專利名稱：用于獲得沉積于高度紋理化基板上的高性能薄膜裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜太陽(yáng)能電池領(lǐng)域。具體而言，本發(fā)明揭露一種用于制造改良的 薄膜太陽(yáng)能電池的方法，其中至少一個(gè)額外的電阻性透明導(dǎo)電性氧化物(transparent conductive oxide ；TC0)層包含于該太陽(yáng)能電池中，以提高裝置的效率。此外，本發(fā)明揭露 通過(guò)這種方法制造的太陽(yáng)能電池。
背景技術(shù)：
通常，薄膜太陽(yáng)能電池是沉積于基板上，基板具有TCO層，該TCO層用作光電 (photovoltaic ；PV)電池的電極。這種TCO是紋理化的，以使光漫散射到薄膜吸收層中。吸 收層負(fù)責(zé)將光轉(zhuǎn)換為電能，并且由紋理化TCO所引起的散射到吸收層中的漫射光會(huì)增大光 路距離，從而使吸收率提高并且因此改善對(duì)光的陷獲，改善對(duì)光的陷獲會(huì)進(jìn)而提高光電電 池的效率。改善對(duì)光的陷獲能減小活性吸收層的層厚度，從而保持電池中的光電流較高。減 小的吸收層厚度又會(huì)直接影響沉積時(shí)間，并且降低非晶硅太陽(yáng)能電池的光致衰退。因此，由 于光散射能力與基板的表面紋理及粗糙度相關(guān)，因而非常期望增加TCO的表面紋理。在本申請(qǐng)案的上下文中，“紋理化TC0”應(yīng)理解為如下的TCO 其具有與周圍環(huán)境接 觸的表面或與鄰近材料的界面，所述表面或界面會(huì)造成光的散射并造成光敏層中被中等吸 收至弱吸收的光為至少10%的霧霾度(haze)。紋理化可通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)(a)所選沉積 工藝的生長(zhǎng)后的自然效應(yīng)；(b)通過(guò)特別設(shè)計(jì)的工藝環(huán)境及參數(shù)，這會(huì)得到與(a)相比增大 的紋理化；(c)通過(guò)對(duì)根據(jù)(a)及/或(b)的沉積進(jìn)行后處理。然而，傳統(tǒng)的沉積工藝常常導(dǎo)致吸收層不理想地覆蓋紋理化TCO基板。具體而 言，已知通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(plasma enhanced chemical vapord印osition ； PECVD)技術(shù)沉積而成的層的保形覆蓋率(conformal coverage)較低，并且通過(guò)PECVD沉積 而成的吸收層的各個(gè)層，首先覆蓋紋理化TCO的最高峰，而不能很好地在高度紋理化TCO層 的谷的深度中進(jìn)行沉積，從而造成局部的光敏層厚度變化。因此，后續(xù)的TCO接觸沉積會(huì)在 未被覆蓋的TCO區(qū)之間造成電性接觸，如圖1所示。此種直接的電性接觸會(huì)在裝置內(nèi)形成 不期望的耗用電流，進(jìn)而造成裝置性能損失。此外，例如粒子或有缺陷的激光劃刻等其它分流的來(lái)源也可同樣地造成這種直接 的電性接觸，并從而造成不良的模塊性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種薄膜太陽(yáng)能電池，其中在TCO區(qū)之間不存在直接的電性 接觸，并且其中較佳地還消除了其它分流的來(lái)源。該目的通過(guò)以下薄膜太陽(yáng)能電池得以實(shí)現(xiàn)該薄膜太陽(yáng)能電池包括具有紋理化 TCO層的基板、吸收層及第二 TCO層，其中在紋理化TCO層與吸收層之間沉積電阻性TCO層及/或在吸收層與第二 TCO層之間沉積電阻性TCO層。因此，本發(fā)明的基本概念是將至少一個(gè)另外的電阻性TCO層引入薄膜太陽(yáng)能電池 中，從而使用作太陽(yáng)能電池的電極的兩個(gè)導(dǎo)電性TCO被至少一層電阻性材料分離。通過(guò)這 些方法，降低或消除電流流失，從而得到效率水平被提高的太陽(yáng)能電池。所有太陽(yáng)能電池均需要光吸收材料，光吸收材料容納在電池結(jié)構(gòu)內(nèi)，以吸收光子 并通過(guò)光電效應(yīng)來(lái)產(chǎn)生電子。薄膜太陽(yáng)能電池正在被開(kāi)發(fā)成一種能實(shí)質(zhì)減少形成太陽(yáng)能電 池所需的光吸收材料的量的型式。與基于晶片的電池相比，可使用不到約的昂貴原材 料(例如硅或其它光吸收半導(dǎo)體)來(lái)制造薄膜太陽(yáng)能電池，從而顯著降低每瓦特峰值容量 的造價(jià)。在薄膜太陽(yáng)能電池中，所沉積的光吸收材料通常為強(qiáng)的光吸收體并且只需約Iym 厚。可通過(guò)所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的各種沉積技術(shù)來(lái)沉積薄膜層。其實(shí)例是物理氣 相沉積技術(shù)(例如濺鍍)或化學(xué)氣相沉積技術(shù)(例如等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD) 或低壓化學(xué)氣相沉積(low pressure chemical vapor exposition ;LPCVD))。在本發(fā)明的 具體實(shí)施例中，薄膜太陽(yáng)能電池的光吸收材料是選自由以下組成的群組非晶硅(a-Si)、 微晶硅(μ c-Si)、納米晶體硅(nc-Si)、多晶材料、碲化鎘(CdTe)、銅銦(鎵)聯(lián)硒化物(CIS 或CIGS)、及/或GaAs。CdTe更易于沉積且更適合于大規(guī)模制造，而CIS/CIGS半導(dǎo)體則由 于其具有高的光學(xué)吸收系數(shù)以及多用途的光學(xué)特性及電特性，而特別適用于薄膜太陽(yáng)能電 池應(yīng)用。具體而言，與單純的CIS相比，鎵的使用會(huì)增大CIGS層的光學(xué)帶隙。因此，開(kāi)路電 壓增大。至今，GaAs基的多結(jié)面裝置是效率最高的太陽(yáng)能電池。較佳地，薄膜太陽(yáng)能電池 包含非晶硅(a-Si)、微晶硅(μ c-Si)、納米晶體硅(nc-Si)或其組合。在其它具體實(shí)施例 中，硅是氫化硅(Si :H)，例如Ei-Si = Hdc-Si :H或nc-Si :H。硅可被以大規(guī)模遞送并且與元 素Cd不同，是無(wú)毒的。在入射光被吸收層吸收之后，需要從吸收層引出所產(chǎn)生的電荷。因此，采用位于吸 收層兩側(cè)上的透明導(dǎo)電性氧化物層(TC0)。這樣，這些TCO用作光電電池的電極。此外，面 向太陽(yáng)能電池正面(即光進(jìn)入太陽(yáng)能電池時(shí)所通過(guò)的一側(cè))的TCO為紋理化。因此，這種 太陽(yáng)能電池中的所有后續(xù)層/層間接口同樣地被紋理化。如果光穿過(guò)紋理化/粗糙表面，則出現(xiàn)散射。太陽(yáng)能電池中的透射光與反射光的 漫散射使吸收層中的有效光程延長(zhǎng)，從而顯著提高太陽(yáng)能電池的量子效率。理想地，入射 光被散射，在太陽(yáng)能電池內(nèi)被反復(fù)反射，并在多次穿過(guò)I-層而產(chǎn)生光電流之后被吸收層吸 收。在粗糙表面上散射的光取決于光的波長(zhǎng)、界面的粗糙度、形態(tài)、相對(duì)介質(zhì)的折射率以及 光入射角。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)例性薄膜太陽(yáng)能電池包括基板，該基板上已沉積有紋理化 TCO層。此紋理化TCO之后是吸收層，吸收層例如包括PIN半導(dǎo)體的至少一個(gè)堆疊，該P(yáng)IN 半導(dǎo)體例如是經(jīng)正性摻雜的(positively doped)半導(dǎo)體、本征(intrinsic)半導(dǎo)體、經(jīng)負(fù) 性摻雜的半導(dǎo)體(negatively doped semiconductor)堆疊。吸收層負(fù)責(zé)將光轉(zhuǎn)換為電能。 吸收層之后是第二 TC0，第二 TCO如紋理化TCO —樣用作太陽(yáng)能電池的電極。另外，存在至 少一個(gè)電阻性薄層，以分離用作電極的這兩個(gè)TC0。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，基板是可經(jīng)受氣相沉積技術(shù)的半透明基板。較佳地，基板是選自由以下組成的群組玻璃、安全玻璃、石英玻璃、浮法玻璃、撓性半透明材料及/或 塑料。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，基板包括減反射涂層，以便增加到達(dá)吸收層的入射光的量。根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池的吸收層可具有用于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所知的薄膜 太陽(yáng)能電池的任何設(shè)計(jì)?；旧希壳耙阎∧る姵刂械奈諏佑腥N設(shè)計(jì)異質(zhì)結(jié)面裝 置、PIN與NIP裝置、以及多結(jié)面裝置。異質(zhì)結(jié)面裝置常常被選擇，來(lái)制造由吸旋光性遠(yuǎn)好于硅的薄膜材料制成的電池。 在異質(zhì)結(jié)面裝置中，通過(guò)使兩種不同的半導(dǎo)體(例如CdS與CuInSe2)接觸而形成結(jié)面。異 質(zhì)結(jié)面裝置的頂層或“窗口”層的具有高帶隙的材料是因具有透光性而被選用。因此，允許 幾乎所有入射光到達(dá)底層，底層是由容易吸收光的具有低帶隙的材料制成。然后，此光在非 ?？拷鼋Y(jié)面處產(chǎn)生電子與空穴，從而有效地使電子與空穴在其可復(fù)合之前分離。異質(zhì) 結(jié)面裝置的一個(gè)實(shí)例是CIS電池或CIGS電池。PIN(經(jīng)正性摻雜的半導(dǎo)體、本征半導(dǎo)體、經(jīng)負(fù)性摻雜的半導(dǎo)體)與NIP(經(jīng)負(fù)性摻 雜的半導(dǎo)體、本征半導(dǎo)體、經(jīng)正性摻雜的半導(dǎo)體)裝置被形成為三層式夾層結(jié)構(gòu)，其中中間 本征(I-型或未經(jīng)摻雜的)層位于N-型層與P-型層之間。由于此幾何結(jié)構(gòu)，在P-型區(qū)與 N-型區(qū)之間產(chǎn)生電場(chǎng)，該電場(chǎng)延伸跨越中間本征電阻性區(qū)。入射光在本征區(qū)中產(chǎn)生自由電 子與空穴，然后由電場(chǎng)將自由電子與空穴分離。PIN裝置的一個(gè)實(shí)例是PIN非晶硅(a-Si) 電池，其包括P-型a-Si H層、本征Si H的中間層、以及N-型a-Si H層。NIP裝置的一個(gè) 實(shí)例是CdTe電池，其結(jié)構(gòu)與a-Si電池類似，只是各層的順序上下顛倒。在典型的CdTe電 池中，頂層是P-型硫化鎘(CdS)，中間層是本征CdTe，底層是N-型碲化鋅(ZnTe)。多結(jié)電池由多個(gè)薄膜組成，這些薄膜通常使用分子束磊晶及/或有機(jī)金屬氣相磊 晶來(lái)制造。在典型的多結(jié)面裝置中，具有不同帶隙的各個(gè)電池相互迭置，其中各個(gè)電池被堆 疊成使光首先落在具有最大帶隙的材料上。未被第一電池吸收的光子被透射到第二電池， 第二電池然后吸收剩余輻射的較高能量部分、同時(shí)對(duì)較低能量的光子保持透明。這些選擇 性吸收過(guò)程一直繼續(xù)進(jìn)行至具有最小帶隙的最末電池。多結(jié)面裝置也稱為串迭型電池。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池的吸收層是異質(zhì)結(jié)面裝置、PIN裝置、NIP 裝置或多結(jié)面裝置的吸收層。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池的吸收層包括NIP半 導(dǎo)體或PIN半導(dǎo)體的至少一個(gè)堆疊。較佳地，太陽(yáng)能電池的吸收層包括包含經(jīng)摻雜的硅及 未經(jīng)摻雜的硅的PIN半導(dǎo)體的至少一個(gè)堆疊。更佳地，吸收層由選自由以下組成的群組的 材料組成非晶硅(a-Si)、微晶硅(μ C-Si)、納米晶體硅(nc-Si)、a_Si、μ c_Si及nc-Si的 組合、CdTe、以及CuIn(Ga) Se2。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，吸收層包含μ c_Si，μ c_Si顯 示不出或幾乎顯示不出光致衰退并且還允許捕獲更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光，從而提高太陽(yáng)能電池的效 率。在其它具體實(shí)施例中，硅是氫化硅(Si)，例如a－SiH、μc－SiH或nc－SiH。硅還可 包含碳，例如SiC: H。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，P-層是摻雜有例如硼或鋁的硅。P-層的厚度可為 ≥5nm且≤60nm，較佳地為≥10nm且≤50nm，更佳地為≥15nm且≤40nm。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，I-層是本征(即未經(jīng)摻雜的)硅，并且I-層的厚度為 ≥50nm且≤ 600nm，較佳地為≥100nm且≤ 500nm，更佳地為≥250nm且≤ 350nm。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，N-層是摻雜有例如磷的硅。N-層的厚度可為≥5nm且≤50nm，較佳地為≥15nm且≤30nm，更佳地為≥20nm且≤25nm。TCO層用作吸收層的電性觸點(diǎn)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，TCO層由ZnO、SnO2, In203/Sn03 (ITO)組成。較佳地，TCO層是經(jīng)摻雜的。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，SnO2TCO摻 雜有氟化物。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，ZnO TCO層摻雜有硼或鎵。在本發(fā)明的較佳實(shí)施 例中，ZnO TCO層摻雜有鋁(Ζη0:Α1或Ζη0(:Α1))。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，紋理化TCO層的ZnO均方根粗糙度為> 20nm且 ^ lOOOnm，較佳地為彡30nm且;^ 600nm，更佳地為彡50nm且;^ 300nm。較佳地，紋理化TCO 層是高度紋理化TCO層。高度紋理化TCO的粗糙度為彡50nm且霧霾度為彡15%且彡80%， 較佳地為> 20%且< 60%。如上所述，TCO的更高紋理化使太陽(yáng)能電池的效率提高，這是 因?yàn)楣獗桓行У厣⑸涞轿諏又小Ｔ诒景l(fā)明的另一實(shí)施例中，紋理化TCO層的透明度為彡60%、彡70%、彡80%，較 佳地為> 85 %，且更佳地為> 90 %。與電阻性TCO相比，紋理化TCO及/或第二 TCO層具有較低的電阻率。在本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例中，紋理化TCO及/或第二 TCO層的電阻率為彡10_2Qcm，較佳地為彡IO-3Qcm, 最佳地為彡5 Χ1(Γ3 Ω cm。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，位于與正面TCO相對(duì)處的第二 TCO層還包括反射表面。 這具有如下的有利效果未被吸收層吸收的光被重新反射到吸收層中并從而使太陽(yáng)能電池 的效率得到提高。在傳統(tǒng)的薄膜太陽(yáng)能電池中，兩個(gè)未經(jīng)覆蓋的TCO區(qū)的直接電性接觸在太陽(yáng)能電 池內(nèi)造成低電阻路徑與耗用電流。本發(fā)明有鑒于如下的意外發(fā)現(xiàn)在紋理化TCO層與吸收 層之間及/或在吸收層與第二 TCO層之間沉積的電阻性TCO層使太陽(yáng)能電池得到顯著改良 且效率水平提高。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在紋理化TCO層與吸收層之間沉積額外的電阻性TCO 層。這具有如下的有利技術(shù)效果連接用作太陽(yáng)能電池電極的兩個(gè)導(dǎo)電性TCO層的低電阻 路徑被薄的電阻性材料層阻擋。這樣，將會(huì)降低太陽(yáng)能電池的耗用電流，并將會(huì)提高太陽(yáng)能 電池的效率水平。在甚至更佳的實(shí)施例中，在吸收層與第二導(dǎo)電性TCO層之間沉積該額外的電阻性 TCO層。此實(shí)施例具有如下的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)這兩個(gè)導(dǎo)電性TCO層被更大尺寸的高電阻路徑 分離，從而更加有效地消除不期望的耗用電流及性能損失。在本發(fā)明的另一甚至更佳的實(shí)施例中，在紋理化TCO層與吸收層之間沉積第一電 阻性TCO層，并且在吸收層與第二導(dǎo)電性TCO層之間沉積第二電阻性TCO層。此實(shí)施例具 有如下優(yōu)點(diǎn)使這兩個(gè)TCO層能更好地分離，從而進(jìn)一步改良太陽(yáng)能電池并使太陽(yáng)能電池 的效率更高。較佳地，利用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)工藝或PVD或其它工藝沉積電阻性TCO 層。更佳地，利用LPCVD工藝沉積ZnO。LPCVD具有能在小的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行保形沉積、甚至進(jìn) 行底沉積(imdercbposition)的高的潛力。出乎意料地，已發(fā)現(xiàn)尤其是利用LPCVD進(jìn)行ZnO 沉積能實(shí)現(xiàn)非常保形的沉積。因此，可利用通過(guò)LPCVD較佳地對(duì)ZnO進(jìn)行的沉積來(lái)填補(bǔ)由 高度紋理化TCO層造成的甚至非常深的谷。電阻性TCO層需要具有大于這兩個(gè)導(dǎo)電性TCO層的電阻的電阻。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，電阻性TCO層的電阻率為彡10_2Ωαιι且彡IO6Qcm,較佳地為彡IO2 Ω cm且 彡IO6 Ω cm,更佳地為彡IO4 Ω cm且彡IO6 Ω cm,最佳地為約IO5 Ω cm。在本發(fā)明的其它具體實(shí)施例中，電阻性TCO層的厚度為> 20nm且彡2000歷，較佳 地為彡IOOnm且彡lOOOnm，最佳地為彡200nm且彡500nm。在另一實(shí)施例中，所述薄的電阻性TCO層中的一者或兩者包含ZnO或Sn02。較佳 地，該ZnO或SnO2是未經(jīng)摻雜的。本發(fā)明的另一方面涉及一種由至少兩個(gè)根據(jù)本發(fā)明的薄膜太陽(yáng)能電池形成的陣 列。這些太陽(yáng)能電池可以串聯(lián)方式或以并聯(lián)方式或以其組合方式進(jìn)行連接。較佳地，這些 太陽(yáng)能電池以串聯(lián)方式進(jìn)行連接。本發(fā)明的另一方面涉及一種用于制造薄膜太陽(yáng)能電池的方法，該方法包括以下步 驟沉積至少一個(gè)電阻性TCO層，其中所沉積的電阻性TCO層位于薄膜太陽(yáng)能電池的紋理化 TCO層與第二 TCO層之間。這樣，沉積至少一個(gè)電阻性(例如未經(jīng)摻雜的)TCO層，以電性分 離這兩個(gè)用作本發(fā)明薄膜太陽(yáng)能電池的電極的可導(dǎo)電(例如經(jīng)摻雜的)TCO層。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括以下步驟a)提供具有紋理化TCO層的基板；b)沉 積吸收層；以及C)沉積第二 TCO層，其中沉積至少一個(gè)另外的電阻性TCO層，使得電阻性 TCO層位于薄膜太陽(yáng)能電池的紋理化TCO層與第二 TCO層之間。用于沉積薄膜太陽(yáng)能電池的各個(gè)層的技術(shù)是所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的。尤其是 在美國(guó)專利6，309，906中揭露了這些沉積技術(shù)的實(shí)例，美國(guó)專利6，309，906以引用的方式 全文并入本文中。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)CVD或PVD技術(shù)、較佳地通過(guò)濺鍍、LPCVD, PECVD 遠(yuǎn)程等離子體CVD、或“熱線(hot wire)”技術(shù)來(lái)實(shí)施對(duì)薄膜電池的各個(gè)層的沉積。在另一 具體實(shí)施例中，通過(guò)PECVD沉積吸收層。較佳地，利用化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝、更佳地通過(guò)低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)工 藝來(lái)沉積電阻性TCO層。更佳地，在該工藝中沉積ZnO。LPCVD具有在小的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行保形 沉積、甚至進(jìn)行底沉積的高潛力。出乎意料地，已發(fā)現(xiàn)尤其是利用LPCVD對(duì)ZnO進(jìn)行沉積能 實(shí)現(xiàn)非常保形的沉積。這樣，可利用通過(guò)LPCVD較佳地對(duì)ZnO進(jìn)行的沉積來(lái)填補(bǔ)由高度紋 理化TCO層造成的甚至非常深的谷。通過(guò)CVD工藝、較佳地通過(guò)LPCVD工藝對(duì)電阻性TCO層進(jìn)行的沉積具有如下的進(jìn) 一步優(yōu)點(diǎn)通過(guò)在形成太陽(yáng)能電池的電極的經(jīng)摻雜TCO材料進(jìn)行通常的沉積之前，抑制該 過(guò)程中的摻雜氣體，可容易地獲得對(duì)電阻性TCO層的沉積。這樣，可在單一過(guò)程內(nèi)及使用單 一設(shè)備獲得電阻性TCO層與相繼的導(dǎo)電性TCO層(用作太陽(yáng)能電池的背電極)。因此，本發(fā) 明揭露一種用于制造薄膜太陽(yáng)能電池的簡(jiǎn)單且省時(shí)的工藝。在另一具體實(shí)施例中，所述沉積是在沉積室中進(jìn)行、較佳地在真空沉積室中、更佳 地在超高真空沉積室中。在另一具體實(shí)施例中，LPCVD工藝的工作溫度為彡100°C且彡1000°C，較佳地為 彡100°C且彡500°C，更佳地為彡130°C且彡300°C。在另一實(shí)施例中，沉積室配備有熱板，基板即放置到熱板上。對(duì)于電阻性TCO層的 沉積，熱板的溫度為彡100°C且彡500°C，較佳地為彡150°C且彡250°C，更佳地為約185°C。 對(duì)于導(dǎo)電性(例如經(jīng)摻雜的)TCO層的沉積，熱板的溫度為彡100°C且彡500°C，較佳地為 彡150°C且彡250°C，更佳地為彡170°C且彡200°C，最佳地為約185°C。
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在另一具體實(shí)施例中，在LPCVD工藝中的工作壓力為彡0. Olmbar且彡20mbar、 彡0. Olmbar且彡2mbar,較佳地為彡0. Imbar且彡Imbar，更佳地為彡0. 3mbar且 (0. 5mbar，最佳地為約 0. 5mbar。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，在存在二乙基鋅(diethylzinc)、吐0及!12的情況下，利 用LPCVD工藝沉積電阻性TCO層。較佳地，二乙基鋅的流速為彡50SSCm且彡500SScm，較佳 地為彡150sscm且;^ 300sscm，最佳地為約220sscm ；H2O的流速為彡50sscm且;^ 500sscm， 較佳地為彡150sscm且彡300sscm，最佳地為約190sscm ；且H2的流速為彡40sscm且 ^ 400sscm，較佳地為彡IOOsscm且彡250sscm，最佳地為約150sscm。沉積時(shí)間取決于電 阻性TCO層的目標(biāo)層厚度以及系統(tǒng)的沉積速率。電阻性TCO層的典型沉積時(shí)間處于1秒至 100秒的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，在存在二乙基鋅、H20、H2及B2H6(Ar中2% )的情況下， 利用LPCVD工藝沉積導(dǎo)電性TCO層。較佳地，二乙基鋅的流速為彡50sscm且彡500sscm， 較佳地為彡150sscm且彡300sscm,最佳地為約220sscm ；H2O的流速為彡50sscm且 ^ 500sscm，較佳地為彡150sscm且;^ 300sscm，最佳地為約190sscm ；H2的流速為彡40sscm 且；^ 400sscm，較佳地為彡IOOsscm且；^ 250sscm，最佳地為約150sscm ；且B2H6的流速為 彡20sscm且彡400sscm，較佳地為彡60sscm且彡120sscm，最佳地為約60sscm。在另一實(shí)施例中，在同一沉積過(guò)程中沉積電阻性TCO層與導(dǎo)電性TCO層，其中在單 一 LPCVD沉積工藝中，在工作氣體中不存在摻雜劑(例如B2H6)的同時(shí)沉積電阻性TCO層。 然后，在同一沉積過(guò)程中，向工作氣體添加摻雜劑來(lái)沉積導(dǎo)電性TCO層。在本發(fā)明的另一實(shí) 施例中，則在兩個(gè)連續(xù)的CVD步驟(較佳地為L(zhǎng)PCVD)中進(jìn)行TCO層以及導(dǎo)電性TCO層的沉 積?？赏ㄟ^(guò)所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的各種方式提供具有紋理化TCO層的基板。在一 個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)以下方式在基板上沉積TCO層通過(guò)濺鍍，通過(guò)LPCVD或PECVD工藝、然后 通過(guò)蝕刻工藝(例如在0.5% HCl中)，及/或利用激光，以產(chǎn)生紋理化表面。在另一較佳 實(shí)施例中，在LPCVD-ZnO沉積期間產(chǎn)生紋理化表面。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，為基板提供 紋理化TCO層的的步驟包括利用PVD、LPCVD或PECVD在基板上沉積導(dǎo)電性TCO層；并視 需要利用蝕刻及/或激光在該層中引入紋理?？赏ㄟ^(guò)所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的各種工藝來(lái)沉積吸收層。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí) 施例中，利用PECVD工藝沉積具有PIN結(jié)構(gòu)的、以硅為基礎(chǔ)的吸收層，其中沉積至少一個(gè)包 含微晶氫化硅或納米晶體氫化硅的氫化層。該層依序包括第一經(jīng)正性摻雜的氫化硅子層、 未經(jīng)摻雜的氫化硅子層、以及經(jīng)負(fù)性摻雜的氫化硅子層。較佳地，在沉積工藝期間使用硅烷 (SiH4)以及H2氣體。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在沉積吸收層之前或之后沉積單一電阻性TCO層。這 樣，所產(chǎn)生的太陽(yáng)能電池包括一個(gè)電阻性TCO層，該電阻性TCO層位于導(dǎo)電性紋理化TCO層 與吸收層之間或位于吸收層與第二導(dǎo)電性TCO層之間。較佳地，在沉積吸收層之后沉積該 單一電阻性TCO層，因?yàn)檫@會(huì)使未被吸收層覆蓋的這兩個(gè)導(dǎo)電性TCO被更大尺寸的高電阻 路徑更好地分離。作為此較佳實(shí)施例的另一優(yōu)點(diǎn)，可在單一工藝中及使用單一設(shè)備，獲得電 阻性TCO層與相繼導(dǎo)電性TCO層，所述相繼導(dǎo)電性TCO層是沉積于該電阻性層頂上并用作 太陽(yáng)能電池的背電極。
在更佳的實(shí)施例中，在沉積吸收層之前沉積第一電阻性TCO層，并在沉積吸收層 之后沉積第二電阻性TCO層。有利地，這使得未被吸收層覆蓋的這兩個(gè)導(dǎo)電性TCO能甚至 更好地分離。作為此較佳實(shí)施例的另一優(yōu)點(diǎn)，可在單一工藝中及使用單一設(shè)備，獲得電阻性 TCO層與相繼導(dǎo)電性TCO層，所述相繼導(dǎo)電性TCO層沉積于該電阻性層頂上并用作太陽(yáng)能電 池的背電極。在另一方面中，本發(fā)明涉及一種通過(guò)本發(fā)明方法制造或可通過(guò)本發(fā)明方法獲得的 太陽(yáng)能電池。


參照下文中對(duì)實(shí)施例的說(shuō)明，本發(fā)明的這些及其它方面將變得顯而易見(jiàn)并得到闡 明。在附圖中圖1顯示具有PIN結(jié)構(gòu)吸收層的傳統(tǒng)基本薄膜太陽(yáng)能電池的橫截面；圖2顯示根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的薄膜太陽(yáng)能電池的橫截面；以及圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的薄膜太陽(yáng)能電池的另一實(shí)施例的橫截面。
具體實(shí)施例方式圖1顯示具有PIN結(jié)構(gòu)吸收層的傳統(tǒng)基本薄膜太陽(yáng)能電池的橫截面。紋理化導(dǎo)電 性TCO層2沉積于基板1上。在此TCO層頂上沉積有吸收層3，吸收層3依序由P-層7 (即 經(jīng)正性摻雜的半導(dǎo)體層)、I-層8 (即本征半導(dǎo)體層)、以及N-層9 (即經(jīng)負(fù)性摻雜的半導(dǎo) 體層)組成。第二導(dǎo)電性TCO層4沉積于吸收層頂上。光通過(guò)基板1進(jìn)入太陽(yáng)能電池，進(jìn) 入紋理化TCO層2并被散射到吸收層3中，在吸收層3中光轉(zhuǎn)換為電能。TCO層(2，4)用作 太陽(yáng)能電池的電性觸點(diǎn)。由于吸收層不很好地沉積于紋理化TCO層的谷中，因而TCO層2 與4形成直接電性接觸，這會(huì)造成低電阻路徑10并進(jìn)而在裝置內(nèi)造成電流流失，從而引起 性能損失。圖2顯示根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的薄膜太陽(yáng)能電池的橫截面。薄膜太陽(yáng)能電池包 括例如約90X50cm的玻璃基板1，玻璃基板1上已沉積有由摻雜有硼的ZnO形成的導(dǎo)電性 紋理化TCO 2。在沉積吸收層(也包括PIN結(jié)構(gòu))之后，沉積電阻性TCO層6。由于電阻性 TCO層的材料所具有的電阻率高于兩個(gè)導(dǎo)電性TCO層2及4的材料，因而在這兩個(gè)TCO層之 間形成高電阻路徑11。導(dǎo)電性紋理化TCO是利用LPCVD并利用沉積室而沉積于玻璃基板上，沉積室被設(shè) 定至約0. 5mbar并配備有加熱到約190°C的熱板。使用二乙基鋅(DEZ)作為前驅(qū)物來(lái)沉 積 ZnO。在 LPCVD 工藝中，各個(gè)流速為:DEZ 220sccm、H2O 190sccm、H2 150sccm、B2H6 (Ar 中 2% )80sccm。沉積進(jìn)行了 900秒，產(chǎn)生約2000nm的層厚度。紋理化TCO層2的粗糙度為約60nm。 紋理化TCO層2的電阻率為約2 X 10_3 Ω cm。在紋理化導(dǎo)電性ZnO TCO 2頂上，已沉積有具有PIN結(jié)構(gòu)的吸收層3。吸收層包括 三個(gè)非晶氫化硅(a_Si:H)的子層。直接沉積于紋理化TCO 2頂上的底部子層7是經(jīng)正性 摻雜的(P-層)，隨后是未經(jīng)摻雜的(I-層)中間層8，再隨后是經(jīng)負(fù)性摻雜的(N-層)層
99。P-層、I-層及N-層的厚度分別為約30nm、250nm及25nm。吸收層的沉積是利用PECVD工藝進(jìn)行，其中由SiH4在存在H2的情況下利用射頻電 源(RF power)產(chǎn)生等離子體來(lái)沉積氫化硅。在沉積吸收層3之后，在單一 LPCVD工藝中沉積電阻性TCO層6與第二導(dǎo)電性TCO 層4。沉積室被設(shè)定至0. 5mbar并配備有加熱到185°C的熱板。首先，利用具有以下流速的DEZ、H2O及H2來(lái)沉積電阻性TCO層6 =DEZ 220sscm ； H2O 190sscm;H2 150sscm。沉積進(jìn)行了 1至100秒，產(chǎn)生約1至IOOnm的厚度。電阻性TCO 層6的電阻率為約105Qcm。電阻性TCO層的沉積，形成了用于分離這兩個(gè)導(dǎo)電性TCO層2 與4的高電阻路徑11。在完成對(duì)電阻性TCO層6的沉積之后，以約80SSCm的流速向工作氣體添加 B2H6 (Ar中2% )，以在同一 LPCVD工藝中沉積導(dǎo)電性TCO層4。沉積進(jìn)行了 600秒，產(chǎn)生約 1600nm的TCO層4的厚度。導(dǎo)電性TCO層4的電阻率為約2 X 10_3 Ω cm。所產(chǎn)生的薄膜太陽(yáng)能電池具有約860mV的開(kāi)路電壓(Vqc)以及約72%的填充因數(shù) (fill factor ；FF) 0相較于不具有電阻性TCO層6、具有約860mV的開(kāi)路電壓(Voc)以及約 69%的填充因數(shù)(FF)的在其它方面均相同的薄膜太陽(yáng)能電池，轉(zhuǎn)換效率可提高約4%。圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的薄膜太陽(yáng)能電池的另一實(shí)施例的橫截面，其中已在沉積 PIN吸收層之前及之后沉積電阻性TCO層。這樣，在紋理化導(dǎo)電性TCO層2與吸收層3之間 存在第一電阻性層5，并且在吸收層3與第二導(dǎo)電性TCO層4之間存在第二電阻性TCO層6。 因此，引入了兩個(gè)電阻性TCO層5，6。導(dǎo)電性TCO層、電阻性TCO層以及吸收層的沉積是利 用上述參數(shù)及工藝進(jìn)行。具體而言，薄膜太陽(yáng)能電池包括玻璃基板1，玻璃基板1上已利用LPCVD沉積了由 摻雜有硼的ZnO形成的導(dǎo)電性紋理化TCO 2。此外，使用DEZ作為前驅(qū)物來(lái)沉積ZnO。所使 用的摻雜劑為B2H6(Ar中2%)。導(dǎo)電性紋理化TCO層2具有約1700nm的厚度。粗糙度為 約60nm且紋理化TCO層2的電阻率為約2 X IO"3 Ω cm。在完成對(duì)導(dǎo)電性紋理化TCO層2的沉積之后，進(jìn)行另外的LPCVD工藝以沉積電阻 性TCO層5。利用具有以下流速的DEZ、H2O及H2來(lái)沉積電阻性TCO層5 =DEZ 220sscm ；H2O 190sscm ;H2150sscm。沉積進(jìn)行了 20秒，產(chǎn)生約IOOnm的厚度。電阻性TCO層5的電阻率 為約IO5 Ω cm。如上所述，在電阻性ZnO TC05頂上沉積具有PIN結(jié)構(gòu)的吸收層3。最后，如上所述，在單一 LPCVD工藝中沉積電阻性TCO層6與第二導(dǎo)電性TCO層4。 此外，利用DEZ、H2O及H2來(lái)沉積電阻性TCO層6，而對(duì)于導(dǎo)電性TCO層4的沉積，則向工作 氣體中添加B2H6 (Ar中2 % )。電阻性TCO層6的厚度為約lOOnm，電阻性TCO層6的電阻 率為約IO5 Ω cm。導(dǎo)電性TCO層4的厚度為約1600nm，電阻率為約2 X 10_3 Ω cm。由圖3可知，這兩個(gè)電阻性TCO層5，6的沉積形成了用于分離這兩個(gè)導(dǎo)電性TCO 層2與4的高電阻路徑11。盡管在附圖與上述說(shuō)明中已對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了例示及說(shuō)明，然而這些例示及說(shuō)明應(yīng) 被視為例示性或?qū)嵗缘亩窍拗菩缘?；本發(fā)明并不限于所揭露的實(shí)施例。通過(guò)研究附圖、 本揭露內(nèi)容以及隨附權(quán)利要求書，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可理解并在實(shí)踐所主張的發(fā)明時(shí)， 實(shí)現(xiàn)對(duì)所揭露的實(shí)施例的其它改動(dòng)。在權(quán)利要求書中，詞語(yǔ)“包括(comprising)”并不排除 其它元件或步驟，并且不定冠詞“一(a或an)”并不排除多個(gè)。在互不相同的從屬權(quán)利要求
10項(xiàng)中引用某些量值這一單純事實(shí)并不表明不能有利地使用這些量值的組合。權(quán)利要求書中 的任何參考符號(hào)均不應(yīng)被視為限制本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
一種薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，包括具有紋理化電阻性透明導(dǎo)電性氧化物(TCO)層(2)的基板(1)、吸收層(3)及第二TCO層(4)，其中在所述紋理化TCO層與所述吸收層之間沉積電阻性TCO層(5)及/或在所述吸收層(3)與所述第二TCO層(4)之間沉積電阻性TCO層(6)。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，包括兩個(gè)電阻性TCO層(5)及(6)。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述紋理化TCO層的紋理具有 彡30nm且彡600nm的粗糙度。
4.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述吸收層包括至少一個(gè)PIN結(jié)構(gòu)， 所述至少一個(gè)PIN結(jié)構(gòu)包含非晶氫化硅。
5.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述電阻性TCO層(5)或(6)的電阻 率大于所述紋理化TCO層及所述第二 TCO層的電阻率。
6.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述電阻性TCO層(5)及/或所述電 阻性TCO層(6)包含未經(jīng)摻雜的ZnO。
7.一種陣列，由至少兩個(gè)如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池形成。
8.一種用于制造薄膜太陽(yáng)能電池的方法，其特征在于，包括以下步驟沉積至少一個(gè) 電阻性TCO層(5，6)，其中所述所沉積的電阻性TCO層位于所述薄膜太陽(yáng)能電池的所述紋理 化TCO層⑵與所述第二 TCO層(4)之間。
9.一種如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，包括以下步驟a)提供具有紋理化TCO層⑵的基板(1)；b)沉積吸收層(3)；以及c)沉積第二TCO層(4)，其中沉積至少一個(gè)另外的電阻性TCO層(5，6)，使得所述電阻性TCO層位于所述薄膜太 陽(yáng)能電池的所述紋理化TCO層與所述第二 TCO層之間。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述沉積TCO層是通過(guò)LPCVD來(lái)進(jìn)行。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述沉積電阻性TCO層(6)是與所述沉積 第二 TCO層(4) 一起通過(guò)單一 LPCVD工藝來(lái)進(jìn)行。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在步驟b)之前沉積第一電阻性TCO層(5)， 并在步驟b)之后沉積第二電阻性TCO層(6)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種改良的薄膜太陽(yáng)能電池，其中至少一個(gè)額外的電阻性透明導(dǎo)電性氧化物(TCO)層包含于該太陽(yáng)能電池中。該額外的電阻性TCO將用作為這種電池的電極的各導(dǎo)電性TCO層電性分離，從而減小或避免性能損失。此外，本發(fā)明揭露用于制造這種太陽(yáng)能電池的方法。
文檔編號(hào)H01L31/0236GK101904013SQ200880122113
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2008年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者D·伯雷羅, E·瓦拉特-薩維恩, J·邁耶, U·克羅爾 申請(qǐng)人:歐瑞康太陽(yáng)能(處貝區(qū)市)公司