專利名稱：制造具有高轉(zhuǎn)換效率的薄膜太陽能電池的制作方法
制造具有高轉(zhuǎn)換效率的薄膜太陽能電池相關(guān)串請本發(fā)明的實施例為大致上涉及太陽能電池及其形成方法。更特別地，本發(fā)明的實施例涉及用以制造具有高轉(zhuǎn)換效率的薄膜太陽能電池的方法。
背景技術(shù)：
太陽能電池是將太陽輻射與其它光轉(zhuǎn)換成可用的電能。能量轉(zhuǎn)換是由于光伏效應(yīng)而發(fā)生。太陽能電池可由結(jié)晶材料或由非晶或微晶材料來形成。概括來說，現(xiàn)今有兩種大量生產(chǎn)的主要類型的太陽能電池，即結(jié)晶硅太陽能電池與薄膜太陽能電池。結(jié)晶硅太陽能電池通常使用單晶襯底(即單晶的純硅襯底)或多晶硅襯底(即多結(jié)晶或多晶硅)。額外的膜層沉積在硅襯底上以改善光的捕獲、形成電路、且保護裝置。適當?shù)囊r底包括玻璃、金屬與聚合物襯底。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)薄膜太陽能電池的性質(zhì)會在暴露于光時隨著時間而劣化，其會造成裝置穩(wěn)定性低于所期望的穩(wěn)定性。典型的會劣化的太陽能電池特性為填充因子(fill factor ；FF)、短路電流、與開路電壓(Voc)。由于非晶-微晶硅吸收層的低成本大面積沉積，薄膜硅太陽能電池已經(jīng)取得大的市場占有率。薄膜太陽能電池是使用沉積在適當襯底上的薄材料層來形成一個或多個p-n結(jié)。通常，不同的材料層執(zhí)行形成在太陽能電池中的不同的功能。在一些例子中，一些材料層可作為光吸收層，其可在吸收層中具有高的吸收光的光捕獲效果以產(chǎn)生高電流。相對地，一些材料層構(gòu)造成將光反射與散射到形成在襯底上的太陽能電池，藉此有助于光能保持在太陽能電池中持續(xù)更長時間以產(chǎn)生電流。然而，當光被傳送通過這些反射材料層時，吸收損失會時常發(fā)生，因而不利地降低了形成在襯底上的太陽能電池結(jié)的整體電氣性能和轉(zhuǎn)換效率。為了擴增太陽能電池的經(jīng)濟使用，必須改善效率。太陽能電池效率與轉(zhuǎn)換成有用電力的入射輻射的比例有關(guān)。為了能用于更多應(yīng)用，必須將太陽能電池效率改善超過目前最佳約15%的性能。隨著能源成本上升，亟需改良薄膜太陽能電池以及用以在工廠環(huán)境中形成薄命太陽能電池的方法與設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例提供形成太陽能電池的方法。在一個實施例中，光伏裝置包括ARC層,其設(shè)置在襯底的第一表面上；阻擋層,其設(shè)置在該襯底的第二表面上；第一 TCO層，其設(shè)置在該阻擋層上；導(dǎo)電接觸層，其設(shè)置在該第一 T⑶層上；第一 p-i-n結(jié)，其形成在該導(dǎo)電接觸層上；及第TCO層,其形成在該第一 p-i-n結(jié)上。在另一實施例中，一種形成太陽能電池裝置的方法包括以下步驟在襯底的第一表面上形成ARC層；在該襯底的第二表面上形成阻擋層；在該阻擋層上形成第一 TCO層；形成設(shè)置在該第一 TCO層上的導(dǎo)電接觸層，其中該導(dǎo)電接觸層是在PVD腔室中形成的摻雜鈮的氧化鈦層；在該導(dǎo)電接觸層上形成第一 P-i-n結(jié)；在該第一 p-i-n結(jié)上形成導(dǎo)電率匹配層；及在該導(dǎo)電率匹配層上形成第二 TCO層。
在又另一實施例中，一種用以形成太陽能電池的自動化且集成式系統(tǒng)包括第一沉積腔室，其適于在襯底的第一表面上的第一 TCO層上沉積導(dǎo)電接觸層,其中ARC層形成在該襯底的第二表面上，并且其中阻擋層形成在該襯底的第一表面與該第一 TCO層之間；第二沉積腔室，其適于在該導(dǎo)電接觸層上沉積P-型含硅層與界面阻擋層；第三沉積腔室，其適于沉積本征型含硅層、以及在該本征型含硅層上沉積n-型微晶碳化硅層或?qū)щ娐势ヅ鋵樱患白詣踊斔推餮b置，其適于在該第一沉積腔室、該第二沉積腔室、與該第三沉積腔室之間傳送該襯底。


以本發(fā)明以上所述的特征能獲得并詳細地理解的方式，可以參照實施例對以上簡要概括的本發(fā)明進行更具體地描述，本發(fā)明的實施例圖示在附圖中。圖I為根據(jù)本發(fā)明的實施例的單一結(jié)薄膜太陽能電池的示意性側(cè)視圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明的實施例的串聯(lián)結(jié)薄膜太陽能電池的示意性側(cè)視圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明的實施例的設(shè)置在襯底的第一表面上的抗反射涂覆(ARC)層的放大圖。圖4為根據(jù)本發(fā)明的實施例的設(shè)置在襯底的第二表面上的阻擋層的放大圖。圖5為根據(jù)本發(fā)明的實施例的形成在設(shè)置于襯底上的太陽能電池中的背金屬電極的放大圖。圖6為根據(jù)本發(fā)明的實施例的用以在襯底上制造太陽能電池的方法流程圖。圖7為根據(jù)本發(fā)明的實施例的設(shè)備的橫截面圖。圖8為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的設(shè)備的平面圖。圖9為根據(jù)本發(fā)明的實施例的結(jié)合有圖7和圖8的設(shè)備的生產(chǎn)線的一部分的平面圖。為促進了解，在可能時使用相同的組件符號來表示該等圖式共有的相同組件。應(yīng)了解，實施例的組件與特征結(jié)構(gòu)可有利地并入到其它實施例而不需特別詳述。然而，應(yīng)了解，附圖僅繪示出本發(fā)明的示范性實施例且因此不會對本發(fā)明的范圍構(gòu)成限制，本發(fā)明可容許其它等效的實施例。
具體實施例方式薄膜太陽能電池大致上是由以許多不同方式設(shè)置在一起的數(shù)種類型的膜或?qū)觼硇纬伞４蟛糠钟迷谶@樣裝置的膜結(jié)合半導(dǎo)體元素，半導(dǎo)體元素可包括硅、鍺、碳、硼、磷、氮、氧、氫等。不同膜的特性包括結(jié)晶度、摻雜類型、摻雜濃度、膜折射率、膜消光系數(shù)、膜透明度、膜吸收率、與導(dǎo)電率。典型地，大部分這些膜可通過使用化學(xué)氣相沉積處理來形成，其中該化學(xué)氣相沉積處理可包括一些程度的離子化或等離子體形成。光伏處理期間的電荷產(chǎn)生通常是由塊體半導(dǎo)體層(諸如含硅層)所提供。塊體層有時候也稱為本征層，以將其和太陽能電池中的各種摻雜層區(qū)分。本征層可具有任何期望的結(jié)晶度，結(jié)晶度將影響本征層的光吸收特性。舉例而言，非晶本征層(諸如非晶硅)一般 將在與具有不同結(jié)晶度的本征層(諸如微晶硅)不同的波長下吸收光。由于此原因，大部分的太陽能電池將使用此兩種類型的層，以產(chǎn)生最寬廣可能的吸收特性而增加電池轉(zhuǎn)換性能。在許多例子中，本征層可作為在兩個不相似類型層之間的緩沖層，以在這兩個不相似類型層之間提供更平順的光學(xué)或電氣性質(zhì)的過渡。圖I為形成在襯底102上的單一結(jié)薄膜太陽能電池100的側(cè)視圖，襯底102具有朝向光或太陽能輻射101的第一表面152。太陽能電池100包括襯底102(諸如玻璃襯底、聚合物襯底、金屬襯底、或其它適當?shù)囊r底)，多個薄膜形成在襯底102上的第二表面154上。在一種構(gòu)造中，襯底102為約2. 6mm至約4mm厚的玻璃材料,諸如約3. 2mm厚。在一個實施例中，襯底102包括具有相對低濃度的鐵(Fe)元素摻雜在其中的玻璃材料?？烧J為，當光穿過襯底102到達形成在襯底102上的太陽能電池100時，較少量的摻雜在玻璃襯底中的鐵元素將可減少光吸收率。可認為，相較于通常用在太陽能應(yīng)用的傳統(tǒng)玻璃材料(諸如鈉鈣玻璃(soda lime glass)),在低鐵玻璃中,在較長光波長(諸如約800nm至約IlOOnm的波長)的光將會被較少吸收。所以，當含低鐵玻璃的襯底與含有含結(jié)晶娃層(例如微晶娃)的太陽能電池一起使用時，含低鐵玻璃的襯底是有用的，這是因為相較于含非晶硅層，含低鐵玻璃的襯底傾向于吸收位于這些波長內(nèi)的光。在一個實施例中，襯底102(諸如玻璃襯底)中的鐵濃度被控制到約0. 01重量百分比至約0. 03重量百分比的水平，諸如小于約0. 02重 量百分比。在另一實施例中，玻璃類型襯底102中的鐵濃度被控制到小于約70ppm的水平。在又另一實施例中，玻璃類型襯底102中的鐵濃度被控制到小于約7ppm的水平。在一個實例中，在串聯(lián)類型太陽能電池裝置(圖2的太陽能電池200)中，使用低鐵玻璃襯底(低鐵玻璃襯底對于較長所接收的波長具有減少的吸收率)來增加產(chǎn)生在含微晶第二 P-i-n結(jié)136中以及因而產(chǎn)生在串聯(lián)結(jié)類型薄膜太陽能電池或太陽能電池中的電流量。抗反射涂覆(ARC)層103形成在襯底102的第一表面152上。在一個實施例中，ARC層103設(shè)置在襯底102的第一表面152上，以減少當太陽輻射101通過襯底102時的光損失。ARC層103經(jīng)選擇以具有介于空氣的折射率與襯底102的折射率之間的折射率。在一個實施例中，由于空氣的折射率為約I. 0，并且襯底102 (諸如玻璃(例如低鐵玻璃)襯底)的折射率通常為約I. 4至約I. 5，ARC層103的折射率經(jīng)調(diào)節(jié)和選擇以處于約I. I至I. 4之間(諸如約I. 2)?？烧J為，通過選擇折射率在約I. I至I. 4指尖的ARC層，ARC層103可有助于光從空氣平順地傳送且通過襯底102到形成在襯底102上的膜層(這將在下文描述)。當光從空氣被傳送通過襯底102時，急劇的折射率變化會使得光反射回到空氣內(nèi)且遠離形成在襯底102上的太陽能電池100。因此，通過選擇傾向于作為空氣與襯底102之間緩沖層的適當ARC層103材料，可減少和/或控制從襯底表面反射造成的光損失量。涉及ARC層103的選擇與性質(zhì)的細節(jié)將在下文參照圖3進一步描述。太陽能電池100形成在襯底102的第二表面154上，其中該第二表面154與ARC層103形成在襯底102上的位置相反。太陽能電池100包括選擇性阻擋層104，選擇性阻擋層104形成在襯底102的第二表面154上。隨后，第一透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層106形成在選擇性阻擋層104上。在不存在有選擇性阻擋層104的實施例中，第一 TCO層106直接地形成在襯底102的第二表面154上。第一 p-i-n結(jié)116接著形成在第一 TCO層106上。選擇性導(dǎo)電接觸層108可形成在第一 TCO層106與第一 p-i-n結(jié)116之間。在不存在有選擇性導(dǎo)電接觸層108的實施例中，第一 p-i-n結(jié)116可直接地形成在第一 T⑶層106上。隨后，導(dǎo)電率匹配層118、第二 TCO層120與背金屬電極122接著依序地形成在第一 p-i-n結(jié)116上。
在一個實施例中，選擇性阻擋層104可預(yù)先制造在來自玻璃供貨商的襯底102上而和襯底102—并提供。一方面，選擇性阻擋層104具有和前述ARC層103類似的功能，SP選擇性阻擋層10可通過減少在和襯底102的界面和界面處、以及在與第一透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層106的界面內(nèi)和界面處的光吸收與反射而增加傳送到第一 p-i-n結(jié)116的光量。另一方面，選擇性阻擋層104構(gòu)造成具有對襯底102和對隨后待形成的第一 TCO層106的低接觸電阻與高附著性。在一個實施例中，選擇性阻擋層104為從具有高膜透明度、高膜導(dǎo)電率與高電子遷移率的材料來選擇，這些材料將可通過減少吸收率與多個內(nèi)連接太陽能電池(多個內(nèi)連接太陽能電池通常是通過在襯底102上使用刻劃處理來形成)之間的串聯(lián)電阻而改善太陽能電池效率。再者，選擇性阻擋層104也可具有特定程度的表面粗糙度，以改善光散射，藉此改善太陽能電池100內(nèi)的光吸收率。涉及選擇性阻擋層104的膜性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的細節(jié)將在下文參照圖4描述。第一 TCO層106與第二 TCO層120可各自包括氧化錫、氧化鋅、銦錫氧化物、錫酸鎘、上述各項的組合、或其它適當?shù)牟牧稀？闪私猓琓CO材料也可以包括額外的摻雜物和成分。舉例而言，氧化錫(SnO2)可還包括鐵(Fe)、鎂(Mg)、或其它適當?shù)膿诫s物。在使用 SnO2TCO層的實施例中，可認為，SnO2TCO層可通過減少在和襯底102與第一 TCO層106的界面內(nèi)和處的光吸收與反射而增加傳送到第一 P-i-n結(jié)116的光量。在一個實施例中，使用氟化氧化錫(SnO2 = F)TCO層106，這是因為其形成在襯底上是相對便宜的且其容易被紋理化以改善光捕獲。在一個實施例中，形成的氧化錫(SnO2)層的晶粒尺寸為約600nm至800nm。在另一實施例中，形成的氧化錫(SnO2)層的晶粒尺寸為TCO層106的厚度的約三至五倍、或約900nm至1500nm(當例如TCO層106為約300nm至約600nm厚時)。在另一實例中，TCO材料可以是氧化鋅，該氧化鋅可還包括諸如鋁、氧化鋁、鎵、硼、與其它適當摻雜物的摻雜物。舉例而言，TCO材料可具有氧化鋅，其包括5原子百分比或更小的摻雜，諸如包括3原子百分比或更小的氧化鋁摻雜，諸如約0. 25原子百分比至3原子百分比的形成在氧化鋅中的氧化鋁摻雜。在一個實施例中，第一與第二 TCO層106、120可以是摻雜鋁的氧化鋅層(AZO)。在另一實施例中，第一與第二 TCO層106、120可以是富氧的摻雜鋁的氧化鋅層(AZO-O2),其具有形成在AZO層中的較高的氧濃度?？烧J為，含AZO的第二 TCO層中包含的較高氧濃度以及高鋁摻雜濃度可有助于光反射回到形成在襯底102上的太陽能電池的有源區(qū)(例如第一 p-i-n結(jié)116)，藉此增加在太陽能電池的這些有源區(qū)中的電流產(chǎn)生。在一個實施例中，第一 TCO層106可被控制成具有約1%原子重量的氧化鋁摻雜在約99%原子重量的氧化鋅中。第二 TCO層120可被控制成具有約2%原子重量的氧化鋁摻雜在約98%原子重量的氧化鋅中。在PVD處理中，被供應(yīng)在氣體混合物(例如包括氧氣與氬氣的氣體混合物)中的氧氣可被控制在約I. 5體積百分比至約5體積百分比，以產(chǎn)生AZO層，且AZO層具有形成在其中的期望氧摻雜濃度比例。在特定例子中，襯底102可由玻璃制造商來提供，其中第一 TCO層106已經(jīng)被提供在襯底102上。通常，TCO層106、120可使用化學(xué)氣相沉積(CVD)或物理氣相沉積(PVD)處理來形成?？捎脕硇纬蒚CO層106和/或120的沉積處理的實例進一步被描述在共同受讓的2009年6月9日申請的美國專利申請案號12/481，175 (代理人卷號APPM 14329)、2009年6月12日申請的美國臨時專利申請案號61/186,333(代理人卷號APPM 14441L02)、2009年6月12日申請的美國臨時專利申請案號61/186,636(代理人卷號APPM 14442L02)、與2009年9月21日申請的美國臨時專利申請案號61/244，386(代理人卷號APPM 14441L03)，這些專利申請都通過引用整體結(jié)合于本說明書中。為了通過提升第一 p-i-n結(jié)116內(nèi)的光捕獲來改善光吸收率，襯底和/或一個或多個形成在襯底上的薄膜可通過濕式、等離子體、離子、和/或機械處理來選擇性地經(jīng)紋理化。舉例而言，在第一 TCO層106被紋理化的實施例中，隨后沉積在第一 TCO層106上的薄膜將大致上依循該薄膜下方的表面的拓樸。在一個實例中，襯底102、選擇性阻擋層104、TCO層106、和/或選擇性導(dǎo)電接觸層108是通過機械、干式蝕刻處理、濕式化學(xué)蝕刻、或其它類似方式來紋理化，以達到至少約30nm的平均表面粗糙度。在一個實施例中，平均表面粗糙度是約70nm至約90nm?？墒褂脪呙殡娮语@微鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)來測量與特征化該紋理化表面的粗糙度。在一些實施例中，相較于含氧化鋅的TCO層(由于含氧化鋅的TCO層常需要增加的材料成本、硬件成本、與硬件復(fù)雜性，以在襯底102上形成良好質(zhì)量的氧化鋅層，而氧化鋅層在紋理化后同樣具有均勻和期望的粗糙度以在使用太陽能電池時能最佳地捕獲入射光)，期望使用包括氧化錫或經(jīng)摻雜的氧化錫材料的第一 TCO層106。
108提供第一透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層106與隨后待形成的第一 p-i-n結(jié)116之間的良好接觸表面。導(dǎo)電接觸層108形成為具有高膜透明度，以有助于減少從第一透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層106行進到第一 p-i-n結(jié)116的光損失。再者，導(dǎo)電接觸層108也可有助于減少TCO層106與第一 p-i-n結(jié)116之間的接觸電阻，這將可改善第一透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層106與第一 p-i-n結(jié)116之間的電流，并因而改善太陽能電池100的轉(zhuǎn)換效率。應(yīng)了解，過多地減少在前接觸層堆疊(例如選擇性阻擋層104、TC0層106、與導(dǎo)電接觸層108)中的這些層的導(dǎo)電率會由于在堆疊中的光的紅外線(IR)波長的不希望吸收，而不利地影響所形成的前接觸層堆疊將這些波長的光傳送到太陽能電池裝置的有源區(qū)的能力。所以，盡管低導(dǎo)電率前接觸層堆疊具有電氣導(dǎo)電率優(yōu)點，通過減少傳送到可吸收IR波長的有源層(諸如在串聯(lián)結(jié)太陽能電池中的微晶層)的IR輻射量，高導(dǎo)電率材料中的光學(xué)吸收變化會大幅地影響太陽能電池的效率。所以，在一個實施例中，含有TCO層106與導(dǎo)電接觸層108的層堆疊的方塊電阻為約8歐姆每方(Q/ 口 )至約15歐姆每方(Q/ □)。在一個實施例中，含有TCO層106與導(dǎo)電接觸層108的層堆疊的方塊電阻為約8歐姆每方(Q / □)至約10歐姆每方(Q / □)。在又另一實施例中，含有TCO層106與導(dǎo)電接觸層108的層堆疊的方塊電阻為小于約15歐姆每方(Q / □)。也應(yīng)了解，盡管低鐵玻璃類型襯底102的使用改善了光學(xué)傳送，但是通過減少所產(chǎn)生的流經(jīng)平行導(dǎo)電路徑(平行導(dǎo)電路徑通過更高電阻的襯底材料形成)的電流量，低鐵玻璃類型襯底102的使用將大致上不利地影響太陽能電池的前接觸結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電率。相較于鈉鈣玻璃，低鐵玻璃的導(dǎo)電率的減少一般地由于在玻璃襯底形成處理期間從襯底材料移除了鈉(Na)、鐵(Fe)、與其它元素，使得低鐵玻璃因而大致上更難以形成且更昂貴。在一個實例中，可認為，能夠在鈉玻璃襯底上達到約10歐姆每方(Q/ □)的方塊電阻的相同前接觸層構(gòu)造僅能在低鐵濃度玻璃襯底上達到大于約14歐姆每方(Q / □)的方塊電阻，這是因為襯底材料的電阻率的差異。在一個實施例中，期望在低鐵玻璃類型襯底102上形成前接觸結(jié)構(gòu)，該前接觸結(jié)構(gòu)具有約8歐姆每方(Q/口)至約15歐姆每方(Q/口)的經(jīng)測量的方塊電阻。在一個實施例中，期望在低鐵玻璃類型襯底102上形成前接觸結(jié)構(gòu)，該前接觸結(jié)構(gòu)具有約8歐姆每方(Q/口)至約10歐姆每方(Q/口)的經(jīng)測量的方塊電阻。在另一實施例中，期望在低鐵玻璃類型襯底102上形成前接觸結(jié)構(gòu)，該前接觸結(jié)構(gòu)具有小于約15歐姆每方(Q/ □)的經(jīng)測量的方塊電阻。在一個實例中，使用放置成與導(dǎo)電接觸層108的暴露表面接觸的四點探針來測量這些形成的層的期望組合的方塊電阻。在一個實施例中，具有期望光學(xué)與導(dǎo)電率特性的前接觸結(jié)構(gòu)是通過以導(dǎo)電摻雜材料(例如銦、鋁)來摻雜該選擇性阻擋層104、TCO層106、和/或?qū)щ娊佑|層108來形成。在一個實例中，選擇性阻擋層104和/或TCO層106包括摻雜有小于約10重量百分比的銦的氧化錫(SnO2)層。在另一實例中，選擇性阻擋層104和/或TCO層106包括摻雜有小于約10重量百分比的鐵的氧化錫(SnO2)層。在一個實施例中，導(dǎo)電接觸層108可以是鈦層、氧化鈦層、鉭、氧化鉭、鋁、氧化鋁、以及摻雜的含鈦層、摻雜的含鉭層或摻雜的含鋁層，諸如摻雜鈮的氧化鈦層、摻雜鈮的氧化鈦層、摻雜鋁的氧化鈦或氧化鉭層。在一個實例中，導(dǎo)電接觸層108是摻雜鈮的氧化鈦層，其具有化學(xué)式NbxTiyOz，其中X具有介于0. 01與0. I之間的范圍且y具有介于0. 9與0. 99之間的范圍且z為約2。在一個實例中，導(dǎo)電接觸層108是摻雜鈮的氧化鈦層，其具有形成 在氧化鈦層中的小于I重量百分比的鈮摻雜濃度。在一個實施例中，導(dǎo)電接觸層108可具有約200人至約700人的厚度。在一個實施例中，導(dǎo)電接觸層108可提供第一 TCO層106與隨后待形成的太陽能電池結(jié)116之間的良好電接觸。導(dǎo)電接觸層108形成為具有高膜透明度，以有助于減少從低TCO層106行進到隨后待形成的第一 p-i-n結(jié)116的光損失。在一個實施例中，導(dǎo)電接觸層108可具有約2X l(T4ohm-cm(歐姆-厘米)至約2X l(T3ohm-cm的膜導(dǎo)電率。此外，可調(diào)整或調(diào)控導(dǎo)電接觸層108的光學(xué)與電氣膜特性成使導(dǎo)電接觸層108具有不同的光學(xué)特性，藉此匹配和/或提供改善的相鄰層之間的光學(xué)特性。舉例而言，第一透明導(dǎo)電氧化物層106與第一 p-i-n結(jié)116中的相鄰膜層的折射率常具有顯著的差異，這是因為第一透明導(dǎo)電氧化物層106通常由導(dǎo)電材料來制成而第一 p-i-n結(jié)116中的這些膜層通常是由一個或多個含半導(dǎo)體層(諸如硅基材料)來制成。由于這些層之間的折射率差異，為了減少與補償這些層之間的折射率差異且提供平順的光學(xué)過渡，形成在這些層之間的導(dǎo)電接觸層108被形成為用作折射率匹配層(例如緩沖層)，以減少來自第一透明導(dǎo)電氧化物層106與第一 p-i-n結(jié)116之間的界面的光反射量。因此，可大致上調(diào)控與調(diào)整導(dǎo)電接觸層108而使導(dǎo)電接觸層108的折射率介于第一透明導(dǎo)電氧化物層106的折射率與用來形成第一 p-i-n結(jié)116的這些層的折射率之間。在一個實施例中，導(dǎo)電接觸層108的折射率被控制在約2. 0至約2. 8(諸如約2. 3)，這是因為透明導(dǎo)電氧化物層106的折射率常為約I. 8至2. I且介電層(諸如硅基層)的折射率常為約3. 6至3. 8。此外，導(dǎo)電接觸層108可具有高電子遷移率，從而有助于在所形成的太陽能電池裝置中將所產(chǎn)生的電子/空穴對轉(zhuǎn)移到相鄰層。在一個實施例中，導(dǎo)電接觸層108可形成為使得移動穿過所形成的層的電子具有約20V-s/cm2至約90V-s/cm2的電子遷移率。第一 p-i-n結(jié)116可包括P-型非晶硅層110、形成在P-型非晶硅層110上方的本征型非晶硅層112、與形成在本征型非晶硅層112上的n-型微晶硅基層114。在一個實施例中，P-型非晶硅層110的P-型摻雜物可包括第三族元素，諸如硼或鋁。在一個實施例中，硼是被用作為P-型摻雜物。含硼源的實例包括三甲基硼(TMB (或B (CH3) 3))、二硼烷(B2H6)、BF3、B (C2H5)3、與類似化合物。在一個實例中，TMB被用作為P-型摻雜物。n-型微晶硅基層114的n-型摻雜物可包括第五族元素，諸如磷、砷、或銻。在一個實施例中，磷是被用作為n-型摻雜物。在本征型非晶硅層112形成作為具有低光學(xué)能帶隙的膜層的特定實施例中，選擇性界面阻擋層111可形成在P-型非晶硅層110與本征型非晶硅層112之間，以在隨后熱處理期間避免摻雜擴散發(fā)生。選擇性界面阻擋層111與低膜能帶隙本征型非晶硅層112的細節(jié)與實例是被揭示在2009年10月20日申請的美國專利申請案號12/582，323 (代理人卷號14466)，該專利申請通過引用整體結(jié)合于本說明書中。此外，選擇性界面阻擋層111的進一步細節(jié)也還在下文討論。在特定實施例中，P-型非晶硅層110可形成為具有約60人至約300人的厚度。在特定實施例中，選擇性界面阻擋層111可形成為具有約I人至約200人的厚度。在特定實施例中，本征型非晶硅層112可形成為具有約1，500人至約3，500人的厚
度。在特定實施例中，n-型微晶硅基層114可形成為具有約100人至約400人的厚度。典型地，第一 p-i-n結(jié)116中的這些層是使用CVD或PVD處理來形成。可用以形成第一 p-i_n結(jié)116的沉積處理的實例是進一步被描述在2007年2月6日申請的美國專利申請案號11/671，988 (代理人卷號APPM 11709. Pl)，該專利申請通過引用整體結(jié)合于本說明書中。 隨后,在一個實施例中，導(dǎo)電率匹配層118形成在第一 p-i-n結(jié)116上。導(dǎo)電率匹配層118構(gòu)造成增加返回到第一 p-i-n結(jié)116的光反射，藉此增加結(jié)116中的電流產(chǎn)生。同樣地，導(dǎo)電率匹配層118為選自具有折射率介于第一 p-i-n結(jié)116中提供的相鄰層(諸如n-型微晶硅基層114)的折射率與第二 TCO層120的折射率之間的材料。由于n_型微晶硅基層114的折射率大致上為約3且第二 TCO層120的折射率為約I. 9，因此導(dǎo)電率匹配層118的折射率構(gòu)造成介于約I. 4與約I. 8之間以增加返回到第一 p-i-n結(jié)116的光反射。在一個實施例中，導(dǎo)電率匹配層118為含硅材料，諸如氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、碳氧化硅(SiOC)、氮碳氧化硅(SiOCN)、或其它適當?shù)暮璨牧?、或類似材料。在又另一實施例中，?dǎo)電率匹配層118也可依需要構(gòu)造成透明導(dǎo)電氧化物層，諸如銦錫氧化物(ITO)層、含氧化鋅層、或含氧化錫層。在另一實施例中，導(dǎo)電率匹配層118不是連續(xù)膜層。舉例而言，導(dǎo)電率匹配層118可形成為非連續(xù)膜層，諸如薄層的顆?；驆u(island)，該非連續(xù)膜層建立不平坦表面而有助于將光反射且散射回到第一 p-i-n結(jié)116。此外，導(dǎo)電率匹配層118也可具有對下方n-型微晶娃基層114的良好附著性，以在導(dǎo)電率匹配層118與n-型微晶娃基層114之間提供良好界面。又，導(dǎo)電率匹配層118也具有高膜透明度及低光吸收率，藉此減少當傳送通過導(dǎo)電率匹配層118到達第二 TCO層120時的光損失。在一個實施例中，導(dǎo)電率匹配層118可具有約50人至約2000人的膜厚度，諸如約200人。在一個實施例中，隨后，第二 TCO層120形成在導(dǎo)電率匹配層118上，并且包括銦錫氧化物(ITO)層、含氧化鋅層、或含氧化錫層。在一個實例中，第二 TCO層120形成為具有約2至20 Q/ □的方塊電阻與約50至300nm的厚度。在形成了第二 TCO層120后，背金屬電極122設(shè)置在第二 TCO層120上。典型地，背金屬電極122包括導(dǎo)電的金屬材料，以有助于由第一 P-i-n結(jié)116所產(chǎn)生的電流的傳送。在一個實施例中，背金屬電極122可包括兩個層，這兩個層具有高導(dǎo)電率且也可有助于光反射回到第一 P-i-n結(jié)116。背金屬電極122的結(jié)構(gòu)與膜性質(zhì)的細節(jié)將在下文參照圖5進一步描述。圖2為根據(jù)本發(fā)明的實施例的串聯(lián)結(jié)類型薄膜太陽能電池或太陽能電池200的側(cè)視圖。類似于圖I繪示的單一結(jié)薄膜太陽能電池100的結(jié)構(gòu)，第二 p-i-n結(jié)136可設(shè)置在第一 p-i-n結(jié)116與導(dǎo)電率匹配層118之間，以有助于在更寬廣光譜中的光的吸收。此夕卜，波長可選擇反射件(WSR)層150可選擇性地設(shè)置在第一 p-i-n結(jié)116與第二 p_i_n結(jié)136之間。在一個實施例中，WSR層150是有源地作為中間反射件，其具有期望的折射率或折射率范圍，以反射從太陽能電池200的光入射側(cè)所接收的光。在一個實施例中，設(shè)置在第P-i-n結(jié)116與p-i-n結(jié)136之間的WSR層150構(gòu)造成具有可改善太陽能電池200中的光散射與電流產(chǎn)生的膜特性。此外，WSR層150也提供良好的p_n通道結(jié)，該p-n通道結(jié)具有會影響WSR層150的傳送和反射性質(zhì)的高電氣導(dǎo)電率與定制的能帶 隙范圍，以改善所形成的太陽能電池的光轉(zhuǎn)換效率。WSR層150也作為結(jié)層，該結(jié)層可促進在第一 p-i-n結(jié)116中短至中波長的光(例如280nm至800nm)的吸收以及改善短路電流,引起改善的量子與轉(zhuǎn)換效率。WSR層150更具有對于中至長波長的光的高膜透射率，以促進光能傳送到形成在結(jié)116中的這些層。又，大致上期望WSR層150能吸收盡可能少的光，同時能將期望波長的光(例如較短波長)反射回到第一 P-i-n結(jié)116中的層且將期望波長的光(例如較長波長)傳送到第二 P-i-n結(jié)136中的層。此外，WSR層150可形成為具有期望能帶隙與具有高電氣導(dǎo)電率，藉此有效率地傳導(dǎo)所產(chǎn)生的電流且容許電子能從第一 P-i-n結(jié)116流動到第二p-i-n結(jié)136，并避免阻擋所產(chǎn)生的電流。期望WSR層150能將較短波長的光反射回到第一P-i-n結(jié)116，同時容許基本上全部的較長波長的光通過到第二 p-i-n結(jié)136。通過形成具有期望波長的高膜透射率、低膜光吸收率、期望能帶隙特性(例如寬廣能帶隙范圍)與高電氣導(dǎo)電率的WSR層150，可改善整體的太陽能電池轉(zhuǎn)換效率。在一個實施例中，WSR層150可以是微晶硅層，其具有設(shè)置在WSR層150內(nèi)的n_型或P-型摻雜。在示范性實施例中，WSR層150為n-型結(jié)晶硅合金，其具有設(shè)置在WSR層150內(nèi)的n-型摻雜。設(shè)置在WSR層150內(nèi)的不同的摻雜也會影響WSR層膜光學(xué)與電氣特性，諸如能帶隙、結(jié)晶比例、導(dǎo)電率、透明度、膜折射率、消光系數(shù)等。在一些例子中，一個或多個摻雜物可摻雜到WSR層150的各種區(qū)域內(nèi)，以有效率地控制且調(diào)整膜能帶隙、功函數(shù)(workfunction)、導(dǎo)電率、透明度等。在一個實施例中，WSR層150是被控制成具有約I. 4至約4的折射率、至少約2eV的能帶隙、與大于約0. 3S/cm的導(dǎo)電率。在一個實施例中，WSR層150可包括n-型摻雜娃合金層,諸如氧化娃(Si0x、Si02)、碳化娃(SiC)、氮氧化娃(SiON)、氮化硅(SiN)、氮碳化硅(SiCN)、碳氧化硅(SiOC)、氮碳氧化硅(SiOCN)等。在示范性實施例中，WSR層150是n-型SiON或SiC層。WSR層的進一步細節(jié)與實例是被揭示在Sheng等人于2008年9月11日申請的美國專利申請案號12/208，478 (代理人卷號13551)、Sheng等人于2008年12月19日申請的美國專利申請案號61/139,390(代理人卷號13551L)、Sheng等人于2009年6月9日申請的美國專利申請案號12/481，175 (代理人卷號14329)、與Yang等人于2009年7月23日申請的美國專利申請案號61/227,844(代理人卷號14139L)，這些專利申請通過弓I用整體結(jié)合于本說明書中。形成在第一 p-i-n結(jié)116或WSR層150上的第二 p_i_n結(jié)136可包括p_型微晶硅層130、本征微晶硅層132、與n-型非晶硅層134。在特定實施例中，p_型微晶硅層130可形成為具有約100人至約400人的厚度。在特定實施例中，本征型微晶硅層132可形成為具有約10,000人至約30,000人的厚度。在特定實施例中，n-型非晶硅層134可形成為具有約100人至約500人的厚度。典型地，第二 p-i-n結(jié)136中的這些層是使用CVD或PVD處理來形成?？捎靡孕纬傻赑-i-n結(jié)136的沉積處理的實例是進一步被描述在2007年2月6日申請的美國專利申請案號11/671，988 (代理人卷號APPM 11709. Pl)，該專利申請通過引用整體結(jié)合于本說明書中。在操作中，太陽輻射101是主要由p-i-n結(jié)116、136的本征層112、132來吸收且被轉(zhuǎn)換成電子-空穴對。建立在P-型層110、130與n-型層114、134之間且橫跨本征層112、132的電場是造成電子朝向n-型層114、134流動且空穴朝向p_型層110、130流動，而產(chǎn)生了電流。在一個實施例中，第一 P-i-n結(jié)116包括本征型非晶硅層112，并且第二 p-i-n結(jié)136包括本征型微晶硅層132，這是因為非晶硅與微晶硅會吸收不同波長的太陽輻射101。所以，所形成的太陽能電池200是更有效率的，這是因為該太陽能電池200可捕獲更大部分的太陽輻射光譜。非晶硅的本征層112以及微晶硅的本征層132為堆疊成使得太陽輻射101會先撞擊本征型非晶硅層112且接著撞擊本征型微晶硅層132，這是因為非晶硅具有比
微晶硅更大的能帶隙。在存在有WSR層150的情況中，沒有被第一 p-i-n結(jié)116吸收且被傳送通過WSR層150的太陽輻射將持續(xù)行進到第二 p-i-n結(jié)136上?？狗瓷渫扛矊訄D3為繪示根據(jù)本發(fā)明的實施例的設(shè)置在襯底102的第一表面152上的抗反射涂覆(ARC)層103的放大圖。如上所討論，ARC層103經(jīng)選擇以具有介于空氣的折射率與襯底102的折射率之間的折射率。在一個實施例中，ARC層103經(jīng)選擇以具有約I. I至I. 4的折射率。在一個實施例中，ARC層103可通過將化學(xué)溶液噴涂到襯底103的第一表面152上的噴涂技術(shù)來制成。隨后，執(zhí)行烘烤處理以干燥且硬化噴退到襯底102的第一表面152上的化學(xué)溶液。經(jīng)硬化和/或干燥的化學(xué)品接著在襯底102上形成薄的ARC層103，該ARC層103具有期望的膜組成。在一個實施例中，硬化/干燥處理的溫度被控制在相對低的溫度，諸如低于200°C，以趕出含在化學(xué)溶液中的過量的濕氣和水。在一個實施例中，硬化/干燥處理的溫度被控制在約低于100°C。在一個實施例中，噴涂到襯底102的第一表面152上的化學(xué)溶液包括溶解在水溶液中的硅烷、氟(F)、與碳(C)?？烧J為，將氟(F)添加到化學(xué)溶液可影響形成在襯底102上的最終ARC層103的透射率。因此，通過主動地控制化學(xué)溶液中不同元素(諸如氟或碳元素)的濃度，可調(diào)整透射率與膜折射率以形成期望的ARC層103。在一個實施例中，用來形成ARC層103的化學(xué)溶液可包括溶解在水中的約40體積百分比至約79體積百分比的硅烷、約20體積百分比至約59體積百分比的氟、與約小于I體積百分比的碳。應(yīng)了解，在此描述的水可包括任何形式的水，包括去離子水(D. I.水)、蒸氣水、純水、或任何適當?shù)乃?。在一個實例中，化學(xué)溶液中的氟濃度是通過添加含氫氟酸的溶液來實現(xiàn)，并且碳與硅濃度是通過添加含烷基硅烷的溶液來實現(xiàn)。在ARC層103形成在襯底102上后，ARC層103的表面可被拋光或表面處理，以提供具有期望膜粗糙度的膜表面。可認為，具有期望粗糙度的表面可有助于捕獲光(光被輸送經(jīng)過襯底102到達形成在襯底102上的太陽能電池結(jié))。在一個實施例中，ARC層103的表面能夠用包括CeO2或Al2O3拋光流體來進行CMP拋光。或者，可通過本領(lǐng)域中任何適當?shù)姆绞綄RC層103的表面機械地摩擦和/或拋光。在一個實施例中，ARC層103經(jīng)表面處理以具有約50Ra的平均膜粗糙度。在另一實施例中，ARC層103可通過PVD、CVD、或其它適當?shù)某练e技術(shù)形成在襯底102的第一表面152上。因此，ARC層103可包括無機膜層，其具有期望的膜透射率與折射率而可有助于光經(jīng)由襯底102傳送到形成在襯底102上的太陽能電池結(jié)116、136。在一個實施例中，ARC層103可包括形成在襯底102的第一表面152上的氧化鈦(TiO2)層、氧化錫(SnO2)層、氧化硅(SiO2)、或其組合。在另一實施例中，ARC層103可以是具有形成在襯底102的第一表面152上的一個或多個層的復(fù)合層。在一個實施例中，ARC層103可以是膜堆疊，該膜堆疊包括第一層302,第一層302形成在第二層304上,第二層304形成在襯底102上,如圖3所不。在一個實施例中，第一層302可以是氧化娃(SiO2)層，并且第二層304是氧化鈦(TiO2)層或氧化錫(SnO2)層，或反之亦可。在一個實施例中，形成ARC層103中的第一層302是氧化硅(SiO2)層，并且第二層304是氧化鈦(TiO2)層。在另一實施例中，ARC層103可包括膜堆疊，該膜堆疊包括重復(fù)的氧化硅(SiO2)與氧化鈦(TiO2)層。舉例而言，ARC層103可包括膜堆疊，該膜堆疊具有第一對的第一氧化硅(SiO2)層與第一氧化鈦(TiO2)層、以及第二對的第二氧化硅(SiO2)層與第二氧化鈦(TiO2)層，這些層依序形成在襯底102上。應(yīng)了解，第一氧化硅(SiO2)層與第二氧化鈦(TiO2)層可依需要重復(fù)地形成多次。
在一個實施例中，第一層302是厚度為約20nm的氧化硅(SiO2)層且第二層304是厚度為約IOnm且由PVD處理來制成的氧化鈦(TiO2)層。在另一實施例中，ARC層103的整體厚度可被控制在約30nm至約3000nm,諸如約50nm至約lOOOnm。如上所討論,利用此復(fù)合膜堆疊的ARC層103可具有約I. I至I. 4的折射率。阻擋層圖4是繪示根據(jù)本發(fā)明的實施例的設(shè)置在襯底102的第二表面154上的阻擋層104的放大圖。如上所討論，阻擋層104可提供和ARC層103類似的功能，這是因為阻擋層104大致上意圖用來改善光到結(jié)116、136的傳送。大致上，阻擋層104構(gòu)造成具有在襯底102與第一透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層106之間的良好的附著性、具有良好電氣導(dǎo)電率、且還作為阻擋物以避免在隨后處理期間任何污染物(例如鈉(Na))從襯底102擴散到TCO層106與結(jié)116、136內(nèi)(污染物會影響所形成的太陽能電池裝置的效率)。阻擋層104選自具有高膜透明度、高光散射、高膜導(dǎo)電率、高電氣遷移率、與足夠阻擋性質(zhì)(例如密度)以抑制可移動污染物的移動的材料。在一個實施例中，阻擋層104可以是氧化鈦(TiO2)層、氧化錫(SnO2)層、氧化鋁(Al2O3)層、或其組合。在另一實施例中，阻擋層104可以是含硅層，諸如氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層、或其組合。不同的摻雜(諸如鐵(Fe)、鉻(Cr)、鋁(Al)、或其它適當?shù)脑?可摻雜到阻擋層104內(nèi)，以改善膜透明度與導(dǎo)電率。在一個實施例中，阻擋層104是氧化錫(SnO2)層、摻雜鐵的氧化錫(SnO2 = Fe)層、氧化鈦(TiO2)層、摻雜鐵的氧化鈦(TiO2 = Fe)層、氧化鋁(AlxOy)層、或任何其它適當?shù)牟牧?。在繪示于圖4的示范性實施例中，阻擋層104可以是復(fù)合膜,該復(fù)合膜具有第一層404,第一層404形成在第二層402上。在一個實施例中，第一層404可以是氧化鈦(TiO2)層，并且第二層402可以是氧化錫(SnO2)層。在另一實施例中，第一層404可以是氧化硅(SiO2)層，并且第二層402可以是氧化錫(SnO2)層。在又另一實施例中，第一層404可以是氧化硅(SiO2)層，并且第二層402可以是一氮氧化硅(SiON)層或氧化硅層。阻擋層104可具有約100人至約600人的厚度，諸如約200人至約40G人。
背金屬電極層圖5為繪示根據(jù)本發(fā)明的實施例的設(shè)置在第二 TCO層120上的背金屬電極122的放大圖。為了描述清晰起見，圖5僅繪示形成在太陽能電池100、200中的背金屬電極122與第二 TCO層120。背金屬電極122可有助于光反射回到太陽能電池結(jié)116、136，藉此改善電流收集與產(chǎn)生。背金屬電極122可包括但不限于選自由Al、Ag、Ti、Cr、Au、Cu、Pt、其合金、或其組合所構(gòu)成群組的材料。在特定實施例中，背金屬電極122可以是銀(Ag)層，該銀層中具有不同的摻雜物?？蓳诫s到銀層內(nèi)的適當?shù)膿诫s包括硅(Si)、鈀(Pa)、或其它適當?shù)脑亍ＶT如硅或鈀的摻雜可在所形成的含銀(Ag)層中具有被控制在約0. I重量百分比至約10重量百分比的濃度，諸如0. 15重量百分比至約7重量百分比。在一個實施例中，摻雜的銀(Ag)層可通過PVD處理來形成，其中該PVD處理使用銀靶材，該銀靶材中設(shè)置有期望濃度的摻雜材料。在此情況中，用在PVD處理中的靶材可選自銀基靶材，該銀基靶材具有約0. I重量百分比至約10重量百分比的硅濃度。同樣地，在背金屬電極122構(gòu)造成形成摻雜鈀的銀層(Ag:Pd)的實施例中，用在PVD處理中的靶材可選自銀基靶材，該銀基靶材中摻雜有約0. I重量百分比至約10重量百分比的濃度的鈀元素。可認為，相較于純銀和其它銀 硅合金，從銀鈀合金(Ag:Pd)形成的背金屬電極122對在500nm至IlOOnm之間波長具有高反射率(諸如> 90% ),同時也供應(yīng)改善的附著性質(zhì)。在一個實例中，濃度為約0. 25重量百分比至約7重量百分比的摻雜鈀的銀層(Ag:Pd)能夠達到90%的反射率。在一個實例中，背金屬電極122可是復(fù)合層的形式,該復(fù)合層具有第一層502與第二層504，第二層504設(shè)置在第一層502上，如圖5所示。額外的界面層501可設(shè)置在背金屬電極122的第一層502與第二 TCO層120之間，以改善界面附著性，從而使得隨后形成的背金屬電極122的第一層502將可靠地附著到第二 T⑶層120。在一個實施例中，額外的界面層501可以是薄鉻(Cr)層，其具有被控制在小于50人的厚度(諸如約小于20人)。在一個實施例中，如圖5所不,背金屬電極122包括第一層502,第一層502由摻雜娃(Si)或摻雜鈀(Pd)的銀(Ag)層制成，并且硅或鈀摻雜濃度被控制在約0.25重量百分比、并且具有約300人至約2500人的厚度(諸如小于1500人)。第二層504由鎳釩(NiV)合金制成，該鎳釩(NiV)合金具有約300人至約2500人的厚度(諸如小于1500人)。可在背金屬電極122上方提供其它膜、材料、襯底、和/或封裝，以完成太陽能電池裝置。多個所形成的太陽能電池可以內(nèi)連接以形成多個太陽能電池或多個太陽能電池模塊，這些太陽能電池或太陽能電池模塊接著可連接以形成多個太陽能電池陣列(太陽能電池陣列通常是通過使用刻劃處理來形成)。在襯底上形成多個內(nèi)連接的太陽能電池的處理的實例是進一步被描述在2009年6月12日申請的美國專利申請案號12/483，948 (代理人卷號APPM 14174)，該專利申請通過引用整體結(jié)合于本說明書中。太陽能電池有源區(qū)回到圖I和圖2，在沉積P-型非晶硅層110前，重摻雜或簡并摻雜的非晶硅層或微晶娃層109可形成在導(dǎo)電接觸層108上?？烧J為，簡并摻雜(degenerate doping)可通過提供低電阻接觸或歐姆類型接觸來改善電荷收集。也可認為，簡并摻雜可改善非晶硅層的導(dǎo)電率。重摻雜或簡并摻雜的非晶硅層或微晶硅層109的詳細描述和實例是被揭示在Sheng等人于2009年6月9日申請的美國專利申請案號12/481，175 (代理人卷號14329)，該專利申請通過引用整體結(jié)合于本說明書中。層109的電荷收集特性為大致上通過使用摻雜的半導(dǎo)體層(諸如摻雜有P-型或n-型摻雜的硅層)來提供。P-型摻雜物一般是第三族元素，諸如硼或鋁。n-型摻雜物通常是第五族元素，諸如磷、砷、或銻。在大部分實施例中，硼是被用作為P-型摻雜物，并且磷被用作為n-型摻雜物?？赏ㄟ^將含硼或含磷化合物包括在反應(yīng)混合物中將這些摻雜物添加到上述的P-型與n-型層110、130、114、134。適當?shù)呐鹋c磷化合物通常包括經(jīng)取代與未取代的較低的硼烷與膦寡聚物。一些適當?shù)呐鸹衔锇ㄈ谆?B (CH3) 3或TMB)、二硼烷(B2H6)、三氟化硼(BF3)、與三乙基硼烷(B (C2H5) 3或TEB)。膦(Phosphine)是最普遍的含磷化合物。摻雜通常伴隨著載氣(諸如氫、氦、氬、與其它適當?shù)臍怏w)來提供。若氫被用作為載氣，反應(yīng)混合物中的總氫包括氫氣以及載氣中提供的氫兩者。因此，氫比例將包括用于摻雜物的載氣的氫。摻雜物將通常被提供為在惰性氣體中的稀釋氣體混合物。舉例而言，摻雜物能夠被提供成在載氣中為約0. 5%的摩爾或體積濃度。若摻雜物被提供成在以I. Osccm/L流動的載氣中為0. 5體積百分比的濃度，最終的摻雜物流速將為0. 005sccm/Lo根據(jù)期望的摻雜程度，摻雜物能夠以約0. 0002sccm/L至約0. lsccm/L的流速被提供到反應(yīng)腔室。在一個實施例中，微晶硅層109是簡并摻雜的P-型非晶硅層(例如重摻雜的P-型 非晶硅，P++層)。簡并(例如重)摻雜的P++型非晶硅層可具有高于P-型非晶硅層110的第三族元素摻雜濃度。簡并摻雜的P++型非晶硅層109具有相當于下述層的摻雜濃度，其中該層為使用在約2至約2. 5Torr壓力下體積流速比例為約2 : I至約6 : I的TMB與硅烷(其中TMB前驅(qū)物包括0. 5%摩爾或體積濃度的TMB)來形成。簡并(例如重)摻雜的p++型非晶硅層109為在約45mW/cm2(2400W)至約91mW/cm2 (4800W)的等離子體功率下來形成。在一個實例中，可通過下述條件來形成簡并摻雜的P++型非晶娃層109 :在約2. lsccm/L(例如6000sccm)至約3. lsccm/L (例如9000sccm)的流速下提供娃燒、在使得氫氣對娃燒氣體混合物比例為約6. 0的流速下提供氫氣、在TMB氣體(例如0. 5%摩爾或體積濃度的TMB)對硅烷氣體混合物體積流速比例為6 I的流速下提供摻雜前驅(qū)物；同時，襯底支撐件溫度維持在約20(TC、等離子體功率被控制在約57毫瓦(mW)/cm2 (3287瓦特)、且腔室壓力維持在約2. 5Torr持續(xù)約2至10秒，以形成約10至50人膜(諸如20人膜)。在一個實施例中，重摻雜的非晶娃層109具有形成在非晶娃層中的約102°atoms (原子)/cm3至1021atoms/cm3的第三族元素摻雜濃度。在一個實施例中，簡并摻雜的p++型非晶硅109可形成為重摻雜的P-型非晶碳化硅層。在形成重摻雜的P++型非晶碳化硅層109時，可通過供應(yīng)含碳氣體到氣體混合物內(nèi)來提供碳元素。在一個實施例中，甲烷或其它含碳化合物(諸如CH4、C3H8、C4Hltl、或C2H2)的添加可用以形成比其它含硅材料吸收更少光的重摻雜的P-型非晶碳化硅層109?？烧J為，將碳添加到簡并摻雜的P++型非晶硅層109將可改善膜的透明度，以使得在使用期間會吸收較少的光，藉此改善太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。在一個實施例中，重摻雜的P-型非晶碳化硅層109中的碳濃度是被控制到約I原子百分比至約50原子百分比的濃度。在一個實施例中，重摻雜的P-型非晶碳化硅層109具有約20人至約300人的厚度，諸如約10人至約200人，例如約20人至約100人。在一個實施例中，重摻雜的p-型層109是重摻雜的P-型非晶硅層，隨后形成在重摻雜的P-型層109上的P-型非晶硅層110可構(gòu)造成P-型非晶硅層或P-型非晶碳化硅層。在重摻雜的P-型層109形成為重摻雜的非晶碳化硅層的另一實施例中，隨后形成在重摻雜的P-型層109上的P-型非晶硅層110可構(gòu)造成P-型非晶碳化硅層。重摻雜或簡并摻雜的非晶硅層或微晶硅層的詳細描述和實例是被揭示在Sheng等人于2009年6月9日申請的美國專利申請案號12/481，175(代理人卷號14329)，該專利申請通過引用整體結(jié)合于本說明書中。在簡并摻雜的P-型非晶硅層109形成在導(dǎo)電接觸層108上后，P-型非晶硅層110可通過提供氫氣對硅烷氣體的比例為約20 I或更小的氣體混合物來沉積。硅烷氣體可在約lsccm/L至約10sccm/L的流速下提供。氫氣可在約5sccm/L至60sccm/L的流速下提供。三甲基硼可在約0. 005sccm/L至約0. 05sccm/L的流速下提供。若三甲基硼被提供成在載氣中為0. 5%摩爾或體積濃度,則摻雜物/載氣混合物可在約lsccm/L至約10sccm/L的流速下提供。此外，可供應(yīng)含碳氣體在氣體混合物中，以沉積P-型非晶硅層106以及將P-型非晶硅層106形成為摻雜碳的P-型非晶硅層。適當?shù)暮細怏w的實例包括CH4、C3H8、C4Hltl、或C2H2、或任何適當?shù)暮細怏w。含碳氣體可在約0. 001sccm/L至約5sccm/L的流速下提供。在約0. ITorr至20Torr的腔室壓力下(例如約ITorr至約4Torr)施加約15mW/cm2至約200mW/cm2的RF功率將以約100A/min或更大地來沉積P_型非晶硅層110。在一 個實施例中，P-型非晶娃層110具有約1018atoms/cm3至102°atoms/cm3的第三族元素摻雜濃度。在P-型非晶硅層110形成在襯底102上后，阻擋層(諸如圖I和圖2繪示的界面阻擋層111)可形成在P-型非晶硅層110上。應(yīng)了解，可在與形成P-型非晶硅層110相同的腔室內(nèi)形成界面阻擋層111。應(yīng)了解，也可在與形成隨后本征型半導(dǎo)體層112相同的腔室內(nèi)形成界面阻擋層111?；蛘?，界面阻擋層111可依需要形成在任何適當?shù)某练e腔室中，諸如分離的獨立CVD或PVD沉積腔室。在一個實施例中，界面阻擋層111中摻雜有諸如碳、氮、或其它適當元素。在一個實施例中，界面阻擋層111形成為含碳的含硅層。舉例而言，界面阻擋層111形成為摻雜碳的非晶硅層，諸如碳化硅層(SiC)。界面阻擋層111作為覆蓋層和/或阻擋層，其可在隨后沉積處理期間避免在下方P-型非晶硅層110中諸如硼的摻雜物擴散到鄰近的層，藉此減少污染或損壞形成在襯底102上的膜層與太陽能電池裝置的可能性?？烧J為，形成在界面阻擋層111中的碳元素可有效地強化硅鍵合微結(jié)構(gòu)，硅鍵合微結(jié)構(gòu)中具有更強的硅-碳(Si-C)鍵，藉此提更強健的鍵合網(wǎng)絡(luò)且因此避免雜質(zhì)和摻雜物擴散到鄰近的膜層。硼擴散認為是通過特定缺陷(諸如形成在非晶硅中的懸掛鍵，或結(jié)晶硅層中的填隙子)來協(xié)助。所以，形成在界面阻擋層111中的碳元素可作為捕獲碳元素的捕獲位置，從而能減緩或消除硼擴散。又，界面阻擋層111可以是富碳膜，其穩(wěn)定到足以忍受在隨后處理中用來形成或改變太陽能電池的一部分的高溫或等離子體處理環(huán)境。富碳界面阻擋層111也提供制造柔性，以補償從下方P-型層110的微小結(jié)構(gòu)變化，以使得在太陽能電池結(jié)構(gòu)中添加界面阻擋層111將僅會產(chǎn)生可忽略的串聯(lián)電阻增加。選擇性界面阻擋層111與低膜能帶隙本征型非晶硅層112的細節(jié)與實例是被揭示在Sheng等人于2009年10月20日申請的美國專利申請案號12/582，323 (代理人卷號14466)，該專利申請通過引用整體結(jié)合于本說明書中。在一個實施例中，可通過提供至少包括含碳氣體與含硅氣體的氣體混合物來沉積界面阻擋層111。適當?shù)暮細怏w的實例包括CH4、C3H8, C4Hltl、或C2H2、或任何適當?shù)暮細怏w。適當?shù)暮铓怏w的實例包括硅烷(SiH4)、二硅烷(Si2H6)、四氟化硅(SiF4)、四氯化硅(SiCl4)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、其組合等。在示范性實施例中，用以沉積界面阻擋層111的含碳氣體為CH4,并且用以沉積阻擋層的含硅氣體為SiH4。被供應(yīng)在氣體混合物中的CH4具有約0. 5 : I或更小對娃燒氣體的比例。娃燒氣體可在約lsccm/L至約10sccm/L的流速下提供。在約15mff/cm2至約200mW/cm2下的RF功率被施加到處理腔室。腔室壓力被維持在約0. ITorr至20Torr,諸如約ITorr至約4Torr。在一個實施例中，阻擋層108形成為具有約I人至約200人的厚度，諸如約10人至約25A，例如約20入。在界面阻擋層111與P-型非晶硅層110形成在相同腔室的實施例中，可在不同的沉積處理步驟期間改變被供應(yīng)到處理腔室的氣體混合物以在襯底上沉積不同的層。舉例而言，在一個實施例中，被供應(yīng)來沉積P-型非晶硅層110的氣體混合物可至少包括含硅氣體、含碳氣體、與含第三族元素氣體，而被供應(yīng)來沉積界面阻擋層111的氣體混合物可至少包括含娃氣體與含碳氣體。在一個實施例中，在相同腔室中沉積P-型非晶硅層110與界面阻擋層111期間，被供應(yīng)到處理腔室的氣體混合物起初可包括含硅氣體、含第三族元素氣體、與含碳氣體。在P-型非晶硅層110已經(jīng)在襯底102上達到了期望厚度后，可隨后關(guān)閉被供應(yīng)在氣體混合物中的含第三族元素氣體而不必破壞真空，以在襯底上沉積界面阻擋層111。被供應(yīng)在氣體混合物中的這些氣體物種可平順地被切換而轉(zhuǎn)變，以沉積P-型非晶硅層110，并且界面阻擋層111可具有分級界面。在此實例中，可在單一腔室中將這些材料層沉積在襯底102上，而不需要在不同腔室之間進行傳送。應(yīng)了解，可依需要改變氣體流速以沉積這些層中的各個層。在界面阻擋層111形成在襯底102上后，本征型非晶硅層112 (圖I至圖2)接著形成在界面阻擋層111上。本征型非晶硅層112是在相對高溫、相對低壓、與相對低氫稀釋比例(例如低H2/SiH4比例)的處理條件下來形成。在此描述的相對高溫、相對低壓、與相對低氫稀釋比例(例如低H2/SiH4比例)處理條件產(chǎn)生具有相對較低的膜能帶隙的本征型非晶硅層112，其可吸收更寬廣的光譜且改善太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率?？烧J為，沉積處理期間所使用的相對高溫可有助于制造具有低缺陷密度和高電流產(chǎn)生的較小能帶隙的膜，這可有利地改善太陽能電池結(jié)的整體轉(zhuǎn)換效率。在一個實施例中，可認為，相較于更傳統(tǒng)方式形成的非晶硅層(其通常具有約I. 78eV的能帶隙)，在此描述的處理可用來將非晶硅層112的能帶隙減少到約I. 70eV至約I. 75eV。較佳地，所形成的非晶硅層112的能帶隙為約I. 70eV至約1.72eV。所以，使用在此描述的沉積技術(shù)，所形成的非晶硅層可提供約5%減少的有效能帶隙(該有效能帶隙以托克方法(Tauc method)來測量)。在一個實施例中，沉積溫度是被控制在大于200°C的范圍，諸如約220°C至約300°C，例如約220°C至約250°C。在特定情況中，高溫沉積處理的使用可使得在隨后沉積處理期間P-型非晶硅層110中的摻雜物擴散到本征型非晶硅層112或相鄰膜層內(nèi)。因此，通過添加設(shè)置在P-型非晶硅層110與本征型非晶硅層112之間的界面阻擋層111，界面阻擋層111可用來抑制摻雜物擴散到本征型非晶硅層112內(nèi)，藉此維持本征型非晶硅層112的純度與期望性質(zhì)。再者，用以形成本征型非晶硅層112的相對低的沉積壓力(諸如小于2. 5Torr)也 可有助于沉積具有良好光電和微結(jié)構(gòu)特性的層以及有助于在最終的非晶硅膜中形成有較少的團簇相(cluster phase)氫,引起所形成膜層中較小的能帶隙與改善的電氣性質(zhì)。可認為，形成在最終膜中的較高的團簇相氫可增加最終膜的結(jié)晶度，藉此減少了將最終膜形成為非晶硅層的可能性。在一個實施例中，沉積期間所控制的處理壓力是小于約2. 5Torr,諸如約小于2Torr,諸如約0. ITorr與約I. 8Torr,例如約ITorr與約I. 5Torr?？商峁┘s15mff/cm2至約250mW/cm2的RF功率到處理腔室。此外，被供應(yīng)在氣體混合物中以為了沉積本征型非晶硅層112的相對低的氫稀釋也可有助于沉積具有較小能帶隙的本征型非晶硅層112?？烧J為，沉積處理期間較低的氫氣流將減少所形成的本征型非晶硅層中的氫含量，藉此減少在非晶硅層112中形成結(jié)晶區(qū)域的可能性，因此傾向于產(chǎn)生非晶膜而不是微晶硅膜?？赏ㄟ^將氫原子定位在本征型非晶硅層112的非晶硅狀態(tài)中來產(chǎn)生較小能帶隙的非晶硅層。非晶硅層可有助于獲得較長波長的光，藉此增加太陽能電池中的電流產(chǎn)生。在一個實施例中，被供應(yīng)在氣體混合物中的氫對硅烷比例(H2/SiH4)被控制到約小于10(諸如小于6，例如約2至約5)的程度?；蛘撸还?yīng)在氣體混合物中的娃燒氣體可被控制在約lsccm/L至約10sccm/L的流速。氫氣可被控制在約2sccm/L至100sccm/L的流速。若需要的話，選擇性載氣或惰性氣體(諸如Ar與He等)也可被提供到氣體混合物內(nèi)。在載氣或惰性氣體被供應(yīng)到處理腔室內(nèi)的實施例中，載氣或惰性氣體的氣體流速可被控制在約2sccm/L至約100sccm/L。由此，通過在沉積處理期間提供相對高的沉積溫度、相對低的沉積壓力、與低氫稀釋比例，可獲得具有低膜能帶隙的本征型非晶硅膜112。又，通過添加界面阻擋層111于P-型非晶硅層110與本征型非晶硅層112之間，界面阻擋層111可用以避免含在P-型非晶硅層110內(nèi)的摻雜物擴散到相鄰和/或上方的本征型非晶硅層112，藉此形成具有期望純度、電氣性質(zhì)與光學(xué)性質(zhì)的本征型非晶硅層112。所以，用以形成本征型非晶硅層的高溫處理將不會損壞或破壞所形成的太陽能電池的膜性質(zhì)或裝置性能，一般會在傳統(tǒng)形成的裝置中發(fā)現(xiàn)損壞或破壞所形成的太陽能電池的膜性質(zhì)或裝置性能。通過使用上述本征型非晶硅沉積處理與阻擋層形成處理，所形成的非晶硅基太陽能電池結(jié)可有效地轉(zhuǎn)換更長波長的光，甚至在通過延長的光浸泡來校正光引發(fā)劣化(light induced degradation,LID)后,藉此改善整體裝置性能與太陽能電池裝置轉(zhuǎn)換效率。在一個實施例中，本征型非晶硅層112可形成為具有約1500人至約4500人的厚度，諸如約2000人至約4000人，例如約3000人至約3500人。可認為，具有較大厚度的本征型非晶硅層112(諸如大于2800人)可增加本征型非晶硅層112中的光吸收，藉此使光保持在本征型非晶硅層112中更長時間以達到更高的電流產(chǎn)生。在一個實施例中，本征型非晶硅層112可形成為具有約3000人至約3500人的厚度。在本征型非晶硅層112形成在界面阻擋層111上后，n-型微晶硅層114(圖I至圖2)形成在本征型非晶硅層112上。在一個實施例中，可通過提供氫氣對硅烷氣體的比例為約100 I或更大(諸如約500 I或更小，諸如約150 I至約400 1，例如約304 I或約203 I)來形成n-型微晶娃層114。娃燒氣體可在約0. lsccm/L至約0. 8sccm/L的流速下提供，諸如約0. 32sccm/L至約0. 45sccm/L,例如約0. 35sccm/L。氫氣可在約30sccm/L至 約250sccm/L的流速下提供，諸如約68sccm/L至約143sccm/L,例如約71. 43sccm/L。膦可在約 0. 0005sccm/L 至約 0. 006sccm/L 的流速提供，諸如約 0. 0025sccm/L 至約 0. 015sccm/L，例如約0. 005sccm/Lo換句話說，若膦被提供成在載氣中為0. 5%摩爾或體積濃度，則摻雜物/載氣可在約0. lsccm/L至約5sccm/L的流速下提供,諸如約0. 5sccm/L至約3sccm/L，例如約0. 9sccm/L至約I. 088sccm/Lo在約ITorr至約IOOTorr的腔室壓力下(例如約3Torr至約20Torr，諸如約4Torr至約12Torr，例如約6Torr或約9Torr)施加約IOOmW/cm2至約900mW/cm2的RF功率(諸如約370mW/cm2)將以約50A/min或更大的速率(諸如約150A/min或更大)來沉積具有約20%至約80% (例如約50%至約70% )的結(jié)晶比例的n-型微晶娃層。在一個實施例中，一個或多個元素可被添加到n-型微晶硅層114，諸如添加碳原子，其是通過將反應(yīng)性氣體混合物補充以碳源來形成n-型微晶碳化硅(mc-SiC)層。舉例而言，在形成n-型微晶硅層114時，可通過添加碳源(諸如甲烷(CH4)、C3H8, C4H1Q、或C2H2)到氣體混合物來添加碳。大致上，大部分的(^-(；碳氫化合物可被用作為碳源。在一個實施例中，形成作為n-型微晶硅層114的n-型碳化硅層可具有約I原子百分比至約50原子百分比的碳?？赏ㄟ^調(diào)整處理腔室中前驅(qū)物氣體的比例來調(diào)整次要成分的量?？稍谛纬啥鄠€層化結(jié)構(gòu)的步驟中調(diào)整這些比例，或可在形成具有分級組成的單一層的步驟中連續(xù)地調(diào)整這些比例。在一個實施例中，含碳氣體流(諸如甲烷(CH4)氣體流)對硅烷流速的比例為 約0至約0. 5，諸如約0. 20至約0. 35，例如約0. 25。在饋送中，可改變甲烷氣體對硅烷的比例，以調(diào)整在所沉積的n-型微晶硅層114中碳的量?？烧J為，沉積在n-型微晶硅層中的碳原子將容許高導(dǎo)電層的形成，該高導(dǎo)電層具有可調(diào)整的能帶隙與折射率。微晶碳化硅可例如發(fā)展成結(jié)晶比例高于60%、能帶隙寬度高于2eV、且導(dǎo)電率大于0. lS/cm的層。可通過改變反應(yīng)混合物中甲烷對硅烷的比例來調(diào)整能帶隙與折射率。在一個實施例中，甲烷氣體流速對硅烷流速的比例為約0至約0. 5，諸如約0. 20至約0. 35，例如約0. 25。此外，可以約150-200A/min的速率來進行沉積而具有小于10%的厚度變化。可調(diào)整的折射率容許具有寬廣能帶隙的高導(dǎo)電的反射層的形成，引起改善的電流與填充因子。摻雜的n-型微晶硅層114的詳細描述與實例是被揭示在Sheng等人于2008年9月11日申請的美國專利申請案號12/208,478(代理人卷號13551)以及Sheng等人于2008年12月19日申請的美國專利申請案號61/139，390 (代理人卷號13551L)，這些專利申請通過弓I用整體結(jié)合于本說明書中。現(xiàn)參照圖2，在第一 p-i-n結(jié)116與選擇性WSR層150形成在襯底102上后，第二p-i-n結(jié)136隨后形成在第一 p-i-n結(jié)116和/或WSR層150上。第二 p-i_n結(jié)136包括p-型微晶娃層130、本征型微晶娃層132、與n-型非晶娃層134。在一個實施例中，可通過在氫對硅烷的比例為約200 I或更大(諸如1000 I或更小，例如約250 I至約800 1，并且在進一步實例中為約601 I或約401 I)下提供氫氣與硅烷氣體的氣體混合物來沉積p_型微晶娃層130。娃燒氣體可在約0. lsccm/L至約0. 8sccm/L的流速下提供，諸如約0. 2sccm/L至約0. 38sccm/L。氫氣可在約60sccm/L至約500sccm/L的流速下提供，諸如約143sccm/L。TMB可在約0. 0002sccm/L至約0. 0016sccm/L的流速下提供,諸如約0. 00115sccm/Lo若TMB被提供成在載氣中為0. 5%摩爾或體積濃度，則摻雜物/載氣混合物可在約0. 04sccm/L至約0. 32sccm/L的流速下提供,諸如約0. 23sccm/L。已經(jīng)發(fā)現(xiàn),通過施加約50mW/cm2至約700mW/cm2的RF功率(諸如約290mW/cm2至約440mW/cm2)且維持腔室壓力于約ITorr至約IOOTorr (較佳是約3Torr至約20Torr,更佳是4Torr至約12Torr,諸如約7Torr或約9Torr)，可以在約loA/min或更大的沉積速率(諸如約143A/min )下來沉積結(jié)晶比例為約20%至約80% (較佳是50%至約70% )的用于微晶硅層的P-型微
晶娃層。在P-型微晶硅層130形成在襯底102上后，本征型微晶硅層132接著形成在P-型微晶硅層130上。可通過在氫對硅烷的比例為約20 I至約200 I下提供硅烷氣體與氫氣的氣體混合物來沉積本征型微晶娃層132。娃燒氣體可在約0. 5sccm/L至約5sccm/L的流速下提供。氫氣可在約40sccm/L至約400sccm/L的流速下提供。在特定實施例中，在沉積期間，硅烷流速可從第一流速上升到第二流速。在特定實施例中，在沉積期間，氫氣流速可從第一流速上升到第二流速。在約ITorr至約IOOTorr的腔室壓力下(例如約3Torr至約20Torr,諸如約4Torr至約12Torr)施加約300mW/cm2或更大的RF功率(諸如約600mW/Cm2或更大)將大致上在約200A/min或更大的速率(例如約500A/min)下來沉積結(jié)晶比例為約20%至約80% (諸如約55%至約75% )的本征型微晶硅層。在一個實施例中，所沉積的本征型微晶硅層具有約60%至約65%的結(jié)晶比例且具有期望的層厚度，以為了能夠平衡由于結(jié)晶比例增加造成的沉積速率的降低以及由于結(jié)晶比例增加造成的所形成層的低期望厚度。在一些實施例中，在沉積期間，將所施加的RF功率的功率密度從第一功率 密度上升到第二功率密度是有利的。在另一實施例中，可在多個步驟中來沉積本征型微晶硅層132，各個形成的區(qū)域具有不同的結(jié)晶比例。在一個實施例中，例如，氫對硅烷的比例可在四個步驟中從100 I被降低到95 1，被降低到90 1，且接著被降低到85 I。在一個實施例中，硅烷氣體可在約0. lsccm/L至約0. 5sccm/L的流速下提供，諸如約0. 97sccm/L。氫氣可在約IOsccm/L至約200sccm/L的流速下提供,諸如約80sccm/L至約105sccm/L。在沉積具有多個步驟(諸如四個步驟)的示范性實施例中，氫氣流可在第一步驟中開始于約97sCCm/L，并且可在隨后的處理步驟中漸漸地分別降低到約92sccm/L、88sccm/L、與83sccm/L。同時,氫對娃燒比例在各個處理步驟中分別被控制在100 1、95 1,90 I、與85 I。在約ITorr至約IOOTorr的腔室壓力下(例如約3Torr至約20Torr,諸如約4Torr至約12Torr,諸如約9Torr)施加約300mW/cm2或更大的RF功率(諸如約490mW/cm2)將造成以約200A/min或更大的速率(諸如400A/min)沉積本征型微晶硅層。在本征型微晶硅層132形成在P-型微晶硅層130上后，n-型非晶硅層134可形成在本征型微晶硅層132上?；蛘?，可從結(jié)晶比例為約20%至約100%的結(jié)晶硅基膜來形成n-型娃層134。在n-型層134形成為n_型非晶娃層的實施例中，可通過提供含有氫氣對硅烷氣體的比例為約20 I或更小(諸如約5. 5 I或7. 8 I)的氣體混合物來沉積n-型非晶娃層134。娃燒氣體可在約0. lsccm/L至約10sccm/L的流速下提供,諸如約 lsccm/L 至約 10sccm/L、約 0. lsccm/L 至約 5sccm/L、或約 0. 5sccm/L 至約 3sccm/L,例如約I. 42sccm/L或約5. 5sccm/L。氫氣可在約lsccm/L至約40sccm/L的流速下提供，諸如約 4sccm/L 至約 40sccm/L 或約 lsccm/L 至約 10sccm/L,例如約 6. 42sccm/L 或 27sccm/L0膦可在約0. 0005sccm/L至約0. 075sccm/L的流速下提供，諸如約0. 0005sccm/L至約0. 0015sccm/L 或約 0. 015sccm/L 至約 0. 03sccm/L,例如約 0. 0095sccm/L 或 0. 023sccm/L。若膦被提供成在載氣中為0. 5%摩爾或體積濃度，則摻雜物/載氣混合物可在約0. Isccm/L至約15sccm/L的流速下提供，諸如約0. lsccm/L至約3sccm/L、約2sccm/L至約15sccm/L、或約 3sccm/L 至約 6sccm/L,例如約 1.9sccm/L 或約 4. 71sccm/L。在約 0. ITorr 至約20Torr的腔室壓力下(較佳是約0. 5Torr至約4Torr,諸如約I. 5Torr)施加約25mW/cm2至約250mW/cm2的RF功率(諸如約60mW/cm2或約80mW/cm2)將以約lOOA/min或更大的速
率(例如約200A/min或更大，諸如約300A/min或約600A/min)來沉積n-型非晶硅層134。在n-型硅層134形成為n_型微晶硅層的實施例中，可通過類似于或相同于上述用以形成第一 p-i-n結(jié)116的n-型微晶娃層114的處理的處理來形成n_型微晶娃層134。在一個實施例中，一個或多個元素可被添加到n-型非晶或微晶硅層134，諸如添加碳原子，其是通過將反應(yīng)性氣體混合物補充以碳源來形成n-型微晶/非晶碳化硅(mc-SiC或a -SiC)層。舉例而目，在形成n_型微晶/非晶碳化娃(mc-SiC或a -SiC)層134時，可通過添加碳源(諸如甲烷(CH4)、C3H8X4Hltl、或C2H2)到氣體混合物來添加碳到膜。大致上，大部分的C1-C4碳氫化合物可被用作為碳源。在一個實施例中，形成作為微晶/非晶碳化硅(mc-SiC或a -SiC)層134的n_型碳化硅層可具有約I原子百分比至約50原子百分比的碳?？赏ㄟ^調(diào)整處理腔室中前驅(qū)物氣體的比例來調(diào)整次要成分的量?？稍谛纬啥?個層化結(jié)構(gòu)的步驟中調(diào)整這些比例，或可在形成具有分級的單一層的步驟中連續(xù)地調(diào)整這些比例。在一個實施例中，含碳氣體流(諸如甲烷(CH4)氣體流)對硅烷流速的比例為約0至約0. 5，諸如約0. 20至約0. 35，例如約0. 25。在饋送中，可改變甲烷氣體對硅烷的比例，以調(diào)整在所沉積的n-型微晶/非晶碳化硅(mc-SiC或a -SiC)層134中碳的量。應(yīng)了解，在本發(fā)明的許多實施例中，可使用預(yù)清潔處理來預(yù)備用以沉積任何上述層的襯底和/或反應(yīng)腔室?？赏ㄟ^以約10sccm/L至約45sccm/L(諸如約15sccm/L至約40sCCm/L，例如約20sCCm/L與約36sCCm/L)供應(yīng)氫氣或氬氣到處理腔室來執(zhí)行氫或氬等離子體預(yù)處理，以從襯底和/或腔室壁的暴露表面移除污染物。在一個實例中，氫氣可在約21sccm/L下供應(yīng),或気氣可在約36sccm/L下供應(yīng)?？赏ㄟ^施加約10mW/cm2至約250mW/cm2 (諸如約25mW/cm2至約250mW/cm2，例如對于氫處理為約60mW/cm2或約80mW/cm2，并且對于氬處理為約25mW/cm2)的RF功率來實現(xiàn)此處理。在許多實施例中，在沉積p_型非晶硅層前執(zhí)行氬等離子體預(yù)處理以及在沉積其它類型的層前執(zhí)行氫等離子體預(yù)處理是有利的。如上所討論，在第二 p-i-n結(jié)136形成在襯底102上后，導(dǎo)電率匹配層118、第二TCO層120與背金屬電極122接著依序地形成在第二 p-i-n結(jié)136上，以完成如圖2所示的串聯(lián)結(jié)太陽能電池200的制造。實例圖6為繪示根據(jù)本發(fā)明的實施例的用以在襯底上制造太陽能電池的處理流程圖。類似于上述參照圖I和圖2所討論的結(jié)構(gòu)，處理順序600開始于步驟602，其中ARC層形成在襯底102的表面上。在一個實施例中，使用上述形成ARC的一個或多個處理步驟來執(zhí)行步驟602。在一個實施例中，ARC層是在玻璃制造過程期間形成，并且因此步驟602包括提供襯底(諸如襯底102)到太陽能電池生產(chǎn)線(諸如圖9所示的生產(chǎn)線900)，該襯底上形成有ARC層103。在一個實施例中，ARC層103是含氟與碳的硅基材料，該含氟與碳的硅基材料通過溶膠-凝膠噴涂處理被涂覆在襯底102上。在另一實施例中，ARC層103是無機材料(諸如TiO2層、SiO2與TiO2層的復(fù)合膜、或其它適當材料)，該無機材料通過CVD、PVD或其它適當?shù)某练e技術(shù)來形成。在示范性實施例中，ARC層103是具有膜堆疊的復(fù)合膜，該膜堆疊包括依序形成在襯底102的第一表面152上的第一對的SiO2與TiO2層以及第二對的SiO2與TiO2層。在一個實施例中，ARC層103具有約I. I至I. 4的膜折射率與約30nm至約3000nm的厚度。在一個實施例中，可認為，設(shè)置在襯底102上的ARC層103可提高太陽能電池100、200的整體電流增益(轉(zhuǎn)換效率)達約2-3%。在一個實施例中，襯底102是由具有鐵濃度為約0. 01重量百分比至約0. 03重量百分比的低鐵玻璃制成。在步驟604，阻擋層104可形成在襯底102的第二表面154上。如上所討論，阻擋層104可由具有高膜導(dǎo)電率與遷移率的材料來形成，藉此減少第一 TCO層106的電阻。在一個實施例中，阻擋層104是氧化錫層(SnO2)或摻雜鐵的氧化錫層(SnO2 = Fe)。在另一實施例中，阻擋層104是氮氧化硅、氮化硅、氧化硅層、或其組合。在一個實施例中，阻擋層104可通過太陽能電池系統(tǒng)的生產(chǎn)線(諸如圖9所示的生產(chǎn)線900，下文將進一步討論)中的PVD腔室或CVD腔室來制造。在另一實施例中，在提供到太陽能電池生產(chǎn)線內(nèi)以進行處理前，阻擋層104可以由玻璃供貨商預(yù)涂覆或預(yù)制造在襯底102上。在一個實施例中，阻擋層104具有約200人至約400人的厚度。在一個實施例中，可認為，設(shè)置在襯底102上的阻擋層104可提高太陽能電池100、200的整體電流增益(轉(zhuǎn)換效率)達約2-3%。在步驟606，第一 TCO層106形成在阻擋層104上。第一 TCO層106可以是Zn02、ITO、SnO2、摻雜鐵的SnO2層、摻雜鋁的ZnO2(AZO)層、氧化鈦層、摻雜的氧化鈦層、或任何其它適當?shù)牟牧?，如上所討論。在圖I和圖2繪示的示范性實施例中，第一 TCO層106是SnO2或摻雜鐵的SnO2層?；蛘撸谝?TCO層106是摻雜氧化鋁的ZnO2 (AZO)層，其具有約I重量百分比的氧化鋁摻雜濃度與約99重量百分比的氧化鋅材料。在步驟608，在第一 TCO層106設(shè)置在襯底102上后，導(dǎo)電接觸層108形成在第一TCO層106上。如上所討論，導(dǎo)電接觸層108提供第一 TCO層106與隨后待形成的太陽能電池結(jié)116之間的良好界面。在一個實施例中，導(dǎo)電接觸層108可以是鈦層、鉭層、鋁層、氧化鈦層(TiO2)、氧化鉭層、氧化鋁層、與摻雜的含鈦層，諸如摻雜雜鈮的氧化鈦層(TiO2 = Nb)或摻雜鋁的氧化鈦層(TiO2 = Al)。在一個實施例中，導(dǎo)電接觸層108可具有約200人至約700人的厚度。在一個實施例中，可認為，設(shè)置在襯底102上的導(dǎo)電接觸層108可提高太陽能電池100,200的整體電流增益(轉(zhuǎn)換效率)達約2-5%。在步驟610，在導(dǎo)電接觸層108形成在襯底102上后，第一 p-i-n結(jié)116形成在導(dǎo)電接觸層108上。如上所討論，第一 p-i-n結(jié)116包括重摻雜的P-型非晶硅層109、p-型非晶硅層110、選擇性界面阻擋層111、本征型非晶硅層112、與n-型微晶硅層114。由于在沉積處理期間可通過使用相對高沉積溫度、相對低壓與相對低氫稀釋的處理條件將本征型非晶硅層112形成為具有相對較小的能帶隙，本征型非晶硅層112可有助于增加包括設(shè)置在襯底102上的第一 p-i-n結(jié)116的太陽能電池的整體轉(zhuǎn)換效率?？烧J為，沉積處理期間使用的相對高溫可有助于制造具有低缺陷密度與高電流產(chǎn)生的低能帶隙膜，這可有利地改善太陽能電池結(jié)的整體轉(zhuǎn)換效率。用以形成本征型非晶硅層112的相對低沉積壓力(諸如小 于2. 5Torr)也可有助于沉積具有良好光電和微結(jié)構(gòu)性質(zhì)的層以及有助于在最終的膜中形成有較少的團簇相(cluster phase)氫,引起較小的能帶隙。再者，被供應(yīng)在氣體混合物中以為了沉積本征型非晶硅層112的相對低的氫稀釋也可有助于沉積具有較小能帶隙的本征型非晶硅層112。在一個實施例中，當本征型非晶硅層112形成為具有相對小的能帶隙，選擇性界面層111可在沉積本征型非晶硅層113前選擇性地形成，如上所討論?？烧J為，通過形成具有相對較小能帶隙的本征型非晶硅層112，可提高太陽能電池100、200的轉(zhuǎn)換效率(或整體電流增益)達約2-3%。在一個實例中，相較于以更傳統(tǒng)方式所形成的非晶硅層(其通常具有1.78eV的能帶隙)，使用約10 l(SiH4/H2)的氫稀釋比例所形成的非晶硅層112的能帶隙為約I. 71eV,其中能帶隙以托克方法(Tauc method)來測量。又，在一個實施例中，形成在第一 p-i-n結(jié)116上的n-型微晶硅層114可形成為n-型微晶碳化硅層。如上所討論，形成在n-型微晶碳化硅層114中的碳原子是高導(dǎo)電層，其可被形成具有期望的能帶隙與折射率。因此，可認為，通過在第一P-i-n結(jié)116中使用n-型微晶碳化硅層114，可提高太陽能電池100、200的整體電流增益(轉(zhuǎn)換效率)達約2-4%。在太陽能電池形成為多個結(jié)(諸如圖2所示的串聯(lián)結(jié))的實施例中，可提高太陽能電池200的整體電流增益(轉(zhuǎn)換效率)達約3-9%，諸如約7%?！ぴ诓襟E612，選擇性波長可選擇反射件(WSR)層150可形成在第一 p_i_n結(jié)116上。隨后，在步驟614，第二 p-i-n結(jié)136可形成在WSR層150上，以將太陽能電池200形成為串聯(lián)結(jié)，如圖2所示。應(yīng)了解，在太陽能電池構(gòu)造成形成為單一結(jié)的實施例中(諸如圖I所繪示的太陽能電池100)，可省略步驟612與614 (如由虛線622歸類成一組)。在太陽能電池構(gòu)造成形成為串聯(lián)結(jié)太陽能電池200的實施例中(如圖2所示)，在步驟612處的WSR層與第二 p-i-n結(jié)614可依序地且接續(xù)地形成在第一 p-i-n結(jié)116上。在一個實施例中，WSR層150可選擇性地形成在第一 p-i-n結(jié)116上。在不存在有WSR層150的實施例中，第二 p-i-n結(jié)136可直接地形成在第一 p-i-n結(jié)116上。在一個實施例中，WSR層150是n-型微晶碳化硅層或氮氧化硅層，其具有約500人至約5000人的厚度，諸如約1000人至約2000人，例如約1500人。在步驟614形成的第二 p-i-n結(jié)136包括p-型微晶硅層130、本征型微晶硅層132、與n-型非晶硅層134。如上所討論，n-型層134可以是n-型微晶硅層。如上所討論，形成在n-型非晶/微晶硅層134中的次要摻雜(諸如碳原子或氮摻雜)可增加n-型非晶/微晶硅層134的導(dǎo)電率，n-型非晶/微晶硅層134具有期望的能帶隙與折射率。在一個實施例中，形成在第二 P-i-n結(jié)136中的n-型層134形成為n_型非晶碳化硅層134?？烧J為，通過在第二P-i-n結(jié)136中使用n-型非晶碳化硅層134，可提高太陽能電池200的整體電流增益(轉(zhuǎn)換效率)達約1-3%。在步驟616，導(dǎo)電率匹配層118形成在第二 p-i-n結(jié)136上，如圖2所示。在太陽能電池100僅包括單一 p-i-n結(jié)的實施例中，導(dǎo)電率匹配層118可直接地形成在第一 p-i-n結(jié)116上，如圖I所示。如上所討論，導(dǎo)電率匹配層118構(gòu)造成增加返回到第一 p-i-n結(jié)116和/或第二 p-i-n結(jié)136的光反射，藉此增加結(jié)116、136中的電流產(chǎn)生。在一個實施例中，導(dǎo)電率匹配層118是含硅材料，諸如氧化硅、碳化硅、氮氧化硅、氮化硅、碳氧化硅(SiOC)、氮碳氧化硅(SiOCN)、或其它適當?shù)暮璨牧?。在另一實施例中，?dǎo)電率匹配層118也可以依需要是銦錫氧化物(ITO)層。在另一實施例中，導(dǎo)電率匹配層118可以不形成為連續(xù)膜層。舉例而言，導(dǎo)電率匹配層118可形成為非連續(xù)膜層(諸如顆粒的薄層)，以產(chǎn)生不均勻反射表面，藉此有助于使光反射和散射回到第一 p-i-n結(jié)116和/或第二 p-i-n結(jié)136。在一個實施例中，用來形成導(dǎo)電率匹配層118的顆粒尺寸具有約IOnm的直徑。在一個實施例中，導(dǎo)電率匹配層118是碳化硅、氮化硅、或氮氧化硅層，其具有約50人至約2000人的膜厚度，諸如約200人。
在一個實施例中，可通過任何適當?shù)某练e技術(shù)來形成導(dǎo)電率匹配層118，諸如PVD、CVD、電鍍、無電鍍覆、或任何其它適當?shù)姆绞健Ｔ谝粋€實施例中，可在CVD腔室中形成導(dǎo)電率匹配層118，以致于可在與形成n-型層114、134相同的腔室內(nèi)形成導(dǎo)電率匹配層118。在此構(gòu)造中，n-型層114、134與導(dǎo)電率匹配層118可原位地形成在單一腔室中而不用破壞真空，藉此減少制造成本與制造循環(huán)時間。在另一實施例中，導(dǎo)電率匹配層118可依需要在分開的腔室中形成、或分別地在不同的處理工具或甚至不同的生產(chǎn)線中形成。在步驟618，在導(dǎo)電率匹配層118形成在襯底102上后，第二 TCO層120形成在導(dǎo)電率匹配層118上。類似于第一 TCO層104的構(gòu)造，第二 TCO層120可以是Zn02、IT0、Sn02、摻雜鋁的ZnO2(AZO)層、或任何其它適當?shù)牟牧?，如上所討論。在圖I和圖2繪示的示范性實施例中，第二 TCO層120是摻雜氧化鋁的ZnO2(AZO)層，其具有約2重量百分比的氧化鋁摻雜濃度與約98重量百分比的氧化鋅材料。在一個實施例中，可在沉積處理期間添加摻雜 材料(例如銦、鋁)到第二 TCO層120，以形成具有更期望的光學(xué)、導(dǎo)電率、和/或阻擋性質(zhì)的層。在一個實例中，第二 TCO層120包括氧化錫(SnO2)層，該氧化錫(SnO2)層摻雜有小于約10%的銦。在另一實例中，第二 TCO層120包括氧化錫(SnO2)層，該氧化錫(SnO2)層摻雜有小于約10%的鐵(Fe)。在步驟620，背金屬電極122形成在第二 TCO層120上。背金屬電極122可有助于光反射回到太陽能電池結(jié)116、136，藉此改善太陽能電池結(jié)116、136中的電流收集與產(chǎn)生。背金屬電極122可包括但不限于選自由Al、Ag、Ti、Cr、Au、Cu、Pt、Ni、V、其合金、或其組合物所構(gòu)成群組的材料。在特定實施例中，背金屬電極122可以是硅或鈀(Pd)摻雜濃度被控制在約0.25重量百分比的銀(Ag)層。在一個實施例中，背金屬電極122可以是復(fù)合膜的形式，該復(fù)合膜具有第一層的摻雜硅的銀(Ag)層以及第二層的鎳(Ni)釩(V)合金材料，其中該第二層的鎳(Ni)釩(V)合金材料設(shè)置在該第一層的摻雜硅或鈀(Pd)的銀(Ag)層上。此外，額外的界面層(諸如圖5所示的額外的界面層501)可設(shè)置在背金屬電極122與第二 TCO層120之間，以改善界面附著性。在一個實施例中，額外的界面層501可以是薄鉻(Cr)層，其具有被控制在小于50人的厚度(諸如約小于20人)?？烧J為，通過使用額外的界面層、具有復(fù)合結(jié)構(gòu)(該復(fù)合結(jié)構(gòu)具有摻雜硅或鈀(Pd)的銀(Ag)層以及鎳(Ni)釩(V)合金材料，其中該鎳(Ni)釩(V)合金材料設(shè)置在摻雜硅的銀(Ag)層上)的背金屬電極122，可提高太陽能電池100、200的整體電流增益(轉(zhuǎn)換效率)達約5-8%。在形成背金屬電極620后，S卩在襯底102上完成了太陽能電池結(jié)構(gòu)。所以，通過使用所有的上文所討論的材料、結(jié)構(gòu)、阻擋層、界面層、與材料，可提高太陽能電池100、200的整體電流增益(轉(zhuǎn)換效率)達至少約10%，藉此有效地改善所形成的裝置的電子與裝置性倉泛。系統(tǒng)與設(shè)備構(gòu)造圖7為等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)腔室700的一個實施例的橫截面圖，可在該腔室700中沉積薄膜太陽能電池(諸如圖I-圖2的太陽能電池)的一個或多個膜。適當?shù)牡入x子體增強化學(xué)氣相沉積腔室可從美國Santa Clara,CA的Applied Materials,Inc.獲得。可了解，可使用其它沉積腔室(包括來自其它制造商的沉積腔室)來實施本發(fā)明。
腔室700大致上包括界定處理空間706的多個壁702、底部704、噴頭710、與襯底支撐件730。處理空間是經(jīng)由閥708來訪問，以使得襯底可被傳送進出腔室700。襯底支撐件730包括用以支撐襯底102的襯底接收表面732與桿734，桿734耦接到升降系統(tǒng)736以升高與降低襯底支撐件730。屏蔽環(huán)733可選擇性地被放置在襯底102的周邊上方。多個升降銷738是可移動地設(shè)置成穿過襯底支撐件730，以將襯底移動到襯底接收表面732和從襯底接收表面732移動襯底。襯底支撐件730也可包括多個加熱和/或冷卻構(gòu)件739，以將襯底支撐件730維持在期望的溫度。襯底支撐件730也可包括多個接地帶731，以在襯底支撐件730的周邊處提供RF接地。噴頭710在其周邊處通過懸件714耦接到背板712。噴頭710也可通過一個或多個中心支撐件716耦接到背板712，以有助于避免下垂和/或控制噴頭的筆直性/彎曲性。氣體源720耦接到背板712，以提供氣體而使氣體通過背板712與通過噴頭710到襯底接收表面732。真空泵709耦接到腔室700，以將處理空間控制在期望的壓力。RF功率源722耦接到背板712和/或到噴頭710，以提供RF功率到噴頭710，從而在噴頭710與襯底支撐件730之間建立電場，藉此由噴頭710與襯底支撐件730之間的氣體產(chǎn)生等離子體?？墒?用各種RF頻率，諸如約0. 3MHz至約200MHz的頻率。在一個實施例中，在13. 56MHz的頻率下提供RF功率源。遠程等離子體源724 (諸如感應(yīng)式耦合遠程等離子體源)也可耦接在氣體源720與背板712之間。在處理襯底之間，可提供清潔氣體到遠程等離子體源724，以產(chǎn)生且提供遠程等離子體來清潔腔室部件。清潔氣體可進一步由被設(shè)置到噴頭的RF功率源722來激發(fā)。適當?shù)那鍧崥怏w包括但不限于NF3、F2、與SF6。用于一個或多個層(諸如圖I至圖5的一個或多個層)的沉積方法可包括下列在圖7處理腔室或其它適當腔室中的沉積參數(shù)?？蓪⒈砻娣e為IOOOOcm2或更大(諸如40000cm2或更大，并且例如55000cm2或更大)的襯底提供到腔室?？闪私猓谔幚砗?，襯底可被切割以形成多個較小的太陽能電池。在一個實施例中，可在沉積期間設(shè)定這些加熱和/或冷卻構(gòu)件739，以提供約400°C或更小的襯底支撐件溫度，例如約100°C至約400°C，諸如約150°C至約300°C，諸如約200。。。沉積期間，設(shè)置在襯底接收表面732上的襯底的頂表面與噴頭710之間的間隔可以是400mil (密爾)至約1200mil，諸如400mil至約800mil?？刂破?48是耦接到處理腔室700?？刂破?48包括中央處理單元(CPU) 760、存儲器758、與支持電路762?？刂破?48是用以控制處理順序，調(diào)節(jié)從氣體源720到腔室500內(nèi)的氣體流以及控制來自RF功率源722和遠程等離子體源724的功率供應(yīng)。CPU 760可以是任何形式的可用在工業(yè)設(shè)備的一般目的計算機處理器。軟件程序可被儲存在存儲器758，諸如隨機存取存儲器、只讀存儲器、軟盤或硬盤驅(qū)動器、或其它形式的數(shù)字儲存器。支持電路762是以傳統(tǒng)方式耦接到CPU 760，并且可包括緩存、時鐘電路、輸入/輸出子系統(tǒng)、電源等。當CPU 760執(zhí)行軟件程序時，軟件程序?qū)PU轉(zhuǎn)變成可控制處理腔室500的專用計算機(控制器)748，以執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的處理(如上所述處理)。軟件程序也可由第二控制器(未示出)來儲存和/或執(zhí)行，其中該第二控制器位于遠離處理腔室700的遠程處。圖8為處理系統(tǒng)800的實施例的俯視圖，處理系統(tǒng)800具有復(fù)數(shù)個處理腔室831-837(諸如圖7的PECVD腔室700)或其它適當?shù)那皇?諸如PVD腔室、鍍覆腔室、或能夠沉積圖I至圖2的太陽能電池的膜的涂覆腔室)。處理系統(tǒng)800包括傳送腔室820，傳送腔室820耦接到負載閉鎖腔室810 與這些處理腔室831-837。負載閉鎖腔室810可容許襯底在系統(tǒng)800外的外界環(huán)境與傳送腔室820和處理腔室831-837內(nèi)的真空環(huán)境之間被傳送。負載閉鎖腔室810包括一個或多個可排空區(qū)域，可排空區(qū)域保持一個或多個襯底。可排空區(qū)域在襯底被輸入到系統(tǒng)800內(nèi)的期間被抽低壓力(pump down),并且在襯底被從系統(tǒng)800輸出的期間被通氣(vent)。傳送腔室820至少設(shè)置有真空機械手臂822，真空機械手臂822適于在負載閉鎖腔室810與處理腔室831-837之間傳送襯底。盡管圖8顯示有七個處理腔室，該構(gòu)造并不是要限制本發(fā)明的范圍，這是因為此系統(tǒng)可具有任何適當數(shù)量的處理腔室。在本發(fā)明的特定實施例中，系統(tǒng)800構(gòu)造成沉積多結(jié)太陽能電池的第一或第二p-i-n結(jié)(例如組件符號116、136)。在一個實施例中，處理腔室831-837的處理腔室構(gòu)造成沉積第一和/或第二 P-i-n結(jié)的P-型層，而剩余的處理腔室831-837是各自構(gòu)造成沉積本征型層和n-型層。p-i-n結(jié)的本征型層和n-型層可在相同的腔室中沉積，而不需要在沉積步驟之間進行任何鈍化處理。因此，在一個構(gòu)造中，襯底經(jīng)由負載閉鎖腔室810進入系統(tǒng)，襯底接著被真空機械手臂被傳送到專用來沉積P-型層的處理腔室中。其次，在形成P-型層后，襯底被真空機械手臂傳送到剩余的處理腔室當中被構(gòu)造為沉積本征型層和n-型層的一個處理腔室。在形成本征型層和n-型層后，襯底被真空機械手臂822傳送回到負載閉鎖腔室810。在特定實施例中，用處理腔室來處理襯底以形成P-型層的時間比在單一腔室中形成本征型層和n-型層的時間快約4或更多倍(諸如快6或更多倍)。所以，在沉積第一p-i-n結(jié)的系統(tǒng)的特定實施例中，P-腔室對i/n-腔室的比例為I : 4或更大，諸如I : 6或更大。系統(tǒng)的產(chǎn)率(包括提供處理腔室的等離子體清潔的時間)可以是約10襯底/小時或更大，例如20襯底/小時或更大。在本發(fā)明的特定實施例中，系統(tǒng)800構(gòu)造成沉積太陽能電池的p-i-n結(jié)(例如組件符號116、136)。在一個實施例中，處理腔室831-837的處理腔室構(gòu)造成沉積p_型層，而剩余的處理腔室831-837各自構(gòu)造成沉積本征型層和n-型層和導(dǎo)電率匹配層(例如組件符號118)。界面阻擋層(例如組件符號111)可選擇性地連同P-型層一起來形成、或連同本征型層和n-型層一起來形成。此外，重摻雜的P-型層(p++層，例如組件符號109)可連同P-型層一起在腔室中形成。本征型層和n-型層可在相同的腔室中沉積。在特定實施例中，用處理腔室來形成P-型層的時間比在單一腔室中形成本征型層和n-型層的時間快約4或更多倍。所以，在沉積p-i-n結(jié)的系統(tǒng)的特定實施例中，P-腔室對i/n-腔室的比例為I 4或更大，諸如I : 6或更大。系統(tǒng)的產(chǎn)率(包括提供處理腔室的等離子體清潔的時間)可以是約3襯底/小時或更大，諸如5襯底/小時或更大。由于本征型微晶硅層與本征型非晶硅層之間厚度差異，在特定實施例中被構(gòu)造為沉積含有本征型非晶硅層的P-i-n結(jié)的系統(tǒng)800的產(chǎn)率比用以沉積含有本征型微晶硅層的第二 p-i-n結(jié)的系統(tǒng)800的產(chǎn)率大兩倍。所以，適于沉積含有本征型非晶娃層的第一 p-i-n結(jié)的單一系統(tǒng)800可以和適于沉積含有本征型微晶硅層的第二 p-i-n結(jié)的兩個或多個系統(tǒng)匹配。一旦第一 P-i-n結(jié)已經(jīng)在系統(tǒng)中形成，襯底可被暴露于外界環(huán)境(即破壞真空)且被傳送到形成第二 p-i-n結(jié)的第二系統(tǒng)。沉積第一 p-i-n結(jié)的第一系統(tǒng)與沉積第二 p-i_n結(jié)的第二系統(tǒng)之間可能需要濕式或干式的襯底清潔。
圖9是繪示生產(chǎn)線900的一部分的構(gòu)造，生產(chǎn)線900具有通過自動化裝置902可傳送地連接的復(fù)數(shù)個沉積系統(tǒng)904、905、906或群集工具。在構(gòu)造中(如圖9所示)，生產(chǎn)線900包括復(fù)數(shù)個沉積系統(tǒng)904、905、906，這些沉積系統(tǒng)可用以在襯底102上形成一個或多個層(諸如TCO層、導(dǎo)電接觸層、ARC層、阻擋層、導(dǎo)電率匹配層等)、形成p-i-n結(jié)、或形成完整的太陽能電池裝置。系統(tǒng)904、905、906可類似于圖8的系統(tǒng)800，但大致上構(gòu)造成在襯底102上沉積不同的層或結(jié)。一般而言，沉積系統(tǒng)904、905、906各自具有負載閉鎖腔室904F、905F、906F，負載閉鎖腔室904F、905F、906F類似于負載閉鎖腔室810且各自利用自動化裝置902來可傳送地連通。 在處理順序期間，襯底大致上從系統(tǒng)自動化裝置902被傳送到系統(tǒng)904、905、906當中的一者。在一個實施例中，系統(tǒng)906具有復(fù)數(shù)個腔室906A-906H (腔室906A-906H中的每一者構(gòu)造成在形成第一 P-i-n結(jié)時沉積或處理一個或多個層)，系統(tǒng)905具有復(fù)數(shù)個腔室905A-905H(系統(tǒng)905構(gòu)造成沉積在第一 p_i_n結(jié)中形成的多個層)，及系統(tǒng)904具有復(fù)數(shù)個腔室904A-904H(系統(tǒng)904構(gòu)造成在形成第二 p_i_n結(jié)時沉積或處理一個或多個層)。應(yīng)了解，可改變系統(tǒng)的數(shù)量以及在每個系統(tǒng)中構(gòu)造成沉積每個層的腔室的數(shù)量，以符合不同的處理需求和構(gòu)造。在一個實施例中，期望將WSR層沉積腔室和P-型、本征型或n-型層沉積腔室分離或隔離，以避免在所形成的太陽能電池裝置中的一個或多個層或隨后所形成的太陽能電池裝置的交互污染。在WSR層包括含碳或氧層的構(gòu)造中，避免在所形成的結(jié)中的所形成的本征層的交互污染、和/或避免由于含氧或碳的沉積材料層(其形成在處理腔室的屏蔽件或其它腔室部件上)中的應(yīng)力造成的顆粒產(chǎn)生問題一般來說是重要的。自動化裝置902可大致上包括適于移動且定位襯底的機械手臂裝置或輸送器。在一個實施例中，復(fù)數(shù)個自動化裝置902與控制器748 (控制器748連接到生產(chǎn)線900中的所有的處理腔室與自動化裝置902)是組合地用來連續(xù)傳送復(fù)數(shù)個襯底，以在復(fù)數(shù)個襯底102上執(zhí)行處理順序600中的處理步驟。在一個實例中，自動化裝置902是一系列的傳統(tǒng)襯底輸送器(例如滾輪類型輸送器)與/或機械手臂裝置(例如六軸機械手臂、SCARA機械手臂)，其構(gòu)造成依需要在生產(chǎn)線900內(nèi)移動且定位襯底。在一個實施例中，一個或多個自動化裝置902也含有一個或多個襯底升降部件或開合橋輸送器(drawbridge conveyor),襯底升降部件和開合橋輸送器用以使得在期望系統(tǒng)的上游處的襯底被輸送越過會阻擋該襯底移動到生產(chǎn)線900內(nèi)另一期望位置的襯底。依此方式，襯底到各種系統(tǒng)的移動將不會被其它等待輸送到另一系統(tǒng)的襯底所阻礙。生產(chǎn)線900的實施例中，圖案化腔室950是連通于一個或多個自動化裝置902且構(gòu)造成在所形成WSR層、導(dǎo)電率匹配層、阻擋層或TCO層中的一個或多個層上執(zhí)行圖案化處理。在一個實例中，圖案化腔室950有利地被定位成通過傳統(tǒng)方式在一個或多個層上執(zhí)行圖案化處理。也可了解，在太陽能電池裝置形成處理期間，圖案化腔室也可用以蝕刻該一個或多個層中的一個或多個區(qū)域。盡管圖案化腔室950的構(gòu)造是大致上討論蝕刻類型的圖案化處理，此構(gòu)造不需要被限制成在此描述的本發(fā)明的范圍。在一個實施例中，圖案化腔室950用以移除一個或多個所形成層中的一個或多個區(qū)域和/或在襯底表面上的一個或多個所形成層上沉積一個或多個材料層(例如含摻雜材料、金屬膏)。盡管上述說明涉及本發(fā)明的實施例，可在不悖離本發(fā)明的基本范圍下可想出其它與進一步實施例，并且本發(fā)明的范圍是由權(quán)利要求書來決定。舉例而言，已經(jīng)將圖7的處理腔室顯示成位于水平位置?？闪私?，在本發(fā)明的其它實施例中，處理腔室可位于任何非水平的位置，諸如豎直位置。已經(jīng)參照圖8和圖9的多處理腔室群集工具來描述本發(fā)明的實施例，但也可使用直列式系統(tǒng)與混合的直列/群集系統(tǒng)。已經(jīng)參照被構(gòu)造為形成第一 p-i-n結(jié)的第一系統(tǒng)與被構(gòu)造為形成第二 P-i-n結(jié)的第二系統(tǒng)來描述本發(fā)明的實施例。最后，在此描述的實施例一般地可應(yīng)用到透明襯底(諸如玻璃)的P-i-n構(gòu)造，但可設(shè)想出其它實施例(其中單或多堆疊的n-i-p結(jié)是以反向沉積順序被建構(gòu)在不透明襯底(諸如不銹鋼或聚合物)上)。相較于現(xiàn)有技術(shù)的處理構(gòu)造(其需要手動操控的步驟和/或手動執(zhí)行的處理)，包括所有處理腔室(這些處理室用以執(zhí)行處理順序600中的處理步驟且由一個或多個襯底傳送自動化裝置902來內(nèi)連接)的生產(chǎn)線900的實施例具有顯 著優(yōu)點，這是因為與現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)造相比增加生產(chǎn)線900的產(chǎn)率、降低在傳送或執(zhí)行一個或多個處理步驟期間損壞常易碎玻璃襯底的機率、并增加襯底至襯底處理重復(fù)性。當一個或多個涂層設(shè)置在襯底102的兩個主表面(諸如表面152與154)上時，和襯底處理有關(guān)的缺陷(這些曲線在太陽能電池形成處理中的一個或多個步驟的期間產(chǎn)生)會明顯的增加。所以，由于處理步驟之間的傳送長度而需要使襯底能特別地被支撐或被封裝的手動處理步驟和/或傳送步驟的數(shù)量越少，則形成可靠的太陽能電池裝置的機率越大。因此，提供一種用以在太陽能電池裝置中形成高效率電池結(jié)的設(shè)備與方法。此方法為有利地制造高轉(zhuǎn)換效率太陽能電池，相較于目前傳統(tǒng)太陽能電池裝置達到的約7% -8%效率，即使在效率已經(jīng)因LID而劣化后，轉(zhuǎn)換效率也被提高到至少約10%。在一個實施例中，可通過選擇且形成太陽能電池裝置，該太陽能電池裝置含有ARC層、阻擋層、導(dǎo)電接觸層、導(dǎo)電率匹配界面層、低能帶隙本征非晶硅層、第一 P-i-n結(jié)中的n-型微晶碳化硅層、第二 p-i-n結(jié)中的n-型非晶硅層、導(dǎo)電率匹配層、與背金屬電極中的復(fù)合膜堆疊，可達到大于10%的效率。通過利用在此描述的新膜結(jié)構(gòu)與新材料，可依需要有效地改善且增加太陽能電池裝置的轉(zhuǎn)換效率。盡管上述說明涉及本發(fā)明的實施例，可在不悖離本發(fā)明的基本范圍下設(shè)想出其它與進一步實施例，并且本發(fā)明的范圍是由權(quán)利要求書來決定。
權(quán)利要求
1.一種光伏裝置，其包括 襯底，其具有第一表面與第二表面； 阻擋層，其設(shè)置在所述襯底的所述第一表面上； 第一透明導(dǎo)電氧化物層，其設(shè)置在所述阻擋層上； 導(dǎo)電接觸層，其設(shè)置在所述第一透明導(dǎo)電氧化物層上，其中所述導(dǎo)電接觸層包括氧化錫層、氧化鈦層、鉭層、氧化鉭層、摻雜鈮的氧化錫層、或摻雜鈮的氧化鈦層； 第一 p-i-n結(jié)，其形成在所述導(dǎo)電接觸層上；和 第二透明導(dǎo)電氧化物層，其形成在所述第一 p-i-n結(jié)上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光伏裝置，還包括 抗反射涂覆層，其設(shè)置在所述襯底的所述第二表面上，其中所述抗反射涂覆層包括含娃材料，所述含娃材料具有碳摻雜、氟摻雜、或其組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光伏裝置，其中所述第一P-i-n結(jié)還包括 P-型非晶娃層； 重摻雜的P-型非晶硅層，其在形成所述P-型非晶硅層之前形成在所述導(dǎo)電接觸層上; 本征型非晶硅層；和 η-型微晶碳化硅層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光伏裝置，其中所述導(dǎo)電接觸層中的材料的折射率介于所述第一透明導(dǎo)電氧化物層中的材料的折射率與所述P-型非晶硅層中的材料的折射率之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光伏裝置，還包括 第二p-i-n結(jié)，其形成在所述第一p-i-n結(jié)與所述第二透明導(dǎo)電氧化物層之間，其中所述第二 p-i-n結(jié)包括 P-型微晶硅層； 本征型微晶硅層；和 η-型非晶硅層；以及 導(dǎo)電率匹配層，其設(shè)置在所述第二 P-i-n結(jié)與所述第二透明導(dǎo)電氧化物層之間，其中所述導(dǎo)電率匹配層中的材料的折射率小于所述第二透明導(dǎo)電氧化物層中的材料的折射率。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光伏裝置，還包括 金屬背電極，其形成在所述第二透明導(dǎo)電氧化物層上，其中所述金屬背電極是復(fù)合膜堆疊，所述復(fù)合膜堆疊具有設(shè)置在所述第二透明導(dǎo)電氧化物層上的摻雜硅或鈀的銀層、以及形成在摻雜硅的銀層上的鎳(Ni)釩(V)合金層。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光伏裝置，其中所述襯底包括玻璃襯底，所述玻璃襯底中設(shè)置有濃度小于約O. 03重量百分比的鐵元素，并且所形成的所述第一透明導(dǎo)電氧化物層與所形成的所述導(dǎo)電接觸層的組合的方塊電阻小于約10Ω / ロ。
8.一種光伏裝置，其包括 襯底，其具有第一表面與第二表面，其中所述襯底包括具有小于約O. 03重量百分比的鐵濃度的玻璃材料； 阻擋層，其設(shè)置在所述襯底的所述第一表面上； 第一透明導(dǎo)電氧化物層，其設(shè)置在所述阻擋層上；第一 p-i-n結(jié),其包括 P-型非晶硅層，其形成在所述第一透明導(dǎo)電氧化物層上方； 本征型非晶硅層，其形成在所述P-型非晶硅層上方；和 n-型微晶碳化硅層，其形成在所述本征型非晶硅層上方； 導(dǎo)電接觸層，其設(shè)置在所述第一透明導(dǎo)電氧化物層與所述P-型非晶硅層之間，其中所述導(dǎo)電接觸層中的材料的折射率介于所述第一透明導(dǎo)電氧化物層中的材料的折射率與所述P-型非晶硅層中的材料的折射率之間，并且所形成的所述第一透明導(dǎo)電氧化物層與所形成的所述導(dǎo)電接觸層的組合的方塊電阻小于約IOQ / □; 第二 p-i-n結(jié),其包括 P-型微晶硅層，其設(shè)置在所述n-型微晶碳化硅層上方； 本征型微晶硅層，其形成在所述P-型微晶硅層上方；和 n-型非晶硅層，其形成在所述本征型微晶硅層上方； 導(dǎo)電率匹配層，其設(shè)置在所述n-型非晶硅層上；和 第二透明導(dǎo)電氧化物層，其形成在所述導(dǎo)電率匹配層上方。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光伏裝置，其中所述P-型非晶硅層還包括 第一 P-型非晶硅層，其形成在所述導(dǎo)電接觸層上；和 第二 P-型非晶硅層，其中所述第一 P-型非晶硅層比所述第二 P-型非晶硅層被更重地摻雜P-型摻雜物。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光伏裝置，其中所述第一透明導(dǎo)電氧化物層包括摻雜的氧化錫，其中所述摻雜的氧化錫包括小于約10重量百分比的銦或鐵。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光伏裝置，還包括金屬背電極，其形成在所述第二透明導(dǎo)電氧化物層上，其中所述金屬背電極包括銀、以及約0. 25重量百分比至約7重量百分比的鈀。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光伏裝置，其中所述阻擋層是氧化錫層、摻雜鐵的氧化錫層、氧化鈦層、或摻雜鐵的氧化鈦層。
13.一種光伏裝置，其包括 襯底，其具有第一表面與第二表面； 阻擋層，其設(shè)置在所述襯底的所述第二表面上； 第一透明導(dǎo)電氧化物層，其設(shè)置在所述阻擋層上； 導(dǎo)電接觸層，其設(shè)置在所述第一透明導(dǎo)電氧化物層上； 第一 p-i-n結(jié),其形成在所述導(dǎo)電接觸層上,其中所述第一 p-i-n結(jié)還包括 P-型非晶硅層； 本征型非晶硅層；和 n-型微晶碳化硅層； 第二透明導(dǎo)電氧化物層，其形成在所述第一 P-i-n結(jié)上方；和 金屬背電極，其形成在所述第二透明導(dǎo)電氧化物層上，其中所述金屬背電極包括銀與鈀。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光伏裝置，其中所述金屬背電極包括約0.25重量百分比至.7重量百分比的鈀。
15.一種形成太陽能電池裝置的方法，其包括以下步驟在襯底的第一表面上方形成第一透明導(dǎo)電氧化物層，其中所述第一透明導(dǎo)電氧化物層包括錫與氧，并且所述襯底包括具有小于約O. 03重量百分比的鐵濃度的玻璃材料； 形成設(shè)置在所述第一透明導(dǎo)電氧化物層上的導(dǎo)電接觸層，其中所述第一透明導(dǎo)電氧化物層與所述導(dǎo)電接觸層的電阻率小于約10Ω/ ロ ；以及 在所述導(dǎo)電接觸層上形成第一 P-i-n結(jié)，其中形成所述第一 P-i-n結(jié)的步驟包括以下步驟 在所述導(dǎo)電接觸層上形成P-摻雜的非晶硅層； 在P-型非晶硅層上方形成本征型非晶硅層；以及 在所述導(dǎo)電接觸層上形成η-型微晶硅層。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括以下步驟 在所述第一 P-i-n結(jié)上方形成導(dǎo)電率匹配層； 在所述導(dǎo)電率匹配層上形成第二透明導(dǎo)電氧化物層；以及 在所述第一 P-i-n結(jié)與所述導(dǎo)電率匹配層之間形成第二 p-i-n結(jié)，其中形成所述第二p-i-n結(jié)的步驟包括以下步驟 在所述η-型微晶娃層上方形成ρ-摻雜的微晶娃層； 在所述P-型微晶硅層上方形成本征型微晶硅層；以及 在所述本征型微晶硅層上形成η-型層。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中形成所述第一p-i-n結(jié)的步驟包括以下步驟 在P-型非晶硅層與η-型微晶碳化硅層之間形成本征型非晶硅層，其中所述本征型非晶硅層是通過以下步驟來形成 在處理腔室中提供氣體混合物到所述襯底的表面，其中所述氣體 混合物包括小于6的氫氣對硅烷氣體的比例； 將襯底溫度控制在約220攝氏度與約250攝氏度之間；以及 將所述處理腔室中的處理壓カ控制在約ITorr與約2Torr之間。
18.ー種形成太陽能電池裝置的方法，其包括以下步驟 在襯底的第一表面上方形成第一透明導(dǎo)電氧化物層，其中所述第一透明導(dǎo)電氧化物層包括錫與氧； 形成設(shè)置在所述第一透明導(dǎo)電氧化物層上的導(dǎo)電接觸層； 在所述導(dǎo)電接觸層上方形成第一 P-i-n結(jié)，其中形成所述第一 p-i-n結(jié)的步驟包括以下步驟 在所述導(dǎo)電接觸層上形成P-摻雜的非晶硅層； 在所述P-型非晶硅層上方形成本征型非晶硅層，其中形成所述本征型非晶硅層的步驟包括以下步驟 在處理腔室中提供氣體混合物到所述襯底的表面，其中所述氣體混合物包括小于6的氫氣對硅烷氣體的比例； 將襯底溫度控制在約220攝氏度與約250攝氏度之間；以及 將所述處理腔室中的處理壓カ控制在約ITorr與約2Torr之間； 在所述本征型非晶硅層上形成η-型微晶硅層； 在所述第一 p-i-n結(jié)上方形成第二 p-i-n結(jié),其中形成所述第二 p_i_n結(jié)的步驟包括以下步驟 在所述n-型微晶娃層上方形成p_摻雜的微晶娃層； 在P-型微晶硅層上方形成本征型微晶硅層；以及 在所述本征型微晶硅層上形成n-型層； 在所述第一 P-i-n結(jié)上方形成導(dǎo)電率匹配層；以及 在所述導(dǎo)電率匹配層上形成第二透明導(dǎo)電氧化物層。
19.一種形成太陽能電池裝置的方法，其包括以下步驟 形成設(shè)置在襯底的第一表面上方的第一透明導(dǎo)電氧化物層； 形成設(shè)置在所述第一透明導(dǎo)電氧化物層上的導(dǎo)電接觸層，其中所述導(dǎo)電接觸層是在物理氣相沉積室中形成的摻雜鈮的氧化鈦層； 在所述導(dǎo)電接觸層上形成第一 P-i-n結(jié)，其中形成所述第一 P-i-n結(jié)的步驟包括以下步驟 在所述導(dǎo)電接觸層上形成P-摻雜的非晶硅層； 在P-型非晶硅層上方形成本征型非晶硅層； 在所述本征型非晶硅層上形成n-型微晶硅層；以及 在所述n-型微晶硅層上方形成第二透明導(dǎo)電氧化物層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括以下步驟 在所述襯底的所述第一表面與所述第一透明導(dǎo)電氧化物層之間形成阻擋層； 在所述第一 P-i-n結(jié)上方形成導(dǎo)電率匹配層，其中所述導(dǎo)電率匹配層包括折射率小于所述第二透明導(dǎo)電氧化物層的折射率的材料，并且所述第二透明導(dǎo)電氧化層設(shè)置在所述導(dǎo)電率匹配層上；以及 在所述第一 P-i-n結(jié)和所述導(dǎo)電率匹配層之間形成第二 p-i-n結(jié)，其中形成所述第二p-i-n結(jié)的步驟包括以下步驟 在所述n-型微晶娃層上方形成p摻雜的微晶娃層； 在P-型微晶硅層上方形成本征型微晶硅層；以及 在所述本征型微晶硅層上形成n-型層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用以形成太陽能電池的方法與設(shè)備。在一個實施例中，光伏裝置包括抗反射涂覆層，其設(shè)置在襯底的第一表面上；阻擋層，其設(shè)置在襯底的第二表面上；第一透明導(dǎo)電氧化物層，其設(shè)置在阻擋層上；導(dǎo)電接觸層，其設(shè)置在第一透明導(dǎo)電氧化物層上；第一p-i-n結(jié)，其形成在導(dǎo)電接觸層上；以及第二透明導(dǎo)電氧化物層，其形成在第一p-i-n結(jié)上。
文檔編號H01L21/67GK102714228SQ201080061832
公開日2012年10月3日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月18日
發(fā)明者全成(托米)·顧, 再-發(fā)(杰夫)·蘇, 大衛(wèi)·譚納爾, 海恩-敏·胡·勒, 王大鵬, 盛殊然, 蔡永基 申請人:應(yīng)用材料公司