[發明專利]具有提高的抗光致衰退性的硅基太陽能電池

無效

• 申請號: 201380024285.6
• 申請日: 2013-05-10
• 公開（公告）號: CN104272473A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 沙維爾·馬爾頓;丹尼爾·博雷洛;斯特凡諾·貝納利;約翰內斯·邁耶;烏爾里希·克羅爾;瑪麗安娜·費喬魯-莫拉留
• 申請（專利權）人: TEL太陽能公司
• 主分類號: H01L31/076
• 分類號: H01L31/076;H01L31/0376;H01L31/0224
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 蔡勝有;顧晉偉

相關申請的交叉引用

本申請要求2012年5月10日提交的美國臨時專利申請第61/645121號的優先權，通過引入將其公開內容并入本文。

技術領域

本發明涉及改進的太陽能電池，更具體地，涉及由于設置在太陽能電池結構內的一個或更多個位置處的薄的寬光學帶隙界面膜而具有增強的抗光致衰退性的改進的太陽能電池。

背景技術

為了制造高效率硅基薄膜太陽能電池，非常需要高開路電壓(Voc)、高電流量和長期穩定性。在這些太陽能電池中，一個或更多個p-i-n(或者，可替代地，n-i-p)結構形成使來自入射光源的光子轉換為電動勢的基礎。然而，長期穩定性受持續暴露于該入射光源影響。該暴露的一個結果是太陽能電池的光致衰退。衰退可以通過例如減小的填充因子(fill?factor)來度量，上述填充因子為最大可獲得功率與開路電壓和短路電流乘積的比。

已經嘗試通過特別地在裝置制造期間插入用于使p-i-n結構的摻雜層和未摻雜層之間的摻雜劑擴散最小化的阻擋層來減小太陽能電池的光致衰退。美國專利第8,252,624號在p摻雜硅層與本征硅層之間制造了含非晶硅碳的阻擋層(a-SiC:H)。具體地，具有Si-C鍵的材料被描述為捕獲硼原子以防止污染相鄰本征硅層。然而盡管a-SiC:H緩沖體性能良好，但是這些層經受光致衰退(Staebler-Wronski效應,SWE)。這是由于被結合的碳所引起的增強的亞穩缺陷。a-SiC:H層的衰退性/穩定性水平與碳的濃度直接相關。

已經提出了維持長期穩定性的同時提高V_OC的其他替代方案。美國專利公開第2011/0308583號描述了在非晶p摻雜硅層與本征硅層之間形成含納米晶硅的層。該層可以通過沉積納米晶層或者通過將非晶p摻雜硅層的一部分轉變成納米晶材料來形成。盡管所公開的申請描述了各層對V_OC的影響，但是其沒有解決長期穩定性/光致衰退的問題。

在R.Platz的論文中，利用阻擋層增強Voc的機理“為寬帶隙緩沖層與本征層(i層)之間的導帶邊緣處的帶偏(band–offset)防止了電子擴散返回至p層并進行復合，而是使電子漂移至n層。”Platz的論文建議使用在高氫稀釋條件下在p摻雜層與本征層之間沉積的薄非晶硅層(a-Si:H)來提高最終裝置的V_OC。然而，氫化非晶硅也經受光致衰退(SWE)而且所建議的非晶硅層將不會增加在整個太陽能電池壽命期間的性能。

因而在本領域中需要抗光致衰退的改進的材料，從而確保提高的太陽能電池性能。

發明內容

本發明提供了一種具有更高抗光致衰退性的太陽能裝置，確保了提高的性能水平。本發明提供了一種通過含氫等離子處理而具有提高的抗光致衰退性的新型寬光學帶隙界面膜。

在一個實施方案中，描述了一種制造具有提高的抗光致衰退性的太陽能電池的方法。在透明基板和電極之上沉積一個或更多個p摻雜半導體層。所述p摻雜層由至少一個包含如下物質的子層組成：p摻雜非晶硅、p摻雜非晶硅碳、p摻雜非晶硅氧、p摻雜微晶硅、p摻雜微晶氫化硅、p摻雜微晶硅碳或p摻雜微晶硅氧。

在所述p摻雜層之上，形成寬光學帶隙界面膜。該寬光學帶隙層實質上由本征氫化非晶硅膜組成。用氫等離子體處理該膜，產生抗光致衰退膜。

在寬光學帶隙界面膜之上沉積含硅的本征半導體層。在本征半導體層之上沉積一個或更多個n摻雜半導體層。所述n摻雜層由至少一個包含如下物質的子層組成：n摻雜非晶硅、n摻雜非晶硅碳、n摻雜非晶硅氧、n摻雜微晶硅、n摻雜微晶氫化硅、n摻雜微晶硅碳或n摻雜微晶硅氧。

在所述n摻雜層之上形成至少又一電極層。

本發明發現在具有多個p-i-n結構的串聯或多結太陽能電池中的其他應用，上述太陽能電池中的一些太陽能電池基于非晶半導體而其他太陽能電池基于微晶半導體。

附圖說明

圖1示意性示出根據本發明的一個實施方案的非晶硅基太陽能電池的橫截面圖。

圖2示意性示出根據本發明的另一實施方案的具有多個p-i-n結構的串聯太陽能電池的橫截面圖。

圖3為非晶硅、經氫處理的非晶硅以及非晶硅碳混合物的光學帶隙的圖。

圖4示出經氫處理的寬光學帶隙材料和未經處理的寬光學帶隙材料的吸收系數-帶隙能量。

具體實施方式

定義

本發明意義上的“處理”包括作用于基板上的任意化學作用、物理作用或機械作用。