專利名稱：硅太陽(yáng)能電池電學(xué)和光學(xué)性能的改進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及導(dǎo)致薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)效率提高的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
光電太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換提供以環(huán)境友好方式供電的前景。但是，在現(xiàn)階段，通過(guò)光電能轉(zhuǎn) 換單元提供的電能與通過(guò)傳統(tǒng)電站提供的電能相比仍然十分昂貴。因此，發(fā)展更經(jīng)濟(jì)有效 的制造光電能轉(zhuǎn)換單元的方法在近幾年引起注意。在制造低成本太陽(yáng)能電池的不同途徑 中，薄膜硅太陽(yáng)能電池綜合了多個(gè)有利因素第一，薄膜硅太陽(yáng)能電池能通過(guò)已知的薄膜沉 積技術(shù)例如等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)制備，從而通過(guò)運(yùn)用例如在其它薄膜沉積 技術(shù)領(lǐng)域、例如顯示器領(lǐng)域中過(guò)去獲得的經(jīng)驗(yàn)提供了協(xié)同作用的可能性，從而減少制造成 本。第二，薄膜硅太陽(yáng)能電池能獲得高能量轉(zhuǎn)換效率，爭(zhēng)取達(dá)到并超過(guò)10%。第三，制造薄 膜硅基太陽(yáng)能電池的主要原材料充裕并且無(wú)毒。薄膜太陽(yáng)能電池通常包括第一電極，一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體薄膜p-i-n或n-i-p結(jié)，和 第二電極，它們依次層疊在基材上。每一個(gè)P-i-n結(jié)或薄膜光電轉(zhuǎn)換單元包括夾在P-型層 和η-型層之間的i-型層(ρ-型=正摻雜的，η-型=負(fù)摻雜的)。i_型層，其為基本上本 征半導(dǎo)體層，占薄膜P-i-n結(jié)厚度的主要部分。光電轉(zhuǎn)換最初就發(fā)生在該i_型層中?，F(xiàn)有技術(shù)圖1表示一個(gè)基本的、簡(jiǎn)單的光電電池40，其包括一透明基材41，例如上 面沉積有透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層42的玻璃。該層也稱為前觸點(diǎn)FC并且作為光電元件的 第一電極。下一個(gè)層43為活性光電層并且包括三個(gè)形成p-i-n結(jié)的“亞層”。所述層43包 括氫化微晶，納米晶或非晶硅或上述物質(zhì)的組合。與TCO前觸點(diǎn)42相鄰的亞層44為正摻 雜的，相鄰的亞層45是本征的，以及最后的亞層46為負(fù)摻雜的。在另一實(shí)施方案中，上述 順序的P-i-n可變換為n-i-p，則層44視為η-層，層45仍然是本征的，層46為ρ-層。最后，所述電池包括一個(gè)可由氧化鋅、氧化錫或ITO制成的后接觸層47 (也可稱為 后觸點(diǎn)，BC)，和一反射層48?；蛘撸墒褂媒饘俸笥|點(diǎn)，其能結(jié)合后反射層48和后觸點(diǎn)47 的物理特性。出于舉例說(shuō)明的目的，箭頭表示入射光。非晶硅太陽(yáng)能電池元件包括用于與η-層(負(fù)摻雜)結(jié)合而在位于兩個(gè)摻雜層之 間的硅i-層(本征材料)中構(gòu)建電場(chǎng)的P-層(正摻雜)。對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中已知的p-i-n 元件，光首先穿過(guò)基材，然后P-層，接著i-層，和最終η-層。由于在ρ-層中被吸收的光線 對(duì)元件的電流沒(méi)有貢獻(xiàn)，該層應(yīng)當(dāng)盡可能透明。獲得透明的最簡(jiǎn)單的方式是減小厚度。但 是，特定的最小厚度對(duì)于構(gòu)建穿過(guò)i-層的電場(chǎng)是必需的。確實(shí)，電場(chǎng)與摻雜層的導(dǎo)電率直 接相關(guān)。因此，在p-i-n元件中應(yīng)當(dāng)使P-層最優(yōu)化使其盡可能地透明和導(dǎo)電。通常通過(guò)用 0，C，H等合金化ρ-層獲得透明度。P. Lechner 等(MRS Symposium records (MRS 會(huì)議記錄)，第 192 卷(1990)第 81 頁(yè)及以下)說(shuō)明了從硅烷-甲烷混合物借助于RF輝光放電制備氫化非晶SiC:H膜，具有來(lái) 自乙硼烷或三甲基硼(TMB)的B-摻雜。

發(fā)明內(nèi)容
通常，高導(dǎo)電ρ-層與較低導(dǎo)電率的層相比表現(xiàn)出降低的透射性。同時(shí)優(yōu)化導(dǎo)電率 和透射性對(duì)獲得高效率元件是關(guān)鍵的。以下將更詳細(xì)描述的本發(fā)明解決了該問(wèn)題。


現(xiàn)有技術(shù)圖1所示為薄膜硅太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式本技術(shù)方案是將高透射性和良好的導(dǎo)電率(σ )性能結(jié)合在用于P-層的單一材料 中。層的透射性與其吸收系數(shù)(α)有關(guān)，并且這一關(guān)系取決于光的波長(zhǎng)。高效率元件的最 佳范圍由公式(1)給出1 < log (a (400nm))-log((o (S/cm)) < 13 公式(1)優(yōu)選6< log (α (400nm))-log((o (S/cm)) <9。在硅太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)中使用此范圍內(nèi)的摻雜層使元件具有最優(yōu)的性能。當(dāng)添加甲烷(CH4)到制備ρ-層的氣體混合物(例如由SiH4, HjPTMB (三甲基硼) 組成)中時(shí)，材料的透明度增加。小心的調(diào)整氣體混合物得到具有如公式(1)中的吸收系 數(shù)和導(dǎo)電率的P-層。典型地氣體混合物如表1中所示。為了提高透明度也可使用其它具 有碳，氧或氮的合金，以及使用B，Al，Ga, In或Tl對(duì)其摻雜。
權(quán)利要求
1.一種制造光電電池或光電轉(zhuǎn)換板的方法，其包括使用包含比例為1 2 2 1.25 的硅烷、甲烷、氫氣和三甲基硼的氣體混合物來(lái)沉積P-摻雜非晶硅層、更具體地非晶氫化 硅層的步驟，各比例在士 15%內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述氣體混合物基本上由硅烷、甲烷、氫氣和三甲基硼 以所述比例1 :2:2: 1.25組成，各比例在士 15%內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的方法，其中所述比例基本上為1 2 2 1.25。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其中所述沉積采用薄膜沉積過(guò)程實(shí)施。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其中所述沉積在等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積過(guò)程中 實(shí)施。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其中所述層是光電電池或光電轉(zhuǎn)換板的p-i-n或 n-i-p結(jié)的層。
7.跟據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其包括在所述沉積步驟之后沉積基本上本征硅的薄 膜層、更具體地基本上本征氫化硅的薄膜層的步驟，以及然后沉積η-摻雜硅的薄膜層、更 具體地η-摻雜氫化硅的薄膜層，或者包括在所述沉積步驟之前沉積η-摻雜硅的薄膜層、更 具體地η-摻雜氫化硅的薄膜層，以及然后沉積基本上本征硅的薄膜層、更具體地基本上本 征氫化硅的薄膜層。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其中光電電池或光電轉(zhuǎn)換板是單結(jié)元件或微形態(tài)串 接結(jié)元件或三結(jié)元件。
9.包含比例為1:2:2: 1.25的硅烷、甲烷、氫氣和三甲基硼的氣體混合物用于沉 積作為光電電池或光電轉(zhuǎn)換板的P-i-n或n-i-p結(jié)的一部分的ρ-摻雜非晶硅層的用途，各 比例在士 15%內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的用途，其中所述氣體混合物基本上由硅烷、甲烷、氫氣和三甲基 硼以比例1 :2:2: 1.25組成，各比例在士 15內(nèi)。
11.一種光電電池，其包括至少一個(gè)P-摻雜非晶硅層，更具體地非晶氫化硅層，其使用 包含比例為1 :2:2: 1.25的硅烷、甲烷、氫氣和三甲基硼的氣體混合物在沉積過(guò)程中 得到，各比例在士 15%內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的光電電池，其中所述氣體混合物包含硅烷、甲烷、氫氣和三甲基 硼，比例基本上為1 2 2 1.25。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或權(quán)利要求12的光電電池，所述沉積過(guò)程是薄膜沉積過(guò)程，更特 別地，是等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積過(guò)程。
14.根據(jù)權(quán)利要求11-13之一的光電電池，其中所述光電電池是具有一個(gè)p-i-n或 n-i-p結(jié)，或一個(gè)微形態(tài)串接結(jié)元件，或一個(gè)三結(jié)元件的薄膜硅電池。
15.一種光電轉(zhuǎn)換板，其包括至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求11-14之一的光電電池。
全文摘要
公開(kāi)了硅太陽(yáng)能電池電學(xué)和光學(xué)性能的改進(jìn)，以及制造光電電池或光電轉(zhuǎn)換板的方法，其包括使用包含比例為1∶2∶2∶1.25的硅烷、甲烷、氫氣和三甲基硼的氣體混合物沉積p-摻雜非晶硅層。特別地，使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積進(jìn)行沉積。同時(shí)說(shuō)明了相應(yīng)的光電電池和光電轉(zhuǎn)換板。
文檔編號(hào)H01L31/0368GK102124139SQ200980132433
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2009年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月19日
發(fā)明者J·邁爾, S·貝納格利, U·克羅爾 申請(qǐng)人:歐瑞康太陽(yáng)Ip股份公司(特呂巴赫)