[發(fā)明專利]多結(jié)光電器件及其生產(chǎn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980145912.5
• 申請日: 2009-11-18
• 公開（公告）號: CN102217080A
• 公開（公告）日: 2011-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: D·多敏;P·庫奧尼;J·白萊特
• 申請（專利權(quán)）人: 紐沙泰爾大學(xué)
• 主分類號: H01L31/0236
• 分類號: H01L31/0236;H01L31/078
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

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)換為電信號的任何結(jié)構(gòu)，諸如光檢測器。

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光(直到大約750nm)，該底部電池吸收直到紅外的光(直到大約1100nm)。這樣的電池稱為“非微晶疊層(micromorph)”電池。在本說明書中，“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(J_sc))和電學(xué)性能(開路電壓(V_oc)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(J_sc))。結(jié)果，最佳形態(tài)是太陽能電池的電學(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，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，這通過與在單電池中相同的表現(xiàn)(即，占空因子FF和開路電壓V_OC的下降)在串聯(lián)電池中顯現(xiàn)。

為了減輕該問題，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，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)明的問題是產(chǎn)生適于底部電池的生長的形態(tài)。此外，US?2002/0011263基本上公開了使用n-i-p結(jié)構(gòu)，而本發(fā)明限于使用p-i-n。即使US?2002/0011263在它的實施例5中公開了這樣的太陽能電池，該太陽能電池包括兩個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。