用于形成具有低接触电阻的光电组件的方法

专利名称：用于形成具有低接触电阻的光电组件的方法
技术领域：
本发明涉及一种形成用于光电组件(photovoltaic device)的微晶硅薄 膜的方法。
背景技术：
光电组件(PV)或是太阳能电池为将太阳光转变为直流(DC)电力 的组件。PV或太阳能电池一般具有一或多个p-i-n接合区(junction),在 i型半导体材料中，各个接合区包括二个不同的区域， 一侧称为p型区域， 而另一侧称为n型区域。当光电组件的p-i-n接合区暴露于太阳光(由来自 光子的能量组成)，太阳光透过PV效应而直接转换为电力。PV太阳能电 池产生特定量的电力，电池铺成足以传送期望量的系统电力的尺寸大小的 模块。PV模块的产生是通过将数个PV太阳能电池连接在一起，并接着以 特定的框架及连接器而连接成面板。
一般来说，PV太阳能电池包括光电转换单元以及透明导电氧化物
(transparent conductive oxide; TCO )薄膜，该TCO薄膜设置在PV太 阳能电池的底部上而作为一前侧电极以与玻璃基板接触，及/或设置在PV 太阳能电池的顶部上而作为一后表面电极。光电转换单元包括p型硅层、n 型硅层以及一夹设在p型与n型硅层之间的本征型(i-type)硅层。可使用 数种硅薄膜以形成光电转换单元的p型、n型及i型层，包括微晶硅薄膜
([JC-Si)、非晶硅薄膜(a-Si)、多晶硅薄膜(poly-Si)及其类似物。当 透明导电氧化物薄膜设置在光电转换单元的p型及/或n型硅薄膜上并与其 接触时，界面接触的电学特性会大幅影响PV太阳能电池的总电学特性。 界面接触的较差的电学特性会导致低光电转换效率以及高接触屏障
(contact barrier)，因而导致组件失效以及PV太阳能电池的高功率损耗。 因此，需要一种形成具有良好界面接触、低接触电阻以及高总电组件 效能的PV太阳能电池的改良结构及方法。

发明内容
本发明提供一种具有低接触电阻及高光电转换效率的PV太阳能电池 的结构，及其制造方法。在一实施例中，光电组件包括 一第一光电转换 单元； 一第一透明导电氧化物层；以及一第一微晶硅层，设置在光电转换 单元与透明导电氧化物层之间，并与光电转换单元与透明导电氧化物层接触。
在另一实施例中， 一光电组件包括 一第一微晶硅层，设置在一第一 光电转换单元与(设置在基板上的) 一第一透明导电氧化物层之间，并与 第一光电转换单元与第一透明导电氧化物层接触； 一第二微晶硅层，设置 在第一光电转换单元的顶部；以及一第二透明导电氧化物层，设置在第二 微晶硅层上。
在又一实施例中， 一种形成一光电太阳能电池(solar cell)的方法包 括提供一基板，该基板具有一第一透明导电氧化物层设置于其上；在透 明导电氧化物层上沉积一 第 一微晶硅层；以及在微晶硅层上形成一 第 一光 电转换单元。
在另一实施例中， 一种形成一光电太阳能电池的方法包括提供一基 板，该基板具有一第一透明导电氧化物层设置于其上；于第一处理室中， 在透明导电氧化物层上沉积一p型微晶硅层；于第一处理室中，在p型微 晶硅层上沉积一 p型非晶硅层；在p型非晶硅层上沉积一 i型非晶硅层； 于第二处理室中，在i型非晶硅层上沉积一n型非晶硅层；以及于第二处 理室中，在n型非晶硅层上沉积一n型微晶硅层。


为让本发明的上述特征可更详细了解及获得，简单摘要于发明内容的 本发明的更特定的描述可配合参考实施例来说明，而实施例绘示如附图。 图1,绘示根据本发明的处理室的一实施例的概要剖面视图。 图2，绘示根据本发明的一实施例的硅系薄膜PV太阳能电池的示范性
剖面视图。图3,绘示用于形成根据图2的实施例的PV太阳能电池的工艺流程图。
图4，绘示根据本发明的一实施例的串联式太阳能电池400的示范剖 面视图。
图5，绘示根据本发明的一实施例的三接合区PV太阳能电池500的 示范剖面视图。
图6，绘示具有数个处理室的处理系统的一实施例的概要顶视图。 为便于了解，图式中相同的组件符号表示相同的组件。某一实施例采
用的组件当不需特别详述而可应用到其它实施例。
须注意的是，虽然所附图式揭露本发明特定实施例，但其并非用以限
定本发明的精神与范围，任何熟习此技艺者，当可作各种的更动与润饰而
得等效实施例。
具体实施例方式
本发明提供一种具有低接触电阻及高光电转换效率的PV太阳能电池 的结构，以及其制造方法。在一实施例中，微晶硅(JJC-Si)层设置在非晶 硅系(a-Si based)光电转换单元以及TCO层之间，以增进光电转换单元 以及TCO层之间的界面接触的电学特性。
图1为等离子辅助化学气相沉积(PECVD)室100的一实施例的概要 剖面视图，而太阳能电池的一或多层于该室100中形成。 一适合的等离子 辅助化学气相沉积室购自加州圣克拉拉的应用材料公司(Applied Materials, Inc.)。但可预期包括购自其它制造商的其它沉积室亦可用于实 行本发明。
室100 —般包括壁102、底部104、喷气头110以及基板支撑件130, 上述构件界定出一工艺容积106。工艺容积106透过一阀108而可进出其 间，由此，基板(例如基板140)可传输进出室100。基板支撑件130包 括用以支撑基板140的基板承接表面132，以及耦接至举升系统136以使 基板支撑件130上升及下降的轴杆134。遮蔽框133可选择性地置于基板 140的周围。举升销138可移动地穿设于基板支撑件130，以将基板140移动至基板承接表面132或是自其移开。基板支撑件130亦可包括加热及 /或冷却组件139,以将基板支撑件130维持在期望温度下。基板支撑件130 亦可包括接地带(grounding strap) 131,以在基板支撑件130的周围提 供RF接地。接地带的实例揭露于Law等人的2000年2月15日公告的美 国专利第6,024,044号，以及Park等人的2006年12月20日申请的美国 专利申请第11/613,934号。
喷气头110在其周围通过一悬桂件114而耦接至背板112。喷气头110 亦可通过一或多个中央支撑件116而耦接至背板112，以协助防止下垂及/ 或控制喷气头110的平直度/曲度。气体源120耦接至背板112,以提供气 体通过背板112及喷气头110而至基板承接表面132。真空泵109耦接至 室100以控制工艺容积106处于期望压力的下。RF功率源122耦接至背 板112及/或喷气头110,以提供RF功率至喷气头110，因而在喷气头110 及基板支撑件130之间产生电场，则等离子可由气体而在喷气头110及基 板支撑件130之间产生。可使用多种RF频率，例如介于约0.3MHz-约 200MHz之间的频率。在一实施例中，RF功率源在13.56 MHz的频率下 提供。喷气头的实例揭露在White等人的2002年11月12日公告的美国 专利第6,477,980号、Choi等人的2006年11月17日公开的美国专利公 开第20050251990号，以及Keller等人的2006年3月23日公开的美国 专利公开第2006/0060138号。
远程等离子源124 (例如感应耦合等离子源)亦可耦接于气体源及背 板之间。在处理基板之间，清洁气体可提供至远程等离子源124，则可产 生远程等离子并提供以清洁腔室组件。清洁气体可进一步由RF功率源122 激发而提供至喷气头。适合的清洁气体包括但不限于为NF3、 F2及SFs。 远程等离子源的实例揭露于Shang等人的1998年8月4日公告的美国专 利第5,788,778号。
在一实施例中，于室100中沉积的基板140具有表面积10,000 cm2 或更高，例如40,000 cm2或更高，又例如55,000 cm2或更高。可了解在 处理该些基板之后，其会被切割以形成较小的太阳能电池。
在一实施例中，加热及/或冷却组件139可设定以提供沉积过程中基板支撑件的温度为约40crc或更低，较佳介于约1ocrc 约400°c，更佳介
于约150°C ~约30CTC,例如约200°C。
在沉积过程中，设置在基板承接表面132上的基板的顶表面以及喷气 头110之间的间距为介于400密尔(mil) 约1200密尔，较佳介于400 密尔-约800密尔。
为了沉积硅薄膜，则提供硅系(silicon-based)气体以及氬系 (hydrogen-based)气体。适合的硅系气体包括但不限于为硅烷(SiH4)、 二硅烷(Si2He)、四氟化硅(SiF4)、四氯化硅(SiCI4)、 二氯硅烷(SiH2CI2) 及其组合。适合的氢系气体包括但不限于为氢气(H2) 。 p型硅层的各个p 型掺质可包括第lll族元素，例如硼或铝。在一实施例中，使用硼作为p型 掺质。舍硼来源的实例包括三曱基硼酸盐(TMB) 、 二硼烷(B2He) 、 BF3、 B(C2H5)3、 BH3、 BFs及B(CHs)3及相似化合物。在一实施例中，使用TMB 作为p型掺质。n型硅层的各个n型掺质可包括第V族元素，例如磷、砷 或锑。含磷来源的实例包括膦(phosphine)及相似的化合物。掺质通常与 载气一同提供，载气例如为氢气、氩气、氦气及其它适合化合物。在此处 所述的工艺条件提供有氢气的总流速。因此，若提供氢气以作为载气(例 如供掺质)时，则载气流速应从氢气的总流速扣除，以判定应提供多少额 外量的氢气至室。
图2绘示根据本发明的一实施例的非晶硅系薄膜PV太阳能电池200 的示范性剖面视图。图3绘示用于制造PV太阳能电池(例如图2的太阳 能电池200)的工艺的流程图。该工艺可以在图1的系统或其它系统中进 行。
工艺300起始于步骤302，其沉积TCO层202于基板140上，如图 2所示。基板140可以为金属、塑料、有机材料、硅、玻璃、石英或聚合 物及其它适合材料的薄板。基板140的表面积大于约1平方公尺，例如大 于约2平方公尺。 一选择性介电层(图中未示)可沉积在基板140以及TCO (transmitting conducting oxide;传送导电氧化物)层202之间。在一实 施例中，选择性的介电层可以为SiON或是氧化硅(Si02)层。TCO层202 可包括但不限于为至少一氧化物层，其选自由氧化锡(Sn02)、氧化铟锡(ITO )、氧化锌(ZnO )或其组合所组成的群组。TCO层202可通过CVD 工艺、PVD工艺或其它适合沉积工艺来沉积。
在一实施例中，TCO层202通过反应性賊射沉积工艺进行沉积以具有 预定薄膜特性。基板温度控制在约15(TC-约35(TC之间。详细的工艺及 薄膜特性需求详细揭露于Li等人的2006年12月21曰申请的美国专利申 请序号第11/614461号(专利名称为「透明导电薄膜的反应性溅射沉积； Reactive Sputter Deposition of a Transparent Conductive Film J )中。
在步骤304,如图2所示，于光电转换单元214形成之前，微晶硅层 203沉积在TCO层202上。光电转换单元214—般包括p型半导体层204、 n型半导体层208及本征型(i型)半导体层206,而i型半导体层206作 为光电转换层，其会进一步详细描述如下。沉积在TCO层202上的微晶 硅层203与光电转换单元214的p型半导体层204接触。在一实施例中， 微晶硅层203的厚度为约100A-约500 A。
在一实施例中，微晶硅层203掺杂一元素，该元素选自第III或V族 而相应于与微晶硅层203直接接触的光电转换单元214的表面及/或层的类 型。举例来说，于微晶硅层203与光电转换单元的n型半导体层直接接触 的实施例中，微晶硅层203掺杂有第V族元素，因而将微晶硅层203形成 为类似于所接触的n型半导体层的n型微晶硅层。于微晶硅层203与光电 转换单元的p型半导体层直接接触的实施例中，微晶硅层203掺杂有第III 族元素，因而将微晶硅层203形成为类似于所接触的p型半导体层的p型 微晶硅层。在图2所示的实施例中，微晶硅层203与光电转换单元214的 p型半导体层204直接接触，并掺杂有第lll族元素，因而形成p型微晶硅 层。
在一实施例中，p型微晶硅层203可以在CVD室中沉积，即如同图1 所示的处理室100。沉积工艺中的基板温度维持在一预定范围内。在一实 施例中，基板温度维持在小于约45(TC，以允许在本发明中使用具有低熔 点的基板，例如碱性玻璃、塑料及金属。在其它实施例中，处理室中的基 板温度维持在介于约10(TC-约45(TC。在又另一实施例中，基板温度维 持在介于约150°C ~约4Q0。C ，例如350。C。在处理过程中，气体混合物流入处理室100中，并用以形成RF等离 子及沉积p型微晶硅层203。在一实施例中，气体混合物包括硅烷系气体、 第lll族掺杂气体以及氢气(H2)。硅烷系气体的适当实例包括但不限于为 单硅烷(SiH4) 、 二硅烷(Si2H6)、四氟化硅(SiF4)、四氯化硅(SiCI4) 及二氯硅烷(SiH2CI2)等。第lll族掺杂气体可为含硼气体，其选自由三甲 基硼酸盐(TMB)、 二硼烷(B2He)、 BF3、 B(C2H5)3、 BH3、 BF3及B(CH3)3 所组成的群组。硅烷系气体、第川族掺杂气体以及氢气的供应气体比例经 维持以控制气体混合物的反应行为，因而允许在p型微晶硅层203内形成 期望比例的结晶及掺质浓度。在一实施例中，硅烷系气体为SiH4,第III 族掺杂气体为B(CH3)3。 SiH4气体为1 sccm/L~约20 sccm/L。氢气的流 速为约5 sccm/L ~约500 sccm/L。 B(CH3)3的流速为约0.001 sccm/L ~约 0.05 sccm/L。工艺压力维持在约1托(Torr) ~约20托，例如大于约3
托。可提供介于约15 milliWatts/cm2 ~约200 milliWatts/cm2的RF功率至
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可选择地，提供给处理室100的气体混合物包括有一或多个惰性气体。 惰性气体可包括但不限于为钝气(noble gas),例如Ar、 He、 Xe等。惰 性气体可以约0 sccm/L~约200 sccm/L之间的流速供应至处理室100。
在一实施例中，具有大于1平方公尺的上表面积的基板的处理间距控 制在约400密尔~约1200密尔之间，例如介于约400密尔~约800密尔， 举例为500密尔。
在步骤306,半导体层204沉积在p型微晶硅层203上。半导体层204 可为硅系材料，并掺杂有选自第lll或V族的元素。掺杂第lll族元素的硅 薄膜被称的为p型硅薄膜，掺杂第V族元素的硅薄膜被称的为n型硅薄膜。 半导体层204可以由非晶硅薄膜(a-Si)、多晶硅薄膜(poly-Si)及微晶 硅薄膜(pc-Si)制成，并具有厚度为约5 nm 约50 nm。在图2所示的 实施例中，半导体层204由硼掺杂非晶硅所制成。
在一 实施例中，p型非晶硅层204的沉积可以在与进行微晶硅层203 沉积的相同处理室中进行，如图3的虛线所示的工艺步骤305。微晶硅层 203及p型非晶硅层204的沉积工艺可以为连续的沉积工艺，而不需破坏处理室的真空。在步骤306中，用于沉积p型非晶硅层204的基板温度可 经控制而如同在步骤304中用于沉积微晶硅层203的基板温度。供应至处 理室的气体混合物可经改变，以使得所沉积的p型非晶硅层204具有期望 的薄膜特性，而此薄膜特性不同于微晶硅层203的薄膜特性。微晶硅及非 晶硅具有不同的结晶体积，在处理过程中可改变气体混合物及工艺参数， 以沉积具有不同期望结晶体积的薄膜。
在一 实施例中，于步骤306而供应至室100的气体混合物包括硅烷系 气体、第lll族掺杂气体以及载气，载气例如为氢气(H2)。硅烷系气体的 适当实例包括但不限于为单硅烷(SiH4 )、 二硅烷(Si2H6 )、四氟化硅(SiF4 )、 四氯化硅(SiCI4)及二氯硅烷(SiH2CI2)等。第III族掺杂气体可为含硼 气体，其选自由三甲基硼酸盐(TMB) 、 二硼烷(B2He)、 BF3、 B(C2H5)3、 BH3、 BF3及B(CH3)3所组成的群组。硅烷系气体、第lll族掺杂气体以及 氬气的供应气体比例经维持以控制气体混合物的反应行为，因而允许在p 型非晶硅层204内形成期望比例的掺质浓度。在 一 实施例中，硅烷系气体 为SiH4,第lll族掺杂气体为BH3。 SiH4气体为1 sccm/L-约10sccm/L。 氬气的流速为约5 sccm/L-约60 sccm/L。 B(CH3)3的流速为约0.005 sccm/L~约0.05 sccm/L。换句话说，若所提供的B(CH3)3占载气的0.5% 莫耳或体积浓度，则掺质/载气混合物以约1 sccm/L ~约10 sccm/L的流速 提供。曱烷的流速为约1 sccm/L~约15 sccm/L。工艺压力维持在约1托~ 约20托，例如大于约3托。可提供介于约15 milliWatts/cm2 ~约200 m川iWatts/cm2的RF功率至喷气头。
在用于沉积微晶硅层203及半导体层204的步骤304、 306，可改变 工艺气体的流速以达到在不同薄膜内的不同的结晶体积。在期望有较高结 晶体积的实施例中，供应较大量的氢气至处理室。基板可控制在实质相近 的工艺温度下。
在步骤308，于p型非晶硅层204上沉积i型半导体层206。 i型半导 体层206为无掺杂的硅系薄膜。i型半导体层206可以在受控的工艺条件 下沉积，以提供具有期望光电转换效率的薄膜特性。在一实施例中，i型半 导体层206包括i型多晶硅薄膜(poly-Si) 、 i型微晶硅薄膜(pc-Si)或是i型非晶硅薄膜(a-Si)。在图2所示的实施例中，i型半导体层206为 非晶硅薄膜，并可以在图1所示的处理室100或是其它处理室中沉积。i 型非晶硅系薄膜206可利用任何适当方式来沉积。
在一实施例中，用于沉积i型非晶硅系薄膜206的基板温度维持在小 于约40CTC,例如介于约150°C ~约400。C，举例为20CTC。详细的工艺及 薄膜特性需求揭露于Choi等人的2006年6月23日申请的美国专利申请 序号第11/426,127号(专利名称为r沉积用于光电组件的微晶硅薄膜的方 法及设备；Method and Apparatus for Depositing Microcrystalline Silicon Film For Photovoltaic Device J )中。
在一实施例中，i型非晶硅系薄膜206通过供应比例为约20: 1或更 低的氢气与硅烷气体的气体混合物而于室中沉积，此室例如为图1所示的 室100。石圭烷气体的供应流速为约0.5 sccm/L~约7 sccm/L。氢气的供应 流速为约5 sccm/L ~约60 sccm/L。可提供介于约15 m川JWatts/cm2 ~约 250 milliWatts/cm2的RF功率至喷气头。室压力维持在约0.1托~约20 托，例如约0.5托~约5托。i型非晶硅系薄膜206的沉积速率可以为约 100A/min或更高。
在步骤310，半导体层208沉积在i型非晶硅系薄膜206上。半导体 层208可为硅系材料，并掺杂有选自第III或V族的元素(非选自掺杂在 半导体层204中的族)。举例来说，第lll族元素经选择以掺杂至半导体层 204中而作为p型层，第V族元素经选择以掺杂至半导体层208中而作为 n型层。当图2中的光电转换单元214将半导体层204形成为p型层，则 半导体层208形成为n型半导体层，且具有磷元素掺杂在其中。在一实施 例中，n型半导体层208可以由非晶硅薄膜(a-Si)、多晶硅薄膜(poly-Si) 及微晶硅薄膜(pc-Si)制成，并具有厚度为约5 nm-约50 nm。在图2 所示的实施例中，n型半导体层208由磷掺杂非晶硅所制成。
在一实施例中，受控以沉积n型半导体层208的基板温度是控制在低 于沉积p型非晶硅层204及i型非晶硅系薄膜206的温度下。当i型非晶 硅系薄膜206沉积在基板140上并具有期望的结晶体积及薄膜特性时，则 采用相对低的工艺温度以沉积n型半导体层208,藉以预防下方的p型非晶硅层204及i型非晶硅系薄膜206受到热破坏及晶粒重组。在一实施例 中，步骤310的基板温度控制在低于约350°C 。在另 一实施例中，基板温
度控制在约10crc-约300°c，例如介于约150。c-约25crc，举例为约
200 。C。
在处理过程中，气体混合物流入处理室100中，并用以形成RF等离 子及沉积n型非晶硅层208。在一实施例中，气体混合物包括硅烷系气体、 第V族掺杂气体以及氢气(H2)。硅烷系气体的适当实例包括但不限于为 单硅烷(SiH4) 、 二硅烷(Si2H6)、四氟化硅(SiF4)、四氯化硅(SiCI4 ) 及二氯硅烷(SiH2Cl2)等。第V族掺杂气体可为含磷气体，其选自由Phb、 P2H5、 P03、 PF3、 PF5及PCIs所组成的群组。硅烷系气体、第V族掺杂 气体以及氢气的供应气体比例经维持以控制气体混合物的反应行为，因而 允许在n型非晶硅层208内形成期望比例的掺质浓度。在一实施例中，硅 烷系气体为SH4，第V族掺杂气体为PH3。 SiH4的流速为1 sccm/L-约 10 sccm/L。氬气的流速为约4 sccm/L-约50 sccm/L。 PHs的流速为约 0.0005 sccm/L~约0.0075 sccm/L。换句话说，若所提供的膦占载气(例 如氬气)的0.5%莫耳或体积浓度，则掺质/载气混合物以约0.1 sccm/L~ 约1.5 sccm/L的流速提供。可提供介于约15 milliWatts/cm2 -约250 milliWatts/cm2的RF功率至喷气头。室压力维持在约0.1托~约20托， 较佳为约0.5托~约4托。n型非晶硅层208的沉积速率可为约200A/min 或更高。
可选择地，提供给处理室100的气体混合物包括有一或多个惰性气体。 惰性气体可包括但不限于为钝气，例如Ar、 He、 Xe等。惰性气体可以约 sccm/L -约200 sccm/L之间的流速供应至处理室10CK
在一实施例中，具有大于1平方公尺的上表面积的基板的处理间距控 制在约400密尔~约1200密尔之间，例如介于约400密尔~约800密尔， 举例为500密尔。
虽然图2绘示形成在基板上的单一接合区光电转换单元，但亦可在光 电转换单元214上形成不同数目(例如大于一个)的光电转换单元，以符 合不同的工艺需求及组件效能，其进一步在第4及5图中讨论。在期望有多个接合区的实施例中，步骤306-310可重复进行(如环路310所示) 以形成期望的多个光电转换单元。
在步骤312,微晶硅层209沉积在n型非晶硅层208上。微晶硅层209 掺杂一元素，该元素选自第III或V族而相应于与微晶硅层209接触的层 中的掺质。在图2所示的实施例中，微晶硅层209与n型非晶硅层208直 接接触，并因而形成具有实质相似于n型非晶硅层208的掺质的n型微晶 硅层。在另一实施例中，微晶硅层209可以为掺杂选自第V族的元素(例 如磷)的n型微晶硅层。在又另 一实施例中，n型微晶硅层209的厚度 为约100A-约500 A。
在一实施例中，n型微晶硅层209可以在CVD室中沉积，例如图1 所示的处理室100。 n型微晶硅层209的沉积可以在与进行n型非晶硅层 208沉积的相同处理室中进行，如图3的虛线所示的工艺步骤313。 n型 微晶硅层209及n型非晶硅层208的沉积工艺可以为连续的沉积工艺，而 不需破坏处理室的真空。在步骤312中，用于沉积n型微晶硅层209的基 板温度可经控制而如同在步骤310中用于沉积n型非晶硅层208的基板温 度。供应至处理室的气体混合物可经改变，以使得所沉积的n型微晶硅层 209具有期望的结晶体积及薄膜特性，而此薄膜特性不同于n型非晶硅层 208的薄膜特性。微晶硅及非晶硅具有不同的结晶体积，在步骤310及312 的处理过程中可改变气体混合物及工艺参数，以沉积具有不同期望结晶体 积的薄膜。
步骤312的基板温度维持在步骤310所执行的实质相近温度范围。在 一实施例中，工艺温度控制在低于约35CTC。在另一实施例中，基板温度 控制在约100°C ~约300°C ，例如约150°C -约250。C ,举例为200°C 。
在用于沉积微晶硅层208及半导体层209的步骤310、 312,可改变
工艺气体的流速以达到在不同薄膜内的不同的结晶体积。在期望有较高结 晶体积的实施例中，供应较大量的氢气至处理室。基板可控制在实质相近 的工艺温度下。
往回参照图2,在n型微晶硅层209形成在光电转换单元214上之后， 于步骤316，第二导电层(例如背侧电极216)设置在光电转换单元214上。在一实施例中，背側电极216通过堆栈薄膜形成，该堆栈薄膜包括TCO 层210及导电层212。导电层212可包括但不限于为金属层，其选自由Ti、 Cr、 Al、 Ag、 Au、 Cu、 Pt或其组合的合金所组成的群组。TCO层210由 一类似形成在基板上的TCO层202的材料制成。适合的TCO层210包括 但不限于为氧化锡(Sn02)、氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)或其组 合所组成的群组。金属层212及TCO层202可通过CVD工艺、PVD工 艺或其它适合沉积工艺来沉积。
在一实施例中，TCO层210可通过反应性溅射沉积工艺来沉积，并具 有如同TCO层202的相似薄膜特性。当TCO层210沉积在光电转换单元 214上时，使用较低的工艺温度以预防光电转换单元214中的硅层受到热 破坏及产生不期望的晶粒重组现象。在一实施例中，基板温度控制在约150 °C ~约300 。C ，例如20CTC ~约250 °C 。适合的沉积工艺的 一 实例详细揭 露于Li等人的2006年12月21曰申请的美国专利申请序号第11/614461 号(专利名称为r透明导电薄膜的反应性溅射沉积；Reactive Sputter Deposition of a Transparent Conductive Film J )中。可选择地，PV太阳 能电池200可采用反序而制造或沉积。举例来说，基板140可设置在背侧 电极216上方。
在操作过程中，入射光222由环境提供，例如太阳光或其它光子，而 提供至PV太阳能电池200。 PV太阳能电池200中的光电转换单元214 吸收光能，并通过操作光电转换单元214中所形成的p-i-n接合区将光能 转换为电能，藉以产生电力或能量。
图4绘示根据本发明的另一实施例的串联式(tandem type) PV太阳 能电池400。串联式PV太阳能电池400具有类似于PV太阳能电池200 的结构，包括形成在基板140上的TCO层402，以及形成在TCO层402 上的第一光电转换单元422,如同上方图2所述。在一实施例中，第一光 电转换单元422中的p型、i型、n型半导体层404、 406、 408沉积为非 晶硅系薄膜。类似于由图3的工艺300所制成的p型微晶硅层203的p型
之间，以降低接触电阻。接着，类似于n型微晶硅层209的另一个选择性的n型微晶硅层409沉积在光电转换单元422的n型半导体层408与选择 性界面层410之间。选择性界面层410可以为TCO层，其类似于形成在 基板140上的TCO层402。在不存在有界面层410的实施例中，则可省 略形成n型微晶硅层409,因为n型半导体层408并未与导电层或TCO 层直接接触。可选择地，第一光电转换单元422中的p型、i型、n型半导 体层404 、 406 、 408可沉积为多晶硅系或是微晶硅系薄膜，以符合不同的 工艺需求。
接着，第二光电转换单元424沉积在界面TCO层410上，或是当不 存在有TCO层410时沉积在第一光电转换单元422上。上方的第一光电 转换单元422与第二光电转换单元424的组合会增加光电转换效率。在一 实施例中，第二光电转换单元424可以为非晶硅系，并具有非晶硅薄膜作 为i型非晶硅半导体层414， i型非晶硅半导体层414夹设在p型非晶硅半 导体层412与n型非晶硅半导体层416之间。
类似于第一光电转换单元422的结构，微晶硅层411类似于由工艺300 所制造的微晶硅层403，其形成在界面TCO层410与第二光电转换单元 424的p型非晶硅半导体层412的界面。微晶硅层411当其与光电转换单 元424的p型半导体层412直接接触时，形成为p型半导体层。另一微晶 硅层417沉积于光电转换单元424与背侧电极426之间。背侧电极426 类似于图2所示的背侧电极216。背侧电极426包括形成在TCO层418 上的导电层420。导电层420与TCO层418的材料类似于图2所示的导 电层212与TCO层210。
可选择地，第二光电转换单元424可为微晶硅系，并具有微晶硅薄膜 作为i型微晶硅半导体层414， i型微晶硅半导体层414夹设在p型微晶硅 半导体层412与n型微晶硅半导体层416之间。在第二光电转换单元424 为微晶硅系的实施例中，当与TCO层410、 418接触的第二光电转换单元 424的硅层(例如p型及n型半导体层412、 416)为微晶硅系时，则可省 略界面微晶硅层411、 417。
因此，当在TCO层与光电转换单元的硅层之间产生接触界面时，使用 微晶层沉积在硅层与TCO层之间，藉以降低接触电阻。光电转换单元可以为非晶硅系单元、微晶硅系单元或其组合。在接触界面于TCO层与光电转 换单元的微晶系硅层之间产生的实施例中，设置在TCO层与光电转换单元 的微晶系硅层之间的微晶层可选择性地省略。可选择地，PV太阳能电池 400可通过反序制成或沉积。举例来说，基板140可设置在背側电极426 上方。
在操作过程中，入射光428由环境提供，而供应至PV太阳能电池400。 PV太阳能电池400中的光电转换单元422、 424吸收光能，并通过操作光 电转换单元422、 424中所形成的p-i-n接合区将光能转换为电能，藉以产
生电力或能量。
可选择地，上方的第三光电转换单元510可形成在第二光电转换单元 424上方，如图5所示。 一选择性的界面层502设置在第二光电转换单元 424及第三光电转换单元510之间。选择性的界面层502为TCO层，其 类似于图4所描述的TCO层410、 402。第三光电转换单元510实质近似 于第二光电转换单元424,而具有设置在p型半导体层504及n型半导体 层508之间的i型半导体层506。第三光电转换单元510可以为非晶硅型、 微晶硅型或是多晶硅型的光电转换单元。界面微晶硅层512、 514可设置 在TCO层502、 418与光电转换单元510之间，而如同图4所示的界面微 晶硅层403、 409、 411、 417。可选择地，在第三光电转换单元510为微 晶硅系单元的实施例中，界面微晶硅层512、 514选择性地针对不同工艺 需求而设置。应注意一或多个光电转换单元可选择性地沉积在第三光电转 换单元上，以促进光电转换效率。
在接触界面于TCO层与光电转换单元的硅层之间产生的实施例中，电 池的光电转换效率由约7%增进至约12%。接触电阻(例如欧姆接触)可 以由25.3Q每平方(per square)降低至约13.2Q每平方。
图6为处理系统600的一实施例的顶视图，其具有数个处理室631 ~ 637，例如图1中的PECVD室100或是其它能够沉积硅层的适合腔室。 处理系统600包括耦接至加栽锁定室610的传输室620,以及处理室631 ~ 637。加栽锁定室610允许基板传输于系统外的周围环境与传输室620和 处理室631 -637内的真空环境之间。加栽锁定室610包括一或多个用于支托一或多个基板的可排空区域。可排空区域在基板输入系统600时抽真 空，并在基板自系统600输出时泄真空。传输室620具有至少二真空机械 手臂622设置于其中，并适以将基板传输于加栽锁定室610与处理室631 ~ 637之间。图6中示出7个处理室，然而，系统600可具有任何数量的处 理室。
因此，本发明提供改良的PV太阳能电池结构及其制造方法。PV太阳 能电池的改良结构可有益地降低在TCO层与光电转换单元的界面的接触 电阻，因而相较于传统方法而增加光电转换效率及PV太阳能电池的组件效能。
惟本发明虽以较佳实施例说明如上，然其并非用以限定本发明，任何 熟习此技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，仍 应属本发明的技术范畴，而本发明的范畴由权利要求所界定。
权利要求
1.一种光电组件(photovoltaic device)，包括第一光电转换单元；第一透明导电氧化物层；以及第一微晶硅层，设置在该第一光电转换单元与该第一透明导电氧化物层之间，并与该第一光电转换单元与该第一透明导电氧化物层接触。
2. 如权利要求1所述的光电组件，其中该第一光电转换单元更包括 p型(p-type)半导体层；n型(n-type)半导体层；以及i型(j-type)半导体层，设置在该p型半导体层与该n型半导体层之间。
3. 如权利要求2所述的光电组件，其中该p型半导体层、该n型半 导体层及该i型半导体层的材料为非晶硅系(amorphous silicon based) 层及微晶石圭系(microcrystalline s川con based)层的至少其中之一。
4. 如权利要求1所述的光电组件，其中该第一微晶硅层的厚度为约 100A ~约500 A。
5. 如权利要求1所述的光电组件，其中该第一微晶硅层为p型微晶 硅系层。
6. 如权利要求1所述的光电组件，其中该第一微晶硅层为n型微晶 硅系层。
7. 如权利要求1所述的光电组件，其中该第一透明导电氧化物层为氧 化物层，该氧化物层选自由氧化锡(Sn02)、氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)或其组合所组成的群组。
8. 如权利要求1所述的光电组件，更包括第二透明导电氧化物层，设置在该第一光电转换单元上而与该第一透 明导电氧化物层相对设置；以及导电层，设置在该第二透明导电氧化物层上。
9. 如权利要求1所述的光电组件，更包括第二透明导电氧化物层，设置在该第一光电转换单元上而与该第一透 明导电氧化物层相对设置；以及第二光电转换单元，设置在该第二透明导电氧化物层上。
10. —种形成光电太阳能电池(solar cell)的方法，包括 提供基板，该基板具有第一透明导电氧化物层设置于其上； 在该第一透明导电氧化物层上沉积第一微晶硅层；以及 在该第一微晶硅层上形成第一光电转换单元。
11. 如权利要求10所述的方法，其中上述的形成该第一光电转换单 元的步骤更包括在该第一透明导电氧化物层上沉积p型半导体层； 在该p型半导体层上沉积i型半导体层；以及 在该i型半导体层上沉积n型半导体层。
12. 如权利要求11所述的方法，其中该p型半导体层、该n型半导 体层及该i型半导体层为非晶硅层及微晶硅层的至少其中之一。
13. 如权利要求10所述的方法，更包括在该第 一 光电转换单元上沉积 一 第二微晶硅层。
14. 如权利要求13所述的方法，更包括在该第二微晶硅层上沉积第二透明导电氧化物层。
15. 如权利要求11所述的方法，其中该第一微晶硅层与该第二微晶 硅层为p型微晶硅层及n型微晶硅层的至少其中之一。
全文摘要
本发明提供一种改良的PV太阳能电池结构及其制造方法。在一实施例中，光电组件包括第一光电转换单元、第一透明导电氧化物层以及第一微晶硅层，该第一微晶硅层设置于光电转换单元与透明导电氧化物层之间并与该些层接触。在另一实施例中，一种形成光电太阳能电池的方法包括提供具有第一透明导电氧化物层设置于其上的基板；于透明导电氧化物层上沉积第一微晶硅层；以及在微晶硅层上形成第一光电转换单元。
文档编号H01M10/44GK101652895SQ200880011211
公开日2010年2月17日 申请日期2008年4月3日 优先权日2007年4月9日
发明者J·G·克鲁兹, Y·李, 元泰景, 崔寿永, 李立伟, 盛殊然, 蔡容基 申请人:应用材料股份有限公司