[发明专利]制造基于硅的薄膜太阳能电池的方法

说明书

技术领域

本发明涉及改善用于基于硅的薄膜太阳能电池或模块的制造工艺。更具体地，该发明涉及用于在薄膜硅太阳能电池及用于这样的薄膜硅太阳能电池的层结构中的所谓窗层的制造工艺。本发明更特别地涉及对在太阳能电池结构中的电极层的表面处理，该电极层包含透明导电氧化物(TCO)。

背景技术

光伏器件、光电转换器件或太阳能电池是转换光，特别是将太阳光转换为直流(DC)电能的器件。对低成本大量生产而言，薄膜太阳能电池令人感兴趣，这是因其允许使用玻璃、玻璃陶瓷或其它刚性或柔性基板作为基底材料(基板)，以代替晶硅或多晶硅。该太阳能电池结构，即负责或能起光伏效应的该层序列沉积在薄层中。这沉积可发生在大气或真空条件下。在本领域沉积技术诸如PVD、CVD、PECVD、APCVD...为人熟知，这些全都用在半导体技术中。

太阳能电池的转换效率是对太阳能电池性能的常见量度，且其由输出功率密度(＝开路电压V_oc，填充因子FF及电流密度J_sc的积)与1000W/m²的输入功率密度的比来确定。

薄膜太阳能电池一般包含第一电极、一个或多个半导体薄膜p-i-n或n-i-p结，及第二电极，它们顺序堆叠在基板上。每个p-i-n结或薄膜光电转换单元包含夹在正掺杂或p型层及负掺杂或n型层之间的本征或i-型层。该本征半导体层占该薄膜p-i-n结的绝大部分厚度。光电转换主要发生在该i型层中；因此其亦称为有源或吸收体层。

根据该i型层太阳能电池的结晶性，或光电(转换)器件被表征为非晶(a-Si)或微晶(μc-Si)太阳能电池，而不管相邻p及n层的结晶性种类为何。微晶层被认为是在非晶基体中包含至少15％微晶结晶度的拉曼结晶性的层。

p-i-n结中的掺杂层也经常称为窗层。由于该掺杂p/n层所吸收的光会因有源层而损耗，因此，高度透明的窗层期望获得高电流密度(J_sc)。而且，窗层有助于在构成太阳能电池的半导体结中建立电场，该电场协助收集光产生的电荷载流子并获得高V_oc及FF值。除此的外，前透明导电氧化物(TCO)与窗层之间的接触应为欧姆的，其具有低电阻率，以便得到好FF值。

现有技术的图1示出基本、简单光伏电池40，该光伏电池40包含透明基板41，其例如为玻璃，在其上沉积有一层透明导电氧化物(TCO)42。该层亦称为前接触，并且作为用于光伏组件的第一电极。下一层43作为有源光伏层，并包含形成p-i-n结的三“子层”。该层43包含氢化微晶(亦称纳米晶体)硅或非晶硅或其组合。子层44(邻近TCO前接触42)是正掺杂的，该邻近子层45是本征的，及该最后子层46是负掺杂的。在替代实施例中，如所述的该层序列p-i-n可以反转为n-i-p，那么，层44被识别为n层，层45再度为本征的，层46为p层。最后，该电池包含可由氧化锌、氧化锡或铟锡氧化物(ITO)制成的背后接触层47(亦称背接触)，以及反射层48。替代地，可实现金属背接触，其能结合背反射体48及背接触47的物理特性。为说明，箭头指出照射光。

通常了解，当例如太阳辐射的光照射在光伏器件上时，在i层中产生电子空穴对。来自所产生的对的空穴被导向p区域，而该电子被导向n区域。一般该接触直接或间接地接触p或n区域。只要光继续产生电子空穴对，电流将流经连接这些接触的外部电路。

现有技术的缺点

该窗(p/n型)层一般是由非晶或微晶硅(也叫纳米晶体)或其任何混合物及其与氧、碳、锗等的合金制成。因p/n型层是有很大缺陷的(混乱的)，该光产生的电子空穴以高概率复合；因此其无助于器件的光电流，而会造成吸收损耗。因此，该掺杂层的厚度应最小化，以减少这些光学的损耗。然而，当该掺杂层厚度过度减少时，填充因子的值及该开路电压大幅降低。

发明内容

根据所提议的该发明，在用于薄膜硅层堆叠的窗层成长前，应当执行短暂的表面处理，这分别造成非常薄，连续或不连续成核层或TCO表面制备。其示出此种处理改善了稍后的电池的电特性。因此，本发明是有关制造基于硅的薄膜太阳能电池的方法，该太阳能电池包括：

●基板；

●该基板上的第一电极层，其包含透明导电氧化物；

●该第一电极层上的堆叠层，其包含正掺杂半导体层、本征半导体层及负掺杂半导体层以及第二电极层；

由此该方法包含以下步骤：

●提供该基板；