)的光電流大于基于最大退化率的半導(dǎo)體結(jié)的光電流；以及設(shè)在光電轉(zhuǎn)換元件的光入射表面上的表面材料，該表面材料吸收在最小退化率的半導(dǎo)體結(jié)的吸收光譜范圍內(nèi)的光，從而基于最小退化率的半導(dǎo)體結(jié)的光電流小于基于最大退化率的半導(dǎo)體結(jié)的光電流；及b)用于把光電轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化成預(yù)定能量的能量轉(zhuǎn)化裝置。
本發(fā)明人廣泛研究集中在如何實(shí)現(xiàn)具有高的轉(zhuǎn)換效率、低的光退化、高耐用性且制造簡(jiǎn)單的光電轉(zhuǎn)換元件，以及實(shí)現(xiàn)下述本發(fā)明。
本發(fā)明采用非單晶半導(dǎo)體的多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)層疊的光電轉(zhuǎn)換元件。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過使用各半導(dǎo)體結(jié)的厚度變化使其從最薄向基底增加到最厚的結(jié)構(gòu)就能實(shí)現(xiàn)最大轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明人把此結(jié)構(gòu)中的各半導(dǎo)體結(jié)的吸收光譜與光退化試驗(yàn)后的相比較，發(fā)現(xiàn)具有良好特性的半導(dǎo)體結(jié)顯示最小的退化。另一方面，本發(fā)明人也發(fā)現(xiàn)當(dāng)又制作光電轉(zhuǎn)換元件，從而具有最好特性(最小退化)的半導(dǎo)體結(jié)的光電流在長(zhǎng)期使用期間總小于其它半導(dǎo)體結(jié)的光電流時(shí)，初始轉(zhuǎn)換效率保持很少降低并且光退化程度降低?？梢韵胂筮@是因?yàn)楣怆娹D(zhuǎn)換元件的特性是由具有最好特性的半導(dǎo)體結(jié)的情況控制。當(dāng)光電轉(zhuǎn)換元件由每個(gè)單個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)成時(shí)，具有最好特性的半導(dǎo)體結(jié)能由電流-電壓曲線的占空因數(shù)、由電子自旋共振測(cè)量自旋密度，或者由行程的時(shí)間法測(cè)量載流子遷移率發(fā)現(xiàn)。
此外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)如下。陽光包括300nm紫外光到1000nm或更大的紅外光的寬波長(zhǎng)范圍的光(圖3)。當(dāng)盡可能多的利用全部陽光時(shí)光電轉(zhuǎn)換元件的轉(zhuǎn)換效率增加，然而實(shí)際中也存在無用波長(zhǎng)的光。最好防止無用波長(zhǎng)的光達(dá)到光電轉(zhuǎn)換部分，因?yàn)樗鼘?dǎo)致光退化。本發(fā)明人也發(fā)現(xiàn)，從同時(shí)考慮有助于光電轉(zhuǎn)換的效果和導(dǎo)致光退化的效果的總的方面來看，甚至在有用的波長(zhǎng)中也有應(yīng)當(dāng)最好避免到達(dá)光電轉(zhuǎn)換部分的波長(zhǎng)。例如，接近350nm的紫外線每個(gè)光子具有高的能量并因此極大地導(dǎo)致光退化。因此，它們更好由設(shè)在表面上的樹脂保護(hù)件或類似物反射或吸收到不大量降低轉(zhuǎn)換效率的程度。
當(dāng)光電轉(zhuǎn)換元件用作屋頂材料時(shí)，外觀和色調(diào)有時(shí)變成重要因素。存在故意反射特定波長(zhǎng)的光以便給出色調(diào)的一些情況。這樣，降低特定波長(zhǎng)范圍的光的透射率。
注意在多個(gè)半導(dǎo)體層的光退化和保護(hù)件之間的關(guān)系來完成本發(fā)明。即，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)光電轉(zhuǎn)換元件構(gòu)造成在沒有保護(hù)件的情況下更多產(chǎn)生在多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)中的與特定波長(zhǎng)范圍相對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體結(jié)的光電流，并且在設(shè)有保護(hù)件(密封件)之后以及甚至在降低光電流后，具有最好特性的半導(dǎo)體結(jié)的光電流在長(zhǎng)期使用期間總變成最小，具有最好特性的半導(dǎo)體結(jié)的特性控制整個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的特性。
通過如上所述確定多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)的結(jié)構(gòu)并提供不透過特定波長(zhǎng)范圍的光的保護(hù)件，光退化就能控制在低水平內(nèi)而不極大地降低轉(zhuǎn)換效率。
此外，為增加電流通常增加厚度。這也具有降低不能覆蓋基底的形狀這種缺陷的效果。它也具有高度可靠地獲得光電轉(zhuǎn)換元件的效果，這是因?yàn)樵陔妷旱淖饔孟聰嗔殉潭缺桓纳啤?br> 而且，此外通過調(diào)節(jié)不透過特定波長(zhǎng)范圍的光的保護(hù)件厚度和分布就能調(diào)節(jié)相關(guān)半導(dǎo)體結(jié)的光電流。在等離子體增強(qiáng)CVD方法制造半導(dǎo)體結(jié)的情況下，制造后的較正困難并且有些分布。保護(hù)件的可調(diào)厚度也具有對(duì)半導(dǎo)體結(jié)的制造條件提供寬的容許范圍的效果。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的薄膜半導(dǎo)體的光電轉(zhuǎn)換元件的一個(gè)實(shí)施例的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是表示制造本發(fā)明半導(dǎo)體結(jié)層的優(yōu)造裝置的示意圖；圖3是表示太陽光光譜的圖；圖4是表示給出本發(fā)明保護(hù)件(表面密封材料116和表面膜117)的例子之前獲得的吸收光譜圖；圖5是表示根據(jù)本發(fā)明保護(hù)件(表面密封材料116和表面膜117)的例子的透射率特性圖；圖6是表示給出本發(fā)明保護(hù)件(表面密封材料116和表面膜117)的例子后獲得的吸收光譜圖；圖7是表示在設(shè)有本發(fā)明保護(hù)件(表面密封材料116和表面膜117)的例子前后空因數(shù)變化度的圖；圖8是表示在設(shè)有本發(fā)明保護(hù)件(表面密封材料116和表面膜117)的例子前后轉(zhuǎn)換效率變化度的圖；圖9是表示在設(shè)有本發(fā)明保護(hù)件(表面密封材料116和表面膜117)的例子后的占空因數(shù)圖；圖10是表示在設(shè)有本發(fā)明保護(hù)件(表面密封材料116和表面膜117)的例子后的轉(zhuǎn)換效率圖；圖11是表示根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電裝置圖。
以示意1示意說明本發(fā)明光電轉(zhuǎn)換元件的橫截面的例子。
通過從水溶液濺射或電結(jié)晶把可透射保護(hù)層103淀積在基底101上的反射層102上。可透射保護(hù)層103的表面最好有幾百nm的不均勻度，這因?yàn)樗苌⑸涔庠黾愚D(zhuǎn)換效率。不均勻度可由制造條件形成，或通過平坦表面的濕蝕刻增加不均勻度。
在圖2所示的真空裝置中基底設(shè)成例如由207表示。傳輸室201、淀積室202、203、204、205和恢復(fù)室206由閘門閥相互分離并且它們里面由未示出的真空泵抽真空到預(yù)定壓力。傳輸室201和淀積室202之間的閘門閥首先打開并且基底207傳送到基底支承電極212下面。然后基底支承電極212向下移動(dòng)接觸基底。然后基底由加熱器208加熱并保持在預(yù)定溫度下。然后關(guān)閉閘門閥并通過供氣管220供給源氣硅烷、磷化氫和氫。通過調(diào)節(jié)未示出的排氣閥的閥移動(dòng)把壓力調(diào)節(jié)到預(yù)定壓力。在此狀態(tài)下把高頻功率供給電極216一預(yù)定時(shí)段產(chǎn)生n型非晶(此后稱“α-”)Si層104。源氣一旦被抽空，那么閘門閥被打開。該基底輸送到下一淀積室并且又供給源氣硅烷、鍺烷和氫。壓力調(diào)節(jié)到預(yù)定壓力后把預(yù)定功率供給波導(dǎo)管和偏壓電極217一預(yù)定時(shí)間段，從而產(chǎn)生i型α-SiGe層105。通過以同樣方式重復(fù)此過程，在淀積室204中產(chǎn)生P型微晶(此后稱作“μc-”Si層，因此上述步驟完成最靠近基底的半導(dǎo)體結(jié)。以同樣次序制造下一nip結(jié)107、108、109，因此制造中間半導(dǎo)體結(jié)。而且，以同樣方式在淀積室202中制得n型α-Si101，此后在淀積室205中制造I型α-Si層111，同時(shí)這次只供給硅烷和氫。最后，在淀積室204中制造P型μc-Si層112，從而完成表面?zhèn)劝雽?dǎo)體結(jié)。對(duì)上述方法制造的樣品進(jìn)行光退化試驗(yàn)并得到半導(dǎo)體層的光電流的退化率。而且，用上述同樣方法相互獨(dú)立地制造半導(dǎo)體結(jié)并且也測(cè)量它們的占空因數(shù)。另外，以在相同條件下只淀積更厚的三個(gè)i層的結(jié)構(gòu)制造另一樣品，用電子自旋共振測(cè)量自旋密度以及用行程的時(shí)間法測(cè)量載流子的遷移率。結(jié)果全部列在下表1中并且表面?zhèn)劝雽?dǎo)體結(jié)顯示最好特性。這認(rèn)為是由于實(shí)現(xiàn)快速淀積速率的微波功率的影響和硅與硅鍺之間的差異。表1
因此，在制造發(fā)明的樣品中，在沒有保護(hù)件的情況下為了頂部i型α-Si111的光電流變得大于其它半導(dǎo)體結(jié)中的至少一個(gè)，增加源氣濃度、提高基底的溫度、改變帶隙、改變硅與鍺的比率或者延長(zhǎng)淀積時(shí)間。為制造半導(dǎo)體結(jié)除上述微波和高頻率外還能使用范圍從微波到高頻的例如2.45GHz、500MHz或105MHz的各種頻率功率。
半導(dǎo)體結(jié)的表面經(jīng)常反射可透射保護(hù)層的不均勻率。
也用作可透射電極的抗反射層113在另一真空裝置中進(jìn)一步形成在半導(dǎo)體結(jié)的表面上。
梳形電極114設(shè)在抗反射層113上并且輸出電極固定到此。底表面材料115是鋼片。進(jìn)一步地，作為表面膜117的氟化物聚合物薄膜和作為表面密封材料116的熱塑性、可透射有機(jī)樹脂粘結(jié)到頂表面的光入射表面118上。這些構(gòu)件116和117構(gòu)成保護(hù)件，從而完成光電轉(zhuǎn)換元件。作為表面密封材料116的該熱塑性、可透射有機(jī)樹脂包含具有圖5所示透射率特性51的紫外吸收材料。在圖5中透射率1.0以上的波長(zhǎng)范圍存在于紫外吸收劑的透射率特性中的原因是透射率特性是紫外吸收劑設(shè)在抗反射層113上處的那些51，該抗反射層113是折射率2.0的可透射導(dǎo)電層，以及因?yàn)楸Ｗo(hù)件自身的折射率是約1.5就能實(shí)現(xiàn)抗反射作用。
圖4表示在設(shè)置由上述表面密封材料116和表面膜117構(gòu)成的保護(hù)件之前獲得的光電轉(zhuǎn)換元件的吸收光譜。在圖中，數(shù)字41代表頂半導(dǎo)體結(jié)的吸收光譜，42代表中間半導(dǎo)體結(jié)的吸收光譜，43代表底半導(dǎo)體結(jié)的吸收光譜，以及44代表層疊此三個(gè)半導(dǎo)體結(jié)的三電池總的吸收光譜。
在圖4中，可見該光電轉(zhuǎn)換元件利用從300nm到900nm寬范圍內(nèi)的光。此時(shí)由表面?zhèn)劝雽?dǎo)體結(jié)(頂半導(dǎo)體結(jié))、中間半導(dǎo)體結(jié)(中半導(dǎo)體結(jié))、和基底側(cè)半導(dǎo)體結(jié)(底半導(dǎo)體結(jié))產(chǎn)生的光電流(JSC)分別是7.63mA/cm2、7.45mA/cm2和7.78mA/cm2。
圖6表示上述表面密封材料116和表面膜117的保護(hù)件設(shè)在上述光電轉(zhuǎn)換元件上，即設(shè)在光入射表面118上后實(shí)施的類似上述測(cè)量的結(jié)果。
在圖6中，數(shù)字61代表頂半導(dǎo)體結(jié)的吸收光譜，其中350nm和更小波長(zhǎng)范圍中的光被有效削減，從而抑制中間半導(dǎo)體結(jié)和底半導(dǎo)體結(jié)的光退化。在本發(fā)明的優(yōu)造實(shí)施例中，表面密封材料116優(yōu)選含有紫外吸收劑，其數(shù)量足以抑制中間半導(dǎo)體結(jié)和底半導(dǎo)體結(jié)的光退化并且吸收劑具有基本不降低頂半導(dǎo)體結(jié)的吸收光譜的吸收特性。數(shù)字62代表中間半導(dǎo)體結(jié)的吸收光譜數(shù)字63代表底半導(dǎo)體結(jié)的吸收光譜，能及64代表層疊此三個(gè)半導(dǎo)體結(jié)的三電池總的吸收光譜。此時(shí)頂、中間、和底半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流分別是7.33mA/cm2、7.60mA/cm2和7.97mA/cm2。
在設(shè)置上述保護(hù)件后變成光電轉(zhuǎn)換元件的太陽能電池具有10.2％的初始轉(zhuǎn)換效率以及在退化試驗(yàn)后具有8.7％的轉(zhuǎn)換效率。
圖7表示各樣品的測(cè)量結(jié)果圖，各樣品包括通過改變淀積條件、設(shè)計(jì)厚度等并選擇各種條件使頂半導(dǎo)體結(jié)中產(chǎn)生的光電流變成最小而得到的許多樣品(頂控制電池)以及通過選擇淀積條件等使中間半導(dǎo)體結(jié)中產(chǎn)生的光電流也變成最小而得到的許多樣品(中間控制電池)。
在圖7中，橫標(biāo)表示各樣品JSC(頂)/JSC(中間)-1(％)的圖，JSC(頂)/JSC(中間)-1(％)是在上述保護(hù)件形成之前從表面?zhèn)劝雽?dǎo)體結(jié)(頂半導(dǎo)體結(jié))的光電流[JSC(頂)]與中間半導(dǎo)體結(jié)(中半導(dǎo)體結(jié))的光電流[JSC(中間)]之比中減去1而得到的值。
在圖7中，縱標(biāo)表示各樣品FF(沒有保護(hù)件)/FF(有保護(hù)件)-1(％)的圖，F(xiàn)F(沒有保護(hù)件)/FF(有保護(hù)件)-1(％)是從保護(hù)件形成后光電轉(zhuǎn)換元件的占空因數(shù)[FF(有保護(hù)件)]與上述保護(hù)件形成前光電轉(zhuǎn)換元件的占空因數(shù)[FF(沒有保護(hù)件)之比中減去1而得到的值。在圖中，“頂控制”電池指在頂半導(dǎo)體結(jié)中產(chǎn)生的光電流設(shè)成最小的太陽能電池以及“中間控制”電池指在中間半導(dǎo)體結(jié)中產(chǎn)生的光電流設(shè)成最小的太陽能電池。而且，“FF提高”指沿箭頭方向FF提高方面的進(jìn)步。圖7表示在形成保護(hù)件后空因數(shù)的變化。
圖8的橫標(biāo)表示在形成保護(hù)之前的光電轉(zhuǎn)換元件中從頂半導(dǎo)體結(jié)的光電流[JSC(頂)]與中間半導(dǎo)體結(jié)的光電流[JSC(中間)]之比中減去1而得到的值。
因此，JSC(頂)/JSC(中間)-1(％)的值繪在橫標(biāo)上；Eff(有保護(hù)件)/Eff(沒有保護(hù)件)-1(％)的各樣品的值繪在縱標(biāo)上，Eff(有保護(hù)件)/Eff(沒有保護(hù)件)-1(％)是從保護(hù)件形成后光電轉(zhuǎn)換元件的轉(zhuǎn)換效率[Eff(有保護(hù)件)]與保護(hù)件形成前光電轉(zhuǎn)換元件的轉(zhuǎn)換效率[Eff(沒有保護(hù)件)]之比中減去1而得到的值。相應(yīng)地，圖8表示轉(zhuǎn)換效率的變化，從圖中可見當(dāng)以頂半導(dǎo)體結(jié)的光電流比中間半導(dǎo)體結(jié)的光電流大0到6％的狀態(tài)，特別是以頂半導(dǎo)體結(jié)的光電流大3-5％的狀態(tài)設(shè)置保護(hù)件時(shí)，占空因數(shù)(FF)最好并且轉(zhuǎn)換效率降低相對(duì)較小。
如上所述，使用含紫外吸收劑的保護(hù)件的光電轉(zhuǎn)換元件有高的占空因數(shù)和增加的光電轉(zhuǎn)換效率。光電轉(zhuǎn)換元件在長(zhǎng)期內(nèi)特性很少變化并且可靠性極大改善。
圖9的橫標(biāo)表示在由表面密封材料116和表面膜117構(gòu)成的保護(hù)件形成后在頂半導(dǎo)體結(jié)中產(chǎn)生的光電流(頂JSC)與在中間半導(dǎo)體結(jié)中產(chǎn)生的光電流(中間JSC)之比，以及縱標(biāo)表示保護(hù)件形成后的占空因數(shù)(FF)。
在圖7、8和9中的黑點(diǎn)是在各種條件下試驗(yàn)的不同光電轉(zhuǎn)換元件在上述圖形坐標(biāo)軸上的測(cè)量結(jié)果圖。
將逐個(gè)描述本發(fā)明的構(gòu)成元件。
(基底101)基底101也用作下電極，通過半導(dǎo)體層與另一電極相對(duì)，它能從金屬、合金、該金屬或合金的疊層、反射層形成在其上的碳片、導(dǎo)電層形成在其上的樹脂膜等中選擇。因?yàn)檫@些材料能以卷的形式使用，它們適合于連續(xù)制造。該基底依據(jù)其用途也能從通過給硅或類似物的晶體基底、或玻璃、或陶瓷片設(shè)有反射層或?qū)щ妼佣@得的基底中選擇?？蓲伖饣蚯逑丛摶椎谋砻妫摶卓上裨瓉硪粯邮褂??？墒够椎谋砻娲植?。如果基底是如不銹鋼(SUS430)的磁性材料，在通過包括磁鐵的輥精確控制其位置的同時(shí)傳送該基底。
(反射層102)當(dāng)基底有高反射率時(shí)，不必單獨(dú)提供高反射層102。當(dāng)基底101是不銹鋼或碳片時(shí)由濺射或類似法形成鋁層。
(可透射保護(hù)層103)通過濺射、真空蒸氣淀積、化學(xué)蒸氣淀積、離子鍍、離子束處理、或離子束濺射就能制得可透射保護(hù)層103。也能通過電結(jié)晶或從硝酸鹽、乙酸鹽和銨基與金屬離子組成的水溶液中浸鍍制得可透射保護(hù)層103。該保護(hù)層所要特性是使光透射到基底的高透光度。希望保護(hù)層有適宜的電阻，足以阻止電流流過半導(dǎo)體層的缺陷。具體地，透射率最好大于9％。以及導(dǎo)電率是在10-8(1/Ωcm)到10-1(1/Ωcm)的范圍內(nèi)。保護(hù)層的材料能從氧化鋅、氧化銦、氧化錫和含這些氧化物的材料中選擇。
通過控制制造條件使保護(hù)層的表面粗糙度在幾百納米的尺寸內(nèi)。如果表面是平整的，可由一乙酸溶液或類似物濕蝕刻使表面粗糙。例如，在濺射的情況下，通過提高基底溫度、降低淀積速率以及增加厚度使表面粗糙度變得更大。在從水溶液中電結(jié)晶的情況下，通過增加鋅濃度和增加厚度使粗糙度變得更大。
(半導(dǎo)體結(jié))利用從高頻到微波范圍的能量的CVD系統(tǒng)能用于制造半導(dǎo)體層。如SiH4、PH3和H2的源氣供給到真空室中并供給能量，從而制得n型α-Si層104、107或110。而且，當(dāng)使用如SiH4、GeH4和H2的源氣時(shí)就能制得i型α-SiGe層105或108。當(dāng)使用如SiH4和H2的源氣時(shí)能制得i型α-Si層111。而且，使用SiH4、BF3和H2能制得P型μc(微晶)-Si層106。從而，如上述能制得多個(gè)nip半導(dǎo)體結(jié)。該半導(dǎo)體層不必限制成非晶和微晶半導(dǎo)體，只要它們是非單晶的。也能用Pin結(jié)構(gòu)替代nip結(jié)構(gòu)。
半導(dǎo)體結(jié)的數(shù)目能是兩個(gè)或更多而不必限制成上述例子中的三個(gè)。
該半導(dǎo)體層能由一字排列式裝置連續(xù)地制得。
在圖1中，數(shù)字104代表n型半導(dǎo)體層，105代表i型半導(dǎo)體層，以及106代表P型半導(dǎo)體層。這些半導(dǎo)體層104、105和106組成底Pin(nip)半導(dǎo)體結(jié)11。數(shù)字107代表n型半導(dǎo)體層，108代表i型半導(dǎo)體層，以及109代表P型半導(dǎo)體層。這些半導(dǎo)體層107、108和109組成中間Pin(nip)半導(dǎo)體結(jié)12。數(shù)字110代表n型半導(dǎo)體層，111代表i型半導(dǎo)體層，以及112代表P型半導(dǎo)體層。這些半導(dǎo)體層110、111和112組成頂Pin(nip)半導(dǎo)體結(jié)13。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，頂Pin半導(dǎo)體結(jié)是具有最小退化率和位于短波長(zhǎng)側(cè)的吸收光譜的半導(dǎo)體結(jié)以及底Pin半導(dǎo)體結(jié)是具有最大退化率和位于長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的吸收光譜的半導(dǎo)體結(jié)。在本例子中，具有最小退化率的半導(dǎo)體結(jié)的吸收光譜峰值設(shè)在不大于500nm的波長(zhǎng)處以及具有最大退化率的半導(dǎo)體結(jié)的吸收光譜峰值設(shè)在不小于700nm的波長(zhǎng)處。
具有中間退化率的另一半導(dǎo)體結(jié)能設(shè)置成在具有最小退化率的半導(dǎo)體結(jié)和具有最大退化率的半導(dǎo)體結(jié)之間的中間pin半導(dǎo)體結(jié)12。具有中間退化率的該半導(dǎo)體結(jié)的吸收光譜峰值設(shè)在500nm到700nm的波長(zhǎng)范圍中。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，頂pin半導(dǎo)體結(jié)的i型半導(dǎo)體層最好通過具有如射頻的高頻能量的等離子體增強(qiáng)CVD，利用相對(duì)低的淀積速率淀積制得；以及底pin半導(dǎo)體結(jié)的i型半導(dǎo)體層通過使用微波的等離子體增強(qiáng)CVD，利用相對(duì)快的淀積速率淀積制得。
(抗反射層113)。
抗反射層113也用作上電極，通過上述半導(dǎo)體層104-112與基底相對(duì)?？狗瓷鋵?13通過電阻加熱或電子束的真空蒸氣淀積、濺射、CVD、噴鍍、浸鍍或類似方法由從氧化銦、氧化錫、氧化鈦、氧化鋅和它們的混合物中選擇的原材料制成。作為光入射表面118為了實(shí)現(xiàn)良好的抗反射效果，抗反射層的厚度最好大約是把主要希望防止反射的光的波長(zhǎng)除以抗反射膜的4倍折射率而得到的值。例如，折射率是2以及最希望透過的波長(zhǎng)是500nm，厚度最好約63nm?？狗瓷鋵涌墒遣煌凵渎什牧系寞B層。
在本發(fā)明的優(yōu)選例子中，光電轉(zhuǎn)換元件由下電極、半導(dǎo)體結(jié)和上電極的整體結(jié)構(gòu)構(gòu)成，但本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換元件不局限于上述結(jié)構(gòu)。
(電極114)為有效地收集電流，柵圖形的電極114可設(shè)在抗反射層113上。形成電極114的方法包括使用掩膜圖形的濺射，電阻加熱，CVD，在整個(gè)表面上蒸發(fā)金屬膜以及此后通過蝕刻除去不必要的部分來對(duì)膜構(gòu)圖的方法，通過光輔助CVD直接形成柵電極圖形的方法，形成柵電極圖形的負(fù)圖形掩膜以及此后在其上鍍敷的方法，以及印制導(dǎo)電膠的方法。
此后，如果需要，為了取出電動(dòng)勢(shì)，輸出端子可連接到基底101和電極114。
(表面密封材料116)為了用樹脂覆蓋光電轉(zhuǎn)換元件的不均勻，為了防止光電轉(zhuǎn)換元件受例如溫度變化、潮濕和沖出的惡劣外部環(huán)境影響，以及為了確保表面膜和光電轉(zhuǎn)換元件之間的粘結(jié)，表面密封材料116是必須的。因此，它必須在耐氣候、粘附力、填充特性、耐熱、耐低溫和耐沖出方面性能優(yōu)良。滿足這些要求的樹脂包括如乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-甲基丙烯酸脂共聚物(EMA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)和聚乙烯醇縮丁醛樹脂這樣的聚烯烴基樹脂、氨基甲酸乙酯樹脂、硅氧烷樹脂和氟樹脂。在它們中，優(yōu)選使用EVA，因?yàn)樗┨柲茈姵刂脮r(shí)具有很好的平衡物理特性。然而，如果不是交聯(lián)的，由于它的低熱變形溫度在高溫下使用時(shí)它易變形成蠕變。因此，為增加耐熱性，它最好是交聯(lián)的。在EVA的情況下，它經(jīng)常與有機(jī)過氧化物交聯(lián)。以從有機(jī)過氧化物中產(chǎn)生的自由基吸引樹脂中的氫和鹵原子來形成C-C鍵的方式實(shí)現(xiàn)與有機(jī)過氧化物的交聯(lián)。激活有機(jī)過氧化物的已知方法包括熱分解，氧化還原分解和離子分解。一般最適合采用分解法。有機(jī)過氧化物的具體例子包括過氧化氫、二烴基過氧化物、二?；^氧化物、過氧縮酮、過氧酯、過氧碳酸酯、酮過氧化物等。每100份重量密封樹脂所加有機(jī)過氧化物的數(shù)量是0.5-5份重量。
當(dāng)上述有機(jī)過氧化物用在密封材料116中時(shí)，在真空中受熱和壓力下實(shí)現(xiàn)交聯(lián)和熱壓鍵合。依據(jù)各有機(jī)過氧化物的分解溫度特性確定加熱溫度和時(shí)間。一般地，在熱分解進(jìn)行90％，更優(yōu)選地，不小于95％的溫度和時(shí)間處停止加熱和壓力。通過測(cè)量凝膠百分比就能檢測(cè)密封樹脂的交聯(lián)度。為防止高溫下密封樹脂變形，最好使密封樹脂交聯(lián)，從而凝膠百分比變得不小于70wt％。
為有效進(jìn)行上述交聯(lián)反應(yīng)，也能使用稱作交聯(lián)助劑的異氰脲酸烯丙脂(triallyl isocyanurate)(TAIC)。每100份重量密封樹脂所加交聯(lián)助劑量通常在1份到5份重量的范圍內(nèi)。
本發(fā)明中所用密封材料耐氣候性優(yōu)良，但是為了進(jìn)一步增強(qiáng)耐氣候性或?yàn)榱吮Ｗo(hù)位于密封材料下面的層也能加入紫外吸收劑。紫外吸收劑能從公知化合物中選擇并且考慮太陽能電池組件的使用環(huán)境最好從低揮發(fā)紫外吸收劑中選擇。這種吸收劑的具體例子是包括水楊酸基化合物、二苯酮基化合物、苯并三唑基化合物和腈基丙烯酸酯基化合物的各種有機(jī)化合物。
如果與紫外吸收劑一同也加入光穩(wěn)定劑，密封材料將對(duì)光更穩(wěn)定。光穩(wěn)定劑的具體例子是受阻胺基光穩(wěn)定劑。受助胺基光穩(wěn)定劑與紫外吸收劑不同，它不吸收紫外光，但是當(dāng)與紫外吸收劑使用時(shí)它們顯示大的協(xié)合效應(yīng)。
對(duì)于密封樹脂，所加上述紫外吸收劑和光穩(wěn)定劑的含量最好分別在0.1和1.0wt％之間以及0.05和1.0wt％之間。
而且為改善耐熱性和熱加工性可添加熱氧化抑制劑。熱氧化抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)可是一元酚基、雙酚基、聚合物型酚基、硫基、或磷酸基。對(duì)密封樹脂，所加熱氧化抑制劑的含量最好在0.05和1.0wt之間。
如果假設(shè)光電轉(zhuǎn)換元件在更壞環(huán)境下使用，最好增加密封樹脂與光電轉(zhuǎn)換元件或表面樹脂膜之間的粘結(jié)強(qiáng)度。為進(jìn)一步提高粘結(jié)強(qiáng)度，把硅烷偶合劑或有機(jī)鈦酸酯化合物加入密封樹脂中。每100份重量密封樹脂添加的數(shù)量?jī)?yōu)選在0.1與3份重量之間，更優(yōu)選在0.25與1份重量之間。
另一方面，為盡量防止到達(dá)光電轉(zhuǎn)換元件的光量降低，表面密封材料116必須是可透射的。具體地，在400nm-800nm的可見光波長(zhǎng)范圍內(nèi)光透射率優(yōu)選是80％或更多，更優(yōu)選是90％或更多。為使光從大氣中容易入射，密封材料的折射率在25℃最好是1.1-2.0，更優(yōu)選是1.1到1.6.透射光譜的具體例子如圖5所示并且透射率在300nm到400nm的波長(zhǎng)范圍中理想地是0-90％。
(表面膜117)因?yàn)楸景l(fā)明中采用的表面樹脂膜117是設(shè)置成太陽能電池組件的最外層，它必須具有保證太陽能電池組件在戶外暴露中的長(zhǎng)期可靠性的性能，包括耐氣候性、抗污染性和機(jī)械強(qiáng)度。適合用于本發(fā)明表面膜的材料是例如氟樹脂和丙烯酸樹脂。在它們中，最好使用氟化物聚合物，這因?yàn)樗鼈冊(cè)谀蜌夂蚝涂刮廴痉矫嫘阅軆?yōu)良。具體例子包括聚偏氟乙烯樹脂、聚氟乙烯樹脂和四氟乙烯一乙烯共聚物。聚偏氟乙烯樹脂在耐氣候方面優(yōu)良，同時(shí)四氟乙烯一乙烯共聚物在耐氣候與機(jī)械強(qiáng)度的相容性和透光度方面優(yōu)良。
表面樹脂膜117必須具有一定厚度來保證機(jī)械強(qiáng)度，但從成本的觀點(diǎn)，不希望厚度太大。具體地，厚度優(yōu)選在20μm-200μm，更優(yōu)選在30μm-100μm。
為提高表面樹脂膜117和密封材料116之間的粘附力，應(yīng)該最好對(duì)表面樹脂膜的一個(gè)表面進(jìn)行如電暈處理、等離子體處理、臭氧處理、UV照射、電子束照射或火焰處理這樣的表面處理。它們之中，最好使用電暈放電處理，這因?yàn)樗奶幚硭俾士觳⑶彝ㄟ^相對(duì)簡(jiǎn)單的裝置它能極大地增加粘附強(qiáng)度。
不均勻度形成在表面樹脂膜117和表面密封材料116中。該不均勻度可在覆蓋形成步驟期間形成或通過例如覆蓋形成后加壓的方法形成。
(底表面材料115)用作底表面材料的具體例子的覆蓋膜必須用于保持光電轉(zhuǎn)換元件的導(dǎo)電基底和外面之間的電絕緣。優(yōu)選材料是對(duì)導(dǎo)電基底101能保證充分的電絕緣，在長(zhǎng)期耐用性，耐熱膨脹和熱收縮及撓性方面優(yōu)良的材料。適合應(yīng)用的膜是聚酰胺和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的膜。
為增強(qiáng)太陽能電池組件的機(jī)械強(qiáng)度或?yàn)榉乐褂捎跍囟茸兓鸬淖冃位蚵N曲，底表面材料可以例如鋼片，塑料片和FRP(玻璃纖維加強(qiáng)塑料)片、及上述覆蓋膜中選擇。當(dāng)?shù)妆砻娌牧暇哂懈邫C(jī)械強(qiáng)度時(shí)，太陽能電池組件能應(yīng)用于如房頂材料的建筑材料。
圖11表示使用本發(fā)明的能量控制方法的發(fā)電裝置的一個(gè)例子。太陽能電池1101的dc輸出輸入到能量轉(zhuǎn)換裝置1102，然后供給負(fù)載1103。
前述圖1的太陽能電池組件能用于太陽能電池1101.此組件串聯(lián)或并聯(lián)連接形成太陽能電池陣列，從而得到想要的電壓和電流。
能量轉(zhuǎn)換裝置1102可是使用如功率晶體管、功率FEF或IGBT這樣的自關(guān)斷切換裝置的DC/DC轉(zhuǎn)換器或自激DC/AC逆變器或類似物。當(dāng)能量轉(zhuǎn)換裝置是它們中任何一個(gè)時(shí)，由開/關(guān)占空率(所謂導(dǎo)通率)和柵脈沖的頻率就能控制潮流、輸入/輸出電壓、輸出頻率等。
負(fù)載1103可包括各種負(fù)載，包括電加熱負(fù)載電動(dòng)機(jī)負(fù)載等，但在交流的情況下它可是商用ac系統(tǒng)。當(dāng)負(fù)載是商用ac系統(tǒng)時(shí)，該系統(tǒng)稱作“系統(tǒng)互連太陽能發(fā)電系統(tǒng)”。因?yàn)檫@種情況下負(fù)載是能源系統(tǒng)，沒有對(duì)輸入其中的能量的限制。用于從太陽能電池或類似物中供給最大能量的本發(fā)明控制方法特別適合該系統(tǒng)。類似地，二次電池也能用作dc負(fù)載。在情況中所要的布置是二次電池的容量設(shè)計(jì)成盡可能大并且控制該電池的充電狀態(tài)。當(dāng)負(fù)載是dc的，能量轉(zhuǎn)換裝置1102是DC/DC轉(zhuǎn)換器。
電壓檢測(cè)裝置1104和電流檢測(cè)裝置1105檢測(cè)太陽能電池1101的輸出電壓和輸出電流并把所檢測(cè)信號(hào)供給用于設(shè)定太陽能電池輸出電壓的輸出電壓設(shè)定裝置1106。
電壓檢測(cè)裝置1104通過電阻器分割來自太陽能電池輸出電壓的電壓并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換把分壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。然后，電壓檢測(cè)裝置1104發(fā)送數(shù)字值給輸出電壓設(shè)定裝置1106的控制裝置1107。在這個(gè)時(shí)候，為防止噪聲或類似物的混合，太陽能電池的輸出電路最好例如通過在輸入和輸出之間能很好隔離的光耦合器與所檢測(cè)信號(hào)的發(fā)送電路隔離。在優(yōu)選布置中，電流檢測(cè)裝置1105通過Hall效應(yīng)裝置或標(biāo)準(zhǔn)電阻器把電流轉(zhuǎn)換成電壓，類似于電壓檢測(cè)裝置1104把檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字值并傳送數(shù)字值給電壓設(shè)定裝置1106。用在這些檢測(cè)裝置中A/D轉(zhuǎn)換器最好是具有足夠高速度和高精度的那些。具體地，它們最好是具有不小于10比特的分辨率和不小于50KH2的抽樣率的A/D轉(zhuǎn)換器。這樣A/D轉(zhuǎn)換器能構(gòu)成誤差不大于0.1％并且響應(yīng)不大于1秒的控制系統(tǒng)。
輸出電壓設(shè)定裝置1106依據(jù)上述檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算來確定輸出電壓的設(shè)定值并控制能量轉(zhuǎn)換裝置的門電路的導(dǎo)通率或類似物，從而太陽能電池的輸出電壓變成設(shè)定值。輸出電壓設(shè)定裝置1106具體成用于控制的微計(jì)算機(jī)，該微計(jì)算機(jī)帶有CPU、RAM、ROM、I/O接口、數(shù)字計(jì)算單元等。
能量轉(zhuǎn)換裝置的控制裝置1107是所謂的門驅(qū)動(dòng)電路，并通過瞬時(shí)電流比較、正弦波/三角波比較法或類似法產(chǎn)生柵脈沖。據(jù)此，控制能量轉(zhuǎn)換裝置1102的導(dǎo)通率使太陽能電池的輸出電壓變成等于輸出電壓設(shè)定裝置1106的輸出。此控制裝置1107可構(gòu)造成模擬電路或數(shù)字電路，但是多數(shù)最新控制單元是數(shù)字單元，它具有CPU或具有是高速CPU的DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)。
當(dāng)控制裝置1107是數(shù)字單元時(shí)，它具有類似于上述輸出電壓設(shè)定裝置1106的結(jié)構(gòu)，因此控制裝置1107也能布置成用作輸出電壓設(shè)定裝置1106。
將用例子進(jìn)一步描述本發(fā)明。
例子(例子1)在如下詳述的本例子中，具有圖1的橫截面示意圖的結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換元件以分批方法制造并且設(shè)有吸收紫外光的保護(hù)件。具有最好特性的半導(dǎo)體結(jié)是制造在頂表面?zhèn)壬喜⑴c紫外光相對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體結(jié)，以及其i層111由RF-CVD法制備。中間和底結(jié)的i層(105，108)由微波-CVD法制備。
基底101是具有45mm長(zhǎng)×45mm寬×0.15mm厚的形狀并且具有通常稱作毛面光潔度的粗糙表面的SUS430片。以相同方式制備8個(gè)基底。這8個(gè)基底同時(shí)放置在市場(chǎng)上能買到的dc磁控濺射系統(tǒng)中并且其內(nèi)部抽真空到低于10-5乇。壓力。此后，以30sccm供給氬氣并且壓力保持在2毫乇。不用加熱基底，通過給直徑6英寸鋁靶施加120W的dc功率90秒鐘，在其上形成厚70nm鋁反射層。接著，把基底加熱到300℃，電連接切換到直徑6英寸的氧化鋅靶，對(duì)此施加500W的dc功率10分鐘，從而制造厚約1000nm的氧化鋅保護(hù)層。在保護(hù)層的表面中形成約300nm的不均勻度。
這些樣品的每個(gè)放置在圖2示意表示裝置的輸送室201中，輸送室由真空泵抽真室到10-4乇，此后打開閘門閥，然后基底移至n層淀積室202。降低基底夾持器212并且由加熱器208把基底的表面溫度控制在250℃。在充分抽真空完成后，以1sccmSi2H6、0.5sccmPH3/H2(用1％H2稀釋)和40sccmH2把源氣通過進(jìn)氣管220引入。控制節(jié)氣閥的閥行程，反應(yīng)室的內(nèi)壓保持在1乇。一旦壓力變得穩(wěn)定后就立刻從高頻電源供給3W功率。等離子體保持180秒。這導(dǎo)致在可透射保護(hù)層103上形成n型α-Si層104。又對(duì)該室抽真空，此后把基底移至微波i層淀積室203?；诇囟仍O(shè)定在250℃并且以40sccm SiH4、50sccmGeH4和200sccmH2把源氣通過進(jìn)氣管221引入。控制節(jié)氣閥的閥行程，反應(yīng)室的內(nèi)壓保持在105毫。一旦壓力變得穩(wěn)定后，從105MH2一微波電源供給150W功率，同時(shí)把13.56MH2的高頻功率800W加至偏壓電極15秒鐘。這導(dǎo)致形成i型α-SiGe層105。又對(duì)該室抽真空，然后基底移至P層淀積室204?；诇囟仍O(shè)在250℃并且在0.5sccmSiH4/H2(用10％H2稀釋)，1sccmBF3/H2(用1％H2稀釋)和50sccmH2下把源氣通過進(jìn)氣管222引入?？刂乒?jié)氣閥的閥行程，反應(yīng)室的內(nèi)壓保持在1乇，一旦壓力變得穩(wěn)定后就從高頻電源供給200W功率。等離子體保持120秒鐘。這導(dǎo)致形成P型μc-Si層106。
然后基底又移到n層淀積室202?；椎谋砻鏈囟缺患訜崞?08控制在230℃。在里內(nèi)被充分抽真空后，在1sccmSi2H6、0.5sccmPH3/H2(用1％H2稀釋)和40sccmH2下把源氣通過進(jìn)氣管220引入。控制節(jié)氣閥的閥行程，反應(yīng)室內(nèi)壓保持在1乇。一旦在壓力穩(wěn)定后就從高頻電源供給3W功率。等離子體保持180秒。這導(dǎo)致形成n型α-Si層107。又對(duì)室的里面抽真空，此后基底移至微波i型淀積室203?；诇囟仍O(shè)置在230℃并且在40sccmSiH4、40sccmGeH4和200sccmH2下把源氣通過進(jìn)氣管221引入?？刂乒?jié)氣閥的閥行程，反應(yīng)室的內(nèi)壓保持在1.5毫乇。一旦壓力穩(wěn)定后，立即從微波電源供給150W功率，同時(shí)800W高頻功率加至偏壓電極15秒鐘。這導(dǎo)致形成i型α-SiGe層108。對(duì)該室又抽真空，此后基底移至P層淀積室204?；诇囟仍O(shè)置在230℃并且在0.5sccmSiH4/H2(用10％H2稀釋)、1sccmBF3/H2(用1％H2稀釋)和50sccmH2下把源氣通過進(jìn)氣管222引入?？刂乒?jié)氣閥的閥行程，反應(yīng)室內(nèi)壓保持在1乇。一旦壓力穩(wěn)定后從高頻電源供給200W功率。等離子體保持120秒鐘。這導(dǎo)致形成P型μc-Si層109。
然后基底又移至n層淀積室202?；妆砻鏈囟扔杉訜崞?08控制在200℃。在對(duì)內(nèi)部充分抽真空后，在1sccmSi2H6、0.5sccmPH3/H2(用1％H2稀釋)和40sccmH2下把源氣通過進(jìn)氣管220引入。控制節(jié)氣閥的閥行程，反應(yīng)室內(nèi)壓保持在1乇?；滓坏毫Ψ€(wěn)定后，從高頻電源立即供給3W功率。等離子體保持180秒鐘。這導(dǎo)致形成n型α-Si層110。對(duì)該室內(nèi)又抽真空，此后基體移至高頻i層淀積室205?；诇囟仍O(shè)置在200℃并且在1sccmSiH6和40sccmH2下把源氣通過進(jìn)氣管223引入?？刂乒?jié)氣閥的閥行程，反應(yīng)室內(nèi)壓保持在1乇。一旦壓力穩(wěn)定后，從高頻電源立即供給2W功率并且保持放電600秒鐘。這導(dǎo)致形成i型α-Si層111。又對(duì)該室抽真空，此后基底移至P層淀積室204。基底溫度設(shè)置在200℃并且在0.5sccmSiH4/H2(用10％H2稀釋)、1sccmBF3/H2(用1％H2稀釋)和50sccmH2下把源氣通過進(jìn)氣管222引入?？刂乒?jié)氣閥的閥行程，反應(yīng)室內(nèi)壓保持在1乇。一旦壓力穩(wěn)定后從高頻電源立即供給200W功率。保持等離子體2分鐘，這導(dǎo)致形成P型μc-Si層112。
然后從圖2的裝置中取出樣品并固定到DC磁控濺射裝置的陽極表面。不銹鋼掩膜用作包圍樣品的掩護(hù)層并且用10wt％氧化錫和90wt％氧化銦的靶通過濺射在中間區(qū)域40mm×40mm中制得可透射導(dǎo)電層113。在如下條件下進(jìn)行淀積基底溫度200℃；作為惰性氣體的氬流速50sccm；氧氣流速0.5sccm；淀積室中壓力3毫乇；每單位靶面積的輸入能量為0.2W/cm2；在淀積約100秒鐘后該層厚70nm。以在同樣條件下預(yù)先校準(zhǔn)厚度和淀積時(shí)間之間的關(guān)系的方式來確定該層厚度并且在達(dá)到預(yù)定厚度的時(shí)間時(shí)終止淀積。
銀膠絲印在上述制造的每個(gè)樣品上，從而在該面積的2％范圍內(nèi)形成電極。最后，作為負(fù)極端子的銅接片用不銹鋼焊劑粘結(jié)到不銹鋼基底，以及作為正極端子的錫箔帶用導(dǎo)電粘合劑粘結(jié)到電極114，從而形成輸出端子。正極端子通過絕緣體通到底表面，從而通過在底覆蓋材料中的孔就能取出輸出，如下所述。
對(duì)于直到形成光電轉(zhuǎn)換元件的輸出電極所制造的8個(gè)樣品中的4個(gè)樣品，測(cè)量沒有保護(hù)件的特性并且如下所述它們稱作對(duì)比例子1-1。在本例子中，用下面方法覆蓋4個(gè)剩余樣品。
EVA片(商標(biāo)PHOTOCAP，厚460μm，從SPRINGBORNLABORATORIES INC.購買)和其中一個(gè)表面被電暈放電處理的無定向ETFE膜(商標(biāo)TEFZEL膜，厚50μm，從Dupont Inc.購買)層疊在光電轉(zhuǎn)換部分的光接收表面?zhèn)壬弦约癊VA片(商標(biāo)PHOTOCAP，厚460μm，從SPRINGBORN LABORATORIES INC.購買)、聚酰胺膜(商標(biāo)Dertec，厚63.5μm，從Dupont Inc，購買)和Galvalume(鍍鋅鐵片，厚0.27mm)層疊在底側(cè)上。它們依ETFE/EVA/光電轉(zhuǎn)換部分/EVA/聚酰胺/EVA/，鋼片的次序?qū)盈B。在這種情況下為釋放過量EVA到ETFE外面通過碳氟膜(商標(biāo)Teflon PFA膜，厚50μm，從Dupont Inc.購買)安放鋁網(wǎng)(16×18網(wǎng)目，線直徑0.011英寸)。此層疊體在150℃下加熱30分鐘，同時(shí)用真空層壓機(jī)在壓力下脫氣，從而獲得由鋁網(wǎng)使其表面粗糙的光電轉(zhuǎn)換元件。在此所用EVA片是廣泛用作太陽能電池密封材料的EVA片，其中每100份重量EVA樹脂(乙烯基乙酸酯含量33％)摻和1.5份重量交聯(lián)劑、0.3份重紫外吸收劑、0.1份重量光穩(wěn)定劑、0.2份重量熱氧化抑制劑和0.25份重量硅烷偶合劑。輸出端子預(yù)先通到光電元件的底表面，從而在層疊處理后通過預(yù)先形成在Galvalume片中的端子輸出口就能取出輸出。然后保護(hù)樹脂粘結(jié)到樣品，從而完成光電轉(zhuǎn)換元件。
由此完成的四個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的吸收光譜如圖6所示?？梢娪捎诒Ｗo(hù)件的吸收，吸收光譜在300nm到370nm的范圍中降低。此時(shí)由頂、中間和底半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流分別是7.3±0.1mA/cm2、7.6±.01mA/cm2和8.0±0.1mA/cm2。在AM1.5(100mw/cm2)的照射下從電壓-電流特性得到的占空因數(shù)是0.72±0.01，以及初始轉(zhuǎn)換效率是10.2±0.1％，它比形成保護(hù)件前樣品(對(duì)比例子1-1)的10.4±0.1稍低。然而，在AM1.5(100mw/cm2)下在4000小時(shí)退化試驗(yàn)后轉(zhuǎn)換效率是8.7±0.1％，它高于沒有保護(hù)件的(對(duì)此例子1-1)的8.3％。退化試驗(yàn)后的光電流如下頂7.2±0.1mA/cm2；中間7.3±0.1mA/cm2；底7.8±0.1mA/cm2。因此，頂半導(dǎo)體結(jié)的光電流變化最小，所以頂半導(dǎo)體結(jié)是具有最好特性的一個(gè)。在該變化后，具有最好特性的頂半導(dǎo)體結(jié)也保持最小光電流。
也制造每個(gè)只有一個(gè)單個(gè)半導(dǎo)體結(jié)的樣品以及只有i層更厚的樣品，并且也測(cè)量它們的占空因數(shù)、自旋密度和載流子遷移率。它們是同上述值相同的。
而且，這些樣品在保持在溫度85℃和濕度85％的環(huán)境試驗(yàn)箱中進(jìn)行1000小時(shí)環(huán)境試驗(yàn)。轉(zhuǎn)換效率變化是僅0.02％降低，因此毫無問題。
(對(duì)比例子1-1)對(duì)于例子1中直到形成輸出電極所制造的8個(gè)樣品中的4個(gè)樣品，測(cè)量沒有保護(hù)件的特性并且它們的吸收光譜如圖4所示。利用在300nm-900nm寬范圍內(nèi)的光。此時(shí)由頂、中間和底半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流分別是7.6±0.1mA/cm2、7.4±0.1mA/cm2和7.8±m(xù)A/cm2。在AM1.5(100mw/cm2)照射下從電壓-電流特性得到的占空因數(shù)是0.70±0.01并且初始轉(zhuǎn)換效率是10.4±0.1％。沒有保護(hù)件在AM1.5(100mW/cm2)下在4000小時(shí)退化試驗(yàn)后的轉(zhuǎn)換效率是8.3±0.1％。幾乎沒有取決于基底的差別，并因此認(rèn)為4個(gè)剩余樣品也顯示同樣的特性。
沒有保護(hù)件的光電轉(zhuǎn)換元件在戶外使用容易斷裂，并且特別是當(dāng)它們被雨水浸泡時(shí)，它們由于電極漏電而斷裂。
(對(duì)比例子1-2)除了為了在高頻i層淀積室205中形成i型α-Si層111，在本對(duì)比例子中放電保持660秒，不同于例子1中的600秒外，以例子1中的同樣方法制造光電轉(zhuǎn)換元件。
在形成保護(hù)件前能從吸收光譜測(cè)量的頂、中間和底半導(dǎo)體結(jié)的光電流分別是7.9mA/cm2、7.4mA/cm2和7.8mA/cm2。
保護(hù)件形成后對(duì)應(yīng)結(jié)的光電流是7.6mA/cm2、7.6mA/cm2和8.0mA/cm2。在AM1.5(100mA/cm2)照射下從電壓-電流特性得到的占空因數(shù)是0.67。初始轉(zhuǎn)換效率是9.9％并且在AM1.5(100mw/cm2)下在400小時(shí)退化試驗(yàn)后的轉(zhuǎn)換效率是7.4％。因?yàn)樵诒纠又许敽椭虚g半導(dǎo)體結(jié)兩個(gè)的光電流相等，占空因數(shù)大大降低。在退化試驗(yàn)后各結(jié)的光電流是7.5mA/cm2、7.2mA/cm2和7.7mA/cm2。因此中間半導(dǎo)體結(jié)的光電流最小。
(例子2)在本例子中制造中間控制的三重電池。即，中間i層108由RF-CVD法制得而其它i層105和111由微波-CVD法制得。直到中間半導(dǎo)體結(jié)中的n型α-Si層107的層由與例子1相同的方法制造。
此后，基底移至高頻i層淀積室205。基底溫度設(shè)置在230℃并且在2sccmSiH4、2sccmGeH4和40sccmH2下把源氣通過進(jìn)氣管223引入?？刂乒?jié)氣閥的閥行程，反應(yīng)室內(nèi)壓保持中1乇。一旦壓力穩(wěn)定后，從高頻電源供給2W功率并且保持放電600秒。這導(dǎo)致形成i型α-SiGe層108。又對(duì)該室抽真空，此后把基底移至P層淀積室204?；诇囟仍O(shè)置在230℃并且在0.5sccmSiH4/H2(用10％H2稀釋)、1sccmBF3/H2(1％H2稀釋)和50sccmH2下把源氣通過進(jìn)氣管222引入。控制節(jié)氣閥的閥行程，反應(yīng)室內(nèi)壓保持在1乇。一旦壓力穩(wěn)定后從高頻電源供給200W功率。保持等離子體120秒。這導(dǎo)致形成P型μc-Si層109。
然后基底又移至n層淀積室202。加熱器208把基底表面溫度控制在200℃。在里面被充分抽真空后，在1sccmSi2H6、0.5sccmPH3/H2(用1％H2稀釋)和40sccmH2下把源氣通過進(jìn)氣管220引入?？刂乒?jié)氣閥的閥行程，反應(yīng)室內(nèi)壓保持在1乇。一旦壓力穩(wěn)定后從高頻電源供給3W功率。保持等離子體180秒。這導(dǎo)致形成n型α-Si層110。又對(duì)該室里面抽真空，此后基底移至微波i型淀積室203?；诇囟仍O(shè)置在200℃下并且在60sccmSiH4、10sccmGeH4和200sccmH2下把源氣通過進(jìn)氣管221引入。控制節(jié)氣閥的閥行程，反應(yīng)室內(nèi)部壓力保持在1.5毫乇。一旦壓力穩(wěn)定后從105MH2微波電源供給150W功率，同時(shí)800W的13.56MH2高頻功率加至偏壓電極15秒鐘。這導(dǎo)致形成i型α-SiGe層111。又對(duì)該室抽真空，此后基底移至P層淀積室204?；诇囟仍O(shè)置在200℃并且在0.5sccmSiH4/H2(用1％H2稀釋)、1sccmBF3/H2(用1％H2稀釋)和50sccmH2下把源氣通過進(jìn)氣管222引入?？刂乒?jié)氣閥的閥行程，反應(yīng)室內(nèi)壓保持在1乇。一旦壓力穩(wěn)定后從高頻電源供給200W功率。保持等離子體120秒。這導(dǎo)致形成P型μc-Si層112。
在上述之后，以例子1同樣的方法制造光電轉(zhuǎn)換元件。
在形成保護(hù)件之前從吸收光譜能測(cè)量頂、中間和底半導(dǎo)體結(jié)的光電流分別是7.9mA/cm2、7.5mA/cm2和7.6mA/cm2。
在形成保護(hù)件后各結(jié)的光電流是7.6mA/cm2、7.3mA/cm2和7.8mA/cm2。在AM1.5(100mA/cm2)照射下從電壓-電流特性得到的占空因數(shù)是0.70。初始轉(zhuǎn)換效率是10.3％并且在AM1.5(100mW/cm2)下在4000小時(shí)退化試驗(yàn)后轉(zhuǎn)換效率是8.6％。退化試驗(yàn)后光電流如下頂7.2mA/cm2；中間7.1mA/cm2；底7.4mA/cm2。因此，中間半導(dǎo)體結(jié)的光電流變化最小，所以中間半導(dǎo)體是具有最好特性的一個(gè)。在該變化后，具有最好特性的中間半導(dǎo)體結(jié)的光電流也最小。
而且，該樣品在保持在溫度85℃和溫度85％的環(huán)境試驗(yàn)箱中進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)1000小時(shí)。轉(zhuǎn)換效率的變化僅是0.01％降低，因此毫無問題。
(對(duì)比例子2)除為了在微波i層淀積室203中形成i型α-SiGe層111，放電時(shí)間從例子2中的15秒降低到本對(duì)比例子中的13秒外，以例子2的同樣方法制造光電轉(zhuǎn)換元件。
在形成保護(hù)件前能從吸收光譜測(cè)量的頂、中間和底半導(dǎo)體結(jié)的光電流分別是7.5mA/cm2、7.5mA/cm2和7.7mA/cm2在形成保護(hù)件后各半導(dǎo)體結(jié)的光電流是7.2mA/cm2、7.6mA/cm2和7.8mA/cm2。在AM1.5(100mA/cm2)照射下從電壓-電流特性獲得的占空因數(shù)是0.68。初始轉(zhuǎn)換效率是9.8％并且在AM1.5(100mW/cm2)下在4000小時(shí)退化試驗(yàn)后的轉(zhuǎn)換效率是7.3％，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于例子2。
(例子3)在一些情況下，因?yàn)閷?duì)外觀的鑒賞，使房頂材料產(chǎn)生包括紅色的色調(diào)。在這種情況下，保護(hù)件可是彩色的，但更易的方法是通過可透射導(dǎo)電層的厚度控制色調(diào)。本例子是降低可透射導(dǎo)電層的厚度來增加長(zhǎng)波長(zhǎng)光的反射，從而由此調(diào)節(jié)半導(dǎo)體結(jié)中的光電流。在本例子中也同例子1制造頂控制3重電池。
以底半導(dǎo)體結(jié)的i層105的制造時(shí)間是15秒，中間半導(dǎo)體結(jié)的i層108的制造時(shí)間也是15秒，頂半導(dǎo)體結(jié)的i層111的制造時(shí)間是600秒，并且以制造時(shí)間100秒制造厚70nm的可透射導(dǎo)電層的方式制造例子1中的光電轉(zhuǎn)換元件；從而除底半導(dǎo)體結(jié)的i層105的制造時(shí)間是17秒，中間半導(dǎo)體結(jié)的i層108的制造時(shí)間也是17秒，頂半導(dǎo)體結(jié)的i層111的制造時(shí)間是570秒，以及以制造時(shí)間71秒制造厚50nm的可透射導(dǎo)電層外以例子1的同樣方法制造本例子中的光電轉(zhuǎn)換元件。
從形成保護(hù)件前的吸收光譜能測(cè)量頂、中間和底半導(dǎo)體結(jié)的光電流分別是7.8mA/cm2、7.2mA/cm2、和7.6mA/cm2。
形成保護(hù)件后各結(jié)的光電流是7.2mA/cm2、7.5mA/cm2和7.9mA/cm2，因此電池是頂控制電池。從AM1.5(100mA/cm2)照射下電壓-電流特性得到的占空因數(shù)是0.72。初始轉(zhuǎn)換效率是10.3％以及在AM1.5(100mW/cm2)4000小時(shí)退化試驗(yàn)后的轉(zhuǎn)換效率是8.7％。退化試驗(yàn)后的光電流如下頂7.1mA/cm2；中間7.2mA/cm2；底7.7mA/cm2。因此，頂半導(dǎo)體結(jié)的光電流變化最小，所以頂半導(dǎo)體結(jié)是具有最好特性的一個(gè)。在該變化后，具有最好特性的頂半導(dǎo)體結(jié)的光電流也最小。
而且，該樣品在保持在溫度85℃和濕度85％的環(huán)境試驗(yàn)箱中進(jìn)行1000小時(shí)環(huán)境試驗(yàn)。轉(zhuǎn)換效率的變化僅是0.01％降低，因此毫無問題。
(對(duì)比例子3)除經(jīng)制造時(shí)間71秒制造厚50nm的可透射導(dǎo)電層外以例子1的同樣方式制造光電轉(zhuǎn)換元件。
從形成保護(hù)件前的吸收譜能測(cè)量頂、中間和底半導(dǎo)體結(jié)的光電流分別是7.9mA/cm2、7.0mA/cm2和7.4mA/cm2。
在形成保護(hù)件后各結(jié)的光電流是7.3mA/cm2、7.3mA/cm2和7.7mA/cm2。從在AM1.5(100mA/cm2)照射下的電壓-電流特性得到的占空因數(shù)是0.66。初始轉(zhuǎn)換效率是9.5％并且在AM1.5(100mW/cm2)4000小時(shí)退化試驗(yàn)后的轉(zhuǎn)換效率是7.2％。退化試驗(yàn)后光電流如下頂7.2mAm2；中間6.9mA/cm2；底7.5mA/cm2。因此，頂半導(dǎo)體結(jié)的光電流變化最小，所以頂半導(dǎo)體結(jié)是具有最好特性的一個(gè)。然而，中間半導(dǎo)體結(jié)顯示最小光電流，從而極大降低效率。
(例子4)該基底是24cm×35cm的大基底。除使用尺寸達(dá)到加工大基底的裝置來制造元件外以同例子1的方法制造光電轉(zhuǎn)換元件。在這種情況下，因?yàn)樵谟酶哳l法制造頂半導(dǎo)體結(jié)的i層淀積室中反電極的定位偏離，在縱向邊緣處觀察厚度分布。通過調(diào)節(jié)裝置能消除該分布，但不用調(diào)節(jié)裝置來制造該層。
當(dāng)形成保護(hù)件時(shí)，其中間部分的1/2是凸形的沖壓板放置其上，從而使保護(hù)件的兩端更厚，約500μm。
從保護(hù)件形成前的吸收光譜能測(cè)量的頂、中間和底半體結(jié)的光電流分別是7.4mA/cm2、7.2mA/cm2和7.6mA/cm2。
保護(hù)件形成后各結(jié)的光電流是7.1mA/cm2、7.4mA/cm2和7.9mA/cm2。從AM1.5(100mA/cm2)照射下的電壓-電流特性得到的占空因數(shù)是0.71。初始轉(zhuǎn)換效率是10.2％以及在AM1.5(100mW/cm2)4000小時(shí)退化試驗(yàn)后的轉(zhuǎn)換效率是8.6％。退化試驗(yàn)后的光電流如下頂7.1mA/cm2；中間7.2mA/cm2；底7.7mA/cm2。因此，頂半導(dǎo)體結(jié)的光電流變化最小，所以頂半導(dǎo)體結(jié)是具有最好特性的一個(gè)。在此變化后，具有最好特性的頂半導(dǎo)體結(jié)的光電流也是最小。
而且，該樣品在保持在溫度85℃和濕度85％的環(huán)境試驗(yàn)箱中進(jìn)行1000小時(shí)環(huán)境試驗(yàn)。轉(zhuǎn)換效率的變化僅0.03％降低，因此毫無問題。
(對(duì)比例子4)基底是24cm×35cm的大基底。除使用尺寸達(dá)到加工該大基底的裝置來制造元件外以同例子1的方法制造光電轉(zhuǎn)換元件。在這種情況下，因?yàn)樵谟筛哳l方法制造頂半導(dǎo)體結(jié)的i層的淀積室中反電極的定位偏離，在縱向邊緣處觀察厚度的分布。通過調(diào)節(jié)裝置能消除該分布，但不用調(diào)節(jié)裝置來制造該層。當(dāng)形成保護(hù)件時(shí)，以例子1的同樣方法形成均勻厚度的保護(hù)件。
從保護(hù)件形成前吸收光譜能測(cè)量的頂、中間和底半導(dǎo)體結(jié)的光電流每個(gè)依據(jù)位置的不同，分別是7.4-7.6mA/cm2、7.0-7.2mA/cm2和7.4-7.6mA/cm2。
在保護(hù)件形成后各結(jié)的光電流是7.1-7.3mA/cm2、7.2-7.4mA/cm2和7.7-7.9mA/cm2。從AM1.5(100mA/cm2)照射下的電壓-電流特性得到的占空因數(shù)是0.68。初始轉(zhuǎn)換效率是9.8％以及在AM1.5(100mW/cm2)下在4000小時(shí)退化試驗(yàn)后的轉(zhuǎn)換效率是7.7％。這可能因?yàn)橐罁?jù)位置存在具有最好特性的頂半導(dǎo)體結(jié)的光電流不是最小的區(qū)域并且這些區(qū)域使全部特性降低。
對(duì)于本發(fā)明制造結(jié)構(gòu)中的光電轉(zhuǎn)換元件，占空因數(shù)高且光電轉(zhuǎn)換效率增加。在長(zhǎng)期內(nèi)性能幾乎沒有變化并且可靠性高。
當(dāng)光電轉(zhuǎn)換元件用作房頂材料時(shí)，在一些情況下外觀和色調(diào)也是重要因素。在這種情況下，通過故意反射特定波長(zhǎng)的光來產(chǎn)生色調(diào)，光退化能抑制到不極大降低轉(zhuǎn)換效率的低水平。
此外，因?yàn)槭购穸茸兓?，有降低如不能覆蓋基底形狀這樣的缺陷的效果。在電壓下斷裂程度改善，從而得到具有高可靠性的光電轉(zhuǎn)換元件。
而且，此外，通過調(diào)節(jié)不透過特定波長(zhǎng)范圍中的光的保護(hù)件厚度和分布，半導(dǎo)體結(jié)的制造條件能有寬的許可范圍。
本發(fā)明在長(zhǎng)期例如10～20年的使用中成功保持轉(zhuǎn)換效率幾乎恒定。
權(quán)利要求
1.一種光電轉(zhuǎn)換元件，包括基底，由形成在所述基底上的非單晶硅半導(dǎo)體組成的多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)和覆蓋所述半導(dǎo)體結(jié)的表面材料；其中所述半導(dǎo)體結(jié)具有彼此不同的各吸收光譜和彼此不同的各光退化率，在沒有所述表面材料的狀態(tài)下由最小退化率的半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流大于由最大退化率的半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流；以及其中所述表面材料吸收與最小退化率的半導(dǎo)體結(jié)的部分吸收光譜相對(duì)應(yīng)的范圍中的光，從而由最小退化率的所述半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流變得小于由最大退化率的半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光電轉(zhuǎn)換元件，其中最小退化率的半導(dǎo)體結(jié)的吸收光譜位于短波長(zhǎng)范圍內(nèi)以及最大退化率的半導(dǎo)體結(jié)的吸收光譜位于長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的光電轉(zhuǎn)換元件，其中最小退化率的半導(dǎo)體結(jié)的吸收光譜峰值位于不大于500nm的波長(zhǎng)處以及最大退化率的半導(dǎo)體結(jié)的吸收光譜峰值位于不小于700nm的波長(zhǎng)處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的光電轉(zhuǎn)換元件，其中最小退化率的所述半導(dǎo)體結(jié)設(shè)置在最大退化率的所述半導(dǎo)體結(jié)上面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的光電轉(zhuǎn)換元件，其中最小退化率的所述半導(dǎo)體結(jié)設(shè)置在最大退化率的所述半導(dǎo)體結(jié)上面并且中間退化率的半導(dǎo)體結(jié)設(shè)置在最小退化率的半導(dǎo)體結(jié)和最大退化率的半導(dǎo)體結(jié)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的光電轉(zhuǎn)換元件，其中最小退化率的所述半導(dǎo)體結(jié)的吸收光譜峰值位于不大于500nm的波長(zhǎng)處，中間退化率的所述半導(dǎo)體結(jié)的吸收光譜峰值位于500nm-700nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，最大退化率的所述半導(dǎo)體結(jié)的吸收光譜峰值位于不小于700nm的波長(zhǎng)處。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任何一個(gè)的光電轉(zhuǎn)換元件，其中所述半導(dǎo)體結(jié)是具有Pin結(jié)的結(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的光電轉(zhuǎn)換元件，其中最大退化率的所述半導(dǎo)體結(jié)具有由使用微波功率的等離子體CVD淀積的i型半導(dǎo)體以及最小退化率的所述半導(dǎo)體結(jié)具有由使用射頻功率的等離子體CVD淀積的i型層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的光電轉(zhuǎn)換元件，其中所述表面材料是含紫外吸收材料的材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的光電轉(zhuǎn)換元件，其中所述表面材料是具有大量吸收波長(zhǎng)不大于350nm的光的特性的材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的光電轉(zhuǎn)換元件，其中所述表面材料是由表面密封材料和表面膜構(gòu)成的材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的光電轉(zhuǎn)換元件，其中所述密封材料含有紫外吸收材料。
13.一種光電轉(zhuǎn)換元件，其中含有可透射導(dǎo)電層和保護(hù)件并且在特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有低透光率的表面材料設(shè)在由多個(gè)非單晶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換部分的光入射表面上并且其中在長(zhǎng)期使用期間在通過所述表面材料的光照射下由所述多個(gè)半導(dǎo)結(jié)中具有最好特性的半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流總是小于由其它半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的光電轉(zhuǎn)換元件，其中具有最好特性的半導(dǎo)體結(jié)的i層由非單晶硅構(gòu)成并且其它半導(dǎo)體結(jié)的i層由非單晶硅鍺構(gòu)成。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的光電轉(zhuǎn)換元件，其中具有最好特性的半導(dǎo)體結(jié)的i層是由高頻功率制造以及其它半導(dǎo)體結(jié)的i層由微波功率制造。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的光電轉(zhuǎn)換元件，其中具有最好特性的半導(dǎo)體結(jié)的i層淀積速率小于其它半導(dǎo)體結(jié)的i層淀積速率。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的光電轉(zhuǎn)換元件，其中在具有最好特性的半導(dǎo)體結(jié)的i層中懸空鍵密度小于其它半導(dǎo)體結(jié)的i層中懸空鍵密度。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的光電轉(zhuǎn)換元件，其中具有最好特性的半導(dǎo)體結(jié)的光退化小于其它半導(dǎo)體結(jié)的光退化。
19.根據(jù)權(quán)利要求13的光電轉(zhuǎn)換元件，其中具有最好特性的半導(dǎo)體結(jié)的i層的自旋密度小于其它半導(dǎo)體結(jié)的i層的自旋密度。
20.根據(jù)權(quán)利要求13的光電轉(zhuǎn)換元件，其中具有最好特性的半導(dǎo)體結(jié)的占空因數(shù)大于其它半導(dǎo)體結(jié)的占空因數(shù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求13的光電轉(zhuǎn)換元件，其中具有最好特性的半導(dǎo)體結(jié)的i層的載流子遷移率大于其它半導(dǎo)體結(jié)的i層的載流子遷移率
22.根據(jù)權(quán)利要求13的光電轉(zhuǎn)換元件，其中至少部分表面材料對(duì)波長(zhǎng)350nm的光具有低的透射率。
23.一種光電轉(zhuǎn)換元件，其中當(dāng)由多個(gè)非單晶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)成其上有可透射導(dǎo)電層的光電轉(zhuǎn)換部分的光入射表面沒有保護(hù)件地暴露在光下時(shí)，由具有最好特性的半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流大于由其它半導(dǎo)體結(jié)中至少一個(gè)產(chǎn)生的光電流并且其中當(dāng)具有對(duì)特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光有低透射率的保護(hù)件的光入射表面暴露在光下時(shí)，在長(zhǎng)期使用期間由具有最好特性的半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流總小于由其它半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流。
24.一種光電轉(zhuǎn)換元件，其中由具有最好特性的半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流比其它半導(dǎo)體結(jié)中至少一個(gè)產(chǎn)生的光電流大0-6％以及其中在有保護(hù)件，該保護(hù)件在特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)有低透光率的狀態(tài)下，光照射時(shí)在長(zhǎng)期使用期間具有最好特性的半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流總小于其它半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流。
25.一種建筑材料，包括a)光電轉(zhuǎn)換元件，包括基底和由形成在所述基底上的非單晶半導(dǎo)體構(gòu)成的多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)；其中所述半導(dǎo)體結(jié)具有彼此不同的各吸收光譜和彼此不同的各光退化率，以及在沒有所述表面材料的情況下由最小退化率的半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流大于最大退化率的半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流，及其中所述表面材料吸收在與最小退化率的半導(dǎo)體結(jié)的部分吸收光譜相對(duì)應(yīng)的范圍中的光，從而由最小退化率的所述半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流變得小于最大退化率的半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生光電流；以及b)設(shè)在所述光電轉(zhuǎn)換元件的底表面上的底面材料。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的建筑材料，其中所述底面材料是用于房頂?shù)匿摪濉?br> 27.根據(jù)權(quán)利要求26的建筑材料，其中所述表面材料是含紫外吸收材料的材料。
28.根據(jù)權(quán)利要求26建筑材料，其中所述表面材料是具有大量吸收波長(zhǎng)不大于350nm的光的特性的材料。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的建筑材料，其中所述表面材料是由表面密封材料和表面膜構(gòu)成的材料。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的建筑材料，其中所述密封材料含有紫外吸收材料。
31.一種發(fā)電裝置，包括a)光電轉(zhuǎn)換元件，包括基底，由形成在所述基底上的非單晶半導(dǎo)體構(gòu)成的多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)，及覆蓋所述半導(dǎo)體結(jié)的表面材料；其中所述半導(dǎo)體結(jié)具有彼此不同的各吸收光譜和彼此不同的各光退化率，以及在沒有所述表面材料的狀態(tài)下由最小退化率的半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流大于最大退化率的半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流，及其中所述表面材料吸收在與最小退化率的半導(dǎo)體結(jié)的部分吸收光譜相對(duì)應(yīng)的范圍內(nèi)的光，從而由最小退化率的所述半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流變得小于最大退化率的半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流；及b)用于轉(zhuǎn)換由所述光電轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生的能量的能量轉(zhuǎn)換裝置。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的發(fā)電裝置，其中所述能量轉(zhuǎn)換裝置是用于把來自所述光電轉(zhuǎn)換元件的能量轉(zhuǎn)換成ac波形電壓的裝置。
33.根據(jù)權(quán)利要求31的發(fā)電裝置，其中所述能量轉(zhuǎn)換裝置是用于把來自所述光電轉(zhuǎn)換元件的能量轉(zhuǎn)換成dc波形電壓的裝置。
全文摘要
一種光電轉(zhuǎn)換元件,包括:基底,由形成在所述基底上的非單晶硅半導(dǎo)體組成的多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)和覆蓋所述半導(dǎo)體結(jié)的表面材料;所述半導(dǎo)體結(jié)具有不同的吸收光譜和不同的光退化率,在沒有所述表面材料的狀態(tài)下,由最小退化率的半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流大于最大退化率的半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流;其所述表面材料吸收與最小退化率的半導(dǎo)體結(jié)的部分吸收光譜相對(duì)應(yīng)的范圍中的光,從而由最小退化率的所述半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流小于最大退化率的半導(dǎo)體結(jié)產(chǎn)生的光電流。
文檔編號(hào)H01L31/04GK1201265SQ9810804
公開日1998年12月9日 申請(qǐng)日期1998年3月10日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月11日
發(fā)明者塩崎篤志, 齊藤惠志, 金井正博, 大利博和, 岡田直人 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社