專利名稱：太陽(yáng)能電池及其制造方法與制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池，尤其涉及包含至少兩子層的光吸收層的高 效率太陽(yáng)能電池及其制造方法與制造裝置，該兩子層具有逐步變化的能帶
I亞
小I o
背景技術(shù)：
隨著對(duì)于例如因應(yīng)化石燃料的枯竭及環(huán)境污染的潔凈能源的關(guān)心 增加，禾i」用陽(yáng)光產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的太陽(yáng)能電池已成為近來(lái)研究的課題。太陽(yáng)能電池由通過(guò)陽(yáng)光加以激發(fā)的P-N (正-負(fù))接合層中的少數(shù)載 體的擴(kuò)散產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。單晶硅、多晶硅、非晶硅或化合物半導(dǎo)體可用于太 陽(yáng)能電池。雖然利用單晶硅或多晶硅的太陽(yáng)能電池具有相對(duì)高的能量轉(zhuǎn)換效 率，但利用單晶硅或多晶硅的太陽(yáng)能電池卻具有相對(duì)高的材料成本及相對(duì) 復(fù)雜的制造過(guò)程，因此，已廣泛地研發(fā)出利用非晶硅或化合物半導(dǎo)體在廉 價(jià)基板上的太陽(yáng)能電池。具體而言，太陽(yáng)能電池具有大尺寸基板及撓性基 板的優(yōu)點(diǎn)，從而可制造出撓性大尺寸的太陽(yáng)能電池。圖1為根據(jù)相關(guān)技術(shù)的非晶硅太陽(yáng)能電池的橫截面圖。在圖1中， 依序?qū)⒌谝浑姌O12、半導(dǎo)體層13、及第二電極14形成于基板11上。透明 基板11包含玻璃或塑料；第一電極12包含供來(lái)自透明基板11的入射光透 射用的透明導(dǎo)電氧化物(TCO)材料；半導(dǎo)體層13包含非晶硅(a-SkH)。 此外，半導(dǎo)體層13包含依序在前方電極12上的p型半導(dǎo)體層13a、本征半 導(dǎo)體層13b及n型半導(dǎo)體層13c，其形成PIN (正-本征-負(fù))接合層?？煞Q 為主動(dòng)層的本征半導(dǎo)體層13b的功能在于作為增加太陽(yáng)能電池效率的光吸 收層，第二電極14通過(guò)沉積TCO材料或例如鋁(Al)、銅(Cu)及銀(Ag) 的金屬材料而形成。當(dāng)陽(yáng)光照射至具有上述結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池的透明基板11上時(shí)，擴(kuò)散穿越透明基板11上的半導(dǎo)體層13的PIN接合層的少數(shù)載體在第一電極12 與第二電極14之間產(chǎn)生電壓差，從而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。相較于單晶硅太陽(yáng)能電池或多晶硅太陽(yáng)能電池，非晶硅太陽(yáng)能電池 具有相對(duì)低的能量轉(zhuǎn)換效率；此外，由于非晶硅太陽(yáng)能電池曝光較長(zhǎng)時(shí)間， 效率更因被稱為Staebler-Wronski效應(yīng)的性質(zhì)衰退現(xiàn)象而降低。為解決上述問(wèn)題，已提出利用微晶硅(nc-Si:H)取代非晶硅的太陽(yáng) 能電池。作為非晶硅與單晶硅之間的中間材料的微晶硅具有數(shù)十納米(nm) 至數(shù)百nm的晶粒尺寸，此外，微晶硅并不具有非晶硅的性質(zhì)衰退現(xiàn)象。由于較低的光吸收系數(shù)，微晶硅的本征半導(dǎo)體層具有大于約2000 nm的厚度，而非晶硅的本征半導(dǎo)體層僅具有約400 nm的厚度；此外，由 于微晶硅的沉積速率低于非晶硅的沉積速率，較厚的微晶硅的產(chǎn)率遠(yuǎn)低于 較薄的微晶硅的產(chǎn)率。O]再者，非晶硅的能帶間隙約為1.7 eV，而微晶硅的能帶間隙約為 1.1 eV，與單晶硅的能帶間隙相同，故非晶硅與微晶硅在光吸收性質(zhì)上具有 差異。因此，非晶硅吸收波長(zhǎng)約350 nm至約S00nm的光，而微晶硅吸收 波長(zhǎng)約350訓(xùn)至約200腦的光。近來(lái)，基于非晶硅與微晶硅之間在光吸收性質(zhì)上的差異，己廣泛地 使用依序形成非晶硅及微晶硅的PIN接合層的串聯(lián)(雙層)結(jié)構(gòu)或三層結(jié) 構(gòu)的太陽(yáng)能電池。例如，當(dāng)將在較短波長(zhǎng)帶吸收光的非晶硅的第一 PIN接 合層形成于受到陽(yáng)光照射的透明基板上、且將在較長(zhǎng)波長(zhǎng)帶吸收光的微晶 硅的第二 PIN接合層形成于非晶硅的第一 PIN接合層上時(shí)，即可改良第一 及第二 PIN接合層的光吸收狀況，從而提升能量轉(zhuǎn)換效率。盡管相較于單一非晶硅或微晶硅結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池，串聯(lián)結(jié)構(gòu)或 三層結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池在能量轉(zhuǎn)換效率上具有優(yōu)勢(shì)，但串聯(lián)結(jié)構(gòu)或三層結(jié) 構(gòu)的太陽(yáng)能電池仍具有相對(duì)復(fù)雜制造過(guò)程的問(wèn)題。此外，由于串聯(lián)結(jié)構(gòu)或 三層結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池的制造過(guò)程包含微晶硅的沉積步驟，故存在著產(chǎn)率 改良上的限制。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題因此，本發(fā)明是針對(duì)太陽(yáng)能電池及其制造方法與制造裝置，其實(shí)質(zhì)上消除了因相關(guān)技術(shù)的限制及缺點(diǎn)所致的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的額外特征及優(yōu)勢(shì)將說(shuō)明于隨后的說(shuō)明中，并且部分將由 說(shuō)明而變得清楚明白，或者由實(shí)施本發(fā)明加以獲悉。本發(fā)明的目的及其他 優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)說(shuō)明書、權(quán)利要求書、連同附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)加以實(shí)現(xiàn) 并達(dá)成。本發(fā)明的一個(gè)目的為提供具有簡(jiǎn)化制造過(guò)程及改良產(chǎn)率的高效率 太陽(yáng)能電池及其制造方法與制造裝置。本發(fā)明的另一目的為提供利用微晶硅及非晶硅作為光吸收層的高 效率太陽(yáng)能電池及其制造方法與制造裝置。如加以具體化并廣泛說(shuō)明的，為達(dá)成本發(fā)明的這些及其他目的，
本發(fā)明提供一種太陽(yáng)能電池的制造方法，包含在透明基板上形成第一電 極；在該第一電極上形成第一雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層在該第一雜質(zhì)摻雜半導(dǎo) 休層上形成光吸收層，該光吸收層包含多個(gè)子層，該多個(gè)子層具有逐步變 化的能帶間隙；在該光吸收層上形成第二雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層；及在該第二 雜質(zhì)攙雜半導(dǎo)體層上形成第二電極。在另一方面中，太陽(yáng)能電池包含透明基板第一電極，在該透 明基板上；第一雜質(zhì)慘雜半導(dǎo)體層，在該第一電極上；光吸收層，在該第 一雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層上且包含多個(gè)子層，該多個(gè)子層具有逐步變化的能帶 間隙；第二雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層，在該光吸收層上；及第二電極，在該第二 雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層上。在另一方面中， 一種用于制造太陽(yáng)能電池的裝置，包含傳送腔 室，具有傳輸基板用的傳送裝置承載(load-lock)腔室，與該傳送腔室的 第一側(cè)部相連接，該承載腔室為了輸入及輸出該基板而交替地具有真空狀 態(tài)及大氣壓力狀態(tài)；第一處理腔室，與該傳送腔室的第二側(cè)部相連接，第 一雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層，形成于該第一處理腔室中的該基板的第一電極上； 及第二處理腔室，與該傳送腔室的第三側(cè)部相連接，在該第二處理腔室中， 將光吸收層形成于該第一雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層上，其中逐步變化硅源材料對(duì) 氫氣的比率，以便使該光吸收層包含具有逐歩變化的能帶間隙的多個(gè)子層。[20]在另一方面中， 一種制造太陽(yáng)能電池的裝置，包含傳送腔室，
具有傳輸基板用的傳送裝置；承載(load-lock)腔室，與該傳送腔室的第一
側(cè)部相連接，該承載腔室為輸入及輸出該基板而交替地具有真空狀態(tài)及大
氣壓力狀態(tài)；第一處理腔室，與該傳送腔室的第二側(cè)部相連接，第一雜質(zhì) 摻雜半導(dǎo)體層形成于該第一處理腔室中的該基板的第一電極上；及第二處 理腔室，與該傳送腔室的第三側(cè)部相連接，在該第二處理腔室中，將光吸 收層形成于該第一雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層上，其中以一固定的硅源材料對(duì)氫氣 的比率而逐步變化對(duì)于該第二處理腔室的電力，以便使該光吸收層包含具 有逐步變化的能帶間隙的多個(gè)子層。在另一方面中， 一種制造太陽(yáng)能電池的裝置，包含加載腔室， 為輸入基板而交替地具有真空狀態(tài)及大氣壓力狀態(tài)；第一處理腔室，與該 加載腔室的側(cè)部相連接，第一雜質(zhì)攙雜半導(dǎo)體層形成于該第一處理腔室中 的該基板的第一電極上第二處理腔室，與該第一處理腔室的側(cè)部相連接， 在該第二處理腔室中，將光吸收層形成于該第一雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層上.其 中邁步變化硅源村料對(duì)直氣的比率，以便使該光吸收層包含具有逐步變化 的能帶間隙的多個(gè)子層及卸除腔室，與該第二處理腔室的側(cè)部相連接， 該卸除腔室為了輸出該基板而交替地具有真空狀態(tài)及大氣壓力狀態(tài)。在另一方面中， 一種制造太陽(yáng)能電池的裝置，包含加載腔室， 為了輸入基板而交替地具有真空狀態(tài)及大氣壓力狀態(tài)；第一處理腔室，與 該加載腔室的側(cè)部相連接，第一雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層，形成于該第一處理腔 室中的該基板的第一電極上；第二處理腔室，與該第一處理腔室的側(cè)部相 連接，在該第二處理腔室中，將光吸收層形成于該第一雜質(zhì)慘雜半導(dǎo)體層 上，其中以硅源材料對(duì)氫氣的固定比率而逐步變化對(duì)于該第二處理腔室的 電力，以便使該光吸收層包含具有逐步變化的能帶間隙的多個(gè)子層；及卸 除腔室，與該第二處理腔室的側(cè)部相連接，該卸除腔室為輸出該基板而交 替地具有真空狀態(tài)及大氣壓力狀態(tài)。在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的太陽(yáng)能電池中，由于作為本征半導(dǎo)體層 的光吸收層具有多個(gè)不同能帶間隙的子層，故光吸收能帶得以拓寬且能量 轉(zhuǎn)換效率提升。此外，由于省略了具有極低沉積速率的形成微晶硅層的獨(dú) 立步驟，故相較于雙層結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池或三層結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的太陽(yáng)能電池的制造過(guò)程較為簡(jiǎn)化。因此，產(chǎn)率提升。
為了提供本發(fā)明的更進(jìn)一步了解而被納入并構(gòu)成本說(shuō)明書的一部 分的附圖，例示說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是顯示根據(jù)相關(guān)技術(shù)的非晶硅太陽(yáng)能電池的橫截面圖；圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的太陽(yáng)能電池的制造過(guò)程的流程
圖；圖3至6是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的太陽(yáng)能電池的制造過(guò)程的 橫截面圖；圖7是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的制造太陽(yáng)能電池的集群型 (cluster type)裝置的平面圖；圖8是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的制造太陽(yáng)能電池的串聯(lián)型 (in-line type)裝置的平面圖。
具體實(shí)施方式圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的太陽(yáng)能電池的制造過(guò)程的流程 圖，而圖3至6是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的太陽(yáng)能電池的制造過(guò)程的橫 截面圖。在步驟ST11及ST12及圖3中，設(shè)置了透明基板IIO,且在透明 基板IIO上設(shè)置第一電極]20。透明基板IIO可包含玻璃或透明塑判.，第一 電極120可包含例如氧化鋅(ZnO)、氧化錫(Sn02)或氧化銦錫(ITO) 的透明導(dǎo)電氧化物材料(TCO)，以使入射光穿透透明基板110。舉例而言， 第一電極120可通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)或?yàn)R鍍法加以形成。在步驟ST13及圖4中，于第一電極120上形成p型半導(dǎo)體層130，
P型半導(dǎo)體層13o可包含利用硅烷(sm4)及氫氣(H2)的非晶硅或利用
SiH4及甲烷族群材料(CxHy，其中x及y為正整數(shù))的非晶碳化硅(SW)。 例如，p型半導(dǎo)體層130可具有約50埃至約500埃的厚度，非晶硅或非晶 碳化硅(SiC)的p型半導(dǎo)體層130可通過(guò)將來(lái)源材料及例如二硼烷(B2H6) 的p型摻雜物提供至單一腔室的原位(m-situ)法加以形成。在步驟14及圖5中，將具有第一子層140a、第二子層140b、及第三子層140c的本征半導(dǎo)體層140形成于p型半導(dǎo)體層130上。第一子層14Ga 面對(duì)p型半導(dǎo)體層130，而第二子層140b位于第一與第三子層140a與140c 之間。本征半導(dǎo)體層140的功能是作為光吸收層，且第一、第二、及第三 子層140a, 140b， M0c具有彼此不同的能帶間隙水平；尤其，第一、第二、 及第三子層140a， 140b及140c具有逐步變化的能帶間隙水平。第一子層140a由非晶硅所形成，且具有約1.7eV的能帶間隙；第 三子層140c由微晶硅所形成，且具有約1.1 eV的能帶間隙；第二子層140b 具有非晶硅的第一子層140a與微晶硅的第三子層140c間的能帶間隙。因此， 第一、第二、及第三子層140a，140b, 140c在光吸收性質(zhì)上具有差異。因此，當(dāng)光入射至透明基板110上時(shí)，本征半導(dǎo)體層140的第一子 層140a吸收相對(duì)短波長(zhǎng)帶的光，而本征半導(dǎo)體層140的第二子層140b在 通過(guò)本征半導(dǎo)體層140的第一子層140a的光中吸收具有相對(duì)短波長(zhǎng)帶的 光而本征半導(dǎo)體層140的第三子層140c在通過(guò)本征半導(dǎo)體層140的第二 子層140b的光中吸收具有較長(zhǎng)波長(zhǎng)帶的光。盡管根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的太陽(yáng)能電池不包含作為吸收層的非晶 硅的PIN接合層及雙層結(jié)構(gòu)或三層結(jié)構(gòu)的微晶硅層的PIN接合層，但因?yàn)?本征半導(dǎo)體層包含具有不同能帶間隙水平(例如自非晶硅至微晶硅)的第 --、第二、及第三子層，故太陽(yáng)能屯池的光吸收帶被拓寬至可涵蓋自較短 波長(zhǎng)至較長(zhǎng)波長(zhǎng)的范圍。逐歩地控制H:對(duì)例如SiH4或二硅烷(Si2H6)的硅源材料的比率， 以來(lái)自具有上述多層結(jié)構(gòu)的本征半導(dǎo)體層140。當(dāng)利用基板支臺(tái)及平行于基板支臺(tái)的平板電極，而在電容耦合等 離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)裝置中形成本征半導(dǎo)體層140時(shí)，實(shí) 驗(yàn)顯示在H2對(duì)SiH4的比率高于約25M的情況下，發(fā)生自非晶硅至微晶硅 的相轉(zhuǎn)變換言之，通過(guò)控制硅源材料(例如^H4)的濃度，可減少自非 晶硅至微晶硅的相轉(zhuǎn)變。當(dāng)晶體的體積比率約為50%時(shí)，可能啟動(dòng)自非晶 硅至微晶硅的相轉(zhuǎn)變。因此，舉例而言，在H2對(duì)SiH4的比率遠(yuǎn)小于約25。/。 的情況下，利用電容耦合PECVD形成第一子層140a;此外，第二子層140b 在H2對(duì)SiH4的比率約為25%的情況下形成，而第三子層140c在H2對(duì)SiH4 的比率遠(yuǎn)高于25。/。的情況下形成。結(jié)果為，第一子層140a由非晶硅形成，第三子層140c由微晶非晶硅形成，而第二子層140b由能帶間隙介于非晶 硅與微晶 一 一 晶硅之間的硅而形成。另一方面，當(dāng)本征半導(dǎo)體層140通過(guò)利用感應(yīng)耦合等離子體源的 高密度等離子體(HDP)沉積裝置而形成時(shí)，在H2對(duì)SiH4的比率高于約 10%的情況下，發(fā)生自非晶硅至微晶硅的相轉(zhuǎn)變。因此，例如，非晶硅的第 一子層140a，在H2對(duì)SiH4的比率遠(yuǎn)小于約10%的情況下，利用HDP沉積 裝置加以形成；再者，第二子層140b在H2對(duì)SiH4的比率約為10%的情況 下形成；微晶硅的第三子層140c，在H2對(duì)SiH4的比率遠(yuǎn)大于10%的情況 下形成。因此，例如，將H2對(duì)SiH4的比率由小于約10。/。的第一比率逐步調(diào) 整至約10%的第二比率，并由第二比率逐步調(diào)整至遠(yuǎn)大于約10%的第三比 率。第一、第二、及第三子層140a，140b及140c中的每一個(gè)皆具有約 500埃至20000埃的厚度。本征半導(dǎo)體層140并非必須具備以上的三層式結(jié)構(gòu)。舉例而言， 本征半導(dǎo)體層140可具有非晶硅層及微晶硅層的二子層結(jié)構(gòu)；本征半導(dǎo)體 層140可具有至少四子層。以約2%至約80%的范圍控制H2對(duì)SiH4或Si2H6 的體積比率，以獲得上述多層結(jié)構(gòu)的本征半導(dǎo)體層。本征半導(dǎo)體層的諸子 層皆具有能帶間隙差異；此外，較接近p型半導(dǎo)體層的本征半導(dǎo)體層的子 層具有較大的能帶間隙。另一方面，自非晶硅至微晶硅的相轉(zhuǎn)變，是通過(guò)以硅源材料(例 如SiH4或Si2H6)對(duì)H2的固定比率而改變供應(yīng)至沉積裝置的電力加以誘導(dǎo)。 對(duì)于自非晶硅至微晶硅的相轉(zhuǎn)變所供應(yīng)的電力，是基于沉積裝置的腔室體 積或壓力或者硅源材料的密度或分壓加以決定，例如，當(dāng)尺寸為730mm X 920 mm的基板在PECVD裝置中接受處理且將約1 kW的高頻電力供應(yīng)至 等離子體源時(shí)，即誘導(dǎo)出自非晶硅至微晶硅的相轉(zhuǎn)變；電力處于逐步控制在歩驟15, 16及圖6中，將n型半導(dǎo)體層150及第二電極160依 序形成于本征半導(dǎo)體層140上?？蓪型半導(dǎo)體層150形成于與本征半導(dǎo) 體層〗40不同的腔室中。然而，為了產(chǎn)率，可將n型半導(dǎo)體層150形成于 本征半導(dǎo)體層140相同的腔室中。由于本征半導(dǎo)體層140的第三子層140c由微晶硅形成，故n型半導(dǎo)體層150由微晶硅在形成本征半導(dǎo)體層140的 相同腔室中形成。n型半導(dǎo)體層150可具有與本征半導(dǎo)體層140的第三子層 140c相同的能帶間隙，作為摻雜物的膦(PH3)被用來(lái)作為n型半導(dǎo)體層 150。將第二電極160形成于n型半導(dǎo)體層150上。第二電極160可利 用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)或?yàn)R鍍法，而由透明導(dǎo)電氧化物(TCO) 材料(例如ZnO或Sn02)加以形成；第二電極160可為鋁(Al)、銅(Cu)、 或銀(Ag)的薄膜。當(dāng)陽(yáng)光入射穿越根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池的透明基板110時(shí)，由于 第一子層140a由非晶硅形成，故最接近p型半導(dǎo)體層130與本征半導(dǎo)體層 140之間的接口的第一子層140a吸收在相對(duì)短波長(zhǎng)帶中的光；通過(guò)第一子 層140a并具有在相對(duì)短波長(zhǎng)帶中的光即被第二子層140b或第三子層140c 吸收。在第一、第二、及第三子層140a, 140b, 140c之中，最接近n型半導(dǎo) 體層150與本征半導(dǎo)體層140之間的接口的第三子層140c具有最小能帶間 隙，因此.以與相關(guān)技術(shù)串聯(lián)結(jié)構(gòu)或相關(guān)技術(shù)三層結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池相同 的原理，根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池有能量轉(zhuǎn)換效率上的優(yōu)勢(shì)。茲將參照?qǐng)D7及8說(shuō)明上述太陽(yáng)能電池的制造裝置。圖7是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的制造太陽(yáng)能電池的集群型 (cluster type)裝置的平面圖。在圖7中，制造太陽(yáng)能電池的集群型裝置200 包含傳送腔室210、承載腔室220、及多個(gè)處理腔室(例如第一至第四處理 腔室230至260)。承載腔室220及第一至第四處理腔室230至260圍繞傳 送腔室210并與其相連接，傳送腔室210可包含用以在腔室之間運(yùn)輸基板 的傳送裝置，例如其中的機(jī)器人(未圖示)；傳送腔室210在太陽(yáng)能電池的 制造過(guò)程期間維持真空狀態(tài)。承載腔室220作為在真空狀態(tài)下的傳送腔室 210與大氣壓力狀態(tài)下的外部之間運(yùn)送基板的緩沖空間。因此，承載腔室 220交替地具有真空狀態(tài)及大氣壓力狀態(tài)。舉例而言，第一至第四處理腔室230至260與傳送腔室210的側(cè) 部相連接。(圖4的)p型半導(dǎo)體層130形成于第一處理腔室230中的(圖 3的)第一電極120上，而(圖3的)第一電極120形成于(圖3的)透明 基板110上；包含具有不同能帶間隙的多個(gè)子層的(圖5的)本征半導(dǎo)體層140，形成于第二處理腔室240中的p型半導(dǎo)體層130上；(圖6的)n 型半導(dǎo)體層150形成于第三處理腔室250中的本征半導(dǎo)體層140上。此外， (圖6的)第一電極120及第二電極160是通過(guò)MOCVD法而形成于第四 處理腔室260中。選擇性幵關(guān)基板路徑的長(zhǎng)孔閥270設(shè)置于傳送腔室210 與各承載腔室220之間、以及傳送腔室210與第一至第四處理腔室230至 260每一個(gè)之間。在將透明基板110輸入至承載腔室220內(nèi)之后，即對(duì)承載腔室220 進(jìn)行抽氣，以便具有預(yù)定壓力的真空狀態(tài)。接著，打開承載腔室220與傳 送腔室210之間的長(zhǎng)孔閥270，利用傳送機(jī)器人(未圖示)，將透明基板110 自承載腔室220經(jīng)由傳送腔室210而運(yùn)輸至第四處理腔室260，以在透明基 板110上形成第一電極120。接著，在第一處理腔室230中，p型半導(dǎo)體層 〗30形成于第一電極120上，本征半導(dǎo)體層i40在透明基板IIO被運(yùn)送至第 二處理腔室240之后而形成于p型半導(dǎo)體層130上同理，n型半導(dǎo)體層 i50在透明基板U0被運(yùn)送至第三處理腔室250之后而形成于本征半導(dǎo)體層 140上。在第二處理腔室240中，通過(guò)控制硅源材料對(duì)氫氣的比率，形成包 含具有不同能帶間隙的多個(gè)子層的本征半導(dǎo)體層。作為本征半導(dǎo)體層140的最上層的〔圖5的)第三子層140c系由 微晶硅形成，因此，當(dāng)n型半導(dǎo)體層150由微晶硅形成時(shí)，可將含有n型 半導(dǎo)體層150的第三子層140c及n型半導(dǎo)體層150依序形成于第二處理腔 室240中。在此情形下，可省卻第三處理腔室250。在將n型半導(dǎo)體層150形成于第二處理腔室240或第三處理腔室 250中的本征半導(dǎo)體層140上之后，運(yùn)送透明基板110至第四處理腔室260， 以在n型半導(dǎo)體層150上形成第二電極160。接著，自裝置220經(jīng)由承載腔 室220而輸出透明基板110。圖8是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的制造太陽(yáng)能電池的串聯(lián)型 (m-lmetype)裝置的平面圖。在圖8中，制造太陽(yáng)能電池的串聯(lián)型裝置300 包含加載腔室310、及第一至第三處理腔室320至340)、及卸除腔室350。 加載腔室310、第一至第三處理腔室320至340、及卸除腔室350彼此串聯(lián) 連接?；灞惠斎胫凛d入腔室310內(nèi)而由卸除腔室350輸出，加載腔室310、 第一至第三處理腔室320至340、及卸除腔室350中的每一個(gè)皆包含運(yùn)送基板用的串聯(lián)型運(yùn)送裝置，例如滾輪或線性馬達(dá)。第一至第三處理腔室320至340在太陽(yáng)能電池的制造期間維持真 空狀態(tài)。由于基板系在大氣壓力狀態(tài)下的外部與真空狀態(tài)下的第一至第三 處理腔室320至340每一者之間運(yùn)送，故加載腔室310及卸除腔室350中 的每一者交替地具有真空狀態(tài)及大氣壓力狀態(tài)。在其上具有(圖3的)第一電極120的(圖3的)透明基板110 被運(yùn)送至第一處理腔室320之后，將(圖4的)p型半導(dǎo)體層130形成于第 一電極120上；在透明基板110被運(yùn)送至第二處理腔室330之后，將具有 多個(gè)子層之(圖5的)本征半導(dǎo)體層140形成于p型半導(dǎo)體層130上。同 理，在透明基板110被運(yùn)送至第三處理腔室340之后，將(圖6的)p型半 導(dǎo)體層130形成于本征半導(dǎo)體層140上。在其上具有第一電極120、 p型半 導(dǎo)體層130、本征半導(dǎo)體層140及n型半導(dǎo)體層]50的透明基板110自薄膜 太陽(yáng)能電池的串聯(lián)型裝置300輸出，且可將(圖6的)第二電極160形成 于另-一裝置(例如濺鍍或MOCVD裝置)中的n型半導(dǎo)體層150上。將n 型半導(dǎo)體層150形成于第二處理腔室330或第三處理腔室340中。當(dāng)n型 半導(dǎo)體層150由與本征半導(dǎo)體層140的頂層第三子層140c相同的材料(例 如微晶硅)形成吋，可將第三子層MOc及n型半導(dǎo)體層150依序形成于第 二處理腔室330中。在此情形下，可省卻第三處理腔室250。第一電極]20的第一 MOCVD處理腔室可設(shè)置于加載腔室310與 第一處理腔室320之問(wèn)，且第二電極160的第二 MOCVD處理腔室可設(shè)置 于第三處理腔室340與卸除腔室340之間?？墒s第一及第二 MOCVD處 理腔室其中一個(gè)可將第一及第二電極160形成于第一及第二 MOCVD腔 室的另一個(gè)中。 [56]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)明了在不背離本發(fā)明的精神及范圍的情況下， 可對(duì)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池及其制造方法與制造裝置進(jìn)行各種不同的修改及 變化。因此，本發(fā)明欲涵蓋此種在所附權(quán)利要求及其等價(jià)范圍內(nèi)的修改及 變化。
權(quán)利要求
1.一種制造太陽(yáng)能電池的方法，包含在透明基板上形成第一電極；在該第一電極上形成第一雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層；在該第一雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層上形成光吸收層，并且包含多個(gè)子層，該多個(gè)子層具有逐步變化的能帶間隙；在該光吸收層上形成第二雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層；及在該第二雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層上形成第二電極。
2. 如權(quán)利要求1的方法，其中該多個(gè)子層中較接近該第一雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層的第一子層具有較大的能帶間隙，而該多個(gè)子層中較接近該第二雜質(zhì)接雜半導(dǎo)體層的第二子層具有較小的能帶間隙。
3. 如權(quán)利要求l的方法，其中該多個(gè)子層中的每一個(gè)皆具有約500埃至約20000埃的厚度。
4. 如權(quán)利要求1的方法，其中該多個(gè)子層中較接近該第一雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層的第一子層具有較大的能帶間隙，而該多個(gè)子層中較接近該第二雜質(zhì)揍雜半導(dǎo)體層的第二子層具有較小的能帶間隙。
5. 如權(quán)利要求4的方法，其中該形成光吸收層的步驟包含通過(guò)以氫氣對(duì)硅源村料的第一比率，供應(yīng)該氫氣及該硅源材料，而在該第一雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層上形成該第一子層；及通過(guò)以該氫氣對(duì)該硅源材料的第二比率，供應(yīng)該氫氣及該硅源材料，而在該第一子層上形成該第二子層，該第二比率大于該第一比率。
6. 如權(quán)利要求5的方法，其中該硅源材料包含硅烷(SiH4)及二硅烷(Si2H6)中的一種。
7. 如權(quán)利要求5的方法，其中該第一子層包含非晶硅，而該第二子層包含微晶硅。
8. 如權(quán)利要求5的方法，其中該第一及第二比率中的每一個(gè)都具有約20%至約80%的范圍。
9. 如權(quán)利要求5的方法，其中該形成光吸收層的步驟還包含通過(guò)以該氫氣對(duì)該硅源材料的第三比率，供應(yīng)該氫氣及該硅源材料，而在該第一與第二子層之間形成第三子層，該第三比率大于該第一比率且小于該第二比率。
10. 如權(quán)利要求9的方法，其中該第三比率約為25%。
11. 如權(quán)利要求4的方法，其中該形成光吸收層的步驟包含通過(guò)以硅源材料對(duì)氫氣的固定比率，供應(yīng)第一電力至腔室，而在該第--雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層上形成該第一子層；及通過(guò)以該硅源材料對(duì)該氫氣的固定比率，供應(yīng)第二電力至該腔室，而在該第 一 子層上形成該第二子層，該第 一 電力大于該第 一 電力。
12.如權(quán)利要求l]的方法，其中該形成光吸收層的步驟更包含通過(guò)以該硅源材料對(duì)該氫氣的該固定比率，供應(yīng)第三電力至該腔室，而在該第一與第二子層之間形成第三子層，該第三電力大于該第一電力且小于該第二電力。
13. 如權(quán)利要求1的方法，其中該形成光吸收層的歩驟及該形成第二雜質(zhì)慘雜半導(dǎo)體層的步驟在單一腔室中依次進(jìn)行處理。
14. 如權(quán)利要求13的方法，其中接觸該第二雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層的子層及該第二雜質(zhì)慘雜半導(dǎo)體層皆包含微晶硅。第一電極，在該透明基板上；第一雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層，在該第一電極上光吸收層，在該第一雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層上且包含多個(gè)子層，該多個(gè)子層具有逐步變化的能帶間隙；第二雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層，在該光吸收層上；及第二電極，在該第二雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層上。
15.
16. 如權(quán)利要求15的太陽(yáng)能電池，其中該多個(gè)子層中較接近該第一雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層的第一子層具有較大的能帶間隙，而該多個(gè)子層中較接近該第二雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層的第二子層具有較小的能帶間隙。
17. 如權(quán)利要求15的太陽(yáng)能電池，其中該多個(gè)子層中接觸該第二雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層的子層及該第二雜質(zhì)攙雜半導(dǎo)體層皆具有相同能帶間隙。
18. 如權(quán)利要求5的太陽(yáng)能電池，其中該第一雜質(zhì)攙雜半導(dǎo)體層包含P型非晶硅，該光吸收層包含本征非晶硅，目一該第二雜質(zhì)慘雜半導(dǎo)體層包含n型非晶硅。
19. 如權(quán)利要求12的太陽(yáng)能電池，其中接觸該第一雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層的第一子層包含非晶硅，而接觸該第二雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層的第二子層包含微晶硅。
20. —種制造太陽(yáng)能屯池的裝置，包含傳送腔室，包含用以傳輸基板的傳送裝置承載腔室，與該傳送腔室的第一側(cè)部相連接，該承載腔室為了輸入及輸出該基板而交替地具有真空狀態(tài)及大氣壓力狀態(tài)；第一處理腔室，與該傳送腔室的第二側(cè)部相連接，第 -雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層形成于該第一處理腔室中的該基板的第一電極上；及第二處理腔室，與該傳送腔室的第三側(cè)部相連接，在該第二處理腔室中，將光吸收層形成于該第一雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層匕其中逐步變化氫氣對(duì)硅源材料的比率，以便使該光吸收層包含具有逐步變化的能帶間隙的多個(gè)子層。
21. 如權(quán)利要求20的裝置，還包含與該傳送腔室的第四側(cè)部相連接的第三處理腔室，且將第二雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層形成于該第三處理腔室中的該光吸收層上。
22. 如權(quán)利要求20的裝置，其中將第二雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層形成于該第二處理腔室中的該光吸收層上。
23. 如權(quán)利要求22的裝置，其中該第二雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層由具有與接觸該第二雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層的光吸收層的頂部子層相同能帶間隙的材料形成。
24. 如權(quán)利要求22的裝置，還包含與該傳送腔室的第五側(cè)部相連接的第三處理腔室，且將第一電極及第二電極分別形成于該第三處理腔室中的該透明基板及該第二雜質(zhì)攙雜半導(dǎo)體層上。
25. 如權(quán)利要求20的裝置，其中該多個(gè)子層中較接近該第一雜質(zhì)慘雜半導(dǎo)體層的子層具有較大的能帶間隙。
26. —種制造太陽(yáng)能電池的裝置，包含傳送腔室，包含用以傳輸基板的傳送裝置；承載腔室，與該傳送腔室的第一側(cè)部相連接，該承載腔室為了輸入及輸出該基板而交替地具有真空狀態(tài)及大氣壓力狀態(tài)；第一處理腔室，與該傳送腔室的第二側(cè)部相連接，第一雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層形成于該第一處理腔室中的該基板的第一電極上；及第二處理腔室，與該傳送腔室的第三側(cè)部相連接，在該第二處理腔室中，將光吸收層形成于該第一雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層上，其中以硅源材料對(duì)氫氣的固定比率而逐步變化對(duì)于該第二處理腔室的電力，以便使該光吸收層包含具有逐步變化的能帶間隙的多個(gè)子層。
27. —種制造太陽(yáng)能的裝置，包含加載腔室，為輸入基板而交替地具有真空狀態(tài)及大氣壓力狀態(tài)；第一處理腔室，與該加載腔室的側(cè)部相連接，第一雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層形成于該第一處理腔室中的該基板的第一電極上；第二處理腔室，與該第一處理腔室的側(cè)部相連接，在該第二處理腔室中，將光吸收層形成于該第一雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層上，其中逐步變化氫氣對(duì)硅源材料的比率，以便使該光吸收層包含具有逐步變化的能帶間隙的多個(gè)子層；及卸除腔室，與該第二處理腔室的側(cè)部相連接，該卸除腔室為了輸出該基板而交替地具有真空狀態(tài)及大氣壓力狀態(tài)。
28. 如權(quán)利要求27的裝置，還包含第三處理腔室，且第二雜質(zhì)攙雜半導(dǎo)體層形成于該第三處理腔室中的該光吸收層上。
29. 如權(quán)利要求2S的裝置，還包含在該加載腔室與該第一處理腔室之間或在該第三處理腔室與該卸除處理腔室之間的第四處理腔室，其中該第一電極及第二電極分別形成于該第四處理腔室中的該透明基板及該第二雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層上。
30. 如權(quán)利要求27的裝置，其中第二雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層形成于該第二處理腔室中的該光吸收層上。
31. 如權(quán)利要求30的裝置，其中該第二雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層由具有與接觸該第二雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層的該光吸收層的頂部子層相同能帶間隙的材料而形成。
32. 如權(quán)利要求30的裝置，還包含在該加載腔室與該第一處理腔室之間或在該第二處理腔室與該卸除處理腔室之間的第三處理腔室，其中該第一電極及第二電極分別形成于該第四處理腔室中的該透明基板及該第二雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層上。
33. —種制造太陽(yáng)能的裝置，包含加載腔室，為輸入基板而交替地具有真空狀態(tài)及大氣壓力狀態(tài)；第一處理腔室，與該加載腔室的側(cè)部相連接，第一雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層 形成于該第一處理腔室中的該基扳的第一電極丄；第二處理腔室，與該第一處理腔室的側(cè)部相連接，在該第二處理腔室 中，將光吸收層形成于該第一雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層上，其中以硅源材料對(duì)氫 氣的固定比率而逐步變化對(duì)于該第二處理腔室的電力，以便使該光吸收層 包含具有逐步變化的能帶間隙的多個(gè)子層；及卸除腔室，與該第二處理腔室的側(cè)部相連接，該卸除腔室為輸出該基 板而交替地具有真空狀態(tài)及大氣壓力狀態(tài)。
全文摘要
一種太陽(yáng)能電池的制造方法，包含在透明基板上形成第一電極；在該第一電極上形成第一雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層；在該第一雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層上形成光吸收層，該光吸收層包含多個(gè)子層，該多個(gè)子層具有逐步變化的能帶間隙；在該光吸收層上形成第二雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層；及在該第二雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體層上形成第二電極。
文檔編號(hào)H01L31/04GK101689572SQ200880021255
公開日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2008年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月21日
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