[發(fā)明專利]高效率非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080041574.3
• 申請(qǐng)日: 2010-09-17
• 公開（公告）號(hào): CN102782882A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: E·瓦拉特-紹瓦因;D·博雷洛;J·拜拉特;J·邁爾;U·克羅爾;S·貝納格利;C·盧西;G·蒙特杜羅;M·馬梅洛;J·赫策爾;Y·德杰里丹;J·施泰因豪澤;J-B·奧爾漢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 歐瑞康太陽能股份公司(特呂巴赫)
• 主分類號(hào): H01L31/18
• 分類號(hào): H01L31/18;H01L31/076
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉春元;盧江

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于硅的薄膜太陽能電池與模塊及其制造。本發(fā)明涉及針對(duì)薄膜、基于硅的太陽能電池或模塊的制造工藝的改善。更具體地，本發(fā)明涉及非晶/微晶堆疊(micromorph)薄膜太陽能電池，更具體地涉及及非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池，及其制造。

背景技術(shù)

光伏器件、光電轉(zhuǎn)換器件或太陽能電池是轉(zhuǎn)換光，特別是將太陽光轉(zhuǎn)換為直流(DC)電能的器件。對(duì)低成本大量生產(chǎn)而言，薄膜太陽能電池令人感興趣，這是因其允許使用玻璃、玻璃陶瓷或其它剛性或柔性基板作為基底材料(基板)，以代替晶硅或多晶硅。該太陽能電池結(jié)構(gòu)，即負(fù)責(zé)或能起光伏效應(yīng)的該層序列沉積在薄層中。這沉積可發(fā)生在大氣或真空條件下。在本領(lǐng)域沉積技術(shù)諸如PVD、CVD、PECVD、APCVD...為人熟知，這些全都用在半導(dǎo)體技術(shù)中。

太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率是對(duì)太陽能電池性能的常見量度，且其由輸出功率密度(＝開路電壓V_oc，填充因子FF及電流密度J_sc的積)與輸入功率密度的比來確定。

薄膜太陽能電池一般包含第一電極、一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體薄膜p-i-n或n-i-p結(jié)，及第二電極，它們順序堆疊在基板上。每個(gè)p-i-n結(jié)或薄膜光電轉(zhuǎn)換單元包含夾在正摻雜或p型層及負(fù)摻雜或n型層之間的本征或i-型層。該本征半導(dǎo)體層占該薄膜p-i-n結(jié)的絕大部分厚度。光電轉(zhuǎn)換主要發(fā)生在該i型層中；因此其亦稱為有源或吸收體層。

根據(jù)該i型層太陽能電池的結(jié)晶性，或光電(轉(zhuǎn)換)器件被表征為非晶(a-Si)或微晶(μc-Si)太陽能電池，而不管相鄰p及n層的結(jié)晶性種類為何。如在本領(lǐng)域中常見的那樣，微晶層被認(rèn)為是在非晶基體中包含至少15％微晶結(jié)晶度的拉曼結(jié)晶性的層。

p-i-n結(jié)中的摻雜層也經(jīng)常稱為窗層。由于該摻雜p/n層所吸收的光會(huì)因有源層而損耗，因此，高度透明的窗層期望獲得高電流密度(J_sc)。而且，窗層有助于在構(gòu)成太陽能電池的半導(dǎo)體結(jié)中建立電場(chǎng)，該電場(chǎng)協(xié)助收集光產(chǎn)生的電荷載流子并獲得高V_oc及FF值。除此的外，前透明導(dǎo)電氧化物(TCO)與窗層之間的接觸應(yīng)為歐姆的，其具有低電阻率，以便得到好FF值。在本領(lǐng)域中，由于微晶硅的窗層的較佳光學(xué)特性(吸收較少)，使得微晶硅的窗層已較非晶窗層更受青睞。

現(xiàn)有技術(shù)的圖9示出基本、簡(jiǎn)單光伏電池40，該光伏電池40包含透明基板41，其例如為玻璃，在其上沉積有一層透明導(dǎo)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，并包含形成p-i-n結(jié)的三“子層”。該層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(fù)摻雜的。在替代實(shí)施例中，如所述的該層序列p-i-n可以反轉(zhuǎn)為n-i-p，那么，層44被識(shí)別為n層，層45再度為本征的，層46為p層。

最后，該電池包含可由氧化鋅、氧化錫或銦錫氧化物(ITO)制成的背后接觸層47(亦稱背接觸)，以及反射層48。替代地，可實(shí)現(xiàn)金屬背接觸，其能結(jié)合背反射體48及背接觸47的物理特性。為說明，箭頭指出入射光。

通常了解，當(dāng)例如太陽輻射的光入射在光伏器件上時(shí)，在i層中產(chǎn)生電子空穴對(duì)。來自所產(chǎn)生的對(duì)的空穴被導(dǎo)向p區(qū)域，而該電子被導(dǎo)向n區(qū)域。一般該接觸直接或間接地接觸p或n區(qū)域。只要光繼續(xù)產(chǎn)生電子空穴對(duì)，電流將流經(jīng)連接這些接觸的外部電路。

I.一般

KAI-M?PECVD反應(yīng)器中的高效率非晶/微晶堆疊串聯(lián)研發(fā)

本專利申請(qǐng)的該一般部分實(shí)質(zhì)上取自2009年9月21日向美國專利商標(biāo)局提出的序號(hào)61/244,224的美國臨時(shí)申請(qǐng)。接下來主要考慮到具有10.6％穩(wěn)定效率的非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池，該10.6％穩(wěn)定效率已經(jīng)在具有大約10％的相對(duì)退化的經(jīng)生成的(as-grown)LPCVD?ZnO正面TCO上達(dá)到。應(yīng)用Oerlikon的內(nèi)部研發(fā)的AR概念，利用厚度僅僅1.3微米的微晶體底部電池已得到具有11.0％效率的穩(wěn)定串聯(lián)電池。實(shí)施先進(jìn)的LPCVD?ZnO正面TCO，已經(jīng)在厚度僅僅0.8微米的底部電池處實(shí)現(xiàn)了10.6％的穩(wěn)定串聯(lián)電池。相較于商業(yè)的SnO₂，當(dāng)施加LPCVD?ZnO時(shí)，在非晶/微晶堆疊串聯(lián)電池器件中實(shí)施中間反射體顯現(xiàn)出降低的光損耗。

可從下文中的節(jié)II至IV進(jìn)一步了解本發(fā)明的某些方面的細(xì)節(jié)。

I.1介紹