[發明專利]硅系薄膜太陽能電池及其制造方法

有效

• 申請號: 200980140938.0
• 申請日: 2009-10-09
• 公開（公告）號: CN102187471A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 吉河訓太;市川滿;山本憲治
• 申請（專利權）人: 株式會社鐘化
• 主分類號: H01L31/04
• 分類號: H01L31/04
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 苗堃;趙曦

技術領域

本發明涉及硅系薄膜太陽能電池及其制造方法，特別地，涉及從光入射側依次具有非晶硅光電轉換單元和晶體硅光電轉換單元的混合硅系薄膜太陽能電池及其制造方法。

背景技術

近年來，為了兼顧太陽能電池的低成本化、高效率化，原材料的使用量少即可的薄膜太陽能電池受到關注，正集中精力進行開發。除了以往的非晶薄膜太陽能電池以外，現在也開發晶體硅薄膜太陽能電池，將它們層疊的稱為混合太陽能電池的層疊型太陽能電池也已實用化。所謂“晶體硅”或“微晶硅”，是晶體硅和非晶硅的混晶系，是因制膜條件的不同結晶分數變化的材料。

薄膜太陽能電池一般具有將p型層(p型半導體層)、i型層(i型半導體層)和n型層(n型半導體層)層疊的光電轉換單元。這樣的pin型或nip型的光電轉換單元，無論其所含的p型層或n型層是非晶或微晶，占其主要部分的i型層為非晶則稱為非晶硅光電轉換單元，i型層為由晶體硅和非晶硅的混晶構成的微晶硅則稱為晶體硅光電轉換單元。

i型層實質上是真性的半導體層，占光電轉換單元的厚度的大部分，光電轉換作用主要在該i型層內發生。因此，該i型層稱為i型光電轉換層或簡稱為光電轉換層。光電轉換層并不限于真性半導體層，可以是在被摻雜的雜質吸收的光的損失不成為問題的范圍內微量地摻雜為p型或n型的層。

作為薄膜太陽能電池的大量生產中的大的課題之一，可以列舉采用CVD法在面內對晶體硅光電轉換單元的晶體i型硅光電轉換層均一地進行高速制膜。即，晶體硅與非晶硅相比，吸收系數小，因此晶體硅光電轉換單元的晶體i型硅光電轉換層必須使其膜厚為非晶硅光電轉換單元的非晶i型硅光電轉換層的10倍左右，在具有晶體硅光電轉換單元的太陽能電池的制造中，晶體i型硅光電轉換層的制膜成為決定速度的環節。

一方面，為了對晶體硅進行高速制膜，在使電極間距離狹窄的狀態下，在高壓力、高氫稀釋、高輸出功率條件下放電(例如，專利文獻1、非專利文獻1和非專利文獻2)，在高速制膜條件下，容易產生微晶硅的晶界，由于其晶粒間界缺陷集中，因此存在太陽能電池的曲線因子、開放電壓容易降低的問題。為了降低晶體i型硅光電轉換層的晶粒間界引起的缺陷的密度，可以使利用氫的稀釋倍率減小。但是，如果使利用氫的稀釋倍率減小，則存在結晶分數降低、不均一化，太陽能電池的短路電流下降的傾向。此外，還存在結晶分數低的晶體硅光電轉換單元容易光劣化的問題。

另一方面，為了增加i型層引起的光吸收，提高太陽能電池的光電轉換效率，優選光電轉換層的膜厚大，如果必要以上地增大i型層的膜厚，用于其制膜的成本和時間增大。從這樣的觀點出發，目前為止，選擇其制造條件以使晶體i型硅光電轉換層的制膜速度和膜質均衡。即，為了將膜質高的晶體i型硅光電轉換層制膜，有必要降低制膜速度，如果使制膜速度優先，則膜質下降，因此有必要以大的膜厚形成晶體i型硅光電轉換層，因此在制膜速度和膜質的折衷關系中，嘗試了調節晶體i型硅光電轉換層的制膜條件和膜厚，使太陽能電池的特性和大量生產性最優化。

另一方面，提出了通過在n型微晶硅層上形成n型非晶硅層，在其上形成晶體硅光電轉換層，使晶體硅光電轉換層中的晶粒間界、缺陷減少，改善光電轉換特性(例如專利文獻2)。專利文獻2中，含有具有結晶化促進作用的P元素的n型非晶硅層作為晶體硅光電轉換層的基底層發揮作用。因此，得到成長初期過程中的晶核產生受到抑制的優質的晶體光電轉換層，光電轉換特性提高。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開平11-330520號公報

專利文獻2：日本特開平10-294482號公報

非專利文獻

非專利文獻1：L.Guo等，Japanese?Journal?of?Applied?Physics，第37卷，p.L1116-L1118(1998年)

非專利文獻2：B.Rech等，Technical?Digest?of?the?International?PVSEC-11，第241～242頁(1999年)

發明內容