硅太阳能电池电学和光学性能的改进的制作方法

文档序号:7208050阅读:381来源:国知局
专利名称:硅太阳能电池电学和光学性能的改进的制作方法
技术领域
本发明涉及导致薄膜太阳能电池技术效率提高的改进。
背景技术
光电太阳能转换提供以环境友好方式供电的前景。但是,在现阶段,通过光电能转 换单元提供的电能与通过传统电站提供的电能相比仍然十分昂贵。因此,发展更经济有效 的制造光电能转换单元的方法在近几年引起注意。在制造低成本太阳能电池的不同途径 中,薄膜硅太阳能电池综合了多个有利因素第一,薄膜硅太阳能电池能通过已知的薄膜沉 积技术例如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)制备,从而通过运用例如在其它薄膜沉积 技术领域、例如显示器领域中过去获得的经验提供了协同作用的可能性,从而减少制造成 本。第二,薄膜硅太阳能电池能获得高能量转换效率,争取达到并超过10%。第三,制造薄 膜硅基太阳能电池的主要原材料充裕并且无毒。薄膜太阳能电池通常包括第一电极,一个或多个半导体薄膜p-i-n或n-i-p结,和 第二电极,它们依次层叠在基材上。每一个P-i-n结或薄膜光电转换单元包括夹在P-型层 和η-型层之间的i-型层(ρ-型=正掺杂的,η-型=负掺杂的)。i_型层,其为基本上本 征半导体层,占薄膜P-i-n结厚度的主要部分。光电转换最初就发生在该i_型层中。现有技术图1表示一个基本的、简单的光电电池40,其包括一透明基材41,例如上 面沉积有透明导电氧化物(TCO)层42的玻璃。该层也称为前触点FC并且作为光电元件的 第一电极。下一个层43为活性光电层并且包括三个形成p-i-n结的“亚层”。所述层43包 括氢化微晶,纳米晶或非晶硅或上述物质的组合。与TCO前触点42相邻的亚层44为正掺 杂的,相邻的亚层45是本征的,以及最后的亚层46为负掺杂的。在另一实施方案中,上述 顺序的P-i-n可变换为n-i-p,则层44视为η-层,层45仍然是本征的,层46为ρ-层。最后,所述电池包括一个可由氧化锌、氧化锡或ITO制成的后接触层47 (也可称为 后触点,BC),和一反射层48。或者,可使用金属后触点,其能结合后反射层48和后触点47 的物理特性。出于举例说明的目的,箭头表示入射光。非晶硅太阳能电池元件包括用于与η-层(负掺杂)结合而在位于两个掺杂层之 间的硅i-层(本征材料)中构建电场的P-层(正掺杂)。对于现有技术中已知的p-i-n 元件,光首先穿过基材,然后P-层,接着i-层,和最终η-层。由于在ρ-层中被吸收的光线 对元件的电流没有贡献,该层应当尽可能透明。获得透明的最简单的方式是减小厚度。但 是,特定的最小厚度对于构建穿过i-层的电场是必需的。确实,电场与掺杂层的导电率直 接相关。因此,在p-i-n元件中应当使P-层最优化使其尽可能地透明和导电。通常通过用 0,C,H等合金化ρ-层获得透明度。P. Lechner 等(MRS Symposium records (MRS 会议记录),第 192 卷(1990)第 81 页及以下)说明了从硅烷-甲烷混合物借助于RF辉光放电制备氢化非晶SiC:H膜,具有来 自乙硼烷或三甲基硼(TMB)的B-掺杂。

发明内容
通常,高导电ρ-层与较低导电率的层相比表现出降低的透射性。同时优化导电率 和透射性对获得高效率元件是关键的。以下将更详细描述的本发明解决了该问题。


现有技术图1所示为薄膜硅太阳能电池的基本结构。
具体实施例方式本技术方案是将高透射性和良好的导电率(σ )性能结合在用于P-层的单一材料 中。层的透射性与其吸收系数(α)有关,并且这一关系取决于光的波长。高效率元件的最 佳范围由公式(1)给出1 < log (a (400nm))-log((o (S/cm)) < 13 公式(1)优选6< log (α (400nm))-log((o (S/cm)) <9。在硅太阳能电池结构中使用此范围内的掺杂层使元件具有最优的性能。当添加甲烷(CH4)到制备ρ-层的气体混合物(例如由SiH4, HjPTMB (三甲基硼) 组成)中时,材料的透明度增加。小心的调整气体混合物得到具有如公式(1)中的吸收系 数和导电率的P-层。典型地气体混合物如表1中所示。为了提高透明度也可使用其它具 有碳,氧或氮的合金,以及使用B,Al,Ga, In或Tl对其掺杂。
权利要求
1.一种制造光电电池或光电转换板的方法,其包括使用包含比例为1 2 2 1.25 的硅烷、甲烷、氢气和三甲基硼的气体混合物来沉积P-掺杂非晶硅层、更具体地非晶氢化 硅层的步骤,各比例在士 15%内。
2.根据权利要求1的方法,其中所述气体混合物基本上由硅烷、甲烷、氢气和三甲基硼 以所述比例1 :2:2: 1.25组成,各比例在士 15%内。
3.根据权利要求1或权利要求2的方法,其中所述比例基本上为1 2 2 1.25。
4.根据上述权利要求之一的方法,其中所述沉积采用薄膜沉积过程实施。
5.根据上述权利要求之一的方法,其中所述沉积在等离子体增强化学气相沉积过程中 实施。
6.根据上述权利要求之一的方法,其中所述层是光电电池或光电转换板的p-i-n或 n-i-p结的层。
7.跟据上述权利要求之一的方法,其包括在所述沉积步骤之后沉积基本上本征硅的薄 膜层、更具体地基本上本征氢化硅的薄膜层的步骤,以及然后沉积η-掺杂硅的薄膜层、更 具体地η-掺杂氢化硅的薄膜层,或者包括在所述沉积步骤之前沉积η-掺杂硅的薄膜层、更 具体地η-掺杂氢化硅的薄膜层,以及然后沉积基本上本征硅的薄膜层、更具体地基本上本 征氢化硅的薄膜层。
8.根据上述权利要求之一的方法,其中光电电池或光电转换板是单结元件或微形态串 接结元件或三结元件。
9.包含比例为1:2:2: 1.25的硅烷、甲烷、氢气和三甲基硼的气体混合物用于沉 积作为光电电池或光电转换板的P-i-n或n-i-p结的一部分的ρ-掺杂非晶硅层的用途,各 比例在士 15%内。
10.根据权利要求9的用途,其中所述气体混合物基本上由硅烷、甲烷、氢气和三甲基 硼以比例1 :2:2: 1.25组成,各比例在士 15内。
11.一种光电电池,其包括至少一个P-掺杂非晶硅层,更具体地非晶氢化硅层,其使用 包含比例为1 :2:2: 1.25的硅烷、甲烷、氢气和三甲基硼的气体混合物在沉积过程中 得到,各比例在士 15%内。
12.根据权利要求11的光电电池,其中所述气体混合物包含硅烷、甲烷、氢气和三甲基 硼,比例基本上为1 2 2 1.25。
13.根据权利要求11或权利要求12的光电电池,所述沉积过程是薄膜沉积过程,更特 别地,是等离子体增强化学气相沉积过程。
14.根据权利要求11-13之一的光电电池,其中所述光电电池是具有一个p-i-n或 n-i-p结,或一个微形态串接结元件,或一个三结元件的薄膜硅电池。
15.一种光电转换板,其包括至少一个根据权利要求11-14之一的光电电池。
全文摘要
公开了硅太阳能电池电学和光学性能的改进,以及制造光电电池或光电转换板的方法,其包括使用包含比例为1∶2∶2∶1.25的硅烷、甲烷、氢气和三甲基硼的气体混合物沉积p-掺杂非晶硅层。特别地,使用等离子体增强化学气相沉积进行沉积。同时说明了相应的光电电池和光电转换板。
文档编号H01L31/0368GK102124139SQ200980132433
公开日2011年7月13日 申请日期2009年8月6日 优先权日2008年8月19日
发明者J·迈尔, S·贝纳格利, U·克罗尔 申请人:欧瑞康太阳Ip股份公司(特吕巴赫)
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