用于光伏電池的新本征吸收體層制造技術

為了通過PECVD沉積，在基礎結構上，于太陽能電池的p-i-n配置內制造出非晶氫化硅的本征吸收體層，因此改進生產量同時維持吸收體層的質量，已提出了特定的加工狀況，其中在用來沉積所提出的吸收體層的反應器中，建立1毫巴至1.8毫巴間的壓力及硅烷流與氫流，其中硅烷對氫的稀釋為1：4高至1：10，及以每1.4平方米待涂覆的基礎結構表面在600瓦至1200瓦間的產生器功率產生RF等離子體。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種新穎的本征吸收體層(i-層)，其在高達6. 6埃/秒的提高的沉積速率下沉積；以及包含所述i_層的光伏電池及模塊。本專利技術進一步涉及布置在太陽能電池的P-i-n配置的P與i層間的緩沖層。那些本征吸收體層可使用作為用于單、雙及三結非晶硅太陽能電池/模塊的吸收體及作為用于非晶/微晶堆疊(miCTomorph)太陽能電池/模塊(=非晶與微晶電池的堆疊組合)的頂部電池。
技術介紹
現有技術圖3示出一基本、簡單的光伏電池40，其包含透明基板41，例如為玻璃，在其上沉積有一層透明導電氧化物(TCO) 42。該層亦稱為正面接觸，并且作為用于光伏元件的第一電極。基板41與正面接觸42的組合也被稱作蓋板(superstrate)。下一層43作為有·源光伏層，并展示形成P-i-n結的三“子層”。所述層43包含氫化微晶硅，納米晶體硅或非晶硅或其組合。子層44 (鄰近TCO正面接觸42)是正摻雜的，該鄰近子層45是本征的，及該最后子層46是負摻雜的。在替代實施例中，如所述的該層序列p-i-n可以反轉為n-i-p，那么，層44被識別為η層，層45再度為本征的，層46為ρ層。最后，該電池包括后面接觸層47 (也稱為背向接觸)，其可由氧化鋅、氧化錫或ITO制成；及反射層48。可替代地，可實現金屬背向接觸，其可結合背反射器48與背向接觸47的物理性質。為了闡明的目的，箭頭指示出入射光。太陽能電池(也稱為光伏電池)是將電磁能量(諸如光或太陽輻射)直接轉換成電力的半導體裝置。用于這樣的電池的光吸收層的半導體以如下表征在其價電子帶與其導電子帶間的能量帶隙(禁帶中央材料)。自由電子通常無法存在或保持在這些帶隙中。當光由所述半導體材料吸收時，在低能量狀態(價帶)下的電子可被激發并且跳過該帶隙至在導帶中的未被占據的較高能量狀態。被激發至較高能量狀態的電子遺留下未被占據的低能量位置(其稱為空穴)。這些空穴可在半導體基質中逐原子轉移，并且因此作為在價帶中的電荷載流子(如在導帶中的自由電子般)，且因此有助于電導率。在半導體中被吸收的大部分光子產生這樣的電子空穴對。這些電子空穴對產生光電流，并且在內建場存在下，產生太陽能電池的光電壓。由光所產生的電子空穴對最終將復合并且轉換成熱或光子，除非防止如此進行。為了防止復合，通過摻雜或界面連接不同材料來產生空間電荷層從而在半導體中產生局部電場。該空間電荷層分隔開空穴及電子以用作電荷載流子。一旦被分隔開，這些收集的空穴及電子電荷載流子產生空間電荷，其在該結兩端產生電壓(其為光電壓)。如果讓這些分隔開的空穴及電荷載流子流過外部負載時，它們將構成光電流。技術上，此通過建立與a. m.p-i-n結構的i_層相鄰的薄ρ-及η-摻雜的半導體層實現。該i_層或本征層展示對光的吸收體行為及a.m.電子空穴對的產生。實踐上，該半導體必需設計成具有小的帶隙，以便甚至來自較低能量輻射的光子可激發電子跳過該帶隙；但是，在如此進行時，存在至少二種必需妥協的負效應。首先，小的帶隙導致低光電壓裝置，因此低功率輸出發生。其次，來自較高的能量輻射的光子將產生許多具有許多過量的能量的熱載流子，該過量的能量在這些熱載流子直接熱化到達導帶邊緣后作為熱被損失。另一方面，如果該半導體設計成具有較大的帶隙以增加光電壓并減少由熱載流子的熱化所造成的能量損失時，則來自較低能量輻射的光子將不被吸收。因此，在設計常規的單結太陽能電池時，需要平衡這些考慮并嘗試設計出具有最理想的帶隙的半導體，實現在該平衡中，必須有來自大及小能量光子二者的顯著能量損失。諸如具有帶隙I. I電子伏特的硅的材料相對不貴并且視為用于常規的單結太陽能電池的好的太陽能量轉換半導體。太陽能電池的轉換效率由電池電流、電壓及填充因子(fill factor)確定。電池吸收光的能力或本征吸收體層的吸收系數確定可實現的最大密度電流。選擇可吸收盡可能多的入射光的吸收體材料非常重要。僅有具有能量高于吸收體層的帶隙的光子可被吸收。從電池引出電荷載流子的能量確定電池的電壓。填充因子為質量因子，其也指示出在太陽 能電池中復合的載流子的分數。填充因子愈高，吸收體層的質量愈高。如果在吸收體層中有較少缺陷時，將有較少復合中心，因此將有較少由于復合導致的損失。在晶體硅中，具有配位數4的硅原子的四面體結構在大范圍上繼續。在非晶硅中，原子形成連續的隨機網狀物；因此，無長范圍次序存在。此材料具有無序性質；并非全部原子都具有配位數4。其顯露出，某些缺陷(稱為懸空鍵)作為復合中心并產生自Si-H的弱或斷鍵。這些懸空鍵是異常電行為的原由。為了克服無序，該材料可通過氫鈍化。氫化的非晶娃(a-Si H)具有低量的此缺陷,但是不幸的是(a-Si H)與Staebler-Wronsky效應或光致退化(LID)相關聯。已經示出以氫稀釋已知的前驅物氣體娃燒對a-Si :H層的質量具有有益的效應。其改善結構的次序，此再次對以a-Si :H為基礎的光電子材料的穩定性有益。對通過PECVD沉積的層來說，已經示出氫稀釋降低全部已知的沉積技術(諸如RF、DC、VHF)的生長速率。對具有好的穩定性的膜，已經實現4埃/秒的生長速率。但是，在2埃/秒的可比較的較低生長速率下已經沉積出具有最好的穩定性的膜。技術現狀的沉積工藝產生以工藝氣體稀釋比率為I (硅烷氫=1 1)沉積的本征層。好的效率結果已以3.6埃/秒的沉積速率實現。可通過增加在沉積期間的RF功率實現甚至較高的沉積速率，但是層的質量及均勻性降低。基于薄膜a-Si :H的太陽能電池的共同優點為它們可以低成本制造，但是沉積速率為較低。因此，具有高質量本征吸收體層(具有少數缺陷)及合適的帶隙為一項挑戰。為了降低太陽能電池的成本，沉積系統的高生產量為關鍵因子，因為吸收體層占據任何P-i-n太陽能電池結構的主要部分。因此，吸收體層的沉積速率非常重要。對薄膜太陽能電池來說，重要的是實現高生產量及盡可能多的高質量材料二者。其幫助降低生產成本及提供相對高的效率。已知的技術面臨生產量及穩定性的問題。裝置穩定性可通過增加在i_層中的氫稀釋改善，但隨后，生產量降低。如果將焦點放在生產量上時，i-層在大表面(I. 4平方米或更大)上的均勻性受影響，因為當功率增加用以獲得高速率時，此最后參數惡化。本專利技術的一個目標為改進所提出的吸收體層的生產量且同時維持其質量。通常來說，此通過以如下的方式將壓力、功率及氣流結合至新的加工狀況而解決使得能克服在增加的沉積速率下的均勻性及穩定性問題。此通過在太陽能電池的p-i-n配置中制造非晶氫化硅的本征吸收體層的方法來實現，其通過在反應器中在用于所述層的基礎結構上PECVD沉積所述層而進行，所述沉積包括 在所述反應器中建立I毫巴至I. 8毫巴間的壓力；建立硅烷流與氫流，其中硅烷對氫的稀釋為I :4高至I :10 ; 以每I. 4平方米待涂覆的基礎結構表面在600瓦至1200瓦間的產生器功率產生RF等離子體。在根據本專利技術的方法的一個實施例中，所提出的沉積是在200°C的溫度處執行的。 在根據本專利技術的方法的一個實施例中，在生長速率4. 4埃/秒至6. 6埃/秒下執行沉積。在根據本專利技術的方法的一個實施例中，有建立以下之一 壓力1毫巴；及硅烷流每I. 4平方米基礎結本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2009.11.18 US 61/262,179;2009.12.04 US 61/266,7391.一種在太陽能電池的p-i-n配置中制造非晶氫化硅的本征吸收體層的方法，其通過在反應器中在用于所述層的基礎結構上PECVD沉積所述層來進行，所述沉積包括 -在所述反應器中建立I毫巴至I. 8毫巴間的壓力； -建立硅烷流與氫流，其中硅烷對氫的稀釋為I :4高至I :10 ; -以每I. 4平方米待涂覆的基礎結構表面在600瓦至1200瓦間的產生器功率產生RF等離子體。2.如權利要求I的方法，包括在200°C的溫度處執行所述沉積。3.如權利要求I或2中的一項的方法，所述沉積是在生長速率4.4埃/秒至6. 6埃/秒下執行的。4.如權利要求1-3中的一項的方法，包括建立以下之一 -所述壓力1毫巴；及 -所述硅烷流每I. 4平方米的基礎結構表面450 sccm ； -所述氫流每I. 4平方米的基礎結構表面2000 sccm ； -所述功率每I. 4平方米的基礎結構表面600瓦； 或及優選為 -所述壓力1· 8暈巴；及 -所述硅烷流每I. 4平方米的基礎結構表面450 sccm ； -所述氫流每I. 4平方米的基礎結構表面2000 sccm ； -所述功率 每I. 4平方米的基礎結構表面1200瓦。5.如權利要求1-4中的一項的方法，其中有效的是 -所述基礎結構的表面為所述P-i-n電池的P層的表面，及在所述P層的所述表面與所述吸收體層間提供緩沖層； 或 -所述基礎結構的表面為所述P-i-n電池的η層的表面，及在所述吸收體層與待沉積在所述吸收體層上的隨后層間提供緩沖層； 通過利用下列不同的設定以與所述吸收體層的沉積相同的沉積工藝執行非晶氫化硅的所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：SN巴克赫阿南加，S貝納格利，
申請(專利權)人：歐瑞康太陽能股份公司特呂巴赫，
類型：
國別省市：