[发明专利]多结光电器件及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电器件的领域。更具体地，本发明涉及由n-i-p或n-p配置的基本电池构成的光电器件，所述n-i-p或n-p配置的基本电池相互堆叠，并且吸收不同波长范围上的光。这样的器件称为多结电池。本发明还涉及用于生产该光电器件的方法。

本发明的特别有利应用是用于旨在生成电能的光伏电池的生产，但是本发明还更一般地应用于其中将光辐射转换为电信号的任何结构，诸如光检测器。

背景技术

传统上，硅薄膜双结或串联电池由非晶硅制成的顶部电池和微晶硅制成的底部电池构成，该顶部电池吸收可见光(直到大约750nm)，该底部电池吸收直到红外的光(直到大约1100nm)。这样的串联电池称为“非微晶叠层(micromorph)”电池。在本说明书中，“顶部”表示接近入射光的一侧，而“底部”表示远离入射光的一侧。

为了增加电流，在单结电池中和在多结电池中，背接触部是粗糙的，以便散射器件中的光。各层是一层沉积在另一层上，然后基底粗糙度传播通过各层的界面。通常，薄层(0-500nm)保持基底的原始表面粗糙度，而厚层(＞1μm)使原始粗糙度变平。粗糙表面由连续的凸起和凹坑构成，而凸起和凹坑由倾斜度更大或更小的基本表面形成，该基本表面可以包括尖锐边缘(在凸起的顶部或在凹坑的底部)。基底的表面的形态在光学性能(短路电流密度(J_sc))和电学性能(开路电压(V_oc)和占空因子(FF))，即太阳能电池的效率中起到最重要的作用。

关于微晶电池，如果电池沉积在没有或者很少高度倾斜的基本表面的基底上，则这样的电池具有更好的电学特性(更好的占空因子(FF)和更好的开路电压(Voc))。然而，界面的高度倾斜的基本表面促进电池中光的散射。因此，改进电池的光学特性(短路电流(J_sc))。最佳折中方案是具有大特征尺寸(H.Sai和M.Kondo，Journal of Applied Physics，105，094511，2009)的基底的软形态(圆形谷见M.Python等人，Journal of Non-Crystalline Solids，354，19-25，2008)。

关于非晶电池，非晶电池的电学特性稍稍(如果有的话)遭受尖锐的基底形态的影响。然而，当非晶电池暴露给光时，其遭受效率的衰退。限制衰退的手段是减小电池的厚度。为了减小电池的厚度并且保持好的效率，具有高度倾斜的基本表面和减小的特征尺寸的基底(见T.Soderstrom等人，Journal of Applied Physics，103，114509，2008)用于增加电池中的光散射。

在串联或多结电池中，问题在于增加使用粗糙表面的两个电池中的电流密度或光的吸收，所述粗糙表面散射吸收体中的光。然而，如上所述，用于“顶部”和“底部”电池的最佳形态是不同的。具体地，“顶部”电池要求尖锐形态，这意味着具有高度倾斜的基本表面，以便增加它的电流密度，减小它的厚度，从而限制它的衰退。然而，在这种类型的形态的情况下，“底部”微晶电池遭受不合适的形态的影响，这通过与单电池中相同的表现(即占空因子FF和开路电压V_OC的下降)在串联电池中显现。

为了减轻该问题，已经提出了在“顶部”电池和“底部”电池之间放置薄中间镜(厚度为50-150nm)，使得“顶部”电池电流能够增加。中间镜是放置在两个基本电池之间的具有的折射率(n)比基本电池的折射率更小的层。对于“非微晶叠层”电池，这种具有的折射率(n)典型地为1.3至2.5的中间镜插入在“顶部”电池和“底部”电池之间。这使得可以增加“顶部”电池的电流密度，而不必增加它的厚度，从而最小化在照明下“顶部”电池的光致衰退的影响。

然而，因为表面形态大大地受到前一层的沉积的影响，所以这种镜复制了“底部”电池的形态，并且使得不能创建两个不同形态，即一个适于“顶部”电池，而另一个适于“底部”电池。

专利US 6 825 408描述了在“顶部”电池和“底部”电池之间使用具有不同高度(Ry或Rmax)的不规则表面的中间层，在“底部”侧的表面具有比在“顶部”侧的表面更大的平均高度差。

然而，这些高度标准使得不能获得用于两个电池任一的最佳表面形态。具体地，这诚然允许进入器件的光的百分比增加，但是效率的增加仍然不足。