專利名稱:太陽能電池裝置及其制造方法
技術領域:
本發(fā)明涉及通過提高硅太陽能電池裝置的開路端電壓,實現(xiàn)高變換效率的硅太陽能電池裝置及其制造方法。
圖10是表示現(xiàn)有技術的太陽能電池裝置102的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
太陽能電池裝置102,是在作為透明玻璃基片的絕緣性基片10的表面上形成透明氧化物電極12,同時在該透明氧化物電極12的表面上依次疊合p型半導體層18,緩沖層20,本征半導體層22,n型半導體層24,金屬電極26而形成多層結(jié)構(gòu)。
絕緣性基片10,把從未形成透明氧化物電極12的一側(cè)表面(圖面的下側(cè))入射的光傳達到透明氧化物電極12。
透明氧化物電極12,是為了經(jīng)由絕緣性基片10把入射的光(主要是太陽光)引導到p型半導體層18并經(jīng)由緩沖層20引導到本征半導體層22,同時保持與p型半導體層18的歐姆接觸而形成的。
p型半導體層18,是為了把由入射光在本征半導體層22中產(chǎn)生的電荷載體引導到透明氧化物電極12而設置的由p型半導體組成的層。緩沖層20,具有防止在p型半導體層18中包含的摻雜物(硼)混入本征半導體層22而使其禁帶寬度狹窄化的緩沖層的作用。本征半導體層22,是由吸收入射光而產(chǎn)生電荷載體用的本征半導體形成的層。n型半導體層24,是為了把在本征半導體層22中生成的電荷載體引導到金屬電極26而設置的由n型半導體組成的層。在金屬電極26上連接取出電動勢用的配線。
下面用圖11至圖15就上述現(xiàn)有技術的太陽能電池裝置的制造方法進行說明。
首先,為了在絕緣性基片10上形成透明氧化物電極12,在氧化錫形成之后,在其整個表面上涂布感光性樹脂13。然后用規(guī)定的掩模對該感光性樹脂13進行曝光和顯像處理,在成為太陽能電池裝置102的區(qū)域里保留感光性樹脂13。
接著,如圖11中所示,以該感光性樹脂13為刻蝕掩模,把碘化氫(HI)和氬(Ar)用作原料氣體,用反應性離子刻蝕裝置對透明氧化物電極12進行刻蝕。然后,如果去除感光性樹脂13,則成為如圖12中所示在絕緣性基片10的整個表面上設置透明氧化物電極12的狀態(tài)。
接著,如圖13中所示,通過等離子體CVD(化學氣相沉積)法在絕緣性基片10的整個表面上形成p型半導體層18,以便覆蓋透明氧化物電極12。此時,作為原料氣體,使用甲硅烷(SiH4)和硼烷(B2H6)。此外,同時引入甲烷氣體(CH4)進行p型半導體層18的碳化硅化,借此防止其禁帶寬度的狹窄化,同時防止光變換效率的降低。接著在p型半導體層18的整個表面上疊合形成緩沖層20。這些通過使用甲硅烷(SiH4)和甲烷氣體(CH4)的等離子體CVD法來進行。接著,在緩沖層20的整個表面上形成本征半導體層22。這些也是通過作為原料氣體使用甲硅烷(SiH4)的等離子體CVD法來進行。
進而,如圖14中所示,在本征半導體層22的整個表面上形成n型半導體層24。這些通過作為原料氣體使用甲硅烷(SiH4)和磷化氫(PH3)等離子體CVD法來進行。然后,通過濺射法在n型半導體層24的整個表面上形成制成金屬電極26用的金屬模25,然后在其整個表面上涂布感光性樹脂15。
然后,如圖15中所示,用規(guī)定的掩模對感光性樹脂15進行曝光和顯像處理,僅在成為太陽能電池裝置102的區(qū)域保留感光性樹脂15。接著,以該感光性樹脂15為刻蝕掩模通過反應性離子刻蝕法刻蝕去掉金屬模25及重疊在其下側(cè)的各層,進而,去掉該用于刻蝕掩模的感光性樹脂15。
這樣一來,如圖10中所示,可以制造在透明氧化物電極12上依次層疊p型半導體層18、緩沖層20、本征半導體層22、n型半導體層24以及金屬電極26的太陽能電池裝置102。
可是,雖然通過以上的制造方法可以制造現(xiàn)有技術中的太陽能電池裝置102,但是該太陽能電池裝置102,因為備有用氧化錫作為透明氧化物電極12的結(jié)構(gòu),所以關于該結(jié)構(gòu)存在著下面這樣的問題。也就是說,氧化錫是化學上極其活潑的物質(zhì),具有容易與重疊在透明氧化物電極12上的半導體層起反應的性質(zhì)。因此,在透明氧化物電極12與p型半導體層18之間容易進行原子的相互擴散,存在著透明氧化物電極12的透明性劣化而透光率降低,非晶體半導體層(特別是本征半導體層22)的膜質(zhì)劣化,因此引起開路端電壓降低這樣的問題。
一般來說在太陽能電池中,盡可能地提高把光有效地轉(zhuǎn)換成電能的效率是必要的。因為能量的轉(zhuǎn)換效率,可以按入射光所具有的能量對根據(jù)開路端電壓與短路電流之積求出的最大輸出功率之比求出,故如果開路端電壓降低,則招致太陽能電池的最大輸出功率降低而使能量的轉(zhuǎn)換效率降低。因而,使透明氧化物電極的表面穩(wěn)定化,對于防止其膜質(zhì)的劣化引起的開路端電壓的降低,使太陽能電池的輸出特性提高來說是極其重要的。
本發(fā)明的目的在于,通過在太陽能電池裝置及其制造方法中,解決這種問題,提高以提高太陽能電池的開路端電壓為主的太陽能電池的輸出特性。
本發(fā)明,為了實現(xiàn)上述目的,是在絕緣性基片上設置透明氧化物電極,在該透明氧化物電極上依次設置p型半導體層和本征半導體層和n型半導體層,同時在該n型半導體層上設置金屬電極的太陽能電池裝置中,在透明氧化物電極的表面上設置施行氧化性等離子體處理而成的表面處理層,經(jīng)由該表面處理層設置p型半導體層,由此制成太陽能電池裝置。
該太陽能電池裝置,因為通過設置表面處理層而使透明氧化物電極化學上穩(wěn)定化,故開路端電壓提高。
此外,該太陽能電池裝置,也可以制成這樣的構(gòu)成,即在表面處理層與p型半導體層之間有氮化硅膜。這樣一來,透明氧化物電極化學上進一步穩(wěn)定化。
而且,透明氧化物電極的未設置p型半導體層的側(cè)面可以形成從上端向絕緣性基片逐漸向外傾斜的錐狀。這樣一來,防止了金屬電極的斷線和短路。
本發(fā)明還提供一種太陽能電池裝置的制造方法,其特征在于具有,在絕緣性基片上形成透明氧化物電極的工序,在該透明氧化物電極的表面上施行氧化性等離子體處理而形成表面處理層的工序,在該表面處理層上依次形成p型半導體層、本征半導體層和n型半導體層的工序,以及在該n型半導體層上形成金屬電極的工序。
在該制造方法的場合下,可以在形成表面處理層的工序之后,增加在該表面處理層上形成氮化硅膜的工序。
此外,在形成透明氧化物電極的工序中,可以這樣形成透明氧化物電極,即,使未設置p型半導體層的側(cè)面,成為從上端向絕緣性基片逐漸向外傾斜的錐狀。
圖1是表示本發(fā)明的最佳實施例中的太陽能電池裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖2是表示太陽能電池裝置的使用狀態(tài)的剖視圖。
圖3至圖9是表示本發(fā)明的最佳實施例中的太陽能電池裝置的制造方法的各工序的剖視圖。
圖10是表示現(xiàn)有技術的太陽能電池裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖11至圖15是表示現(xiàn)有技術的太陽能電池裝置的制造方法的各工序的剖視圖。
下面用附圖詳細說明實施根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池裝置及其制造方法的最佳形態(tài)。
首先,用圖1就根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池裝置的結(jié)構(gòu)進行說明。其中與圖10中所示的現(xiàn)有技術的太陽能電池裝置相同的結(jié)構(gòu),采用與之相同的標號來說明。圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的最佳實施例中的太陽能電池裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
如圖1中所示,太陽能電池裝置2,是在作為透明的玻璃基片的絕緣性基片10的表面上設置透明氧化物電極12,在該透明氧化物電極12的表面上施行氧化性等離子體處理而設置表面處理層14,同時在其上設置氮化硅膜16,在該氮化硅膜16上依次重疊p型半導體層18、緩沖層20、本征半導體層22、n型半導體層24、金屬電極26而形成多層結(jié)構(gòu)。
絕緣性基片10,形成寬度、縱深適當且具有適度的厚度的板狀,使入射光從未形成透明氧化物電極12一側(cè)的表面(圖面中的下側(cè))傳到透明氧化物電極12。
透明氧化物電極12,把經(jīng)由絕緣性基片10入射的光(主要是太陽光)經(jīng)由表面處理層14、氮化硅膜16、p型半導體層18和緩沖層20導入本征半導體層22,同時是為了保持與p型半導體層18的歐姆接觸而形成的,連接有用來把產(chǎn)生的電動勢取出到外部的配線。
此外,如圖1中所示,根據(jù)本發(fā)明的透明氧化物電極12,把未設置p型半導體層18的側(cè)面12a形成從上端向絕緣性基片10逐漸向外傾斜的錐狀。由此,防止金屬電極26的斷路和短路。
雖然在該透明氧化物電極12的表面上,施行氧化性等離子體處理而形成表面處理層14,但是該表面處理層14,抑制透明氧化物電極12的還原,使表面化學上穩(wěn)定化,作為用來提高太陽能電池裝置2的特性的表面穩(wěn)定化層發(fā)揮作用。也就是說,通過施行氧化性等離子體處理,使氧原子等離子體形成的表面處理層14中所包含的氧原子與透明氧化物電極12的表面上出現(xiàn)的游離的錫原子相結(jié)合,抑制p型半導體層18中所包含的摻雜物(硼)與該游離的錫原子的結(jié)合(還原的抑制)。這樣一來,表面處理層14使透明氧化物電極12的表面穩(wěn)定化。
氮化硅膜16,是為了防止透明氧化物電極12與p型半導體層18的相互擴散,防止入射的太陽光的反射,使之高效率地入射到本征半導體層22而形成的。
p型半導體層18,是由為了形成把由入射光在本征半導體層22中生成的電荷載體引入透明氧化物電極12用的內(nèi)部電場而設置的p型半導體組成的層。
緩沖層20,作為防止p型半導體層18中包含的p型摻雜物(硼)混入本征半導體層22而使其禁帶寬度狹窄化,防止光吸收效率的降低用的緩沖層而發(fā)揮作用。本征半導體層22,是由生成與吸收的入射光的能量相對應的電荷載體(電子和正空穴對)用的本征半導體形成的層。n型半導體層24,是由為了形成把在本征半導體層22中生成的電荷載體導入金屬電極26用的內(nèi)部電場而設置的n型半導體形成的層。在金屬電極26上,連接著取出產(chǎn)生的電動勢用的配線。
具有以上構(gòu)成的太陽能電池裝置2,如圖2中所示地使用。也就是說,把配線軟線27經(jīng)由表面處理層14連接到透明氧化物電極12的表面,同時把配線軟線28連接到金屬電極26,把負載阻抗29連接到配線軟線27和配線軟線28。
而且,如果使光30從絕緣性基片10的未形成透明氧化物電極12的背面入射,則該入射光30從透明氧化物電極12經(jīng)由表面處理層14、氮化硅膜16、p型半導體層18、緩沖層20到達本征半導體層22。于是,接受該光30的能量,在本征半導體層22中生成電子、正空穴對。該電子、正空穴對,被由p型半導體層18和n型半導體層24所形成的電場分離,在透明氧化物電極12和金屬電極26上出現(xiàn)電動勢。該電動勢,從經(jīng)由配線軟線27、28連接的負載阻抗29取出。這樣一來,就把入射光具有的能量轉(zhuǎn)換成電能。
此時,透明氧化物電極12,因為設置通過對其表面氧化性等離子體處理產(chǎn)生的表面處理層14,所以抑制其表面上的還原,成為化學上穩(wěn)定化了的。因而,由于沒有其透光率降低,也沒有非晶體半導體層的膜質(zhì)的劣化,所以可以使開路端電壓提高,作為太陽能電池裝置得到良好的輸出特性。此外,由于通過設置氮化硅膜16,可以使透明氧化物電極12的膜質(zhì)進一步穩(wěn)定化,所以可以使開路端電壓進一步提高。下面用圖3~圖9和圖1就根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池裝置的制造方法詳細地進行說明。
首先,如圖3中所示,為了在絕緣性基片10上形成透明氧化物電極12而形成氧化錫。此時的膜厚度,為900nm左右,用CVD法來形成。接著,在形成了氧化錫的絕緣性基片10上的整個表面上涂布膜厚2.3μm左右的感光性樹脂13,然后用規(guī)定的掩模對該感光性樹脂13進行曝光和顯像處理,在成為太陽能電池裝置2的區(qū)域內(nèi)保留感光性樹脂13。
接著,如圖4中所示,以該感光性樹脂13為刻蝕掩模,把碘化氫(HI)和氬(Ar)用作原料氣體,用反應性離子刻蝕裝置來進行刻蝕,把成膜的氧化錫形成圖案。該成膜的氧化錫的刻蝕,為了防止金屬電極26的斷線和短路,這樣來進行以便使未被感光性樹脂13所覆蓋的側(cè)面12a成為從上端向絕緣性基片10逐漸向外側(cè)傾斜的錐狀。而且,如果去掉感光性樹脂13,則如圖5中所示,成為在絕緣性基片10上形成透明氧化物電極12的狀態(tài)。
接著,為了把該透明氧化物電極12的表面穩(wěn)定化而進行氧化性等離子體處理并形成表面處理層14。該氧化性等離子體處理,用由流量比為6∶1的氧(O2)和氬(Ar)組成的原料氣體,通過使透明氧化物電極12暴露于以300W施加13.56MHz的高頻電力的等離子體氣氛來進行。于是,如圖6中所示,不用說透明氧化物電極12的表面,就連側(cè)面12a都形成施行氧化性等離子體處理的膜厚幾nm的表面處理層14。
進而,如圖7中所示,以大約2nm左右的厚度在絕緣性基片10的整個表面上形成防止入射的太陽光的反射的氮化硅膜16。該處理,用甲硅烷(SiH4)和氮氣(N2)作原料氣體,通過大約13.56MHz的高頻放電產(chǎn)生的等離子體CVD(化學氣相沉積)法來進行。
然后,通過等離子體CVD(化學氣相沉積)法在絕緣性基片10的整個表面上形成p型半導體層18以便覆蓋氮化硅膜16。此時,原料氣體,使用甲硅烷(SiH4)和硼烷(B2H6),p型半導體層18的膜厚取為10nm左右。此外,同時引入甲烷氣體(CH4)進行p型半導體層18的碳化硅化,由此防止其禁帶寬度的狹窄化,同時防止光吸收效率的降低。接著在p型半導體層18的整個表面上疊合形成緩沖層20。這些,通過使用甲硅烷(SiH4)和甲烷氣體(CH4)和氫(H2)作為原料氣體的等離子體CVD法來進行,把緩沖層20的膜厚取為13nm左右。然后,在緩沖層20的整個表面上形成本征半導體層22。雖然使用甲硅烷(SiH4)作為原料氣體,但也是通過等離子體CVD法來進行。本征半導體層22的膜厚取為600nm左右。
進而,如圖8中所示,在本征半導體層22的整個表面上形成n型半導體層24。它通過使用甲硅烷(SiH4)和磷化氫(PH3)作為原料氣體的等離子體CVD法來進行,膜厚成長到40nm左右。然后,通過濺射法在n型半導體層24的整個表面上形成制成金屬電極26用的金屬模25。此時,用鈦(Ti)作原料,形成為金屬模25的膜厚為200nm左右。然后,通過旋轉(zhuǎn)涂布法在金屬模25的整個表面上涂布感光性樹脂17,到膜厚1.2μm左右。
然后,如圖9中所示,用規(guī)定的掩模對感光性樹脂17進行曝光和顯像處理,形成圖案以便僅在成為太陽能電池裝置2的區(qū)域內(nèi)保留感光性樹脂17。接著,以該感光性樹脂17為刻蝕掩模,首先,通過使用氯(Cl2)和三氯化硼(BCl3)為刻蝕氣體的反應性離子刻蝕裝置刻蝕去掉金屬模25,由此形成金屬電極26。
接著,以同一感光性樹脂17和金屬電極26作為刻蝕掩模,以六氟化硫(SF6)和四氟化碳(CF4)和氧(O2)作為原料氣體,借助于反應性離子刻蝕裝置,自行調(diào)整地刻蝕重疊在金屬電極26的下側(cè)的n型半導體層24、本征半導體層22、緩沖層20、p型半導體層18以及氮化硅膜16。進而,去掉用于該刻蝕掩模的感光性樹脂17。
這樣一來,如圖1中所示,可以制造在透明氧化物電極12上形成表面處理層14,同時在其上表面上形成氮化硅膜16,而且依次重疊p型半導體層18、緩沖層20、本征半導體層22、n型半導體層24以及金屬電極26的太陽能電池裝置2。
根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池裝置,因為在透明氧化物電極的表面上設置由氧化性等離子體處理產(chǎn)生的表面處理層,所以透明氧化物電極的表面化學上穩(wěn)定化。因而,其透光率不降低,非晶體半導體層的膜質(zhì)不劣化,開路端電壓提高,作為太陽能電池裝置得到良好的輸出特性。通過設置氮化硅膜,透明氧化物電極的膜質(zhì)進一步穩(wěn)定化,開路端電壓進一步提高。
此外,如果用根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池裝置的制造方法,可以容易地制造開路端電壓提高,具有良好的輸出特性的太陽能電池裝置。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池裝置,在絕緣性基片上設置有透明氧化物電極,在該透明氧化物電極上依次設置有p型半導體層和本征半導體層和n型半導體層,同時在該n型半導體層上設置有金屬電極,其特征在于,在所述透明氧化物電極的表面上設置施行氧化性等離子體處理而成的表面處理層,并經(jīng)由該表面處理層設置所述p型半導體層。
2.權(quán)利要求1所述的太陽能電池裝置,其特征在于,在所述表面處理層與所述p型半導體層之間有氮化硅膜。
3.權(quán)利要求1所述的太陽能電池裝置,其特征在于,所述透明氧化物電極的未設置所述p型半導體層的側(cè)面形成從上端向所述絕緣性基片逐漸向外傾斜的錐狀。
4.權(quán)利要求2所述的太陽能電池裝置,其特征在于,所述透明氧化物電極的未設置所述p型半導體層的側(cè)面形成從上端向所述絕緣性基片逐漸向外傾斜的錐狀。
5.一種太陽能電池裝置的制造方法,其特征在于包括在絕緣性基片上形成透明氧化物電極的工序,在該透明氧化物電極的表面上施行氧化性等離子體處理而形成表面處理層的工序,在該表面處理層上依次形成p型半導體層、本征半導體層和n型半導體層的工序,以及在該n型半導體層上形成金屬電極的工序。
6.一種太陽能電池裝置的制造方法,其特征在于包括在絕緣性基片上形成透明氧化物電極的工序,在該透明氧化物電極的表面上施行氧化性等離子體處理而形成表面處理層的工序,在該表面處理層上形成氮化硅膜的工序,在該氮化硅膜上依次形成p型半導體層、本征半導體層和n型半導體層的工序,以及在該n型半導體層上形成金屬電極的工序。
7.權(quán)利要求5所述的太陽能電池裝置,其中在形成所述透明氧化物電極的工序中,所述透明氧化物電極形成為使未設置所述p型半導體層的側(cè)面,成為從上端向所述絕緣性基片逐漸向外傾斜的錐狀。
8.權(quán)利要求6所述的太陽能電池裝置,其中在形成所述透明氧化物電極的工序中,所述透明氧化物電極形成為使未設置所述p型半導體層的側(cè)面,成為從上端向所述絕緣性基片逐漸向外傾斜的錐狀。
全文摘要
一種太陽能電池(2),具有依次疊合絕緣透明玻璃基片(10)、透明氧化物電極(12)、通過對透明氧化物電極(12)進行氧化性等離子體處理而形成的表面處理層(14)、氮化硅膜(16)、p型半導體層(18)、緩沖層(20)、本征半導體層(22)、n型半導體層(24)、以及金屬電極(26)而成的多層結(jié)構(gòu)。透明氧化物電極(12)的表面通過表面處理層(14)而化學穩(wěn)定化,由此提高開路端電壓。
文檔編號H01L31/075GK1287690SQ99801904
公開日2001年3月14日 申請日期1999年1月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月22日
發(fā)明者栁町信三 申請人:時至準鐘表股份有限公司