用于太陽能電池的高霧度底層的制作方法
【專利說明】用于太陽能電池的高霧度底層
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2013年3月12日提交的美國臨時專利No. 61/777182的優(yōu)先權(quán)，其以 其整體通過引用并入本文。
[0003] 發(fā)明背景 1.發(fā)明領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明大體涉及太陽能電池，且在一【具體實施方式】中涉及具有改進的底層結(jié)構(gòu)的 非晶硅薄膜太陽能電池。
[0005] 2?技術(shù)考慮
[0006] 常規(guī)的非晶硅薄膜太陽能電池通常包括玻璃基板，其上方提供透明導電氧化物 (TC0)接觸層和具有p-n結(jié)的非晶硅薄膜活性層。后金屬層充當反射器和背接觸。TC0具 有不規(guī)則表面以增加光散射。在太陽能電池中，使用光散射或"霧度"來捕獲電池活性區(qū)中 的光。電池中捕獲的光越多，可獲得的效率越高。然而，霧度不可大至對光穿過TC0的透明 度造成不利影響。因此，光捕獲是嘗試改進太陽能電池效率時的重要問題且在薄膜電池設(shè) 計中尤為重要。然而，利用薄膜器件，該光捕獲更加困難，這是由于層厚度遠遠薄于先前已 知單晶器件中的那些。隨著膜厚度減小，它們傾向形成（tendtoward)主要具有平行表面 的涂層。該等平行表面通常無法提供大量光散射。
[0007] 薄膜太陽能電池的另一重要特征是TC0的表面電阻率。當輻照電池時，輻照所產(chǎn) 生的電子移動穿過硅且進入透明導電氧化物層中。電子盡可能快地移動穿過導電層的光電 轉(zhuǎn)換效率是重要的。即，期望透明導電層的表面電阻率是低的。還期望透明導電層高度透 明以容許最大量的太陽能輻射傳至硅層。
[0008] 因此，期望提供用于太陽能電池的增強穿過透明導電氧化物層的電子流、同時還 增強太陽能電池的光散射及透明度特征的涂層配置（coatingconfiguration)。
[0009] 發(fā)明概述
[0010] 硅薄膜太陽能電池包含基板和在基板的至少一部分上形成的底涂層。底涂層包 含包含氧化錫的連續(xù)第一層；和包含Sn、P和Si中至少兩者的氧化物的第二層。在第一涂 層的至少一部分上形成導電涂層，其中導電涂層包含Zn、Fe、Mn、Al、Ce、Sn、Sb、Hf、Zr、Ni、 Zn、Bi、Ti、Co、Cr、Si或In中一或多者的氧化物或這些材料中兩者或更多者的合金。在優(yōu) 選實施方式中，第一層由未經(jīng)摻雜氧化錫的連續(xù)層組成。
[0011] 在一具體太陽能電池中，基板為玻璃，第一層包含具有范圍在10nm至25nm的厚度 的連續(xù)氧化錫層。第二層包含具有范圍在l〇nm至40nm的厚度且具有范圍在1摩爾％至 40摩爾％、例如小于20摩爾％的氧化錫的二氧化硅、氧化錫和三氧化二磷（phosphorous oxide)之混合物。導電涂層包含具有大于470nm的厚度的氟摻雜氧化錫。
[0012] 太陽能電池具有基板和在基板的至少一部分上形成的底涂層。底涂層包括氧化錫 的連續(xù)第一層和具有Sn、P和Si的氧化物的第二層。在底涂層的至少一部分上形成透明導 電涂層。第二層包括上表面上造成導電涂層的不均勻晶體生長的突出物。
[0013] 經(jīng)涂覆制品包含玻璃基板和在基板的至少一部分上形成的底涂層。底涂層包括包 含具有范圍在l〇nm至25nm厚度的氧化錫的連續(xù)第一層和包含Sn、P和Si的氧化物的第二 層。第二層包含50至60原子％的硅、12至16原子％的錫和25至30原子％的磷。在底涂 層的至少一部分上形成包含氟摻雜氧化錫的透明導電涂層。第二層包括上表面上造成導電 涂層的不均勻晶體生長的突出物。
[0014] 附圖簡述
[0015] 在結(jié)合附圖考慮時，由以下描述將獲得本發(fā)明的完整理解。
[0016] 圖1是包含本發(fā)明底涂層的太陽能電池基板的側(cè)面剖視圖（未按比例）；和
[0017] 圖2是具有本發(fā)明底涂層的太陽能電池基板的側(cè)視圖（未按比例）。
[0018] 優(yōu)選實施方式的描述
[0019] 如本文所使用，空間或方向術(shù)語（例如"左"、"右"、"內(nèi)部"、"外部"、"上方"、"下方" 等）是指如圖式中所示的本發(fā)明。然而，應(yīng)理解本發(fā)明可設(shè)想多種備選定向，且因此這樣的 術(shù)語不應(yīng)視為限制。此外，如本文所使用，用于本說明書及權(quán)利要求中的表示尺寸、物理性 質(zhì)、加工參數(shù)、成份量、反應(yīng)條件等的所有數(shù)值在所有情況下皆應(yīng)理解為被術(shù)語"約"修飾。 因此，除非指明相反的情形，否則下列說明書及權(quán)利要求中所述的數(shù)值可根據(jù)本發(fā)明尋求 獲得的期望性質(zhì)而變化。最起碼，且并非企圖將等同原則的應(yīng)用限于權(quán)利要求的范圍，各數(shù) 值應(yīng)至少根據(jù)所報告有效數(shù)位的數(shù)值且通過使用普通舍入技術(shù)來解釋。此外，本文所公開 的所有范圍應(yīng)理解為涵蓋其中所包含的開始及結(jié)束范圍值以及任何和所有子范圍。例如， 所述范圍"1至10"應(yīng)視為包含介于（且包含）最小值1與最大值10之間的任何和所有子 范圍；即，以最小值1或較大值開始且以最大值10或較小值結(jié)束的所有子范圍，例如，1至 3. 3、4. 7至7. 5、5. 5至10等。此外，如本文所使用，術(shù)語"在上方形成"、"在上方沉積"或 "在上方提供"意指在表面上形成、沉積或提供但未必與表面直接接觸。例如，在基板"上方 形成"的涂層并不排除存在位于所形成涂層與基板間的一個或多個相同或不同組成的其他 涂層或膜。如本文所使用，術(shù)語"聚合物"或"聚合型"包括低聚物、均聚物、共聚物和三元 共聚物，例如由兩種或更多種類型的單體或聚合物形成的聚合物。術(shù)語"可見區(qū)"或"可見 光"是指具有范圍在380nm至760nm的波長的電磁輻射。術(shù)語"紅外區(qū)"或"紅外輻射"是 指具有范圍在大于760nm至100,OOOnm的波長的電磁輻射。術(shù)語"紫外區(qū)"或"紫外輻射" 意指具有范圍在200nm至小于380nm的波長的電磁能。術(shù)語"微波區(qū)"或"微波輻射"是指 具有范圍在300兆赫至300吉赫的頻率的電磁福射。另外，本文中所提及的所有文件（例 如但不限于已頒布的專利和專利申請）應(yīng)視為其全文"通過引用并人本文中"。在以下討論 中，折射率值是參考波長為550納米（nm)的那些。術(shù)語"膜"是指具有期望或所選組成的 涂層的區(qū)域。"層"包括一個或多個"膜"。"涂層"或"涂層堆棧"包含一個或多個"層"。術(shù) 語"連續(xù)層"意指施加涂層材料以覆蓋下伏層（underlyinglayer)或基板且沒有有意形成 裸區(qū)。"未經(jīng)摻雜"意指沒有有意添加摻雜物到涂層材料中。
[0020] 包含本發(fā)明特征的示例性太陽能電池10展示于圖1中。太陽能電池10包括具有 至少一個主表面14的基板12。在主表面14的至少一部分上方形成本發(fā)明的底涂層16。 底涂層16具有第一層18及第二層20。在底涂層16的至少一部分上形成透明導電氧化物 (TC0)涂層22。在TC0涂層22的至少一部分上形成非晶硅層24。在非晶硅層24的至少一 部分上形成金屬或含金屬的層26。
[0021] 在本發(fā)明的廣泛實踐中，基板12可包括具有任何期望性質(zhì)的任何期望材料。例 如，基板可對可見光透明或半透明。"透明"意指具有大于0%至100%的可見光透射率。 備選地，基板12可半透明。"半透明"意指允許電磁能（例如可見光）穿過但使該能量 擴散以使觀察者相對側(cè)的物體并不清晰可見。適宜材料的其他實例包括但不限于塑料基 板（例如丙烯酸類聚合物，例如聚丙烯酸酯；聚甲基丙烯酸烷基酯，例如聚甲基丙烯酸甲 酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丙酯等；聚氨酯；聚碳酸酯；聚對苯二甲酸烷基酯， 例如聚對苯二甲酸乙二酯（PET)、聚對苯二甲酸丙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯等；含有聚 硅氧烷的聚合物；或用于制備這些材料的任何單體的共聚物或其任何混合物）；玻璃基 板；或上述任一者的混合物或組合。例如，基板12可包括常規(guī)的鈉鈣硅酸鹽玻璃、硼硅 酸鹽玻璃或含鉛玻璃。玻璃可為透明玻璃。"透明玻璃"意指無色或無色彩玻璃。備選 地，玻璃可為有色或彩色玻璃。玻璃可為退火或熱處理玻璃。如本文所使用，術(shù)語"熱處 理"意指回火或至少部分回火。玻璃可具有任何類型（例如常規(guī)的浮法玻璃），且可為 具有任何光學性質(zhì)（例如任何值的可見光透射率、紫外光透射率、紅外光透射率和/或 總的太陽能透射率）的任何組成。"浮法玻璃"意指通過其中將熔融玻璃沉積至熔融金 屬浴上且受控地冷卻以形成浮法玻璃帶的常規(guī)浮法工藝形成的玻璃?？捎糜诒景l(fā)明實 踐玻璃的非限制性實例包括Solar green發(fā)、Sol extra:?、GL-2 0(凡、gl-35?、 Solarbronze?、Starphire?、Solarphire?、SoiarphirePV⑧及 So largray?玻璃，其皆商購自Pittsburgh，Pennsylvania的PPGIndustries公司。
[0022] 基板12可具有任何期望尺寸，例如長度、寬度、形狀或厚度。例如，基板12可為平 坦、彎曲的，或具有平坦和彎曲部分二者。在一非限制性實施方式中，基板12可具有以下范 圍內(nèi)的厚度：〇. 5mm至10_，例如1mm至5_，例如2mm至4_，例如3mm至4_。
[0023] 基板12可在550納米（nm)的參考波長下具有高可見光透射率。"高可見光透射 率"意指在550nm下可見光透射率大于或等于85 %，例如大于或等于87 %，例如大于或等于 90%，例如大于或等于91 %，例如大于或等于92%。
[0024] 在本發(fā)明實踐中，底涂層16是具有兩個或更多個涂層的多層涂層。第一層18可 在基板12與上覆涂層之間提供障壁。第一層18是具有以下厚度的連續(xù)層：小于50nm，例如 小于40nm，例如小于30nm，例如小于25nm，例如小于20nm，例如小于15nm，例如范圍在5nm 至25nm，例如范圍在5nm至15nm。
[0025] 第一層18優(yōu)選是未經(jīng)摻雜的金屬氧化物層。在優(yōu)選實施方式中，第一層18包含 未經(jīng)摻雜氧化錫的連續(xù)層。
[0026] 第二層20包含錫、硅和磷的氧化物。氧化物可以任何期望比例存在。氧化物的相 對比例可以任何期望量存在，例如0.lwt. %至99. 9wt. %的氧化錫、99. 9wt. %至0.lwt. % 的二氧化娃和〇.lwt. %至99. 9wt. %的三氧化二磷。一示例性第二層20包含錫、娃和磷的 氧化物，且錫以下列范圍存在：5原子％至30原子％，例如10原子％至20原子％，例如10 原子％至15原子％，例如12原子％至15原子％，例如14原子％至15原子％，例如14. 5 原子％。硅以下列范圍存在：40原子％至70原子％，例如45原子％至70原子％，例如45 原子％至65原子％，例如50原子％至65原子％，例如50原子％至60原子％，例如55原 子％至60原子％，例如57原子％。磷以下列范圍存在：15原子％至40原子％，例如20原 子％至35原子％，例如20原子％至30原子％，例如25原子％至30原子％，例如28. 5原 子％〇
[0027] 第二層20可具有任何期望厚度，例如但不限于10nm至100nm，例如10nm至80nm， 例如l〇nm至60nm，例如10nm至40nm，例如20nm至40nm，例如20nm至35nm，例如20nm至 30nm，例如25nm。例如，第二層20可具有以下厚度：小于40nm，例如小于37nm，例如小于 35nm，例如小于30nm。
[0028] 第二層20可包括（如通過X射線焚