專利名稱：多結(jié)光電器件及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電器件的領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及由p-i-n或p-n配置的基本電池構(gòu)成的光電器件，所述p-i-n或p-n配置的基本電池相互堆疊，并且吸收不同波長(zhǎng)范圍上的光。這樣的器件稱為多結(jié)電池。本發(fā)明還涉及用于生產(chǎn)該光電器件的方法。本發(fā)明的特別有利應(yīng)用是用于旨在生成電能的光伏電池的生產(chǎn)，但是本發(fā)明還更一般地應(yīng)用于其中將光輻射轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的任何結(jié)構(gòu)，諸如光檢測(cè)器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，硅薄膜雙結(jié)或串聯(lián)電池由非晶硅制成的頂部電池和微晶硅制成的底部電池構(gòu)成，該頂部電池吸收可見(jiàn)光(直到大約750nm)，該底部電池吸收直到紅外的光(直到大約llOOnm)。這樣的電池稱為“非微晶疊層(micromorph) ”電池。在本說(shuō)明書(shū)中，“頂部” 表示接近入射光的一側(cè)，而“底部”表示遠(yuǎn)離入射光的一側(cè)。為了增加電流，在單電池中和在多結(jié)電池中，前透明接觸部是粗糙的，以便散射器件中的光。各層是一層沉積在另一層上，然后基底粗糙度傳播通過(guò)各層的界面。通常，薄層 (0-500nm)保持基底的原始表面粗糙度。粗糙表面由連續(xù)的凸起和凹坑構(gòu)成，而凸起和凹坑由傾斜度更大或更小的基本表面形成。基底的表面的形態(tài)在光學(xué)性能(短路電流密度(Js。))和電學(xué)性能(開(kāi)路電壓(V。。) 和占空因子(FF))，即電池的效率中起到最重要的作用。關(guān)于微晶電池，如果電池沉積在沒(méi)有或者很少高度傾斜的基本表面的基底上，則這樣的電池具有更好的電學(xué)特性(更好的占空因子(FF)和更好的開(kāi)路電壓(Voc))。然而， 具有折射率的改變的界面處的高度傾斜的基本表面促進(jìn)電池中光的散射。因此，改進(jìn)電池的光學(xué)特性(短路電流密度(Js。))。結(jié)果，最佳形態(tài)是太陽(yáng)能電池的電學(xué)特性和光學(xué)特性之間的折中。關(guān)于非晶電池，非晶電池的電學(xué)特性很少遭受具有高度傾斜的基本表面的基底形態(tài)的影響。然而，當(dāng)非晶電池暴露給光時(shí)，其遭受效率的衰退。限制衰退的手段是減小電池的厚度。為了減小電池的厚度并且保持好的效率，具有高度傾斜的基本表面的基底用于增加電池中的光散射。在串聯(lián)或多結(jié)電池中，問(wèn)題在于增加使用粗糙表面的電池中的電流，所述粗糙表面散射電池中的光，同時(shí)保持電池的好的電學(xué)特性。然而，用于頂部和底部電池的最佳形態(tài)是不同的。具體地，頂部電池要求具有高度傾斜的基本表面的基底形態(tài)，以便增加它的電流，減小它的厚度，從而限制它的衰退。然而，在這種類型的形態(tài)的情況下，底部微晶電池遭受不合適的形態(tài)的影響，這通過(guò)與在單電池中相同的表現(xiàn)(即，占空因子FF和開(kāi)路電壓Vqc 的下降)在串聯(lián)電池中顯現(xiàn)。為了減輕該問(wèn)題，已經(jīng)提出了在頂部電池和底部電池之間放置中間鏡(厚度為 50-150nm)，使得頂部電池電流能夠增加。中間鏡是放置在兩個(gè)基本電池之間的具有的折射率比基本電池的折射率更小的層。對(duì)于“非微晶疊層”電池，這種具有的折射率典型地為1. 3至2. 5的中間鏡插入在頂部電池和底部電池之間。這使得可以增加頂部電池的電流，而不必增加它的厚度，從而最小化在照明下頂部電池的衰退的影響。然而，其上沉積中間鏡的頂部電池的表面形態(tài)與沉積的中間鏡的表面非常近似。 換句話說(shuō)，沉積的中間鏡復(fù)制了頂部電池的表面形態(tài)，并且使得不可能改變形態(tài)以便產(chǎn)生適于底部電池的生長(zhǎng)的形態(tài)。專利US 6 825 408描述了在頂部電池和底部電池之間使用具有不同高度(Ry或 Rmax)的不規(guī)則表面的中間層，當(dāng)與光接收側(cè)相比，光輸出側(cè)具有更大的平均水平差和/或更大的最大水平差。但是專利US 6 825 408僅描述使用n-i-p結(jié)構(gòu)，而本發(fā)明限于使用
p-i-n。專利申請(qǐng)US 2002/0011263描述了在頂部電池和底部電池之間使用具有不同高度的不規(guī)則表面的中間層。然而，專利申請(qǐng)US 2002/0011263僅描述了產(chǎn)生不平坦表面以增加器件的陷光特性的方式，而本發(fā)明的問(wèn)題是產(chǎn)生適于底部電池的生長(zhǎng)的形態(tài)。此夕卜，US 2002/0011263基本上公開(kāi)了使用n-i-p結(jié)構(gòu)，而本發(fā)明限于使用p-i-n。即使US 2002/0011263在它的實(shí)施例5中公開(kāi)了這樣的太陽(yáng)能電池，該太陽(yáng)能電池包括兩個(gè)p-i-n 光電器件和在所述光電器件之間提供的中間層，圖5示出中間層的底部面(光輸出側(cè))包括傾斜的基本表面并且中間層的頂部面(光接收側(cè))基本是平的。這種形態(tài)不對(duì)應(yīng)于用于兩個(gè)電池的最佳表面形態(tài)，并且不適于底部電池的生長(zhǎng)。 此外，在US 2002/0011263中，位于中間層(即，第一電極層)之下的光電轉(zhuǎn)換器件的表面水平差(Ry)在5到150nm的范圍。因此，中間層的底部面也具有包括5nm到150nm的表面水平差(Ry)。US 2002/0011263的圖7顯示第一電極的表面水平差應(yīng)該小于150nm。實(shí)際上，在該文獻(xiàn)中公開(kāi)了如果Ry大于150nm，則結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換器件的電學(xué)特性迅速下降。因此，本發(fā)明的目的是通過(guò)提供更高性能光電器件從而減輕這些缺點(diǎn)，所述更高性能光電器件具有對(duì)于兩個(gè)基本電池的每一個(gè)的生長(zhǎng)而分別優(yōu)化的表面形態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
為此目的，并且根據(jù)本發(fā)明，提出了一種多結(jié)光電器件，包括其上沉積第一導(dǎo)電層的基底、其上沉積第二導(dǎo)電層的P-i-n或p-n配置的至少兩個(gè)基本光電器件、以及在兩個(gè)相鄰基本光電器件之間提供的至少一個(gè)中間層，所述中間層具有在進(jìn)光側(cè)的頂部面和在另一側(cè)的底部面，所述頂部面和底部面分別具有包括傾斜的基本表面的表面形態(tài)，使得Ci9tllilsp 小于至少3°，優(yōu)選地6°，更優(yōu)選地10°，并且甚至更優(yōu)選地15° ；其中Ci9tll^是這樣的角度中間層的頂部面的基本表面的90%具有等于或小于該角度的傾斜度，并且Ci9tllil s是這樣的角度中間層的底部面的基本表面的90%具有等于或小于該角度的傾斜度。這樣的表面形態(tài)使得可以最優(yōu)地調(diào)和由中間層的每個(gè)面所要求的形態(tài)，并且因此使得可以獲得更高性能的器件。在本發(fā)明中，與專利US 6 825 408的教導(dǎo)相反，使中間層的光輸出側(cè)平坦，以便更好地使形態(tài)適應(yīng)于底部電池的生長(zhǎng)，徹底修改了表面的形態(tài)，而不必修改平均高度差?，F(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)教導(dǎo)修改平均高度差或者峰到谷粗糙度，但是它們沒(méi)有給出關(guān)于中間層的面的基本表面的角形態(tài)的啟示。從幾何的觀點(diǎn)看，可以修改峰到谷粗糙度同時(shí)保持基本表面的相同角度。
本發(fā)明的目的是產(chǎn)生更平坦的表面，以便更好使形態(tài)適應(yīng)于底部電池的生長(zhǎng)，所述底部電池具有p-i-n或p-n配置。本發(fā)明還涉及一種用于生產(chǎn)多結(jié)光電器件的方法，所述多結(jié)光電器件包括其上沉積第一導(dǎo)電層的基底、其上沉積第二導(dǎo)電層的P-i-n或p-n配置的至少兩個(gè)基本光電器件。 根據(jù)本發(fā)明，所述方法包括在所述基本光電器件的至少一個(gè)上沉積中間層的步驟，所述中間層具有在進(jìn)光側(cè)的頂部面和在另一側(cè)的底部面，所述頂部面和底部面分別具有包括傾斜的基本表面的表面形態(tài)，使得α 小于Ci9tl ^至少3°，優(yōu)選地6°，更優(yōu)選地10°，并且甚至更優(yōu)選地15° ；其中 α 90頂部禾口 α 90底部


參照附圖，在閱讀以下描述時(shí)本發(fā)明的其它特征將變得更加明顯，附圖中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的串聯(lián)電池的圖；圖2示出的圖說(shuō)明了在通過(guò)原子力顯微鏡(AFM)獲得的圖像的點(diǎn)A處表面的傾斜角的計(jì)算；以及圖3示出在根據(jù)本發(fā)明的器件中中間層的頂部面和底部面的角分布的積分。
具體實(shí)施例方式圖1示出光電器件或“非微晶疊層”電池1，其包括相互堆疊的基底2、構(gòu)成第一電極的第一透明導(dǎo)電層3、稱為頂部電池的第一基本光電器件4、中間層5、稱為底部電池的第二基本光電器件6、以及構(gòu)成第二電極的第二導(dǎo)電層7。器件1暴露給沿著箭頭8朝向的光。中間層5具有在進(jìn)光側(cè)的頂部面10和在另一側(cè)的底部面11。根據(jù)本發(fā)明，所述頂部面10和底部面11分別具有包括傾斜的基本表面的表面形態(tài)，使得CI9tl^ssp小于CI9tiwsp至少3°，優(yōu)選地6°，更優(yōu)選地10°，并且更優(yōu)選地15° ；其中a9(lWSp是這樣的角度中間層的頂部面的基本表面的90%具有等于或小于該角度的傾斜度，并且《 是這樣的角度中間層的底部面的基本表面的90%具有等于或小于該角度的傾斜度。例如，差(a90]^-a90底部)可以包括在3°和60°之間，優(yōu)選地在6°和25°之間，并且更優(yōu)選地在7°和15°之間。參照?qǐng)D2，這里通過(guò)構(gòu)成樣本的粗糙表面的基本表面的傾斜度描述表面的形態(tài)，也稱為表面的角分布。為此，對(duì)測(cè)量為5 μ mX 5 μ m的表面執(zhí)行AFM測(cè)量，所述表面對(duì)應(yīng)于代表樣本表面拓?fù)?ζ軸)的256X256等距點(diǎn)(傳統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng)中的χ和y軸)的矩陣。為了移除基底的任何傾斜或彎曲，從該圖像減去2階多項(xiàng)式，該2階多項(xiàng)式最小化它本身和表面之間平方差的和。因此，獲得的是表面S的形態(tài)的良好表現(xiàn)，所述表面S典型地由具有50 至2000nm尺寸的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。平面ζ = 0定義為水平平面P。為了獲得表面的角分布，對(duì)于AFM圖像中的每個(gè)點(diǎn)A計(jì)算垂直于水平平面P的矢量和垂直于表面S的矢量Vn之間的角度。為此，通過(guò)點(diǎn)A和兩個(gè)矢量Vx和Vy定義用于計(jì)算到點(diǎn)A的法線的相關(guān)基本表面。Vx是方向χ中連接點(diǎn)A前后的兩個(gè)點(diǎn)(在AFM矩陣中為近鄰)的矢量，并且Vy是方向y中連接點(diǎn)A前后的兩個(gè)點(diǎn)(在AFM矩陣中為近鄰)的矢量。通過(guò)Vx和Vy的矢量積確定垂直于所討論的基本表面的矢量Vn。基本表面的傾斜角α定義為所討論的基本表面的垂直矢量Vn與垂直于水平平面P的矢量之間的角度?？梢詷?gòu)造點(diǎn)的新的矩陣，其代表AFM矩陣中每個(gè)點(diǎn)處的每個(gè)基本表面的傾斜度。 從指示表面的每個(gè)點(diǎn)處的傾斜度的矩陣起，可能產(chǎn)生從0到90°的角度的直方圖(角度分布)，該直方圖給出具有位于某一角度間隔(典型地為2度)內(nèi)的傾斜度的表面的比例。通過(guò)積分后者，獲得角度分布的積分(查閱圖3)。在χ軸上繪制角度。在y軸上繪制具有等于或小于給定角度的傾斜度的基本表面的比例。平的水平表面定義為僅具有等于0°的傾斜度的基本表面，因此0°至90°的角分布的積分等于1。相反，具有高度傾斜的基本表面的極粗糙表面顯示具有高比例的基本表面具有高傾斜角的角分布，并且角分布的積分對(duì)于小角度(例如0° -15° )接近0，并且僅對(duì)于大角度(例如30° -70° )接近1。在 本發(fā)明中，為了表征表面的形態(tài)，所討論的值α是這樣的角度Ci9tl 所研究的表面的基本表面的90%具有等于或小于該角度的傾斜度。優(yōu)選地，角度包括在20°和80°之間，更優(yōu)選地在40°和80°之間。優(yōu)選地，角度α 9Q ；^包括在0 °和40 °之間，更優(yōu)選地在5 °和40 °之間。峰到谷粗糙度由JIS B0601定義(最大高度；可以稱為Ry或Rmax)。優(yōu)選地，底部面11的峰到谷粗糙度大于150nm。例如，底部面11的峰到谷粗糙度可以包括200nm至2000nm，優(yōu)選地200nm至900nm，并且更優(yōu)選地300nm至700nm。通過(guò)控制中間層的面的形態(tài)，本發(fā)明允許具有這樣的中間層，該中間層具有峰到谷粗糙度大于150nm的底部面，以此方式促進(jìn)電池中光的散射，并且改進(jìn)電池的光學(xué)特性， 而沒(méi)有電池的電學(xué)特性的任何減少。優(yōu)選地，頂部面10的峰到谷粗糙度大于底部面11的峰到谷粗糙度。頂部面10的峰到谷粗糙度可以包括200nm至2000nm，優(yōu)選地200nm至lOOOnm?；?可以由選自下述的材料制成玻璃和塑料(例如PEN、PET和聚酰亞胺)。第一導(dǎo)電層3由透明導(dǎo)電氧化物(例如ZnO、ITO或SnO2)制成(查閱Fay、 Steinhauser> Oliveira、Vallat-Sauvain 禾口 Ballif, "Opto-electronic properties of rough LP-CVD ZnO:B for use as TCO in thin-film silicon solar cells",Thin Solid Films, 515(24)，p.8558-8561，2007)。第二導(dǎo)電層7由透明導(dǎo)電氧化物(例如ZnO、ΙΤ0、InO, SnO2等)、金屬(Ag、Al) 或透明氧化物和金屬的組合制成(查閱Meier、Kroll, Spitznagel, Benagli, Roschek、 Pfanner> Ellert、Androutsopoulos、Huegli、Buechel> Buechel> Nagel> Feitknecht 禾口 Bucher, ((Progress in up-scaling of thin film silicon solar cells by large-area PECVD KAI systems)), Proc. of the 31th IEEE Photovoltaic Specialist Conference, Lake Buena Vista, FL, USA,，pp. 1464-1467，2005 年 1 月)。導(dǎo)電層3和7通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的工藝(諸如蒸鍍、濺射和化學(xué)沉積)沉積。對(duì)于第一導(dǎo)電層3，優(yōu)選地使用化學(xué)沉積工藝(例如LP-CVD Zn0、AP-CVD SnO2)(查閱 Fay> Steinhauser> Oliveira、Vallat-Sauvain 禾口 Ballif, "Opto-electronic properties of rough LP-CVD ZnO:B for use as TCO in thin-film silicon solar cells ‘‘， Thin Solid Films, 515 (24), p. 8558-8561，2007)，使得可以獲得具有用于頂部基本電池4的最佳表面形態(tài)的導(dǎo)電層?；竟怆娖骷?和6可以具有p-i-n或p_n配置。這意味著為產(chǎn)生基本電池而沉積的第一層是P層、然后可選地是i層、并且然后是η層。當(dāng)然，顯然所有組合是可能的。特別地，當(dāng)器件包括兩個(gè)基本電池時(shí)，四種組合p-i-n/p-i-n、p-n/p-i-n、p-n/p-n和p-i-n/ p-n是可能的。p-i-n/p-i-n組合是優(yōu)選的。有利地，位于相對(duì)于中間層5的面對(duì)基底2 —側(cè)的基本光電器件4或“頂部電池” 由通過(guò)能帶隙Iwsp表征的半導(dǎo)體材料制成，并且位于相對(duì)于中間層5的另一側(cè)的基本光電器件6或“底部電池”由通過(guò)能帶隙1_表征的半導(dǎo)體材料制成。優(yōu)選地，I1^大于
…以便補(bǔ)充地吸收太陽(yáng)光譜。基本光電器件4或頂部電池是用于光伏應(yīng)用的半導(dǎo)體，優(yōu)選地基于硅。優(yōu)選地， 它基于非晶硅或硅化合物(例如Sic、SiO、SiGe等)。它具有20至800nm的厚度，優(yōu)選地 IOOnm 至 250nmo基本光電器件6或底部電池是用于光伏應(yīng)用的半導(dǎo)體，優(yōu)選地基于硅。優(yōu)選地，它基于結(jié)晶硅或微晶硅或硅-鍺或硅化合物，其使得能量帶隙相對(duì)于非晶硅減小。優(yōu)選地，基本光電器件4或頂部電池基于非晶硅，并且其它基本光電器件6或底部電池基于微晶硅?；倦姵?和6通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的工藝沉積。優(yōu)選地，使用PECVD (等離子增強(qiáng)化學(xué)蒸氣沉積)工藝(查閱 Fischer、DubaiUelvan、Vaucher、Platz、Hof、Kroll、 Meier、Torres、Keppner> ffyrsch> Goetz、Shah 禾口 Ufert, in 25 IEEE PVSC, Washington D. C.，1996，p. 1053)。在已經(jīng)沉積頂部基本電池4之后，沉積中間層5，其建立對(duì)于底部基本電池6的生長(zhǎng)適合的形態(tài)。中間層5由選自下述的材料的層構(gòu)成氧化鋅、摻雜的氧化硅、摻雜的多孔氧化硅、氧化錫、氧化銦、摻雜的碳化硅、摻雜的非晶硅、摻雜的微晶硅及其組合。優(yōu)選地，使用摻雜的氧化硅，摻雜的氧化硅的折射率小于硅的折射率，并且為1. 3至2. 5。優(yōu)選地，中間層5具有IOnm至500nm的厚度，更優(yōu)選地50nm至150nm。根據(jù)本發(fā)明的變體，如上面定義的中間層5的底部面11的表面形態(tài)可以通過(guò)它的制作工藝的完全本性獲得。為此，在沉積中間層5的步驟期間，使用用于沉積中間層5的單個(gè)步驟工藝，該單個(gè)步驟工藝使得可以獲得對(duì)應(yīng)于底部面11的所要求的表面形態(tài)的平面化表面。該工藝使用選自下述的技術(shù)之一濺射(查閱J. Thornton, Vac. Sci. Technol. A, Volume 4，Issue 6，pp. 3059-3065，1986)、浸漬涂布、旋涂、或具有在層的沉積和蝕刻之間生成強(qiáng)烈競(jìng)爭(zhēng)的沉積參數(shù)的等離子體增強(qiáng)化學(xué)蒸汽沉積(查閱Dalakos、Plawsky和 Persans, MRS Symp. Proc. Vol. 762, 2003 and G. Cicala, G.Bruno, P.Capezzuto, Pure & App 1. Chem.，Vol. 68，No. 5，pp. 1143-1149，1996)。這樣的單個(gè)步驟工藝的優(yōu)點(diǎn)在于如此獲得的中間層具有這樣的底部面，該底部面自然具有本發(fā)明所要求的形態(tài)。在本發(fā)明中，不要求Ry的修改，但是僅僅要求如上定義的基本表面的角形態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的變體，如上面定義的中間層5的底部面11的表面形態(tài)可以通過(guò)在已經(jīng)沉積所述中間層5之后執(zhí)行額外步驟來(lái)獲得，該額外步驟為使中間層5的所述底部面11 的表面平坦，以便獲得底部面11的所要求的表面形態(tài)。沉積中間層5的步驟可以使用傳統(tǒng)的沉積工藝，諸如蒸鍍、濺射、浸漬涂布和化學(xué)蒸汽沉積。優(yōu)選地，使用PECVD(等離子體增強(qiáng)化學(xué)蒸汽沉積)。額外的表面平坦步驟使用選自下述的技術(shù)之一化學(xué)機(jī)械拋光(查閱J. Benedict 等人，Proc. Mat. Res. Soc. Symp. 254，1992)、化學(xué)蝕刻(例如對(duì)于 ZnO 中間層使用HCL或HNO3或者對(duì)于硅基中間層使用HF)、等離子體處理(查閱WO 2007/113037)和噴砂，各工藝是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。根 據(jù)本發(fā)明的“非微晶疊層”電池具有中間層，該中間層具有這樣的面，該面具有的表面形態(tài)使得可以最優(yōu)地調(diào)和由單個(gè)電池的每個(gè)所要求的形態(tài)，并且從而使得可以獲得更高性能的器件。本發(fā)明基于包括兩個(gè)基本電池的器件。當(dāng)然，根據(jù)本發(fā)明的器件可以包括超過(guò)兩個(gè)基本電池，它們中的至少兩個(gè)電池由根據(jù)本發(fā)明的中間層分開(kāi)。以下示例說(shuō)明本發(fā)明，然而沒(méi)有限制它的范圍。示例比較具有p-i-n/p-i-n配置的“非微晶疊層”類型的兩種串聯(lián)電池-有標(biāo)準(zhǔn)中間層(示例1)；以及-有根據(jù)本發(fā)明的中間層(示例2)。
電池的其它元件是相同的。基本電池由非晶硅制成的頂部電池4和微晶硅制成的底部電池6構(gòu)成(查閱 Fischer、Dubai 1> Selvan、Vaucher> Platz、Hof > Kroll、Meier、Torres、Keppner> ffyrsch> Goetz、Shah 和 Ufert, in 25 IEEE PVSC, Washington D. C.，1996，p.1053)。使用的基底2是玻璃(Schott AF 45)，并且通過(guò)第一導(dǎo)電ZnO層3 (前接觸部)給出包括高度傾斜的基本表面的紋理，該第一導(dǎo)電ZnO層3通過(guò)LPCVD (低壓化學(xué)蒸汽沉積) 沉禾只(查閱 Fay> Steinhauser> Oliveira、Vallat-Sauvain 禾口 Ballif, "Opto-electronic properties of rough LP-CVD ZnOB for use as TCO in thin-film silicon solar cells ",Thin Solid Films，515(24)，p.8558-8561，2007)頂部電池4具有300nm的厚度，并且底部電池6具有3000nm的厚度。第二導(dǎo)電ZnO層7(背接觸部)通過(guò)LPCVD(低壓化學(xué)蒸汽沉積)沉積，在該第二導(dǎo)電ZnO層7上應(yīng)用用作背反射體的白色電介質(zhì)(查閱Meier、Kroll、Spitznagel, Benagli、Roschek、Pfanner、Ellert、Androutsopoulos、Huegli、Bueche1、Bueche1、Nagel、 Feitknecht 禾口 Bucher,〈〈Progress in up-scaling of thin film silicon solar cells by large-area PECVD KAI systems)),Proc. of the 31th IEEE Photovoltaic Specialist Conference, Lake Buena Vista, FL, USA, pp. 1464-1467，2005 年 1 月)。標(biāo)準(zhǔn)型中間層由通過(guò)PECVD沉積的厚度為150nm的SiOx層構(gòu)成(查閱Buehlmarm、 Bailat、Domine、Billet、MeillaucUFeltrin 和 Ballif, APL 91，143505,2007)。具有根據(jù)本發(fā)明的形態(tài)的中間層由通過(guò)PECVD沉積的厚度為150nm的SiOx層和底部面11構(gòu)成，該底部面11在沉積之后經(jīng)歷化學(xué)機(jī)械拋光操作以便使它的表面平坦。使用織物(商品號(hào)40500232，DENKA D. 200，來(lái)自Struers的Nap 5x類型的織物)和基于硅膠顆粒(商品號(hào)40700001，0PSIF，來(lái)自Struers的0P_S 51t懸浮液)的磨料執(zhí)行這一化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)操作。該工藝使得可以獲得具有適于底部電池的生長(zhǎng)的底部面的表面形態(tài)的中間層。通過(guò)AFM測(cè)量的層之間的界面的表面還可以用象峰到谷粗糙度(Ry = Rmax)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)表征。本發(fā)明示例2中界面的頂部面10的表面粗糙度Ry是lOOOnm，并且本發(fā)明示例2中界面的底部面11的表面粗糙度Ry是670nm，670nm大于從US 2002/0011263已知的劣化電池的電學(xué)特性的150nm的值。本發(fā)明示例2中底部面11的表面粗糙度Ry低于頂部面10的表面粗糙度Ry，與US 6，825，408的教導(dǎo)相反。使 用上述方法測(cè)量根據(jù)本發(fā)明的中間層的頂部面和底部面的表面形態(tài)。獲得圖3 所示的所討論的中間層的兩個(gè)面的角分布的積分。在該圖中，在X軸上繪制角度。在y軸上繪制具有等于或小于給定角度的傾斜度的基本表面的比例。曲線C對(duì)應(yīng)于中間層的底部面，并且曲線D對(duì)應(yīng)于頂部面。對(duì)于每個(gè)表面，定義角度α9(1，該角度Ci9tl指示基本表面的 90%具有等于或小于該角度的傾斜度。在本示例中，CI9tllissp等于39°并且 α9ο 頂部，
艮口 α 90底部7J"1于α 90頂部7 。通過(guò)比較的方式，標(biāo)準(zhǔn)中間層的頂部面和底部面具有相同的Ci9tl，以此方式，差
(α 90頂部_ α 90底部)M 0 。從用AMI. 5G太陽(yáng)光譜照明下的特性電流-電壓(I-V)曲線提取開(kāi)路電壓(Vqc)和占空因子(FF)。通過(guò)在從350到IlOOnm的光譜上積分將外部量子效率(EQE)乘以由AMI. 5G 定義的太陽(yáng)光譜的入射光子流的積，從EQE的測(cè)量計(jì)算短路電流密度(Jsc)。通過(guò)將Vre、FF 和Jse相乘計(jì)算轉(zhuǎn)換效率(η)。在以下表格中指示獲得的結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種多結(jié)光電器件(1)，包括其上沉積第一導(dǎo)電層(3)的基底O)、其上沉積第二導(dǎo)電層(7)的p-i-n或p-n配置的至少兩個(gè)基本光電器件G，6)、以及在兩個(gè)相鄰基本光電器件(4，6)之間提供的至少一個(gè)中間層(5)，其特征在于，所述中間層( 具有在進(jìn)光側(cè)的頂部面(10)和在另一側(cè)的底部面(11)，所述頂部面(10)和底部面(11)分別具有包括傾斜的基本表面的表面形態(tài)，使得α 小于Ci9tl ^至少3°，優(yōu)選地6°，更優(yōu)選地10°，并且甚至更優(yōu)選地15° ；其中Ci9tiwsp是這樣的角度所述中間層(5)的頂部面(10)的基本表面的90%具有等于或小于該角度的傾斜度，并且CI9tllissp是這樣的角度所述中間層(5)的底部面(11)的基本表面的90%具有等于或小于該角度的傾斜度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，Ci9tiwsp包括在20°和80°之間，并且優(yōu)選地在40°和80°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的器件，其特征在于，CI9tllissp包括在0°和40°之間，并且優(yōu)選地在5°和40°。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一所述的器件，其特征在于，位于相對(duì)于所述中間層(5)朝向所述基底( 一側(cè)的基本光電器件(4)基于非晶硅，并且其特征在于，另一基本光電器件 (6)基于微晶硅。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一所述的器件，其特征在于，所述中間層(5)具有IOnm至 500nm的厚度，優(yōu)選地50nm至150nm。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一所述的器件，其特征在于，所述中間層(5)由選自下述的材料的層構(gòu)成氧化鋅、摻雜的氧化硅、摻雜的多孔氧化硅、氧化錫、氧化銦、摻雜的碳化硅、 摻雜的非晶硅、摻雜的微晶硅及其組合。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一所述的器件，其特征在于，使用用于沉積所述中間層的單個(gè)步驟工藝獲得中間層( 的底部面(11)的表面形態(tài)，所述單個(gè)步驟工藝使得可以在它的沉積期間獲得對(duì)應(yīng)于所述底部面(11)的所要求的表面形態(tài)的平面化表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到6的任一所述的器件，其特征在于，通過(guò)在已經(jīng)沉積所述中間層 (5)之后執(zhí)行所述底部面(11)的表面的平坦，以便獲得所述底部面(11)的所要求的表面形態(tài)，從而獲得所述中間層(5)的底部面(11)的表面形態(tài)。
9.一種用于生產(chǎn)多結(jié)光電器件(1)的方法，所述多結(jié)光電器件(1)包括其上沉積第一導(dǎo)電層(3)的基底O)、其上沉積第二導(dǎo)電層(7)的p-i-n或p-n配置的至少兩個(gè)基本光電器件G，6)，其特征在于，所述方法包括在所述基本光電器件(4)的至少一個(gè)上沉積中間層(5)的步驟，所述中間層( 具有在進(jìn)光側(cè)的頂部面(10)和在另一側(cè)的底部面(11)，所述頂部面(10)和底部面(11)分別具有包括傾斜的基本表面的表面形態(tài)，使得CI9tllissp小于 a9。I3^至少3°，優(yōu)選地6°，更優(yōu)選地10°，并且甚至更優(yōu)選地15° ；其中α 9(11^是這樣的角度所述中間層(5)的頂部面(10)的基本表面的90%具有等于或小于該角度的傾斜度， 并且Q9tllissp是這樣的角度所述中間層(5)的底部面(11)的基本表面的90%具有等于或小于該角度的傾斜度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述中間層(5)由選自下述的材料的層構(gòu)成氧化鋅、摻雜的氧化硅、摻雜的多孔氧化硅、氧化錫、氧化銦、摻雜的碳化硅、摻雜的非晶硅、摻雜的微晶硅及其組合。
11.根據(jù)權(quán)利要求9和10的任一所述的方法，其特征在于，在所述沉積中間層(5)的步驟期間，使用單個(gè)步驟沉積工藝，所述單個(gè)步驟沉積工藝使得可以在所述中間層的沉積期間獲得對(duì)應(yīng)于所述底部面(11)的所要求的表面形態(tài)的平面化表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求9和10的任一所述的方法，其特征在于，所述方法包括在沉積中間層(5)的步驟之后的額外步驟，所述額外步驟為使所述中間層(5)的底部面(11)的表面平坦，以便獲得所述底部面(11)的所要求的表面形態(tài)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，使中間層(5)的底部面(11)的表面平坦的所述額外步驟使用選自下述的技術(shù)之一化學(xué)-機(jī)械拋光、化學(xué)蝕刻、等離子體處理和噴砂。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多結(jié)光電器件(1)，包括其上沉積第一導(dǎo)電層(3)的基底(2)、其上沉積第二導(dǎo)電層(7)的p-i-n或p-n配置的至少兩個(gè)基本光電器件(4，6)、以及在兩個(gè)相鄰基本光電器件(4，6)之間提供的至少一個(gè)中間層(5)。根據(jù)本發(fā)明，中間層(5)具有在進(jìn)光側(cè)的頂部面(10)和在另一側(cè)的底部面(11)，所述頂部面(10)和底部面(11)分別具有包括傾斜的基本表面的表面形態(tài)，使得α90底部小于α90頂部至少3°，優(yōu)選地6°，更優(yōu)選地10°，并且甚至更優(yōu)選地15°；其中α90頂部是這樣的角度中間層(5)的頂部面(10)的基本表面的90％具有等于或小于該角度的傾斜度，并且α90底部是這樣的角度中間層(5)的底部面(11)的基本表面的90％具有等于或小于該角度的傾斜度。
文檔編號(hào)H01L31/0236GK102217080SQ200980145912
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月19日
發(fā)明者D·多敏, J·白萊特, P·庫(kù)奧尼 申請(qǐng)人:紐沙泰爾大學(xué)