專利名稱：一種具有超晶格的硅基薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)及其工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有超晶格的硅基薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)及其工藝，通過制 作利用不同材料的薄膜相互堆疊而成的超晶格半導(dǎo)體層，該硅基薄膜太陽(yáng)能電 池可以提高其光電特性。
背景技術(shù)：
目前由于國(guó)際能源短缺，世界各國(guó)一直持續(xù)研發(fā)各種可行的替代能源，其 中以太陽(yáng)能發(fā)電的太陽(yáng)電池最受矚目。太陽(yáng)電池具有使用方便、取之不盡、用 之不竭、無(wú)廢棄物、無(wú)污染、無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部分、無(wú)噪音、可阻隔輻射熱、使用壽命 長(zhǎng)、尺寸可隨意變化、并與建筑物結(jié)合及普及化等優(yōu)點(diǎn)，因此利用太陽(yáng)電池作 為能源的取得。
在20世紀(jì)70年代，由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室首先研制出的硅太陽(yáng)能電池逐步發(fā) 展起來。隨著太陽(yáng)電池的發(fā)展，如今太陽(yáng)能電池有多種類型，典型的有單晶硅 太陽(yáng)能電池、多晶硅太陽(yáng)能電池、非晶硅太陽(yáng)能電池、化合物太陽(yáng)能電池、染 料敏化太陽(yáng)能電池等。
硅(Silicon)作為目前通用的太陽(yáng)能電池的原料代表，在市場(chǎng)上又區(qū)分為 l.單結(jié)晶硅；2.多結(jié)晶硅；3.非結(jié)晶硅。目前最成熟的工業(yè)生產(chǎn)制造技術(shù)和最
大的市場(chǎng)占有率是以單晶硅和非晶硅為主的光電板。原因是 一、單晶效率最 高；二、非晶價(jià)格最便宜，且無(wú)需封裝，生產(chǎn)也最快；三、多晶的切割及下游 再加工比較不容易，而前述兩種都較易于再切割及加工。為了降低成本，現(xiàn)今 主要以積極發(fā)展非晶硅薄膜太陽(yáng)電池為主，但其效率在實(shí)際應(yīng)用中仍然過低。 近來，所謂在本征型(i型)半導(dǎo)體層中成長(zhǎng)所謂的微晶硅(Microcrystalline Si, Uc-Si: H)結(jié)構(gòu)最受矚目。然而，過去并無(wú)在單一P-i-N結(jié)構(gòu)中制作具有超晶 格的硅基薄膜太陽(yáng)能電池。
因此，有必要提出一種具有超晶格的硅基薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)及其工藝， 利用超晶格結(jié)構(gòu)來提高其光波長(zhǎng)的吸收范圍，并增加太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題在于提供一種具有超晶格的硅基薄膜太陽(yáng)能電池 結(jié)構(gòu)與工藝。其中，該超晶格半導(dǎo)體層利用不同材料的薄膜相互堆疊而成，用 以提高光電特性，并增加太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種具有超晶格的硅基薄膜太陽(yáng)能電池結(jié) 構(gòu)，其包含一襯底； 一透明導(dǎo)電膜； 一非晶硅P型半導(dǎo)體層； 一超晶格半導(dǎo)體 層； 一本征型(i型)半導(dǎo)體層；一N型半導(dǎo)體層以及一電極。其中，該襯底 的一面為照光面。該透明導(dǎo)電膜形成在該襯底上，其用以取出電能與提升光電 轉(zhuǎn)換的效率。該非晶硅P型半導(dǎo)體層形成在該透明導(dǎo)電膜的上方，其厚度在 0.5微米至5微米之間。該超晶格半導(dǎo)體層形成在該非晶硅P型半導(dǎo)體層的上 方，其由非晶硅與結(jié)晶硅相互堆疊而成，其堆疊次數(shù)在3至10次之間，且其 厚度在IO納米至150納米之間，用以提高太陽(yáng)能電池的電特性。該本征型(i 型)半導(dǎo)體層內(nèi)具有鑲埋結(jié)晶硅，該本征型(i型)半導(dǎo)體層形成在超晶格半 導(dǎo)體層的上方，且該本征型(i型)半導(dǎo)體層的厚度在0.5微米至5微米之間， 用以提高太陽(yáng)能電池的電特性。該N型半導(dǎo)體層形成在該本征型(i型)半導(dǎo) 體層的上方，該N型半導(dǎo)體層的厚度在0.5微米至5微米之間。該電極形成在 該N型半導(dǎo)體層的上方，用以取出電能與提升光電轉(zhuǎn)換的效率。
根據(jù)本發(fā)明的具有超晶格的硅基薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，其中該硅基薄膜太 陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)還包含 一抗反射層，形成在該N型半導(dǎo)體層的上方，用以減 少反射所造成的光能流失。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出 一種具有超晶格的硅基薄膜太陽(yáng)能電池的工 藝，其包含下列步驟(A)提供一襯底；(B)形成一透明導(dǎo)電膜于該襯底 之上；(C)形成一非晶硅P型半導(dǎo)體層于該透明導(dǎo)電膜之上；(D)形成一 超晶格半導(dǎo)體層于該非晶硅P型半導(dǎo)體層之上；(E)形成一本征型(i型) 半導(dǎo)體層于該超晶格半導(dǎo)體層之上；(F)形成一N型半導(dǎo)體層于該本征型(i 型)半導(dǎo)體之上；以及(G)形成一電極于該N型半導(dǎo)體層之上。其中該步驟 (A):該襯底用以作為承載主體。該步驟(B):該透明導(dǎo)電膜的材料選自 于銦錫氧化物、二氧化錫與含雜質(zhì)的氧化鋅所組成族群中的任何一種材料。該步驟(C):該非晶硅P型半導(dǎo)體層的厚度在0.5微米至5微米之間。該步驟
(.D):該超晶格半導(dǎo)體層由非晶硅與結(jié)晶硅相互堆疊而成，其堆疊次數(shù)在3
至10次之間，且該超晶格半導(dǎo)體層的厚度在10納米至150納米之間。該步驟
(E):該本征型(i型)半導(dǎo)體層內(nèi)具有鑲埋結(jié)晶硅，且該本征型(i型)半
導(dǎo)體層的厚度在0.5微米至5微米之間。該步驟(F):該N型半導(dǎo)體層的厚 度在0.5微米至5微米之間。以及該步驟(G):該電極的材料選自于銦錫氧 化層、二氧化錫、氧化鋅、鎳、金、銀、鈦、銅、鈀與鋁所組成族群中的任何 一種材料。
根據(jù)本發(fā)明的具有超晶格的硅基薄膜太陽(yáng)能電池的工藝，其中該工藝還包
含形成一抗反射層于該N型半導(dǎo)體層的上方，且形成該抗反射層的工藝選
自等離子體增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積法、熱絲化學(xué)氣相沉積法與特高頻等離子體 增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積法所組成的一族群。
根據(jù)本發(fā)明的具有超晶格的硅基薄膜太陽(yáng)能電池的工藝，其中形成該超晶 格半導(dǎo)體層的工藝選自于等離子體增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積工藝、熱絲化學(xué)氣相 沉積法與特高頻等離子體增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積法所組成的一族群。
根據(jù)本發(fā)明的具有超晶格的硅基薄膜太陽(yáng)能電池的工藝，其中該超晶格半
導(dǎo)體層在制作時(shí)，工藝溫度在2(TC至30(TC之間。
根據(jù)本發(fā)明的具有超晶格的硅基薄膜太陽(yáng)能電池的工藝，其中該超晶格半 導(dǎo)體層的非晶硅使用--混合物所形成，該混合物由硅烷氣體與氫氣，或硅烷氣 體、氫氣與氬氣所組成，且該混合物的氫含量比例在1%至20%之間。


為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯，本說明書中特
舉本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并結(jié)合附圖作詳細(xì)說明。相關(guān)附圖的內(nèi)容說明如下 圖1所示為本發(fā)明的一種具有超晶格的硅基薄膜太陽(yáng)能電池的側(cè)視剖面
圖2所示為本發(fā)明的超晶格半導(dǎo)體層的側(cè)視剖面圖； 圖3所示為本發(fā)明的第一實(shí)施例的X光繞射分析圖； 圖4所示為本發(fā)明的第一實(shí)施例的微拉曼光譜分析圖； 圖5所示為本發(fā)明的第三實(shí)施例的微拉曼光譜分析圖。主要器件符號(hào)說明
100: —種具有超晶格的硅基薄膜太陽(yáng)能電池 U0:襯底 120:透明導(dǎo)電膜
130:非晶硅P型半導(dǎo)體層 140:超晶格半導(dǎo)體層 141:結(jié)晶硅半導(dǎo)體層 142:非晶硅半導(dǎo)體層
150:本征型(i型)半導(dǎo)體層 151:本征型(i型)半導(dǎo)體層內(nèi)鑲埋的結(jié)晶硅
160: N型半導(dǎo)體層 170:電極
具體實(shí)施例方式
雖然本發(fā)明可表現(xiàn)為不同形式的實(shí)施例，但附圖所示及下文中的說明為本 發(fā)明的較佳實(shí)施例，并請(qǐng)了解本文所揭示的是考慮為本發(fā)明的一示例，且其意 圖并非用以將本發(fā)明限制于附圖及/或所描述的特定實(shí)施例中。
請(qǐng)參照?qǐng)D1，其所示為本發(fā)明的一種具有超晶格的硅基薄膜太陽(yáng)能電池
100結(jié)構(gòu)的側(cè)視剖面圖。該一種具有超晶格的硅基薄膜太陽(yáng)能電池100結(jié)構(gòu)包
含一襯底110; —透明導(dǎo)電膜120; —非晶硅P型半導(dǎo)體層130;-—超晶格半
導(dǎo)體層140; —本征型(i型)半導(dǎo)體層150; —N型半導(dǎo)體層160以及一電 極170。該硅基薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)還包含 一抗反射層，形成在該N型半導(dǎo) 體層160的上方，用以減少反射所造成的光能流失。其中，該襯底110的一面 為照光面。該透明導(dǎo)電膜120形成在該襯底110上，用以取出電能與提升光電 轉(zhuǎn)換的效率。該非晶硅P型半導(dǎo)體層130形成在該透明導(dǎo)電膜120的上方，該 非晶硅P型半導(dǎo)體層130的厚度在0.5微米至5微米之間。該超晶格半導(dǎo)體層 140形成在該非晶硅P型半導(dǎo)體層130的上方，該超晶格半導(dǎo)體層140由非晶 硅與結(jié)晶硅相互堆疊而成，且堆疊次數(shù)在3至10次之間。該超晶格半導(dǎo)體層 140的厚度在10納米至150納米之間，用以提高太陽(yáng)能電池的電特性。在一 實(shí)施例中，該超晶格半導(dǎo)體層140中的結(jié)晶硅的晶粒尺寸在5納米至30納米 之間，且該超晶格半導(dǎo)體層140的結(jié)晶度比在10%至50%之間。
該超晶格半導(dǎo)體層140的堆疊方式如圖2所示，且該堆疊方式可提高開路 電壓及增加光電轉(zhuǎn)換效率。該本征型(i型)半導(dǎo)體層150內(nèi)具有鑲埋結(jié)晶硅 151，且鑲埋結(jié)晶硅151的材料選自于納米晶硅、微晶硅與多晶硅所組成族群中的任何一種材料，鑲埋結(jié)晶硅151的結(jié)晶尺寸在10納米至300納米之間。 而本征型(i型)半導(dǎo)體層150形成在該超晶格半導(dǎo)體層140的上方，其厚度 在0.5微米至5微米之間，用以提高太陽(yáng)能電池的電特性。其中，該本征型(i 型)半導(dǎo)體層150對(duì)于薄膜型太陽(yáng)能電池的電特性影響最大，這是由于電子與 空穴在材料內(nèi)部傳導(dǎo)時(shí)，若該本征型(i型)半導(dǎo)體層150厚度過厚，兩者的 重合機(jī)率極高，為避免該現(xiàn)象發(fā)生，本征型(i型)半導(dǎo)體層150不宜過厚。 反之，該本征型(i型)半導(dǎo)體層150的厚度過薄時(shí)，又易造成吸旋光性不足。 該本征型(i型)半導(dǎo)體層150 —般以非晶硅質(zhì)薄膜(a-Si:H)為主。然而， 非晶硅質(zhì)薄膜在光照后的短時(shí)間內(nèi)，其性能將大幅的衰退，即所謂的SW (Staebler-Wronski)效應(yīng)，其衰減幅度約15% 35%。該SW效應(yīng)是由于材 料中部分懸空鍵的硅原子(Dangling bond, DB)因光照射后，所發(fā)生結(jié)構(gòu)變化 之故。微晶硅薄膜的載流子遷移率比一般非晶硅薄膜高出1 2個(gè)數(shù)量級(jí)，而 暗電導(dǎo)率則介于10—5 10—7 (S.cm")之間，明顯高出傳統(tǒng)非晶硅質(zhì)薄膜3 4 個(gè)數(shù)量級(jí)，因此使用微晶硅薄膜可以提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。該N型半 導(dǎo)體層160形成在該本征型(i型)半導(dǎo)體層150的上方，其厚度在0.5微米 至5微米之間，且該N型半導(dǎo)體層160的材料選自于微晶硅、多晶硅、非晶 硅鍺、微晶硅鍺與多晶硅鍺所組成族群中的任何一種材料。該電極170形成在 該N型半導(dǎo)體層160的上方，用以取出電能與提升光電轉(zhuǎn)換的效率。其中， 該非晶硅P型半導(dǎo)體層130的定義為在原本征材料中加入雜質(zhì)(Impurities) 用以產(chǎn)生多余的空穴，以空穴構(gòu)成多數(shù)載流子的半導(dǎo)體，則稱之為非晶硅P 型半導(dǎo)體層130。例如對(duì)硅或鍺半導(dǎo)體而言，在其本征半導(dǎo)體中，摻入3價(jià) 原子的雜質(zhì)(Impurities)形成多余的空穴，使該空穴作為電流的運(yùn)作方式。該 N型半導(dǎo)體層160指在本征材料中加入的雜質(zhì)可產(chǎn)生多余的電子，以電子構(gòu)成 多數(shù)載流子的半導(dǎo)體，即稱之為N型半導(dǎo)體層160。舉例來說，就硅或鍺半導(dǎo) 體而言，若對(duì)本征半導(dǎo)體摻入5價(jià)原子的雜質(zhì)時(shí)，會(huì)形成多余的電子，并以電 子流做為主要的運(yùn)作方式。
本發(fā)明的一種具有超晶格的硅基薄膜太陽(yáng)能電池100的工藝包含下列步
驟(A)提供一襯底110; (B)形成一透明導(dǎo)電膜120于該襯底IIO之上；
(C)形成一非晶硅P型半導(dǎo)體層130于該透明導(dǎo)電膜120之上；(D)形成 一超晶格半導(dǎo)體層140于該非晶硅P型半導(dǎo)體層130之上；(E)形成一本征型(i型)半導(dǎo)體層150于該超晶格半導(dǎo)體層140之上；(F)形成一 N型半導(dǎo)體層160于該本征型(i型)半導(dǎo)體層150之上以及(G)形成一電極170 于該N型半導(dǎo)體層160之上。本發(fā)明的第一實(shí)施例的該步驟(A):該襯底UO用以作為承載主體，且 該襯底UO選自于硅、玻璃、可撓性襯底與不銹鋼板所組成群族之一。為了得 到較佳的透光特性與較低的制造成本，可采用玻璃及不銹鋼板作為襯底。該步 驟(B):該透明導(dǎo)電膜120選用常見的蒸鍍法(Evaporation)、濺鍍法(Sputter)、 電鍍法、印刷法等工藝作為主要的工藝方式。而該透明導(dǎo)電膜120的材料可選 自于銦錫氧化物(Indium tin oxide， ITO) 、 二氧化錫(Stannum dioxide, Sn02)、 氧化鋅(Zinc oxide, ZnO)與含雜質(zhì)的氧化鋅等所組成族群的任何一種材料。 該步驟(C):制作該非晶硅P型半導(dǎo)體層130時(shí)，其氫含量比例在1%至20% 之間，且該非晶硅P型半導(dǎo)體層130形成在該透明導(dǎo)電膜120上，而該非晶硅 P型半導(dǎo)體層130的厚度在0.5微米至5微米之間。該非晶硅P型半導(dǎo)體層130 薄膜選用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積工藝(Plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD)、熱絲化學(xué)氣相沉積 去(Hot-wire chemical vapor deposition, HW-CVD)或特高頻等離子體增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積(Very high frequency-plasma enhance chemical vapor deposition, VHF-PECVD)等工藝作為 主要工藝方式。在一實(shí)施例中，本發(fā)明的該非晶硅P型半導(dǎo)體層130由等離子 體增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積來形成，其機(jī)臺(tái)腔體的壓力為0.01托(torr)至0.5 托(torr)，工藝溫度為室溫至300。C，通入的氣體可選用硅化合物(Silicide) 氣體如硅烷(Silane,SH4)并混和氫氣(Hydrogen, H)、氬氣(Argon, Ar)等 作為該非晶硅P型半導(dǎo)體薄膜的制作氣體。需注意的是該非晶硅P型半導(dǎo)體層 130的摻雜濃度在1X1020原子/立方厘米左右。其中，該非晶硅P型半導(dǎo)體層 130的摻雜方式可選用氣體摻雜、鋁誘導(dǎo)結(jié)晶硅(Akmiinum induced crystalline, AIC)、熱擴(kuò)散法(Thermal diffbsion)、固相結(jié)晶化(Solid phase crystalline, SPC) 或準(zhǔn)分子激光退火(Excimer laser anneal, EL A)等工藝作為主要的工藝方式。 該步驟(D):該超晶格半導(dǎo)體層140由非晶硅與結(jié)晶硅相互堆疊而成。制作 該非晶硅時(shí)，使用一混合物來形成該非晶硅，其中該混合物由硅烷氣體與氫氣， 或硅烷氣體、氫氣與氬氣所組成，且該混合物的氫含量比例在1%至20%之間。 該超晶格半導(dǎo)體層140內(nèi)的非晶硅與結(jié)晶硅的工藝方式選用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積工藝、熱絲化學(xué)氣相沉積法或特高頻等離子體增強(qiáng)型化學(xué)式氣 相沉積法等工藝作為主要工藝方式。在一實(shí)施例中，本發(fā)明的該超晶格半導(dǎo)體層140由等離子體增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積來形成，其機(jī)臺(tái)腔體的壓力為0.01 托(torr)至0.5托(torr)，工藝溫度為2(TC至300°C ，通入的氣體可選用硅 化合物氣體如硅烷并混和氫氣、氬氣等作為該超晶格半導(dǎo)體層140內(nèi)的非晶硅 半導(dǎo)體層142與結(jié)晶硅半導(dǎo)體層141薄膜的制作氣體。當(dāng)氫氣流量占硅烷制成 流量比例在10倍以上則稱之為結(jié)晶硅半導(dǎo)體層141;反之，當(dāng)氫氣流量占硅 烷制成流量比例在10倍以下則稱之為非晶硅半導(dǎo)體層142。其中，該超晶格 半導(dǎo)體層140內(nèi)的非晶硅半導(dǎo)體層142與結(jié)晶硅半導(dǎo)體層141的薄膜總厚度介 于10納米至150納米之間，較佳的厚度約為100納米，且該超晶格半導(dǎo)體層 140內(nèi)的非晶硅半導(dǎo)體層142的厚度須小于結(jié)晶硅半導(dǎo)體層141的厚度。其中， 該超晶格半導(dǎo)體層140內(nèi)的非晶硅半導(dǎo)體層142與結(jié)晶硅半導(dǎo)體層141相互堆 疊的次數(shù)在3至10次之間。該步驟(E):該本征型(i型)半導(dǎo)體層150內(nèi) 具有鑲埋結(jié)晶硅，其中該本征型(i型)半導(dǎo)體層150在制作時(shí)，其氫氣流量 與硅垸流量比例在5倍至50倍之間。該本征型(i型)半導(dǎo)體層150內(nèi)鑲埋的 結(jié)晶硅151通過混和硅烷氣體及氫氣所形成，可用以提高電特性，并增加太陽(yáng) 能電池的轉(zhuǎn)換效率。該本征型(i型)半導(dǎo)體層150內(nèi)鑲埋的結(jié)晶硅151薄膜 的工藝方式可選用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積工藝、熱絲化學(xué)氣相沉積法 或特高頻等離子體增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積工藝作為主要工藝方式。在一實(shí)施例 中，本發(fā)明的該本征型(i型)半導(dǎo)體層150內(nèi)鑲埋的結(jié)晶硅151薄膜由等離 子體增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積來形成，其機(jī)臺(tái)腔體的壓力為0.01托(torr)至0.5 托(torr)，工藝溫度為室溫至30(TC，通入的氣體可選用硅化合物氣體如硅 烷并混和氫氣、氬氣等作為該本征型(i型)半導(dǎo)體層150內(nèi)鑲埋的結(jié)晶硅151 薄膜的制作氣體。其中該本征型(i型)半導(dǎo)體層150的厚度介于0.5微米至5 微米之間。現(xiàn)請(qǐng)參照?qǐng)D3，其所示為微晶硅質(zhì)薄膜的X光繞射分析圖。利用X光繞 射分析儀的實(shí)作量測(cè)結(jié)果顯示，其X光繞射分析圖的峰值出現(xiàn)(111) 、 (220)、 (311)的硅質(zhì)結(jié)晶面?，F(xiàn)請(qǐng)參照?qǐng)D4，其所示為微晶硅質(zhì)薄膜的微拉曼光譜 分析圖。利用微拉曼光譜分析儀(micro Raman spectra)的實(shí)作量測(cè)結(jié)果顯示， 其微拉曼光譜圖的峰值出現(xiàn)在510cm"，其為一中等結(jié)晶度的微晶硅質(zhì)薄膜。該步驟(F):該N型半導(dǎo)體層160形成在該本征型(i型)半導(dǎo)體層150的 上方。該N型半導(dǎo)體層160的工藝方式選用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積 工藝、熱絲化學(xué)氣相沉積法或特高頻等離子體增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積工藝作為 主要工藝方式。在一實(shí)施例中，本發(fā)明的該N型半導(dǎo)體層160由等離子體增 強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積來形成，其機(jī)臺(tái)腔體的壓力為0.01托(torr)至0.5托(torr)， 工藝溫度為室溫至30CTC，通入的氣體可選用硅化合物氣體如硅烷并混和氫 氣、氬氣等作為該N型半導(dǎo)體層160的制作氣體。其中，該N型半導(dǎo)體層160 的摻雜濃度在1 X 1020原子/立方厘米左右。且該N型半導(dǎo)體層160的摻雜方 式可選用氣體摻雜、準(zhǔn)分子激光退火、固相結(jié)晶化、熱擴(kuò)散法或離子注入法所 組成群族之一作為主要的工藝方式。且該N型半導(dǎo)體層160的厚度介于0.5微 米至5微米之間。該步驟(G):該電極170形成在該N型半導(dǎo)體層160的上 方，且其選自于蒸鍍法、濺鍍法、電鍍法或印刷法所組成族群中的任何一種工 藝。該電極170可選用常見的蒸鍍法、濺鍍法、電鍍法、印刷法等工藝作為主 要工藝方式。該電極170的材料可選用銦錫氧化層、二氧化錫、氧化鋅、含雜 質(zhì)的氧化鋅、鎳、金、銀、鈦、銅、鈀、及鋁等，其功效與該透明導(dǎo)電膜120 相同。以及本發(fā)明還包含的該抗反射層形成在該N型半導(dǎo)體層160的上方， 且形成該抗反射層的工藝選自等離子體增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積法、熱絲化學(xué)氣 相沉積法或特高頻等離子體增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積法所組成的一族群中。在一 實(shí)施例中，本發(fā)明還包含的該抗反射層由等離子體增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積來形 成，其機(jī)臺(tái)腔體的壓力為O.Ol托(torr)至0.5托(torr)，工藝溫度為室溫至 300°C，通入的氣體可選用硅化合物氣體混合氨氣等作為該抗反射層的制作氣 體。本發(fā)明的第二實(shí)施例將該第一實(shí)施例的步驟(F)改為步驟(Fl):摻雜 鍺元素在該N型半導(dǎo)體層160內(nèi)，該N型半導(dǎo)體層160的工藝方式選用等離 子體增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積工藝、熱絲化學(xué)氣相沉積法或特高頻等離子體增強(qiáng) 型化學(xué)式氣相沉積工藝作為主要工藝方式。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明的該N 型半導(dǎo)體層160由等離子體增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積來形成，其機(jī)臺(tái)腔體的壓力 為0.01托(torr)至0.5托(torr)，工藝溫度為室溫至300°C ，通入的氣體可 選用硅化合物氣體如硅烷與鍺烷(GeH4)并混和氫氣、氬氣等作為硅鍺薄膜 的制作氣體，其鍺元素占該N型半導(dǎo)體層160的元素比例在5%至30%之間，可用以提高太陽(yáng)能電池的光吸收范圍。其中，該N型半導(dǎo)體層160的摻雜濃度在1 X 1020原子/立方厘米左右。且該N型半導(dǎo)體層160的摻雜方式可選用 氣體摻雜、準(zhǔn)分子激光退火、固相結(jié)晶化、熱擴(kuò)散法或離子注入法所組成群族 之一作為主要的工藝方式。本發(fā)明的第三實(shí)施例將該第一實(shí)施例的該步驟(E)改為歩驟(El):使 用不同的氣體流量與沉積速率制作該本征型(i型)半導(dǎo)體層150，且該本征 型(i型)半導(dǎo)體層150內(nèi)鑲埋的結(jié)晶硅151的能階也不同于該第一實(shí)施例。 該本征型(i型)半導(dǎo)體層150的工藝方式可選用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)式氣相 沉積工藝、熱絲化學(xué)氣相沉積法或特高頻等離子體增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積等工 藝作為主要工藝方式。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明的該本征型(i型)半導(dǎo)體層 150由等離子體增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積來形成，其機(jī)臺(tái)腔體的壓力為0.01托 (torr)至0.5托(torr)，工藝溫度為室溫至300°C ，通入的氣體可選用硅化 合物氣體如硅烷并混和氫氣、氬氣等作為結(jié)晶硅質(zhì)薄膜的制作氣體，其氫氣流 量與硅垸流量比例在30倍至50倍之間，且該流量比例可制作出微晶質(zhì)硅薄膜。 現(xiàn)請(qǐng)參照?qǐng)D5，其所示為微晶硅質(zhì)薄膜的微拉曼光譜分析圖。利用微拉曼光譜 分析儀(Micro Raman spectra)的實(shí)作量測(cè)結(jié)果顯示，其峰值出現(xiàn)在515cm"， 且為一高結(jié)晶度的微晶硅質(zhì)薄膜。綜上所述，本發(fā)明的第一實(shí)施例為較佳實(shí)施例。該具有超晶格的硅基薄膜 太陽(yáng)能電池，其具有的該本征型(i型)半導(dǎo)體層150內(nèi)鑲埋的結(jié)晶硅151， 可用以提高光吸收效率。利用不同材料相互堆疊而成的該超晶格半導(dǎo)體層140 除了可用以提高光電特性，還可增加太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。雖然本發(fā)明已以前述較佳實(shí)施例揭示，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本 領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的改變與修改。 如上所述的解釋，都可以作各種的修改與變化，而不會(huì)脫離本發(fā)明的精神。因 此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種具有超晶格的硅基薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，其包含一襯底，該襯底的一面為照光面；一透明導(dǎo)電膜，形成在該襯底上，該透明導(dǎo)電膜用以取出電能與提升光電轉(zhuǎn)換的效率；一非晶硅P型半導(dǎo)體層，形成在該透明導(dǎo)電膜的上方，該非晶硅P型半導(dǎo)體層的厚度在0.5微米至5微米之間；一超晶格半導(dǎo)體層，形成在該非晶硅P型半導(dǎo)體層的上方，該超晶格半導(dǎo)體層由非晶硅與結(jié)晶硅相互堆疊而成，堆疊次數(shù)在3至10次之間，且該超晶格半導(dǎo)體層的厚度在10納米至150納米之間，用以提高太陽(yáng)能電池的電特性；一本征型半導(dǎo)體層，該本征型半導(dǎo)體層內(nèi)具有一鑲埋結(jié)晶硅，該本征型半導(dǎo)體層形成在超晶格半導(dǎo)體層的上方，該本征型半導(dǎo)體層的厚度在0.5微米至5微米之間，用以提高太陽(yáng)能電池的電特性；一N型半導(dǎo)體層，形成在該本征型半導(dǎo)體層的上方，該N型半導(dǎo)體層的厚度在0.5微米至5微米之間；以及一電極，形成在該N型半導(dǎo)體層的上方，該電極用以取出電能與提升光電轉(zhuǎn)換的效率。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有超晶格的硅基薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，其特 征在于，該本征型半導(dǎo)體層內(nèi)的該鑲埋結(jié)晶硅的材料選自于納米晶硅、微晶 硅與多晶硅所組成族群中的任何一種材料，且該鑲埋結(jié)晶硅的結(jié)晶尺寸在10 納米至300納米之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有超晶格的硅基薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，其特 征在于，該超晶格半導(dǎo)體層內(nèi)的結(jié)晶硅的晶粒尺寸在5納米至30納米之間， 且該超晶格半導(dǎo)體層的結(jié)晶度比在10%至50%之間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有超晶格的硅基薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，其特 征在于，該硅基薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)還包含一抗反射層，形成在該N型半導(dǎo)體層的上方，用以減少反射所造成的光
5、 一種具有超晶格的硅基薄膜太陽(yáng)能電池的工藝，其特征在于，其包含 下列步驟提供一襯底，用以作為承載主體；形成一透明導(dǎo)電膜于該襯底之上，該透明導(dǎo)電膜的材料選自于銦錫氧化 物、二氧化錫與含雜質(zhì)的氧化鋅所組成族群中的任何一種材料；形成一非晶硅P型半導(dǎo)體層于該透明導(dǎo)電膜之上，該非晶硅P型半導(dǎo)體 層的厚度在0.5微米至5微米之間；形成一超晶格半導(dǎo)體層于該非晶硅P型半導(dǎo)體層之上，該超晶格半導(dǎo)體 層由非晶硅與結(jié)晶硅相互堆疊而成，堆疊次數(shù)在3至10次之間，且該超晶格 半導(dǎo)體層的厚度在IO納米至150納米之間；形成一本征型半導(dǎo)體層于該超晶格半導(dǎo)體層之上，該本征型半導(dǎo)體層內(nèi) 具有一鑲埋結(jié)晶硅，該本征型半導(dǎo)體層的厚度在0.5微米至5微米之間；形成一 N型半導(dǎo)體層于該本征型半導(dǎo)體之上，該N型半導(dǎo)體層的厚度在 0.5微米至5微米之間；以及形成一電極于該N型半導(dǎo)體層之上，且該電極的材料選自于銦錫氧化層、二氧化錫、氧化鋅、鎳、金、銀、鈦、銅、鈀與鋁所組成族群中的任何一種 材料。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有超晶格的硅基薄膜太陽(yáng)能電池的工藝，其特征在于，該工藝還包含形成一抗反射層于該N型半導(dǎo)體層的上方，且形成該抗反射層的工藝選自由等離子體增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積法、熱絲化學(xué)氣相沉積法與特高頻等離 子體增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積法所組成的一族群。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有超晶格的硅基薄膜太陽(yáng)能電池的工藝，其 特征在于，形成該超晶格半導(dǎo)體層的方法選自于等離子體增強(qiáng)型化學(xué)式氣相 沉積工藝、熱絲化學(xué)氣相沉積法與特高頻等離子體增強(qiáng)型化學(xué)式氣相沉積法 所組成的一族群。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有超晶格的硅基薄膜太陽(yáng)能電池的工藝，其 特征在于，該超晶格半導(dǎo)體層在制作時(shí)，工藝溫度在2(TC至30(TC之間。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有超晶格的硅基薄膜太陽(yáng)能電池的工藝，其 特征在于，該超晶格半導(dǎo)體層的非晶硅使用一混合物所形成，該混合物由硅烷氣體與氫氣，或硅垸氣體、氫氣與氬氣所組成，且該混合物的氫含量比例在1%至20%之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有超晶格的硅基薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)及其工藝，該結(jié)構(gòu)主要包含一襯底；一透明導(dǎo)電膜；一非晶硅P型半導(dǎo)體層；一超晶格半導(dǎo)體層；一本征型(i型)半導(dǎo)體層；一N型半導(dǎo)體層以及一電極。其中，該超晶格半導(dǎo)體層利用不同材料的薄膜相互堆疊而成，用以提高光電特性，并增加太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)H01L31/075GK101567403SQ20081009381
公開日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2008年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日
發(fā)明者張育綺, 楊茹媛, 簡(jiǎn)永杰 申請(qǐng)人:東捷科技股份有限公司