[发明专利]涂覆基材的方法

说明书

技术领域

本发明关于薄膜涂层领域。特定言之，本发明关于在基材上涂覆氧化锌膜，其特别用于制造太阳能电池及/或太阳能面板的目的。

背景技术

光伏打装置(photovoltaic devices)或太阳能电池为能将光(特别是日光)转换成直流(DC)电能的装置。针对低成本、大规模的生产而言，薄膜太阳能电池的益处在于其可使用玻璃、玻璃陶瓷、或其它刚性或可挠性基材来取代硅晶或多晶硅，以作为基础材料或基材。至今，已有多种可自市面上购得的太阳能电池技术。在低温下且大规模地处理此种电池的可行性乃为此种技术的主要优点。

太阳能电池的结构(即，层序列(layer sequence))为掌控或促成光伏打效应的要素。这些层可各别借由已知的真空沉积技术(例如物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子辅助化学气相沉积(PECVD)、常压化学气相沉积(APCVD)，上述技术皆可用于半导体技术中)来涂覆或沉积成薄层。

传统的薄膜太阳能电池通常包含一沉积在基材上的透明电极层(亦称为前电极(front electrode))。在此第一电极层的顶端上通常沉积有一由薄的非晶质硅膜及/或薄的微晶硅膜所形成的光电转换半导体层(photoelectric conversion semiconductor layer)，以及一背电极层(back electrode layer)。该背电极可再包含一透明导电层、一反射体层、及一导电并反射的金属层或与其技术相当者。

详言之，图1(已知技术)所示为一基本、简单的光伏打电池10，包含一透明基材12，其上沉积有一透明导电氧化物(transparent conductive oxide，TCO)14。此层也称为前触点(front contact)且作为该光伏打组件的第一电极。基材12与前触点14的结合也称为覆层(superstrate)。其下的层16作为活性光伏打层(active photovoltaic layer)并呈现出三层形成p-i-n结(junction)的“次层”。该层16包含氢化的微晶硅、纳米晶硅、非晶质硅或前述的组合。次层18(邻接TCO前触点14)为正电性掺杂(positively doped)，邻接的次层20为本征的(intrinsic)，而最后的次层22为负电性掺杂(negatively doped)。在另一实施方式中，如上所述的层序列p-i-n可反转成n-i-p。此时，层16即为负电性掺杂层(n层)，层20一样为本征的，而层22则为正电性掺杂层(p层)。

最后，该电池含有一后触点(rear contact)层24(也称为背触点)。此外，再提供一反射层26。或者，可具有一金属背触点(metallic back contact)，其可结合背反射体26与背触点24的物理特性。为达例示的目的，箭头代表照射光。

一般所知，当光(例如太阳辐射)照射在光电装置(如太阳能电池)上时，会在i层中生成电子空穴对(electron-hole pairs)。所生成对中的空穴会朝p区域移动，而电子会朝n区域移动。触点通常直接或间接地接触p区域及n区域。只要光持续产生电子空穴对，电流就会流过与这些触点所连接的外部电路。

透明导电(transparent conducting，TC)层(如前述用作层14及/或层24者)为结合可见光范围的光学穿透性及导电性的薄膜材料，其适合用在光电应用。

已有多种应用使用到透明导电层，例如平面显示器的除霜窗或透明电极及太阳能电池。在这些应用中，通常会要求将其透明导电层的电导度(conductance)及穿透率(transmittance)最大化。

有多种工艺可制造透明导电层。其中最常用的技术有：溅镀(PVD)、化学气相沉积(CVD)、脉冲激光沉积、喷雾热解及蘸湿(wet dip)沉积。这些工艺采用不同材料来作为基材，例如玻璃、塑料薄片等。这些材料可为可挠性或刚性。

为提升光伏打装置的电转换效能，应尽量使活性硅层中吸收尽可能多的照射光。

透明导电材料的特性或与高穿透率结合的高导电率通常难以同时实现，原因在于在可见光范围内的光学透明度通常需要能带间隙(band gap)大于3.3电子伏特的材料，然而，此种大能带间隙的材料使载体掺杂难以实现，因此难以达到高导电率。

除此基本限制外，通常，制作过程会在层中诱发缺陷，这也限制透明度及导电率。此缺陷为例如孔隙、晶界(grain boundary)及杂质污染。