專利名稱：：非晶硅薄膜光伏模塊的分流缺陷的鈍化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于光電器材領(lǐng)域，特別涉及到非晶硅薄膜太陽能電池技術(shù)。技術(shù)背景由于人們對清潔、安全、可持續(xù)并且可靠的能源需求的增加，光伏(PV)系統(tǒng)正在迅速擴(kuò)大它在能源和產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)方面的市場。氫化非晶硅(a-Si)薄膜，以及相關(guān)的具有各種光能帶隙的非晶硅合金適合制作各種不同既定厚度的光吸收材料，己成為商業(yè)化生產(chǎn)光伏模塊材料的一個相對成熟的分支。薄膜硅光電技術(shù)材料成本低、覆蓋面積大、效益好，尤其是它很容易和像窗口、屋頂、墻面這樣的建材相結(jié)合。由于其光學(xué)帶隙相對寬，非晶硅特別適合制作光伏建筑一體化(光伏)產(chǎn)品，這種產(chǎn)品的光伏透明度是可以控制的，在一個p-i-n型的設(shè)置中，通過調(diào)節(jié)i層的厚度可以控制光伏透明度。在這里"i"是指摻雜的、積極的光吸體層("本征"層)。BIPV不需要額外土地，適合城市和人口稠密的地區(qū)。同時光伏模塊能夠替換一些建筑構(gòu)件，這樣就可以部分抵消在建筑物墻面，屋頂和窗戶上額外的光伏費(fèi)用。光伏建筑一體化(buildingintegratedphotovoltaics,BIPV)還使人們方便地使用可獨(dú)立于電網(wǎng)的電能。此外，半透明或部分透明建筑物光伏玻璃窗或"天窗"，有選擇地讓光色進(jìn)入內(nèi)部，從而增強(qiáng)了建筑物學(xué)吸引力。為便于討論，我們將使用"透明光伏玻璃窗"來代指所有透光度大于1%的光伏建筑一體化窗戶。在制作BIPV模塊時，玻璃是一種流行的選擇，因為玻璃是窗戶的主要材料，而且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐用，并且可以和非晶硅光伏設(shè)備加工程序和應(yīng)用環(huán)境兼容。BIPV必須能夠常時間經(jīng)受各種氣候條件的考驗。因此，玻璃制的非晶硅BIPV產(chǎn)品因其具有發(fā)電器和建筑學(xué)模塊的雙重功效而備受矚目。在玻璃制非晶硅BIPV器件中，典型的結(jié)構(gòu)包括一個玻璃基板，一個透明導(dǎo)電氧化物(TCO)薄膜制的前電極，多個不同類型的非晶硅薄膜(通常是p-i-n層)，一個透明導(dǎo)電氧化物(如氧化鋅)薄膜層，通常還有另外一個金屬膜作為后電極來收集和傳輸光電流。這些膜層又和另外一層玻璃組合，使所有的這些薄膜夾在兩層玻璃片之間，從而具有抵抗各種天氣自然力侵?jǐn)_的優(yōu)良性能。這種產(chǎn)品壽命長，防風(fēng)雨。非晶硅半導(dǎo)體層的作用是把光轉(zhuǎn)化成電流(電)。非晶硅半導(dǎo)體的物理性質(zhì)決定了要發(fā)揮非晶硅太陽能電池的最佳效能，必須用p-i-n型結(jié)構(gòu)，這里p，i，n分別指的是p型(正向摻雜)、i型(本征摻雜或非摻雜)和n型(負(fù)向摻雜)的半導(dǎo)體材料。硼和磷是制作p型和n型非晶硅及其合金時通常使用的摻雜元素。要制作光電器件，基于非晶硅的i層必須足夠厚(大于50納米)。換句話說，單純的p-n或n-p型非晶硅材料制作的器件并不能像晶態(tài)半導(dǎo)體太陽能電池那樣運(yùn)作，因為基于非晶硅的p層和n層是"死"層。這和通常都是p-n型結(jié)構(gòu)的晶體硅太陽能電池形成鮮明對照。這是因為在摻雜的基于非晶硅的薄膜中存在很多缺陷，包括非晶硅碳(a-SiC)和非晶體硅鍺(a-SiGe)。只有p-i-n型結(jié)構(gòu)的i層中的光致載流子(電子和空穴)可以被分離提取出來用作光電能量轉(zhuǎn)換。所以，非晶硅合金i層對厚度的門檻限制相當(dāng)?shù)?。低于這個厚度，太陽能電池效率將會非常低。這是由于器件存在物理缺陷，同時能夠轉(zhuǎn)換成電能的光的吸收也非常有限。i層的厚度很大程度上決定著能有多少光可以被吸收并轉(zhuǎn)化成電能。今天市場上絕大多數(shù)光伏模塊(包括非晶硅光伏產(chǎn)品)都是非透明的，因為其構(gòu)成材料中包括了不透明的基板或電極或半導(dǎo)體，比如金屬材料制成的電接觸層。同時，為了達(dá)到最高輸出功率，非晶硅光伏模塊的i層通常太厚以至于沒有多少可見光能夠通過，尤其是在多結(jié)的太陽能電池中。這種多結(jié)光伏電池由兩個或三個p-i-n光伏單元疊加而成，用來避免i層較厚的單結(jié)電池的光致衰退問題(Stabler-WronskiEffect)。一般來說，讓玻璃封裝的非晶硅BIPV模塊部分透明有兩種方法。傳統(tǒng)的方法是，用激光技術(shù)(激光移除法)選擇性地去除非透明的非晶硅光伏板中的硅薄膜與背接觸層，來得到部分透明的光伏模塊。透明度取決于不再產(chǎn)生電力的"開口面積"的大小。這種毀除式的方法有下面幾個缺點(diǎn)激光劃線緩慢而昂貴；看起來格式不統(tǒng)一；透明度隨光電活躍區(qū)域的降低(模塊功能的損失)而逐漸變大。當(dāng)用激光來獲得點(diǎn)狀透光區(qū)域時，激光一次處理非晶硅薄膜的一個點(diǎn)，會對模塊產(chǎn)生巨大損傷，這會導(dǎo)致嚴(yán)重的能量流失。我們己經(jīng)采取了另外一種方式來生產(chǎn)部分透明的BIPV，那就是讓其中所有的薄膜都具有一定的透明度，從而不用移除已沉積的薄膜就可以到達(dá)一個透明體。值得注意的是，光伏活躍非晶硅i層被做得更薄，背面用透明的氧化鋅取代了不透明的金屬鋁。這種光伏窗口成本較低、外觀更均勻(有膜區(qū)和無膜區(qū)之間沒有強(qiáng)烈的反差)、更美觀，并且比起激光處理的部分透明的模塊輸出功率更高。這樣就沒必要為了透光的目的而消除選定區(qū)域非晶硅薄膜。和那些通過薄膜移除制成的"部分透明"模塊相比，這種模塊才是真正的"部分透明"。允許一些光經(jīng)過所有薄膜材料的光伏模塊被稱為"透視型"光伏模塊。只有含較薄的非晶硅i層的單結(jié)太陽能電池才可被用于制作真正的部分透明"透視型"BIPV模塊。大批量生產(chǎn)含有較薄的非晶硅p-i-n薄膜層和透明接觸層的透視型(部分透明)的非晶硅光伏模塊還存在一些關(guān)鍵性的挑戰(zhàn)。這些技術(shù)問題必須得到解決，以確保非晶硅i型薄膜層的BIPV玻璃窗的良好性能和高產(chǎn)量。首要的技術(shù)障礙是非晶硅i層薄膜(厚度不超過350納米)的分流或短路。尤其是對于需要更薄的非晶硅薄膜(例如i層小于200納米)的更為透明視窗來說，在經(jīng)過非晶硅薄膜中針孔和薄膜上明顯的幾何缺陷時，分流和短路(泄漏電路)基本上是不可避免的?？梢钥闯?，在下面引述的
背景技術(shù)：
中，即便是那些有較厚的非晶硅i層薄膜的非晶硅光伏器件來說，分流也是一個普遍的問題。實際上，即使對非透明的基于氫化硅薄膜的光電產(chǎn)品來說，非晶硅i層薄膜的分流問題也仍然是實際生產(chǎn)和商業(yè)應(yīng)用這種器件的最大障礙之一。人們己提出若千解決基于非晶硅的光伏設(shè)備中經(jīng)過半導(dǎo)體薄膜的分流(shimt)亦即局部"短路"問題。美國專利4598306(1986)描述了將光伏設(shè)備中半導(dǎo)體(這個例子中是非晶硅薄膜)和一個電極之間放置連續(xù)的透明阻擋層的技術(shù)。這個導(dǎo)電性弱的阻擋層(一個通過某種方式沉積的薄膜)可大幅阻止損毀或分流區(qū)域的滲漏電流。建議使用的材料基本上是寬帶隙的金屬或硅的氧化物、氮化物、碳化物，因為它們的透明度非常高。這一構(gòu)想的具體實施是由同一發(fā)明者指出的，美國專利4532372中描述道"這一阻壘層是由基于氟化鎂的材料制成的"。"阻壘"這個概念，后來在美國專利中有進(jìn)一步描述。專利號第5268039，描述了分流抑制光伏器件，該器件包含一層導(dǎo)電性弱的材料膜層，該膜層置于太陽能電池前電極和背電極之間。美國專利號4633034描述了另一個技術(shù)，該技術(shù)特別有利于具有電網(wǎng)格局(collectiongrid)的電極。根據(jù)這一技術(shù)，使用低于電極網(wǎng)導(dǎo)電性的電流限制度的材料，可以減輕分流。一般來說，上述方法被認(rèn)為是被動或"非毀除性"修復(fù)分流(滲漏電流)的方法。本發(fā)明代表用補(bǔ)救方法解決電極層之間大面積薄膜中的缺陷問題的一大進(jìn)步。另一類減少分流的辦法是，積極鈍化的方法，即半導(dǎo)體薄膜(在這個例子中是非晶硅i層)或相鄰金屬材料從選定區(qū)域(損毀區(qū))被更改或移除(剔除)，而不是被導(dǎo)電性差的薄膜掩蓋。美國專利4451970教人們探測(尋找)缺陷區(qū)域和消除這種毀損區(qū)的方法，該方法靠移除缺陷區(qū)域周圍電極層或在這些區(qū)域沉積一個絕緣膜來阻止分流路徑。在上述專利和美國專利4464832中，一種方法是在分流區(qū)選擇性地清除導(dǎo)電薄膜。主要依靠在鹽、堿或電解質(zhì)中浸泡太陽能電池，和運(yùn)用電偏壓來蝕刻太陽能電池分流部分。在美國專利4729970中，使用一種化學(xué)轉(zhuǎn)化催化劑將缺陷區(qū)域的電極(導(dǎo)電)轉(zhuǎn)化成絕緣膜材料從而解決分流問題。上述程序?qū)嵱枚矣行В埠芫?xì)，成本高，需要精密昂貴的儀器和大量的勞動，因為在我們所討論的這種光伏模塊中，可能每平方米薄膜涂層上有數(shù)以萬計的微小缺陷。這些嚴(yán)重限制了大面積光伏模塊的產(chǎn)量。又一發(fā)明，美國專利4471036描述了通過電化學(xué)氧化選定單體以在開口(漏電)處沉積絕緣聚合體，從而消除針孔或多孔開口(當(dāng)它和電極一起沉積時會形成短路)的方法。一個相似的過程在美國專利5277786中提出，其中用半導(dǎo)體層缺陷部分通過電解處理的方式修復(fù)。在電解溶液中含有一種物質(zhì)，該物質(zhì)能夠鈍化絕緣層損壞部分。在美國專利6132585中使用電鍍樹脂(絕緣層)有選擇性地掩蓋光伏器件的缺陷部分。這些濕處理的方法費(fèi)時費(fèi)力并且有特殊的設(shè)備要求。同時，并不能保證絕緣膜不會沉積在半導(dǎo)體薄膜的非缺陷區(qū)域。美國專利6716324披露了一種靠避免導(dǎo)電膜層在缺陷區(qū)域沉積，從而抑制半導(dǎo)體缺陷區(qū)的分流的方法。這種方法很值得商榷，因為薄膜上微小的缺陷(可能集中或隨意分散在大的連續(xù)的板或片上)不可能有選擇性地對濺射鍍膜中施加的偏電壓產(chǎn)生反應(yīng)。只有相對較大的缺陷才有可能被發(fā)現(xiàn)并通過這種方式中和。同時，發(fā)現(xiàn)這些缺陷，并在薄膜濺射過程中對缺陷有所反應(yīng)需要非常先進(jìn)的硬件和軟件設(shè)備。這不是本發(fā)明提出的解決問題的實際的方法。大多數(shù)先前提出解決方法都存在缺陷，或者技術(shù)上不健全，或者增加光伏模塊的制造成本不切實際，或者是成品不夠美觀。所有這些都為分流問題提出了一些補(bǔ)救措施，但其中沒有哪個針對性地解決了真正透明的，不靠薄膜移除的BIPV窗戶所需的特薄的非晶硅i層薄膜的問題。這些先前的發(fā)明并沒有針對透明度可以通過非晶硅i層來調(diào)節(jié)的非晶硅BIPV模塊。非晶硅i層的必要厚度是一個棘手的問題，必須定制設(shè)計解決方案。以前的解決方法都是行不通的。比如說，在非晶硅分流區(qū)(缺陷區(qū))使用高電阻聚合物薄膜選擇性電解沉積的方法，就不能應(yīng)用于非晶硅i層非常薄(如"200"納米)的情況，因為這種絕緣膜的沉積不能被控制在針孔或其它有缺陷的區(qū)域。相反，因為非晶硅薄膜的不可忽略的導(dǎo)電性，絕緣膜可能會附著在整個的非晶硅薄膜上，從而削弱光伏器件的性能。因此，分流抑制的BIPV模塊不會產(chǎn)生高輸出功率，因為它收集光電流的效率比較低。此外，同樣重要的是，先前發(fā)明中沒有一個描述用簡單的緊緊結(jié)合非晶硅i層沉積來防止分流的方法，而在制作非晶硅光伏模塊時，不訴諸額外設(shè)備或處理板。先前提出的解決辦法都太繁瑣，和傳統(tǒng)非晶硅光伏模塊的制造流程不兼容。事實上，先前的發(fā)明沒有哪個依靠簡單重復(fù)使用各種基于簡單易制的膜層來解決p-i-n結(jié)構(gòu)漏電的問題。尤其是'假'i層(dummyi-layer)，它可被制成寬帶隙，絕緣的膜層，從而減少或鈍化由于任一實際i層過薄而導(dǎo)致的缺陷問題。為了便于理解本發(fā)明，圖1顯示了被兩個玻璃板封裝的標(biāo)準(zhǔn)單結(jié)p-i-n型的可做成透視型的太陽能電池的橫切面。這種太陽能電池包括平板玻璃基板20，透明的前電極30(TCO)，非晶硅合金p層40,非晶硅i層50(本征非晶硅)，基于非晶硅的n層80，透明背電極90，粘膜劑100(封裝介質(zhì))，和玻璃蓋板110。圖1中顯示一個選擇性的基于非晶硅的分流抑制層70，置于非晶硅i層50和非晶硅n層80之間。沒有這個寬帶隙的、基于非晶硅的、分流抑制層70，這個器件將會是一個簡單的，傳統(tǒng)的p-i-n型太陽能電池。為了使整個器件具有透明度而適合于光伏建筑一體化玻璃窗的應(yīng)用，p-i-n層(p層40，i層50和n層80)都必相當(dāng)?shù)谋?，總厚度不能超過400納米，更好是小于300納米，最好是小于200納米。這就意味著非晶硅i層50的厚度小于360納米，最好是小于170納米。在i層如此薄的太陽能電池中短路或分流缺陷是不可避免的，尤其是在大面積區(qū)域(近l平方米大小)。把寬帶隙、高電阻的分流抑制層70加在非晶硅i層50之上，可以減少分流或短路。這是因為它增加了i層的厚度，從而增大了組合i層阻止電流滲漏的能力。如果分流抑制層70是由像非晶硅碳這樣的帶隙寬于1.9電子伏的寬帶隙的非晶硅合金制成，那么即使是相當(dāng)厚(大于150納米)的薄膜也可以被加在太陽能電池中，同時，在傳輸可見光時不會造成進(jìn)一步的損耗。然而，在實際情況中，這種克服分流的方法因以下兩個原因行不通一是因為像非晶硅碳這樣的寬帶隙的非晶硅合金穩(wěn)定性非常差，它會使太陽能電池的效率在光照下迅速衰退。二是因為寬帶隙非晶硅合金i層電子性能低，會嚴(yán)重影響光伏器件的輸出功率。而摻雜型的非晶硅碳或其它合金也不適合單獨(dú)地做分流抑制層。因此，如圖1所示的在標(biāo)準(zhǔn)i層50上附加分流抑制層70的做法，不能有效或長期地解決薄膜非晶硅i層50所引起的分流問題。為了實現(xiàn)基于非晶硅的半透明BIPV模塊，必須發(fā)明一種低成本、易實施、快速、有效、穩(wěn)健且可靠的技術(shù)，來大幅度地減少非晶硅光伏模塊大面積缺損的問題。
發(fā)明內(nèi)容基于上述考慮，申請人擬訂了本發(fā)明的目的生產(chǎn)一種低缺陷的透視型的非晶硅薄膜光電器件，能夠應(yīng)用于像光伏玻璃窗和天窗等這樣的光伏建筑一體化結(jié)構(gòu)中。本發(fā)明的進(jìn)一步目的是，生產(chǎn)非晶硅光伏器件，這種器件中有活躍的非摻雜氫化非晶硅薄層(i層)，有適當(dāng)?shù)耐腹舛?，分流缺陷小，輸出功率良好，高產(chǎn)，運(yùn)行可靠等特點(diǎn)。本發(fā)明第三個目的是，防止或減輕非晶硅活躍i層和p-i-n型太陽能電池和其他大型模塊的薄膜非晶硅光電子設(shè)備中電流分流問題，通過引進(jìn)電阻率較大的寬帶隙的非晶硅合金薄膜來阻止短路。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提出了一個控制含有較薄i層的基于非晶硅的p-i-n型薄膜光伏模塊中的半導(dǎo)體分流缺陷的方法。我們使用一個分流抑制屏障結(jié)構(gòu)，涉及帶隙較寬的非晶硅合金材料構(gòu)成的"虛擬i層"，包括薄膜氫化非晶硅碳(a-SiC)，或一系列光電能量轉(zhuǎn)換不活躍(non-active)的虛擬i層。這種薄膜有良好的透光性，電阻系數(shù)足夠大。這個分流鈍化薄層，被插入在活躍的非晶硅p-i-n結(jié)構(gòu)和透明導(dǎo)電氧化物后接觸層(背電極)之間。它的作用是阻止前置p-i-n光伏結(jié)構(gòu)中非晶硅i層活躍區(qū)缺陷處的電流滲漏。本發(fā)明的最簡單形式是p-i-n-"i"-n型器件結(jié)構(gòu)，尤其適合取代傳統(tǒng)的i層較薄，容易產(chǎn)生分流缺陷的被夾在兩個點(diǎn)接觸層之間的p-i-n型器件。在p-i-n-"i"-n結(jié)構(gòu)中，"i"層置于兩個n層之間，它是一模擬層('假'i層)，用來鈍化第一個(置于p層之后的)i層的短路缺陷。第一個i層是真正具有光伏活躍性的光電轉(zhuǎn)換單元。分流抑制的模擬層可以包括多個非晶硅合金薄膜，這種薄膜電阻系數(shù)大，透光能力強(qiáng)，同導(dǎo)電能力更強(qiáng)的n型基于非晶硅的薄膜疊加連接。鈍化(屏障)材料的有效成分是寬帶隙的a-SiX薄膜，其中X代表碳，氧，氮和/或氟。這種薄膜比相同厚度，非摻雜型的非晶硅有明顯高的電阻率和透明度。這種電阻大，相對透明(寬帶隙)的薄膜也可以是微摻雜的n型薄膜。這種鈍化薄膜的吸光能力差，因而可從光伏活躍區(qū)的非晶硅i層薄膜的親屬材料中挑選。本發(fā)明讓太陽能電池中基于非晶硅的薄膜的總厚度增加，就像一個很厚的不易有分流問題的器件，同時并沒有增加p層和第一個n層之間的光伏活躍i層的厚度。一個具體的使模擬層相對厚而又不影響活躍p-i-n光伏單元效率的做法，是讓多個附加的虛擬層或"假"i層被用在具有寬帶隙的n-i-n-i...-n的結(jié)構(gòu)中。比起單一的虛擬層，這種將多個虛擬層疊加在一起的結(jié)構(gòu)可以更有效地減少光伏活躍區(qū)非晶硅真正i層的分流效應(yīng)。和傳統(tǒng)器件相比，這種擁有分流抑制屏障的光伏模塊的分流缺陷較少，輸出功率大，產(chǎn)品率高，有更高的可靠性。上述非晶硅光伏模塊允許足夠的光透過所有的膜層，適合像光伏玻璃窗和天窗這樣的光伏建筑一體化應(yīng)用。光伏模塊的透光度不是依靠對非晶硅薄膜或電極的選擇性移除而獲得，而是光伏器件所有的單個薄膜都有適當(dāng)?shù)耐该鞫?。值得注意的是，本發(fā)明允許p-i-n型大面積光伏模塊使用非常薄的非晶硅本征層(i層)，比如小于150納米，同時不會因為電流短路和電極間非晶硅i層覆蓋不足而生成性能缺陷或能量損耗。本發(fā)明光伏模塊的一個特點(diǎn)是它的雙面感光性。因為它的背面是透明的，n層又比較薄，因此模塊背面觸光時，也可以發(fā)生光電行為。分流預(yù)防的發(fā)明可應(yīng)用于這種雙面BIPV模塊中，以增強(qiáng)它的輸出功率、可靠性和生產(chǎn)產(chǎn)量。雙面非晶硅光伏模塊可用于戶外獨(dú)立設(shè)備應(yīng)用和弱光室內(nèi)使用，這樣的情況下，模塊的兩面都處于感光環(huán)境中。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。圖1是一個p-i-n型非晶硅太陽能電池的切面圖。圖2是一個具有分流鈍化特性的透視型非晶硅光伏模板的層狀結(jié)構(gòu)。圖3是顯示具有多個分流鈍化單元的透視型非晶硅光伏模板的層狀結(jié)構(gòu)。具體實施方式實施例一本發(fā)明涉及一種簡單、低成本且高效的消除分流缺陷的方法，適用于含有較薄的非晶硅活躍性吸收轉(zhuǎn)化層的透視型光伏模塊。當(dāng)前發(fā)明的一個實施，由圖2作了說明。圖2是一個玻璃封裝的非晶硅太陽能電池的橫切面視圖，這種太陽能電池基于圖1所示的p-i-n結(jié)構(gòu)，但被修正了。器件結(jié)構(gòu)唯一的變化是，在非晶硅i層和寬帶隙基于非晶硅的分流抑制層70中間，增加了一個基于非晶硅的第一n層60。在這種p-i-n-"i"-n結(jié)構(gòu)中(圖2中的40-50-60-70-80)，分流抑制"i"層70和第二n層80形成了起分流屏障的作用的雙層抑制結(jié)構(gòu)，阻礙在非晶硅i層50中任何形式的缺陷導(dǎo)致的分流。分流鈍化結(jié)構(gòu)中起作用的部分是高帶隙的有較高電阻率的分流抑制層70，而第二n層80的作用只是提供與透明背電極90(背接觸層)足夠良好的電接觸。這種p-i-n-"i"-n型設(shè)備結(jié)構(gòu)中，兩個磷摻雜的基于非晶硅的n層60和80之間，夾著透明絕緣的或者微摻雜的非晶硅合金分流抑制"i"層70。此p-i-n-"i"-n型器件結(jié)構(gòu)是本發(fā)明的核心。當(dāng)像氧化鋅這樣的透明導(dǎo)電氧化物作為透明背電極90的材料，并且所有的基于非晶硅的膜層(p層40，i層50，第一n層60:,分流抑制層70和第二n層80)都至少有某些透光性的時候，我們就可以得到部分透明的透視型太陽能電池。這種部分透光的太陽能電池也是雙面光感的，正面和背面玻璃都可以感光。半透明光伏建筑一體化和/或雙面光伏建筑一體化可以通過大面積統(tǒng)一地沉積所有的膜層得到。雙面光伏模塊就是無論正面還是背面玻璃觸光都能發(fā)電的光伏模塊，它是相對于只是單面觸光發(fā)電的傳統(tǒng)的光伏模塊而言的。注意圖1和圖2中器件的運(yùn)作區(qū)別。圖2中基于非晶硅的分流抑制層70是一個"虛擬"的膜層，并不發(fā)生任何光電效應(yīng)。然而它提供與薄膜層面垂直方向的電阻。這樣，n-"i"-n結(jié)構(gòu)中的基于非晶硅的分流抑制層70的低電子質(zhì)量和差的穩(wěn)定性不會影響p-i-n(p層40，i層50，n層60)光伏單元的性能。換句話說，對光電能量轉(zhuǎn)換而言，分流抑制層70的電子質(zhì)量無關(guān)緊要。根據(jù)本發(fā)明，基于非晶硅的光伏器件中的分流抑制層70是一個基于非晶硅的寬能帶隙合金薄膜，它必須同時滿足下列三個要求1)它可以用同一種方法沉積，最好是和前述p-i-n型非晶硅薄膜(分別由p層40，i層50，n層60代表)在同一個非晶硅沉積設(shè)備中沉積；2)膜層70對可見光是相對透明的，若作為一個單獨(dú)的膜層衡量，其紅光的透光度大于10%。因此必須對薄膜的厚度和光能帶隙進(jìn)行合適的選擇；3)分流抑制層70的電阻必須大得足以阻止非晶硅i層50缺損區(qū)域(短路)的滲漏電流。此外，分流抑制層70的性能必須很穩(wěn)定。電阻率應(yīng)該和非摻雜非晶硅薄膜相近或稍小，在10力歐姆.厘米(10力Ohmxm)附近。非摻雜型或微摻雜型寬能帶隙非晶硅合金薄膜，像非晶硅碳，非晶硅氧，非晶硅氮和氟化非晶硅等都可以滿足上述要求。上述非晶硅合金單元(碳、氧、氮、氟)的作用是拓寬能帶隙，增大基于非晶硅薄膜的電阻系數(shù)。所有合金薄膜都可以像簡單太陽能電池中基于非晶硅的p、i、il膜層那樣用同一種方法生產(chǎn)。例如，通過在硅烷(SiH4)和氫氣(H2)混合物中添加甲烷(CH4)，讓它們流入一個PECVD系統(tǒng)，就可以生成非晶硅碳薄膜。薄膜的厚度由諸如等離子體條件、甲垸和硅垸氣體的比例等變量決定。薄膜厚度和能帶隙兩個因素決定這種薄膜的透光度。薄膜的電阻系數(shù)是由能帶隙大小和摻雜度(包括無意識性摻雜和雜質(zhì))來決定的。因為分流抑制層70只要很低的光吸收度和適度的絕緣性就可以顯著阻止i層50缺陷區(qū)的電流滲漏，所以即使存在較高密度的電子缺陷，它也能夠按照我們的要求工作。這樣，寬帶隙的非晶硅合金，以及他們的合金，如非晶硅碳氧合金(a-SiCO)，無論是非摻雜或是微摻雜，都非常適合作基于非晶硅的分流抑制層70的材料。在生產(chǎn)過程中，正如前面所述的那樣，有分流抑制特性的器件都可以用傳統(tǒng)p-i-n型模塊的生產(chǎn)方式及設(shè)備制造，只不過加了兩個額外的基于非晶硅的薄膜70和80。生產(chǎn)過程中生產(chǎn)量只稍有下降，生產(chǎn)設(shè)備附加成本非常小。圖2中的分流抑制層70和n層80并不參與光能到電能的轉(zhuǎn)化，它們在這種情況下是"死層"。只有第一個i層50，夾在p層40和第一個基于非晶硅的第一n層60之間，直接起著把光轉(zhuǎn)化成電能的作用。這種傳統(tǒng)的太陽能電池中不存在的獨(dú)特結(jié)構(gòu)是本發(fā)明中分流鈍化機(jī)構(gòu)中最基本的部分。通過在第一n層60和第二n層80之間加入一個分流抑制層70,可以為非晶硅i層50提供抑制短路和分流缺陷的能力，從而解決在商業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下，大面積非晶硅i層嚴(yán)重的分流和短路問題。分流抑制層70在光伏電池的兩個電極(透明前電極30和透明背電極90)之間起電阻的作用。像針孔，合成微粒，超薄薄膜覆蓋，或者明顯的隆起等缺陷，都是很平常的，尤其常見于因透光度要求非晶硅i層50較薄的部分透明非晶硅太陽能電池中。適度厚的虛擬絕緣膜層分流抑制層70的存在，等于增大了i層50的厚度，達(dá)到如圖l所示的效果，它阻擋了電流的滲漏渠道。不然這些分流缺陷會發(fā)生在前電極和背電極之間，嚴(yán)重?fù)p壞太陽能電池的性能。另外一種分析圖2中器件結(jié)構(gòu)的方式是把原來圖1中的p-i-n型太陽能分成兩部分，把i層分開成兩個(50和70)，中間加一個n層(60),這樣一來，只有第一個i層50是活躍的，第二個i層70是"死層"，因為它兩面都沒有p層存在。如果它有足夠?qū)挼膸对试S足夠的光透過光伏建筑一體化設(shè)備，"死層"分流抑制層70可以做成厚一點(diǎn)的材料。在圖2中，分流抑制層70被有目的地夾在兩個n型的基于非晶硅的薄膜(ri層60和80)之間，以形成n-i-n這樣的序列。如前所述，分流抑制層70不一定是非摻雜型的(i層)。為了適合設(shè)備運(yùn)作，可以根據(jù)它的帶隙進(jìn)行摻雜以達(dá)到必要的電阻率。換句話說，分流抑制層70既不能太絕緣，也不能比相同厚度的非摻雜型非晶硅薄膜更具導(dǎo)電性。如果分流抑制層70的材料是帶隙非常寬(大于2.0電子伏)的非晶硅合金，即便使用高摻雜度(比如說把磷垸和硅垸氣體比大于1%的混合物摻雜在原料氣體中用于等離子沉積過程)也不會生成導(dǎo)電薄膜。通常情況下，帶隙越寬，非晶硅合金薄膜的可摻雜性越低。因此，在我們的描述中，為了方便，分流抑制層70有時候被稱為"非摻雜"的非晶硅或i層。實際上，分流抑制層70可以根據(jù)需要，而和磷或鎵等物質(zhì)進(jìn)行輕微摻雜，適度摻雜或充分摻雜來改變其電阻，從而使分流鈍化光伏模塊達(dá)到整體上的最佳性能。只要最后一個i-n雙層膜(分流抑制層70和第二n層80)不嚴(yán)重限制第一個非晶硅i層50生成的光電流的正常流動，圖2中所示的整體的p-i-n-"i"-n型太陽能電池，就和傳統(tǒng)的p-i-n型太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率相同。經(jīng)實驗證實，如果基于非晶硅的分流抑制層70是由厚度很小(小于100納米)的非摻雜型非晶硅，或者非晶硅碳制成，增加的"i"-n膜層(分流抑制層70和第二n層80)—點(diǎn)也不會影響大面積玻璃襯底的非晶硅p-i-n型光伏模塊的能量轉(zhuǎn)化效率。然而，如果分流抑制層70絕緣性非常好(取決于它的帶隙，摻雜度和厚度)，和基本的p-i-n型器件相比(不考慮分流缺陷)，p-i-n-"i"-n型太陽能電池光電轉(zhuǎn)化能力會有所損失。在分流鈍化結(jié)構(gòu)的效能和增加系列電阻之間必須有一個很好的平衡。實施例二實際上，為了使光伏建筑一體化玻璃窗透明度更高，非晶硅i層50需要被盡量做得更薄，但這樣會導(dǎo)致更嚴(yán)重的分流。因此，基于非晶硅的分流抑制層70必須盡量做厚來增強(qiáng)它的分流阻止能力。但是，對于一個既定的電阻率來說，如果分流抑制層"i"層70過厚，圖2中的p-i-n-"i"-n型器件將會因"i"層70中的阻抗性損耗而失去它的能量轉(zhuǎn)化效率。為了解決這個問題，我們可以修正"i"-n(分流抑制層70和第二n層80)的分流抑制結(jié)構(gòu)，用一系列更薄的"i"-n雙層膜取代單個膜層較厚的分流抑制層70。這種概念在圖3中作了說明。在這個例子里，起分流鈍化作用的分流抑制層70由諸多疊加在一起的子單元組成。除了分流抑制層70的具體構(gòu)成外，圖3和圖2所示的器件相同。圖3是一個玻璃封裝的p-i-n-Y-n型太陽能電池的橫切片視圖，這里Y代表一系列的疊加在一起的"i"-n雙層，即"i"-n-"i，，-n-"i"-n…(圖3中的71-72-71-72-71-72...)。圖2中的分流抑制層70被一系列更薄的、高電阻的寬帶隙非晶硅合金薄膜71("i")在圖3中替代。它們比與其相鄰的n型的寬帶隙非晶硅合金薄膜72具有高出至少一個量級的電阻。這種含有多個寬帶隙的非晶硅合金"死層"的結(jié)構(gòu)，可更有效地用于分流抑制。子層71最好由磷摻雜度很輕微的非晶硅氧或非晶硅氮制成，因為這些材料可有良好的透光度及絕緣性。為了使分流抑制效應(yīng)最大化，同時使光學(xué)損耗最小化，n型的寬帶隙非晶硅合金薄膜子層72做得越薄越好。圖3中的起分流抑制作用的疊層結(jié)構(gòu)(7卜72-71-72-71-72...)效益取決于寬帶隙非晶硅合金薄膜71所有膜層的總厚度和它們的電阻系數(shù)。實際上，圖3是圖2所述概念的一個推廣。圖3的結(jié)構(gòu)比圖2更復(fù)雜，但是圖3中所有的高電阻的寬帶隙非晶硅合金薄膜71的疊加厚度可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過圖2中分流抑制層70的厚度。這樣的非晶硅太陽能電池就有了更強(qiáng)的分流鈍化能力，同時也不會明顯降低太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。這一結(jié)果的物理原因是，當(dāng)足夠薄的近絕緣的寬帶隙非晶硅合金薄膜71被夾在適度導(dǎo)電的n型的寬帶隙非晶硅合金薄膜72之間時，光電流可以穩(wěn)定地流經(jīng)絕緣膜而不會產(chǎn)生大的阻抗性損耗。而同時，分流渠道被多個絕緣膜有效地阻止了。因此，圖3是圖2的改進(jìn)，它減少了基本p-i-n型光伏器件(包括p層40，i層50和第一n層60)中分流限制膜在能量轉(zhuǎn)化效率上的負(fù)面影響。子層71和子層72的薄膜參數(shù)，可以根據(jù)透光型的光伏器件需求來決定。比如說當(dāng)i層50的厚度被定為100納米時，子層71可由帶隙為2.OeV的非晶硅氧(a-SiO)合金構(gòu)成,其中含有0.02%的磷，厚度為10納米。而子層72可由帶隙為1.85eV的非晶硅氧(a-SiO)合金構(gòu)成，其中含有0.5%的磷，厚度為1.5納米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于子層71，以減小光的吸收。子層71和子層72的疊層被重復(fù)12次，形成一個總厚度為138納米的分流抑制膜(70)，而且這個分流抑制疊層結(jié)構(gòu)比i層50還要厚，但其光吸收要低得多，有效地保證該光伏器件的透光性。圖3中的多個子層71(和多個子層72)并不需要相同，它們可以有不同的光能帶隙，摻雜度，電阻率和厚度。實際上，每一個子層都可能不同。這里我們只描述了一個總體概念，而不是具體的實施細(xì)則。實際上，依據(jù)本發(fā)明的原則，可以用多種方法達(dá)到相似的目的。權(quán)利要求1.一個透視型光伏模塊，該模塊含有基于非晶硅薄膜的p-i-n型光伏活躍結(jié)構(gòu)，其透視性來自所有薄膜材料的部分透明性，而非由將半導(dǎo)體及電極移除。其特征在于該透視型光伏模塊具有分流鈍化機(jī)制，可以用來增強(qiáng)輸出功率及其可靠性。所述的透視型光伏模塊包括以下幾個部分a)一個透明基板，該基板起支持和保護(hù)的作用，在所述的部分透明光伏模塊的薄膜沉積過程中起載體的作用；b)一個前電接觸層，由透明導(dǎo)電氧化物(TCO)制成，置于所述的透明基板之上；c)一個p層，該p層由硼摻雜的，寬帶隙的非晶硅合金制成，包括非晶硅碳，非晶硅氧合金，該p層置于所述的前電接觸層之上；d)一個本征i層，該本征i層由非摻雜的氫化硅或其合金薄膜制成，包括非晶硅和納米晶硅(納米硅)，i層厚度不大于350納米，該本征i層置于所述的p層之上；e)一個第一n層，由磷摻雜的氫化硅薄膜或其合金組成，包括非晶硅，非晶硅氧合金，非晶硅碳合金，和納米晶硅或其合金。該第一n層沉積于所述的本征i層之上；f)一個分流鈍化層，該分流鈍化層置于所述第一n層之上，其特征在于用來增強(qiáng)垂直于所述本征i層方向的電阻。所述分流鈍化層由光能帶隙不小于非晶硅光能帶隙的非晶硅合金制成，其導(dǎo)電性弱于所述第一n層，所述分流鈍化層并不直接參與所述部分透明光伏模塊的能量轉(zhuǎn)化過程；g)一個第二n層，為一個低電阻的電接觸層，該電接觸層由磷摻雜的n型非晶硅制成，厚度不大于12納米，置于所述分流鈍化層之上；h)一個透明背電極，包括一個透明導(dǎo)電氧化物薄膜，其厚度不小于300納米，置于所述第二n層之上；i)一個粘合層，該粘合層有封閉排斥水分的能力，透光度不小于80％，置于所述透明背電極之上；j)一個保護(hù)性蓋片，該蓋片是透明的，被牢固地粘貼在所述粘合層之上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透視型光伏模塊，其特征在于所述的分流鈍化層厚度不小于60納米，且其光能帶隙不小于1.85電子伏。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的透視型光伏模塊，其特征在于所述的分流鈍化層是包括多個子層疊合的結(jié)構(gòu)，每個所述子層都有不小于所述第一n層的光能帶隙和電阻系數(shù)，且至少有一半所述的子層的光能帶隙大于1.85電子伏。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的透視型光伏模塊，其特征在于所述的分流鈍化層的多個子層包括多個非摻雜的或輕度摻雜的寬帶隙非晶硅合金子層，和多個磷摻雜的寬帶隙非晶硅合金子層，交替疊加而形成一個總體分流鈍化層。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的透視型光伏模塊，其特征在于所述的透明基板是一片平板玻璃。6、根據(jù)權(quán)力要求l所述的透視型光伏模塊，其特征在于所述的前電接觸層是由氟摻雜的氧化錫(Sn02)薄膜或鋁摻雜的氧化鋅(ZnO)薄膜制成，或是由所述的薄膜結(jié)合而成。7、根據(jù)權(quán)力要求1所述的透視型光伏模塊，其特征在于所述的透明背電極包括一個鋁摻雜的氧化鋅薄膜。8、根據(jù)權(quán)力要求1所述的透視型光伏模塊，其特征在于所述的粘合層包含乙烯基醋酸鹽(EVA)。9、根據(jù)權(quán)力要求1所述的透視型光伏模塊，其特征在于所述的保護(hù)蓋片包含一個玻璃板。全文摘要本發(fā)明為包含較薄的i層的p-i-n型大面積基于氫化非晶硅薄膜的光伏模塊提供了一種抑制分流缺陷的方法。基于非晶硅合金的具有寬帶隙、高電阻的薄膜被置于活躍光伏層和導(dǎo)電的背電極之間，對電流的滲漏起屏障的作用。這種透光性強(qiáng)的分流屏障材料，是一種虛擬薄膜或者說是“死層”，它不直接參與光電能量轉(zhuǎn)換。分流鈍化薄膜可以像非晶硅光伏器件大批量制造一樣，在等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備中實現(xiàn)簡單快速的生產(chǎn)。本發(fā)明尤其有助于提高光伏建筑一體化中應(yīng)用的透視型或部分透明的薄膜硅光伏模塊的性能、產(chǎn)品率和可靠性。文檔編號H01L31/075GK101236999SQ200710002568公開日2008年8月6日申請日期2007年1月29日優(yōu)先權(quán)日2007年1月29日發(fā)明者李沅民,昕馬申請人:北京行者多媒體科技有限公司