具有经选择性掺杂导电氧化物层的太阳能电池及其制备方法
【专利说明】具有经选择性掺杂导电氧化物层的太阳能电池及其制备方 法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年3月12日提交的美国临时申请No. 61/777,316的优先权，其 通过引用以其全文并入本文。
[0003] 发明背景 1.发明领域
[0004] 本发明大体涉及太阳能电池（例如光伏（PV)电池），且更具体地涉及具有经选择 性掺杂透明导电氧化物层的太阳能电池及其制备方法。
[0005] 2.技术考虑
[0006] 太阳能电池或光伏（PV)电池是将太阳光直接转换成电的电子器件。照在太阳能 电池上的光产生电流及电压二者来产生电力。在太阳能电池中，来自太阳光的光子击中太 阳能电池并被半导体材料吸附。电子自其原子被撞散，从而产生电位差。电流流经材料来 消除电位差。由于太阳能电池的特殊组成，仅允许电子在单方向上移动。
[0007] 常规非晶硅薄膜太阳能电池通常包括在其上方提供底层的玻璃基板（盖板）、透 明导电氧化物（TC0)接触层及具有p-n结的非晶硅薄膜活性层。后金属层起反射器和背接 触的作用。TC0层优选具有不规则表面以增加光散射。在太阳能电池中，使用光散射或"雾 度"来捕获电池作用区中的光。电池中捕获的光越多，可获得的效率越高。然而，雾度不可 大至对光穿过TC0层的透明度造成不利影响。因此，光捕获是尝试改进太阳能电池效率时 的重要问题且在薄膜电池设计中尤为重要。还期望TC0层高度透明以容许最大量的太阳能 辐射传至硅层。作为通用规则，到达半导体材料的光子越多，电池的效率越高。此外，TC0层 应高度导电以允许电池中的电子容易转移。该导电性可通过向TC0材料中添加掺杂物材料 来增强。
[0008] TC0层是太阳能电池性能的重要因素。TC0材料优选应具有高导电率（即，低薄层 电阻）、电磁波谱期望区域中的高透明度，且应具有高雾度以促进光散射。然而，这些因素 彼此交织。例如，导电率取决于掺杂物浓度及TC0层的厚度。然而，增加掺杂物浓度或TC0 层厚度通常会减小TC0层的透明度。此外，表面粗糙度（光散射）通常随涂层厚度而增加。 然而，增加涂层厚度通常会减小穿过涂层的透射率（尤其是可见光透射率）。因此，在选择 太阳能电池的TC0层时必须衡量这些因素中每一者的影响及相互作用。
[0009] 期望提供其中可更容易地选择导电率、透射率和光散射的TC0层。还期望提供这 样的方法，该方法提供了太阳能电池的其中可更容易地控制这些因素的TC0层。还期望提 供具有该TC0层的太阳能电池。
[0010] 发明概述
[0011] 太阳能电池包括具有第一表面和第二表面的第一基板。在第二表面的至少一部分 上方提供第一导电层，其中第一导电层包括掺入掺杂物材料的透明导电氧化物层。掺杂物 材料选择性分布在导电层中。在透明第一导电层上方提供半导体层。在半导体层的至少一 部分上方提供第二导电层。
[0012] 制备具有透明导电氧化物层且掺杂物在该层中选择性分布的经涂覆基板的方法 包括，将氧化物前体材料和掺杂物前体材料选择性供应至多单元化学气相沉积涂覆机的 每一涂覆单元，其中选择所供应掺杂物材料的量以改变所得涂层中的掺杂物含量对涂层深 度。
[0013] 化学气相沉积系统包括至少一台具有多个涂覆单元的涂覆机，其中将涂覆单元连 接至一个或多个包含至少一种氧化物前体材料和至少一种掺杂物材料的涂料供应源。在优 选实施方式中，将涂覆单元单独地连接至各自包含至少一种氧化物前体材料和至少一种掺 杂物材料的涂料供应源。
[0014] 制备具有涂层且掺杂物在该涂层中选择性分布的经涂覆基板的方法包括：将涂层 前体材料供应至多单元化学气相沉积涂覆机的涂覆单元；将掺杂物前体材料供应至多单元 化学气相沉积涂覆机的涂覆单元；控制涂层前体材料和掺杂物前体材料中至少一者的供应 以在涂覆单元处限定具有掺杂物前体材料对涂层前体材料的所选比率的涂料组合物；和将 涂料组合物沉积至基板上以形成经掺杂涂层。选择掺杂物前体材料对涂层前体材料的比 率，以限定所得经掺杂涂层的期望的掺杂物含量对涂层深度的情况（profile)。
[0015] 可将涂覆单元的至少一部分单独地连接至涂层前体供应和掺杂物前体供应。
[0016] 附图简述
[0017] 在结合附图考虑时，由以下描述将获得本发明的完整理解。
[0018] 图1是包含本发明特征的太阳能电池的侧面剖视图（未按比例）；
[0019] 图2是包含本发明特征的化学气相沉积（CVD)涂覆系统的侧面透视图（未按比 例）；
[0020] 图3是实施例1的TFA流（lb/hr)对单元编号的图；
[0021] 图4是实施例1的F/Sn比率对涂层深度的图；
[0022] 图5是实施例2的TFA流（lb/hr)对单元编号的图；
[0023] 图6是实施例2的F/Sn比率对涂层深度的图；
[0024] 图7是实施例3的TFA流（lb/hr)对单元编号的图；
[0025] 图8是实施例3的F/Sn比率对涂层深度的图；
[0026] 图9是实施例4的TFA流（lb/hr)对单元编号的图；
[0027] 图10是实施例4的F/Sn比率对涂层深度的图；
[0028] 图11是实施例5的氟及锡含量对涂层深度的图；
[0029] 图12是实施例5的F/Sn比率对涂层深度的图；
[0030] 图13是实施例6样品1的锡、氧及氟含量对涂层深度的图；
[0031] 图14是实施例6样品2的锡、氧及氟含量对涂层深度的图；
[0032] 图15是实施例6样品3的锡、氧及氟含量对涂层深度的图；
[0033] 图16是实施例6的雾度％对涂层厚度的图；
[0034] 图17是实施例6的薄层电阻对涂层厚度的图；
[0035] 图18是实施例6的雾度对波长的图。
[0036] 优选实施方式的描述
[0037] 如本文所使用，空间或方向术语（例如"左"、"右"、"内部"、"外部"、"上方"、"下 方"等）是指如图式中所示的本发明。然而，应理解本发明可设想多种备选定向，且因此这 样的术语不应视为限制。此外，如本文所使用，用于本说明书及权利要求中的表示尺寸、物 理性质、加工参数、成份量、反应条件等的所有数值在所有情况下均应理解为被术语"约"修 饰。因此，除非指明相反的情形，否则下列说明书及权利要求中所述的数值可根据本发明寻 求获得的期望性质而变化。最起码，且并非企图将等同原则的应用限于权利要求的范围，各 数值应至少根据所报告有效数位的数值且通过使用普通舍入技术来解释。此外，本文所公 开的所有范围应理解为涵盖其中所包含的开始及结束范围值以及任何和所有子范围。例 如，所述范围"1至10"应视为包含介于（且包含）最小值1与最大值10之间的任何和所 有子范围；即，以最小值1或较大值开始且以最大值10或较小值结束的所有子范围，例如，1 至3. 3、4. 7至7. 5、5. 5至10等。此外，如本文所使用，术语"在上方形成"、"在上方沉积"、 "在上方提供"或"位于上方"意指在表面上形成、沉积、提供或位于表面上但未必与表面直 接接触。例如，在基板"上方形成"的涂层并不排除存在位于所形成涂层与基板间的一个或 多个相同或不同组成的其他涂层或膜。如本文所使用，术语"聚合物"或"聚合型"包括低 聚物、均聚物、共聚物和三元共聚物，例如由两种或更多种类型的单体或聚合物形成的聚合 物。术语"可见区"或"可见光"是指具有介于380nm至760nm范围内的波长的电磁辐射。 术语"红外区"或"红外辐射"是指具有介于大于760nm至100,