[发明专利]微晶光电元件、其制造方法、及使用其的建筑材料和发电装置

说明书

本发明涉及微晶系列光电元件，该光电元件具有高光电转换效率，能够使其制造例如高性太阳能电池、高性能光敏器件等高性能半导体器件，特别是所说太阳能电池甚至在长时间连续用于户外时也能稳定地呈现太阳能电池特性不退化。本发明还涉及制造所说光电元件的方法。本发明还涉及使用所说光电元件的建筑材料，和使用所说光电元件的太阳光发电装置。

各种光电元件不仅已用作电设备的独立电源，而且还已用作日常电源系统的替代能源。然而，就用作日常电源系统的替代能源的光电元件而言，在产生单位数量的电力所花的成本方面，它们仍不能令人满意。关于这一点，为了开发出先进的光电元件，人们进行了各种研究。例如，特别关于在光电转换中担当重要角色的材料，已进行了结晶型光电元件、薄膜型光电元件等的技术研究和开发。结晶型光电元件是指具有包括单晶硅半导体材料或多晶硅半导体材料的光电转换部件的光电元件。薄膜型光电是指具有包括例如非晶硅半导体材料和非晶硅-锗半导体材料等含非晶硅半导体材料、例如微晶硅半导体材料和微晶硅-锗半导体材料等含微晶硅的半导体材料、非晶或微晶碳化硅半导体材料、或化合物半导体材料的光电转换部件的光电元件。关于这种含微晶硅的半导体材料，尽管已进行了各种研究，但与结晶或非晶半导体材料的情况一样，到实际应用的转化仍没有进展。

近来，已注意到J.Meier等人的报道，该报道中记载了一种用微晶硅(μc-Si)半导体材料的光电元件具有良好的光电转换效率，并且没有光诱发的退化[见J.Meier等人，Mat.Res.Soc.Symp.Proc，第420卷，第3-14页，1996(此后称为文献1)]。文献1中，介绍了利用高频等离子CVD工艺制备所说光电元件(太阳能电池)，其中在由用大量氢气(H₂)稀释的硅烷气构成的气氛中，通过供应频率为70MHz的VHF(甚高频)功率，产生辉光放电，并且光电元件构成为具有p-i-n结，其中i型半导体层包括μc-Si半导体材料。文献1介绍了所说光电元件具有7.7％的光电转换效率，并且没有观察到光诱发的退化。文献1还介绍了发现通过叠置一种μc-Si半导体材料和另一种μc-Si半导体材料制备的层叠型光电元件(太阳能电池)，具有13.1％的初始光电转换效率，和12.4％的相对光诱发退化。

除此之外，在K.Yamamoto等人在Jpn.J.Appl.Phys.第33卷(1994)第L1751-L1754页，第2部分，第12B，1994年12月15日(此后称之为文献2)中，介绍了一种光电元件(太阳能电池)，该元件具有通过对重掺杂硼的a-Si(非晶硅)p型层进行准分子激光退火形成的多晶层，和通过在所说多晶层上等离子CVD形成的柱形μc-Si结构。

然而，文献1和2所公开的光电元件具有下述缺点。

具体说，参考文献1的介绍，可以看出，没有观察到这里所公开的微晶光电元件的光诱生退化。然而，对于该没有观察到光诱生退化的光电元件，可以看出，μc-Si有源层厚3.6微米，相当厚，光电元件的短路电流为25.4mA/cm²，其光电转换效很低，为7.7％，不能令人满意。并且，还可以看出，在形成具有这种3.6微米大厚度的μc-Si有源层时，由于淀积速度为1.2埃/秒，很慢，所以完成其形成过程要花约8小时。此外，对于文献1中所公开的层叠型微晶光电元件来说，尽管初始光电转换效率为令人满意的13.1％，但重复使用后，光电元件不可避免地会遭受光退化，最终将导致初始光电转换效率下降。另外，显然制备这种层叠型微晶光电元件要花很长时间。

参考文献2的介绍，可以看出，光电元件的μc-Si有源层厚2微米，光电元件的短路电流为14.3mA/cm²，其光电转换效率为2.5％，极小。

报道文献2的四个人联合起来开发出了公开于文献2中的技术，并报道了利用等离子CVD形成的薄膜多晶光电元件(太阳能电池)，其中有源层厚3.5微米，短路电流26.12mA/cm²，光电转换效率为9.8％(见，Kenji Yamamoto等人，第十四届欧洲光电太阳能会议，Barcelona，Spain，1997年6月30日至7月4日，第1018-1021页)。然而，所报道的该光电元件尤其在光电转换效率和生产性方面仍不够好。

本发明的目的是消除现有技术的上述缺点，提供一种改进的微晶系列光电元件，该元件能够产生大量电流，具有高光电转换效率，还提供一种有效生产所说光电元件的方法。