專利名稱：減少氫化硅薄膜光伏器件內(nèi)反射的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能光伏器件領(lǐng)域，特別涉及到薄膜太陽能光伏器件。
技術(shù)背景最近幾年，光伏電池和大面積光伏模塊的發(fā)展引起了世人的廣泛關(guān)注。尤其是氫化非晶 硅和納米晶硅，它們隨著光伏器件在商業(yè)和住宅設(shè)施中的廣泛應(yīng)用，顯示出巨大的潛力。在 26(TC以下這樣較低的溫度下生產(chǎn)薄膜硅光伏器件一個(gè)顯著特點(diǎn)是，大面積沉積的與硅相關(guān)的 半導(dǎo)體膜層和電接觸膜層具有優(yōu)良性能。同時(shí)，使用良好成熟的鍍膜設(shè)備和程序，可以工業(yè) 化地制成低成本的模板。施加在同一基板上的不同薄膜的激光劃線成型工藝(laser patterning) 允許多個(gè)太陽能電池元件在薄膜沉積過程中直接形成集成式的大面積光伏模塊。太陽能電池是多膜層的器件，其中每層對于整個(gè)結(jié)構(gòu)來說都有特定的功能。根據(jù)己知的 使用氫化非晶硅和納米晶硅及其合金的太陽能電池的結(jié)構(gòu)分析，內(nèi)部電場是在含有由非晶硅 和/或納米晶硅及其合金制成的p型，本征i型和n型膜層(p-i-n)的結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的。而這些膜 層的材料是非晶硅和/或基于納米晶硅的材料，包括像非晶鍺硅(a-SiGe)這樣的硅合金。因此， 一個(gè)典型的薄膜硅太陽能電池包含一個(gè)摻雜型的外層，用來生成p型(正極和空穴)和n型(負(fù)極和電子)的特征，和一個(gè)中間層，該中間層由本征或非摻雜型的i型材料制成，通常 被稱為i層。包含p型，i型和n型膜層的薄膜硅太陽能電池及相關(guān)大面積光伏模塊被稱為p-i-n 型光伏電池。它們通常是在低溫條件下通過等離子體化學(xué)氣相沉積法制成的。摻雜型p層和 n層在吸收層或者說i層中產(chǎn)生一個(gè)電場，把入射光轉(zhuǎn)化成電能。將基于硅的p-i-n型半導(dǎo)體膜層夾入導(dǎo)電薄膜電極之間，就制成了 一個(gè)能夠運(yùn)作的太陽能 電池。通常的基于氫化硅薄膜的太陽能電池包括玻璃基板；由透明導(dǎo)電氧化物(TCO)(如 氧化錫)制成的透明前電極；由薄膜硅構(gòu)成的p層、i層和n層；像氧化鋅這樣的背面透明導(dǎo) 電氧化物薄膜和金屬膜，通常是銀或鋁。太陽能吸收層i層(也被稱為光電轉(zhuǎn)化層)是由基 于本征硅的薄膜制成的，尤其是像非晶硅，納米晶硅和非晶鍺硅這樣的材料。使薄膜光伏器件性能優(yōu)良的關(guān)鍵是優(yōu)化光學(xué)吸收層，并減少薄膜結(jié)構(gòu)中的光損耗。通常， p層的材料是硼摻雜的具有寬能帶隙的非晶硅合金，如非晶硅碳或納米晶硅。這些材料對可 見光和紅外光(波長400-1200納米)的折射系數(shù)Ns，范圍在3.5-4.0之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于透明前電極的折射系數(shù)NT。這樣一來，傳統(tǒng)基于薄膜硅的太陽能電池會(huì)因TCO和硅膜層之間的界面層(TCO/Si)的反射而產(chǎn)生一定的光損耗。TCO/Si界面的這種入射光的反射損耗，用反射率 公式11= (Ns-NT力(Ns+NT^計(jì)算，R的數(shù)值對于常用的氧化錫和氧化鋅來說大于815/。，因?yàn)樗?們的NW直在2.0-2.1左右。這種嚴(yán)重的光反射損耗是制約基于薄膜硅的太陽能電池性能的主 要因素之一。在TCO/Si界面的最佳反射膜的光折射系數(shù)值是2.7-2.8。通常在玻璃基板上沉積像氟化鎂或多層光學(xué)膜層就可以在空氣/玻璃界面鍍上防反射膜， 但是如果把相似的方法用在TCO/Si界面上就困難多了。有一種做法就是在TC0表面再鍍上一 層折射系數(shù)介于2. 2-2. 9的透明導(dǎo)電膜，但是具有接近折射系數(shù)為2. 7的金屬氧化物并不常 見，而且通常都不具有良好的導(dǎo)電性。另外大多數(shù)金屬氧化物與硅薄膜的接觸也往往形成阻礙 電流的障礙。TCO/Si界面對整個(gè)器件的載流子傳輸起著重要作用，因此任何防反射膜都必須 具有良好的導(dǎo)電性和透明度，還要和基于硅的半絕緣p層高度兼容。同時(shí)，由于硅薄膜沉積 過程通常使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法，所以防反射膜也最好使用同樣的方法而獲得。發(fā)明內(nèi)容基于上述考慮，申請人擬訂了本發(fā)明的首要目的提供一種基于硅薄膜的p-i-n型光伏器件，該器件有良好的光電轉(zhuǎn)換功效。本發(fā)明的進(jìn)一步目的是，在基于薄膜硅的光伏器件中提供一種防反射膜，從而減少透明 電極和基于硅的p層之間界面的光反射。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用一種新穎的減少氫化硅薄膜光伏器件內(nèi)反射的方法。在沉積p-i-n型光伏單元之前，采用等離子體方法對作為透明前電極的金屬氧化物的表層進(jìn)行部分還 原，使其成為低值氧化物(氧含量低于理想配比數(shù)值的氧化物)，其光折射系數(shù)介于原金屬氧 化物和第一p層之間，最好是接近2.7-2.8，從而起到防反射的作用，增強(qiáng)光伏器件的轉(zhuǎn)換效率。金屬氧化物薄膜的折射系數(shù)NT可以通過改變材料中氧原子密度來調(diào)節(jié)。而已經(jīng)形成的金屬氧化物也可以經(jīng)化學(xué)處理而改變其化學(xué)成分，從而改變其光折射系數(shù)，金屬氧化物的折射 系數(shù)隨著其氧原子濃度的降低而增加。氧化錫和氧化鋅的低值氧化狀態(tài)可以和光伏器件中的 薄膜硅相配合，而不產(chǎn)生任何電流障礙。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一歩說明。附圖是一個(gè)包含防反射層的基于硅薄膜的p-i-n型光伏器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
附圖顯示的是一個(gè)包含防反射層的基于硅薄膜的p-i-n型光伏器件的結(jié)構(gòu)示意圖。這一太陽能電池和傳統(tǒng)太陽能電池使用的膜層大體相同，唯一不同的是防反射膜7被形成于前電極 2之上。這個(gè)光伏器件包括面向玻璃入射陽光的玻璃基板l，譬如是氧化錫的透明前電極2; 電極上形成的作為防反射層的低值氧化物7;基于氫化硅的一個(gè)或多個(gè)p-i-n型光伏單元8， 和由透明前導(dǎo)電物22和金屬膜45構(gòu)成的反射背電極。防反射膜7的反射率最好近似于2. 8， 這樣可以最大限度地抑制TCO/Si界面(膜層2和6之間的界面)的反射。這里我們用氧化錫作為透明前電極來說明防反射層7的形成。將清洗后的鍍有氧化錫的 玻璃基板置入一個(gè)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相反映室中，向室中引入以氫氣為主的不含有可沉積 物質(zhì)的源氣體，將基板溫度維持在150-25(TC之間，然后向激發(fā)電極提供直流或交流電能， 以產(chǎn)生等離子體，等離子體提供的氫原子與氧化錫表層發(fā)生還原反應(yīng)，形成水蒸氣并被排除 出反應(yīng)室外。而且氫原子可以進(jìn)入氧化錫內(nèi)部，發(fā)生還原反應(yīng)，所以氧化錫的表面部分厚度 達(dá)數(shù)十納米的表面都可以參加還原反應(yīng)。這個(gè)反應(yīng)的速率和深度根據(jù)等離子體的強(qiáng)度處理時(shí) 間，特別是基板溫度而變化。 一個(gè)特別有利的情況是，所形成的低值氧化物的光折射系數(shù)是 從氧化錫內(nèi)部向其表面逐漸增高的，這種梯度性的變化對于TCO/Si界面的防反射功能頗為有、/■rril 。氧化鋅不易與氫等離子體反應(yīng)，所以為使氧化鋅形成低值氧化物在等離子體處理的源氣 體中應(yīng)加入適量的鹵族元素。本發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)是，所使用的形成防反射膜的等離子體處理過程完全可以，而且最好是在形成基于硅薄膜的p-i-n型光伏單元的同一等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備中完成。
權(quán)利要求
1. 一個(gè)光伏器件，它的構(gòu)成包含如下部分a)一個(gè)透明頂板，包括玻璃平板；b)一個(gè)透明前電極，該透明前電極由透明導(dǎo)電氧化物制成，沉積在所述透明頂板之上；c)一個(gè)p-i-n型光伏單元，包含i.一個(gè)p層，由硼摻雜的p型寬帶隙的非晶硅合金或納米晶硅或其合金制成；ii.一個(gè)n層，由磷摻雜的n型薄膜硅或硅的合金制成；iii.一個(gè)本征i層，由非摻雜的基于氫化硅或硅合金的薄膜制成，被置于所述p層和所述n層之間；d)一個(gè)防反射層，被置于所述p-i-n型光伏單元的p層和所述透明前電極之間；e)一個(gè)背接觸層，包括由透明導(dǎo)電氧化物和反射性金屬薄膜構(gòu)成的反射性背電極，沉積在所述p-i-n型光伏單元的n層之上。其特征在于所述防反射層是在。p-i-n型光伏單元形成之前，在所述透明前電極的表面用等離子體化學(xué)處理的方法形成。經(jīng)等離子體處理后的金屬氧化物表層變成低值氧化物，其光折射系數(shù)介于所述透明前電極和所述p層之間，厚度在5-50納米之間，它具有減少發(fā)生在所述透明前電極和所述p層之間的光反射的作用，且其對可見光的吸收率不超過1％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光伏器件，其特征在于所述p-i-n型光伏單元由數(shù)個(gè)緊密疊加 而成的p-i-n型光伏單元構(gòu)成，從而使所述光伏器件成為多結(jié)光伏器件。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光伏器件，其特征在于所述的透明前電極包括氧化錫、氧 化鈦、氧化鋅、銦錫氧化物和其它可以被含氫或鹵族元素的等離子體還原的金屬化合物。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光伏器件，其特征在于所述的防反射膜的形成是在用來 生產(chǎn)所述p-i-n型光伏單元的同一真空鍍膜設(shè)備中進(jìn)行的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種減少氫化硅薄膜光伏器件內(nèi)反射的方法。在沉積p-i-n型光伏單元之前，采用等離子體處理方法將作為透明前電極的金屬氧化物的表層進(jìn)行部分還原，使其成為低值氧化物，其光折射系數(shù)介于原金屬氧化物和第一p層之間，從而起到防反射的作用，增強(qiáng)光伏器件的轉(zhuǎn)化效率。
文檔編號H01L31/075GK101246916SQ200710004968
公開日2008年8月20日 申請日期2007年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月14日
發(fā)明者李沅民, 昕 馬 申請人:北京行者多媒體科技有限公司