光电装置及其制造方法

专利名称：光电装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及光电装置及其制造方法。
背景技术：
近年来，由于CO2的过度排放所导致的气候变暖和高油价，在未来能源逐渐变成左 右人类生存的最重要的问题。虽然存在风力、生物燃料、氢燃料电池等很多新的可再生能源 技术，但是作为所有能源基础的太阳能是无限的清洁能源，因此利用太阳光的光电装置备 受瞩目。入射到地球表面的太阳光相当于120，000TW，因此，在理论上由光电转换效率 (conversion efficiency)为10%的光电装置，只要覆盖地球陆地面积的0. 16%，可以产 生两倍于全球一年消耗能源的20TW电力。实际上，在过去的十年，全球的太阳光市场每年以40%的速度高速增长。目前，光 电装置市场的90%由单晶硅(single-crystalline)或者多晶硅(multi-crystalline or poly-crystalline)等块(bulk)型硅光电装置占有。但是，由于作为主要原料的太阳能级 硅片(Solar-grade silicon wafer)的生产满足不了爆发性的需求，因此在全球范围内发 生缺货现象，这成为降低生产成本的一大障碍。与此相反，使用氢化非晶硅(a_Si:H)受光层的薄膜(thin-film)硅光电装置，相 对于块型硅光电装置，其厚度可以减少至百分之一以下，因此可以大面积低价生产。另一方面，由于单一接合(Single-junction)薄膜硅光电装置具有性能极限，因 此开发多个单元电池层压的双重接合薄膜硅光电装置或者三重接合薄膜硅光电装置，以达 到高稳定效率(Stabilized efficiency)。双重接合或者三重接合薄膜硅光电装置被称之为串联光电装置。上述串联光电装 置的开路电压为各单元电池的电压之和，短路电流为各单元电池短路电流中的最小值。以串联光电装置的情况，将针对以强化单元电池之间的内反射来提高效率的中间 反射膜进行研究。

发明内容
本发明的目的在于提供能提高效率的串联光电装置。本发明所要达到的技术课题，不局限于上述的技术课题，本发明所属技术领域的 具有一般知识的人可以根据下面的叙述能够清楚地理解其它的技术课题。本发明的光电装置，包括基板；第一单元电池，位于上述基板上，且包括P型窗 层、i型光电转换层以及η型层；中间反射膜，位于上述第一单元电池上，且包括以越远离光 入射侧碳或者氮浓度越变大的方式剖面分布的氢化η型微晶碳化硅或者氢化η型微晶氮化 硅；第二单元电池，位于上述中间反射膜上，且包括P型窗层、i型光电转换层以及η型层。本发明的光电装置的制造方法，包括在基板上形成多个第一电极的阶段；在上 述多个第一电极上形成包括P型窗层、i型光电转换层以及η型层的第一单元电池层的阶
4段；在上述第一单元电池层上形成包括以越远离光入射侧碳或者氮浓度越变大的方式剖面 分布的氢化n型微晶碳化硅或者氢化n型微晶氮化硅的中间反射膜的阶段；在上述中间反 射膜上形成第二单元电池层的阶段。本发明的光电装置的制造方法，包括在基板上形成多个第一电极的阶段；在上 述多个第一电极上形成包括P型窗层、i型光电转换层以及n型层的第一单元电池层的阶 段；将碳或者氮向上述第一单元电池层的n型层扩散，并在此形成包括以越远离光入射侧 碳或者氮浓度越变大的方式剖面分布的氢化n型微晶碳化硅或者氢化n型微晶氮化硅的中 间反射膜的阶段；在上述中间反射膜上形成第二单元电池层的阶段。本发明中，在形成中间反射膜时可以添加碳或者氮以提高光电装置的效率。


图1为根据本发明一实施例的光电装置结构的剖面图图2a和图2b为根据本发明一实施例的光电装置的制造方法图；图3a和图3b为根据本发明另一实施例的光电装置的制造方法图；图4为根据本发明另一实施例的光电装置图。
具体实施例方式下面结合附图详细说明根据本发明实施例的光电装置及其制造方法。光电装置可以具有双重接合和三重接合等结构，图1中以具有双重接合结构的光 电装置为举例说明。如图1所示，根据本发明一实施例的光电装置包括，基板10、第一电极20、第一单 元电池30、中间反射膜40、第二单元电池50以及第二电极70。在本发明实施例中，基板10 可以包括如玻璃等的透明绝缘材料。第一电极20形成在基板10上，并可以包括如ZnO等透明导电氧化物(TC0 ； Transparent Conducting Oxide)0第一单元电池30位于第一电极20上，并包括通过等离子体化学气相沉积(Plasma CVD ；Plasma Chemical Vapor Deposition)法形成的 p 型窗层 30p、i 型光电转换层 30i 以 及n型层30n。中间反射膜40位于第一单元电池30上，并包括氢化n型微晶碳化硅 (n-uc-SiC:H)或者氢化n型微晶氮化硅(n_ y c_SiN: H)。这时，中间反射膜40的碳或者 氮浓度以越远离光入射侧即远离基板10和第一电极30越变大的方式剖面分布。第二单元电池50位于中间反射膜40上，并包括通过化学气相沉积(CVD)法形成 的P型窗层50p、i型光电转换层50i以及n型层50n。这时，第二单元电池50可以包括氢 化非晶硅或者氢化微晶硅。第二电极70层压在第二单元电池50上。如图1所示，根据本发明实施例的光电装置还可以包括，通过化学气相沉积(CVD) 法成膜的背面反射膜60，以使第二单元电池50的n型层50n和第二单元电极70之间的光 捕捉效果(light trapping effect)达到最好。以根据本发明的光电装置的情况，基板10作为光入射的部分，可以包括光透射率高并且能防止光电装置内部产生短路的透明绝缘材料。第一电极20应将入射的光向不同的方向散射(light scattering)，并对用于形 成微晶硅薄膜的氢等离子体具有耐久性。因此，第一电极20可以包含氧化锌(ZnO)。另外，在本发明的实施例中，通过使用频率为13. 56MHz的射频等离子体增强化学 气相沉禾只(RF PECVD ；Radio Frequency Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition) 法或者使用频率大于13. 56MHz的甚高频(VHF ；Very HighFrequency)PECVD法形成包括ρ 型窗层30p、i型光电转换层30i以及η型层30η的第一单元电池30。RF PECVD或者VHF PECVD由于频率高，因此沉积速度快且提高膜质。中间反射膜40可以包括，碳或者氮浓度离以逐渐增大的方式剖面分布的氢化η型 微晶碳化硅或者氢化η型微晶氮化硅。另外，中间反射膜40包括，通过后续工序形成的氢 化η型微晶碳化硅或者氮化硅。第二单元电池50可以通过RF PECVD法或者VHF PECVD法在中间反射膜40上形 成，并包括P型窗层50p、i型光电转换层50i以及η型层50η。这时，第二单元电池50可 以包括微晶硅或者非晶硅。背面反射膜60通过CVD法在第二单元电池50的η型层50η上成膜，并包含氧化 锌(ZnO)，以使光捕捉效果(light trapping effect)达到最好。第二电极70将透过第二单元电池50的光重新反射到第二单元电池50上，在本实 施例中用作内电极。第二电极70可以包括氧化锌(ZnO)或者银(Ag)，可以通过CVD法或者 溅射(Sputtering)法成膜。在光电装置的批量生产过程中，为了使单元电池间串联，通过激光划线 (Scribing)法等刻槽方法完成刻槽工序。这种刻槽在第一电极20、第二单元电池50和第 二电极70上进行。下面结合图2a、图2b、图3a和图3b详细说明中间反射膜的形成方法。图2a和图 2b为根据本发明一实施例的光电装置的制造方法流程图。如图2a所示，在基板10上被覆第一电极层(S210)。通过第一刻槽工序去除被覆在基板10上的第一电极层的一部分，并形成分离槽， 由此形成相互分离的多个第一电极20(S220)。在多个第一电极20和第一电极20之间的分离槽内形成包括ρ型窗层30p、i型光 电转换层30i以及η型层30η的第一单元电池层(S230)。在第一单元电池层上形成包括氢化η型微晶碳化硅或者氢化η型微晶氮化硅的中 间反射膜40(S240)。中间反射膜40的碳或者氮浓度通过调节向腔室内流入的碳或者氮的 流量以越远离基板10其碳或者氮浓度越变大的方式剖面分布，也就是离基板10越远其浓 度越大。在本发明的实施例中，碳原料气体可以为CH4, C2H4以及C2H2中的至少一种，氮原料 气体可以为NH4, N2O以及NO中的至少一种。在中间反射膜40上形成包括ρ型窗层50p、i型光电转换层50i以及η型层50η 的第二单元电池层(S250)。通过第二刻槽工序去除第一单元电池层和第二单元电池层的一部分，并形成分离 槽，由此形成第一单元电池30和第二单元电池50 (S260)。在第二单元电池50上和通过第二刻槽工序形成的分离槽内层压第二电极层
6(S280)。通过第三刻槽工序去除第二电极层的一部分，并形成分离槽，由此形成分离的多 个第二电极70(S290)。第二刻槽工序后，为了使光捕捉效果(light trapping effect)达到最好，可以通 过CVD法在第二单元电池层的n型层50n上形成背面反射膜60 (S270)。为了提高初始效率，在形成第一单元电池层的阶段(S230)，p型窗层30p和i型光 电转换层30i之间可以插入缓冲层(buffer layer)。初始效率是指，根据本发明刚制造出 的光电装置效率。在形成第一单元电池层的阶段(S230)，包含p-i-n型薄膜硅的第一单元电池层 通过RF PECVD法或者VHF PECVD法形成。第一单元电池30的n型层30n厚度为30nm至 50nm,并包括氢化n型微晶硅(n-y c_Si:H)薄膜。如果第一单元电池30的n型层30n厚 度为30nm以上，将具有高导电率。如果其厚度为50nm以下，可防止由于其厚度增加而造成 的过度的光吸收。这时，用于形成n型微晶硅(n-i!C-Si:H)薄膜所需的原料气体可以包含硅烷 (SiH4)、氢(H2)和磷化氢(PH3)。在形成包括氢化n型微晶硅(n- u c-Si:H)薄膜的n型层30n后，如图2b所示，维 持向反应腔室内流入的原料气体的流量、沉积温度以及沉积压力等，并将碳或者氮原料气 体流入到反应腔室(S241a)。由于维持原料气体的流量、沉积温度以及沉积压力等，并将原料气体和包含碳或 者氮原料气体的混合气体流入到反应腔室，因此第一单元电池层的n型层30n和中间反射 膜40可以在同一个反应腔室内形成。 这时，碳原料气体或者氮原料气体的流量通过流量控制器(MFC ；MassFlow Controller)调节(S242a)。即，将反应腔室内的混合气体流量设定为特定值时，通过 流量控制器的调节，可以将混合气体中的碳原料气体或者氮原料气体的分压(partial pressure)先上升后再维持在特定值。因此，中间反射膜40在第一单元电池层上形成(S243a)。中间反射膜40可以包括 以碳浓度越远离基板10越变大的方式剖面分布的氢化n型微晶碳化硅或者包括以氮浓度 越远离基板10越变大的方式剖面分布的氢化n型微晶氮化硅。另外，流量控制器将碳原料气体或者氮原料气体的流量分阶段增加(S242a)，由此 形成包括氢化n型微晶碳化硅或者氢化n型微晶氮化硅的中间反射膜40 (S243a)。因此，中 间反射膜40的氢化n型微晶碳化硅或者氢化n型微晶氮化硅的碳或者氮浓度以越远离基 板10越变大的方式剖面分布。中间反射膜40的厚度可以为lOnm至120歷。如果中间反射膜40的厚度为10nm 以上，则可以充分进行可视光的内反射。如果中间反射膜40的厚度为120nm以下，则可以 从第一单元电池30向第二单元电池50提供充分的光，并防止中间反射膜40的光吸收以及 第一单元电池30和第二单元电池50之间的串联电阻不必要地增大。另外，根据本发明实施例的中间反射膜40的电阻率可以为102Q 至 105 Q -cm.向中间反射膜40入射时，其折射率可以为1.7至2. 2。因此，中间反射膜40具 有高垂直导电率。如果中间反射膜40的折射率为1.7以上，则导电率(conductivity)将变大，使多重接合光电装置的填充因子(FF，Fill Factor)增加，因此提高效率。另外，如果 中间反射膜40的折射率为2. 2以下，则可以充分反射波长为500nm至700nm之间的光，使 第一单元电池30的短路电流增加，因此提高效率。如本发明实施例，由于以越远离基板10中间反射膜40的碳或者氮浓度越变大的 方式剖面分布，因此能够防止结晶体体积分数的急剧下降，进而防止垂直导电率的下降，并 且在η型层30η和中间反射膜40之间的界面上折射率或者光学能隙的变化是连贯的。因 此，能够防止第一单元电池的η型层30η和中间反射膜40之间双重接合的界面上缺陷密度 (defect density)急剧增加，使中间反射膜40的光吸收变得最小。图3a和图3b为根据本发明另一实施例的串联光电装置的制造方法流程图。如图3a和图3b所示，在基板10上被覆第一电极层(S310)。通过第一刻槽工序，去除第一电极层的一部分以形成分离槽，由此形成多个第一 电极 20 (S320)。第一单元电池层形成在多个第一电极20和第一电极20之间的分离槽内(S330)， 第一单元电池层包括P型窗层30p、i型光电转换层30i以及η型层30η。使通过等离子体从碳原料气体或者氮原料气体分解出来的碳原子或者氮原子向 包括微晶硅(η-μ C-Si: H)的η型层30η扩散，由此形成包括氢化η型微晶碳化硅或者氢化 η型微晶氮化硅的中间反射膜40(S340)。即，将碳或者氮向第一单元电池层的η型层30η 扩散而形成中间反射膜40。这时，如果将PH3等η型掺杂气体和碳原料气体或者氮原料气体混合，则由于η型 掺杂气体的扩散，可以形成具有高垂直导电率的包括氢化η型微晶碳化硅或者氢化η型微 晶氮化硅中间反射膜。氮和碳的结晶体体积分数比氧大，因此中间反射膜的垂直导电率增加，并且形成 更多的中间反射膜的凹凸。在中间反射膜40上形成包括ρ型窗层50p、i型光电转换层50i以及η型层50η 的第二单元电池层(S350)。通过第二刻槽工序，去除第一单元电池层和第二单元电池层的一部分以形成分离 槽，由此形成第一单元电池30和第二单元电池50 (S360)。在第二单元电池50上和通过第二刻槽工序形成的分离槽内层压第二电极层 (S380)。通过第三刻槽工序，去除第二电极层的一部分以形成分离槽，由此形成相互分离 的多个第二电极70(S390)。在第二刻槽工序后，为了使光捕捉效果(light trapping effect)达到最好，在第 二单元电池层的η型层50η上可以通过CVD法形成背面反射膜60 (S370)。为了提高初始效率，在形成最初的单元电池层的阶段(S330)，在ρ型窗层和i型光 电转换层之间可以插入缓冲层(buffer layer)。包括p-i-n型薄膜硅的第一单元电池层通过RF PECVD法或者VHF PECVD法形成 时(S330)，第一单元电池层的η型层30η厚度可以为40nm至150nm，并包括氢化η型微晶 硅(n-yc-Si:H)。用于形成第一单元电池层的η型层30η所需的原料气体可以包含硅烷 (SiH4)、氢气(H2)和磷化氢(PH3)。
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通过碳或者氮的扩散而形成的中间反射膜40的厚度可以为lOnm至120nm。光透 过第一单元电池30向中间反射膜40入射时，中间反射膜40的折射率可以为1. 7至2. 2。 因此，中间反射膜40具有高垂直导电率。如果中间反射膜40的折射率为1. 7以上，则导电 率(conductivity)将变大，使多重接合光电装置的填充因子(FF，Fill Factor)增加，因此 提高效率。另外，如果中间反射膜40的折射率为2. 2以下，则可以充分反射波长为500nm 至700nm之间的光，使第一单元电池30的短路电流增加，因此提高效率。另一方面，如图3b所示，氢化n型微晶硅(n-i!C-Si:H)薄膜的沉积根据等离子体 的关闭(S341b)，S卩，随等离子体的生成终止而结束。在氢化n型微晶硅(n-y c_Si:H)薄膜 的沉积结束后，在维持沉积温度的条件下将原料气体从反应腔室排出(S342b)。在排出原料气体后，沉积腔室内后续工序的基准压力可以为10_7Torr至10_5Torr。 通过与反应腔室连接的压力控制器(pressure controller)和角阀(anglevalve)使反应 腔室的后续工序压力维持在特定值。沉积腔室内的压力达到后续工序基准压力后，将碳或 者氮原料气体流入到反应腔室(S343b)。这时，n型掺杂气体也可以同时流入。这时，碳或者氮原料气体的流量可以逐渐增加后维持特定的值，或者可以分阶段 增加。流入到反应腔室的碳或者氮原料气体的流量可以为lOsccm至500sCCm，反应腔室的 压力可以为0. 5Torr至lOTorr。如果碳或者氮原料气体的流量为lOsccm以上，则碳或者氮 的扩散速度会增加。如果碳或者氮原料气体的流量为500Sccm以下，则将防止气体费用不 必要地增加。另外，反应腔室的压力为0. 5Torr至lOTorr时，能够确保碳或者氮的扩散速 度的同时，可防止气体费用的增加。开启等离子体(S344b)，S卩，通过等离子体的生成，分解碳或者氮原料气体，并产生 碳或者氮原子。如果向n型层30n的氢化n型微晶硅(n-yc-Si: 薄膜表面扩散碳或者 氮原子，则在n型层30n的氢化n型微晶硅(n-yc-Si: 薄膜上形成包括氢化n型微晶碳 化硅或者氢化n型微晶氮化硅的中间反射膜40 (S346b)。图3a和图3b的实施例中，在形成氢化n型微晶硅后，通过碳或者氮的扩散工序形 成中间反射膜40。因此，扩散工序结束后，氢化n型微晶硅(n-yc-Si:H)薄膜的厚度减少 至与中间反射膜40的厚度一样。氢化n型微晶硅(n-yc-Si:H)薄膜越厚其结晶体体积分 数越大，因此垂直导电率也随之增大。本发明的实施例中，以结晶体体积分数大的氢化n型 微晶硅(n-yc-Si:H)薄膜的情况，利用碳或者氮向晶粒间渗透并容易扩散的特性。通过扩散工序，氢化n型微晶硅薄膜的一部分转换成包括氢化n型微晶碳化硅或 者氢化n型微晶氮化硅的中间反射膜40。因此，防止垂直导电率的急剧下降，同时发生折射 率的减少。另一方面，根据图2a至图3b所示的光电装置的制造方法，为了使单元电池间串 联，通过激光划线(Scribing)法等方法完成第一至第三刻槽工序。因此，为了形成大面积光电装置模块，用相同波长的激光束同时对各单元电池和 中间反射膜进行刻槽，因此提高光电装置的生产效率(yield)，并且可以简化大规模生产线 的布局(layout)。本发明的实施例中，p型窗层30p、50p是掺杂诸如三族物质的杂质的层，i型光电 转换层30i、50i是纯硅层，n型层30n、50n是掺杂诸如五族物质的杂质的层。下面，根据本发明的实施例，说明具有p-i-n-p-i-n型双重接合或者
9p-i-n-p-i-n-p-i-n型三重接合结构的光电装置。以双重接合薄膜硅光电装置的情况，在第一单元电池和第二单元电池之间形成包 括折射率为1. 7至2. 0的氢化η型微晶碳化硅或者氢化η型微晶氮化硅的中间反射膜。另外，以双重接合光电装置的情况，第一单元电池30的i型光电转换层30i 可以包括，氢化纯非晶硅(i-a-Si H)、氢化纯原晶硅(i-pc-Si H)、氢化纯原晶硅多层 膜(i-pc-Si H multilayer)、氢化纯非晶碳化硅(i-pc-SiC:H)、氢化纯原晶碳化硅 (i-pc-SiC:H)、氢化纯原晶碳化硅多层膜(i-pc-SiC:H multilayer)、氢化纯非晶氧化硅 (i-a-SiO:H)、氢化纯原晶氧化硅(i-pc-SiO:H)、氢化纯原晶氧化硅多层膜(i-pc_SiO:H multilayer)之一。另外，以双重接合光电装置的情况，第二单元电池50的i型光电转换层50i可 以包括，氢化纯非晶硅(i-a-Si H)、氢化纯非晶硅锗(i-a-SiGe H)、氢化纯原晶硅锗 (i-pC-SiGe:H)、氢化纯纳米晶硅(i-nc-Si:H)、氢化纯微晶硅(i_ μ c_Si :H)、氢化纯微晶 硅锗(i-μ c-SiGe:H)之一。另一方面，以p-i-n-p-i-n-p-i-n型三重接合光电装置的情况，三个单元电池中 位于中间的单元电池可以成为第一单元电池或者第二单元电池。如果位于中间的单元电池 是第一单元电池，则第二单元电池与三重接合光电装置的第二电极相接触或者相邻。另外， 如果位于中间的单元电池是第二单元电池，则第一单元电池与三重接合光电装置的第一电 极相接触或者相邻。如果位于中间的单元电池是第二单元电池，则在第一单元电池和第二单元电池之 间形成包括折射率为1. 7至2. 2的氢化η型微晶碳化硅或者氢化η型微晶氮化硅的中间反 射膜。另外，三个单元电池中各相邻的两个单元电池之间可以形成包括折射率为1. 7至2. 2 的氢化η型微晶碳化硅或者η型微晶氮化硅的中间反射膜。另外，以三重接合光电装置的情况，与第一电极接触或者相邻的单元电池的i型 光电转换层可以包括氢化纯非晶硅(i-a-Si :H)、氢化纯原晶硅(i-pc-Si: H)、氢化纯原晶 硅多层膜(i-pc-Si:H multilayer)、氢化纯非晶碳化硅(i-pc_SiC:H)、氢化纯原晶碳化 硅(i-pc-SiC:H)、氢化纯原晶碳化硅多层膜(i-pc-SiC:Hmultilayer)、氢化纯非晶氧化 硅(i-a-SiO:H)、氢化纯原晶氧化硅(i-pc-SiO:H)、氢化纯原晶氧化硅多层膜(i-pc-SiC:H multilayer)之一。另外，位于三重接合光电装置中间的单元电池的i型光电转换层可以包括氢化纯 非晶硅锗(i_a-SiGe:H)、氢化纯原晶硅锗(i-pc_SiGe:H)、氢化纯纳米晶硅(i-nc_Si:H)、 氢化纯微晶硅(i-yc-Si:H)、氢化纯微晶硅锗碳(i-yC-SiGeC:H)等，与第一电极接触 或者相邻的单元电池的纯吸光层可以包括氢化非晶硅锗(i-a-SiGe:H)、氢化纯原晶硅锗 (i-pC-SiGe:H)、氢化纯纳米晶硅(i-nc-Si:H)、氢化纯微晶硅(i_ μ c_Si :H)、氢化纯微晶 硅锗(i-μ c-SiGe:H)之一。本发明的实施例中，记载了光从形成在基板10上的第一单元电池30向第二单元 电池50方向入射的p-i-n型光电装置，但本发明同样可以适用于光从基板10的对面，即从 第一单元电池30向第二电源电池50’方向入射的n-i-p型光电装置。即，n-i-p型光电装置是光从位于基板10对面的第二单元电池50’入射，在第一 电极20上形成依次层压η型层30n’、i型光电转换层30i’和ρ型窗层30ρ’的第一单元电池30’。中间反射膜40形成在第一单元电池30’上。另外，依次层压n型层50n’、i型光 电转换层50i’和p型窗层50p’的第二单元电池50’形成在中间反射膜40上。第二电极 70形成在第二单元电池50’上。中间反射膜40和光入射的第二单元电池50’之间折射率应匹配，中间反射膜40 与第二单元电池50’的n型层接触。因此，第一单元电池30’的p型窗层30p’形成后，形 成包括氢化n型微晶碳化硅或者氢化n型微晶氮化硅的中间反射膜。这时，根据本发明另 一实施例的中间反射膜40同样是以越远离光入射的一侧即，越远离第二单元电池50’碳或 者氮浓度越变大的方式剖面分布。另一方面，根据本发明实施例的光电装置，在包括多个单元电池的串联结构中，为 了提高效率再包括中间反射膜40。中间反射膜40的包括使多个单元电池的电流可以调节， 因此可以提供更高的效率。一般情况下，在包括于串联结构的光电装置的多个单元电池之间的电流匹配 (matching)设计中，光电装置的工作温度起重要的作用。例如，安装在高温地区或者强紫外线地区的光电装置，设计时使光电装置的短路 电流根据上述光电装置的单元电池中离光入射一侧最近的单元电池的短路电流决定。以光 电装置的短路电流根据光最先入射的单元电池的短路电流决定的情况，因为光电装置的温 度系数(temperature coefficient 温度上升1°C时，光电装置效率降低比率)小，因此即 使光电装置的温度上升，其效率的降低也比较小。相反，安装在低温地区或者弱紫外线地区的光电装置，设计时使光电装置的短路 电流根据上述光电装置的单元电池中离光入射一侧最远的单元电池的短路电流决定。以光 电装置的短路电流根据离光入射一侧最远的单元电池的短路电流决定的情况，虽然光电装 置的温度系数(temperature coefficient 温度上升1°C时，光电装置效率降低比率)高但 劣化率小。以安装在低温地区的光电装置的情况，因为受温度系数的影响相对较小，因此， 设计时使光电装置的短路电流根据离光入射一侧最远的单元电池的短路电流来决定。如此设计的光电装置的额定输出(效率)在标准测试条件(STC ；StandardTest Conditions)下，在室内测定。标准测试条件包含下列条件。AMI. 5 (AIR MASS 1. 5)日照强度lOOOW.m—2光电装置温度25°C但是，在室外安装光电装置时，如果光电装置的温度超过25°C，由于受光电装置温 度系数的影响，光电装置的效率相比在标准测试条件下测定的光电装置的额定效率小。S卩，光电装置工作时，吸收的光能大部分转换成热能，因此光电装置的实际工作温 度相比标准测试条件下的光电装置温度25°C容易升高。因此受光电装置温度系数的影响， 光电装置的效率比在标准测试条件下测定的光电装置的额定效率小。由于上述的问题，如果将标准测试条件下的光电装置温度25°C作为基准设计串联 光电装置的电流匹配，则有可能得不到所需的光电装置的效率。因此，根据本发明实施例的光电装置的电流匹配设计，由与光电装置实际安装条 件类似的标准参考环境(Standard Reference Environment)下所得到的太阳能电池额定 工作温度所形成。标准参考环境包括下列条件。
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光电装置倾角(tilt angle)与水平线形成45°角总日照强度(totalirradiance) :800ff. τα2周围温度(circumstance temperature) :20°C风速(wind speed) :1m· s_l电负荷(electric load)无(开放状态)太阳能电池额定工作温度是指，安装在开放性旋盘状机架(open rack)上的光电 装置在标准参考环境下工作时的温度。光电装置实际使用的环境多种多样，因此，在根据与 光电装置实际安装条件类似的标准参考环境下测定的太阳能额定工作温度设计串联光电 装置的电流匹配下，能够制造适用于安装环境的光电装置。如果调节第一单元电池30，30’ 或者第二单元电池50，50’的i型光电转换层的厚度和光学能隙以能够调节第一单元电池 30，30’或者第二单元电池50，50’的短路电流，则可以提高光电装置的效率。如上述理由，本发明的实施例中，如果光电装置的太阳能电池额定工作温度为 35°C以上，第一单元电池30，30’或者第二单元电池50，50’中，可以设定光入射的单元电池 的i型光电转换层的厚度和光学能隙，使离光入射一侧近的单元电池的短路电流比另外一 个单元电池的短路电流小或者相同。因此，根据本发明实施例的光电装置的全部短路电流 由光入射的单元电池的短路电流决定。光入射的单元电池的短路电流比另外一个单元电池的短路电流小或者相同时，温 度系数变小，因此，即使升高光电装置的实际温度，由效率降低引起的发电性能的降低会变 小。例如，设计成光入射的单元电池的短路电流比另外一个单元电池的短路电流小或者相 同的光电装置安装在包括短波长强蓝色光的紫外线地区或者高温地区时，因为温度系数变 小，因此即使升高光电装置的实际温度，由效率降低引起的发电性能的降低会变小。相反，太阳能电池额定工作温度低于35°C时，第一单元电池30，30’或者第二单元 电池50，50’中，可以设定上述一个单元电池的i型光电转换层的厚度和光学能隙，使离光 入射一侧远的一个单元电池的短路电流比光入射一侧近的另外一个单元电池的短路电流 小或者相同。换句话说，太阳能电池额定工作温度低于35°C时，可以按照第一单元电池30， 30’或者第二单元电池50，50’中离光入射一侧近的单元电池的短路电流比另外一个单元电 池的短路电流大或者相同的方式设定另外一个单元电池的i型光电转换层的厚度和光学 能隙。因此，根据本发明实施例的光电装置的全部短路电流由第一单元电池和第二单元 电池中离光入射的一侧远的单元电池的短路电流决定。这种情况下，虽然光电装置的温度 系数高却劣化率降低。因为，光电装置的实际工作温度相对低，因此，相比于由温度系数引 起的发电性能的降低，由劣化率减少而引起的发电性能的改善更为明显。特别是，因为填充 因子(Fill Factor)的劣化小，因此，周围温度小于标准测试条件(STC) 25°C的环境下，室 外的发电性能很突出。如本发明的实施例，根据太阳能电池额定工作温度设计电流匹配的光电装置的短 路电流，可以在标准参考环境下测定。i型光电转换层的厚度越大而且光学能隙越小，单元电池的短路电流越大，因此， 通过设定i型光电转换层的厚度和光学能隙来调节短路电流。上面，结合附图对本发明的实施例进行了说明。本发明所属的技术领域的技术人员，可以理解在不变更本发明的技术思想或者必要特征的情况下，可以由另外具体方式实 施。因此，上述的实施例只是举例而已，本发明并不只局限于上述实施例。本发明的范围通 过权利要求来体现。权利要求的意义及范围还有从等同概念出发的所有变更或者变更的方 式应解释为包含在本发明的范围。
权利要求
1.一种光电装置，包括基板；第一单元电池，位于上述基板上，且包括P型窗层、i型光电转换层以及η型层；中间反射膜，位于上述第一单元电池上，且包括以越远离光入射一侧碳或者氮浓度越 变大方式进行剖面分布的氢化η型微晶碳化硅或氢化η型微晶氮化硅；第二单元电池，位于上述中间反射膜上，且包括P型窗层、i型光电转换层以及η型层。
2.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于上述中间反射膜的厚度为IOnm至 120nm。
3.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于在500nm至700nm的波长内，上述中 间反射膜的折射率为1. 7至2. 2。
4.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于上述第一单元电池的η型层包括氢 化η型微晶硅。
5.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于上述第一单元电池包括氢化非晶硅。
6.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于上述第二单元电池包括氢化非晶硅 或者氢化微晶硅。
7.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于还包括位于上述第二单元电池上的 背面反射膜。
8.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于上述第一单元电池的η型层的厚度 为 30nm 至 50nmo
9.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于上述光从第一单元电池朝向第二单 元电池方向或者从第二单元电池朝向第一单元电池方向入射。
10.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于太阳能电池额定工作温度为35°C以 上时，上述第一单元电池和上述第二单元电池中，光入射的单元电池的短路电流比另外一 个单元电池的短路电流小或者相同。
11.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于太阳能电池额定工作温度低于35°c 时，上述第一单元电池和第二单元电池中，光入射的单元电池的短路电流比另外一个单元 电池的短路电流大或者相同。
12.一种光电装置的制造方法，包括在基板上形成多个第一电极的阶段；在上述多个第一电极上形成包括ρ型窗层、i型光电转换层以及η型层的第一单元电 池层的阶段；在上述第一单元电池层上形成包括以越远离光入射一侧碳或者氮浓度越变大的方式 进行剖面分布的氢化η型微晶碳化硅或者氢化η型微晶氮化硅的中间反射膜的阶段；在上述中间反射膜上形成第二单元电池层的阶段。
13.一种光电装置的制造方法，包括在基板上形成多个第一电极的阶段；在上述多个第一电极上形成包括ρ型窗层、i型光电转换层以及η型层的第一单元电 池层的阶段；向上述第一单元电池层的η型层扩散碳或者氮形成包括以越远离光入射一侧碳或者氮浓度越变大的方式进行剖面分布的氢化n型微晶碳化硅或者氢化n型微晶氮化硅的中间 反射膜的阶段；在上述中间反射膜上形成第二单元电池层的阶段。
14.根据权利要求12或13所述的光电装置的制造方法，其特征在于用于形成上述中 间反射膜的碳原料气体为CH4、C2H4以及C2H2中的至少一种，用于形成上述中间反射膜的氮 原料气体为NH4、N20以及NO中的至少一种。
15.根据权利要求12或者13所述的光电装置的制造方法，其特征在于还包括在上述 第二单元电池层上形成背面反射膜的阶段。
16.根据权利要求12所述的光电装置的制造方法，其特征在于上述第一单元电池层 的n型层具有30nm至50nm的厚度，并包括氢化n型微晶硅。
17.根据权利要求13所述的光电装置的制造方法，其特征在于上述碳或氮扩散之前 的第一单元电池层的n型层具有40nm至150nm的厚度，并包括氢化n型微晶硅。
18.根据权利要求12所述的光电装置的制造方法，其特征在于上述中间反射膜形成 在上述第一单元电池层上的阶段在维持用于层压上述第一单元电池层的n型层的原料气 体的沉积温度和沉积压力条件下进行。
19.根据权利要求18所述的光电装置的制造方法，其特征在于上述第一单元电池层 的n型层和上述中间反射膜在同一个反应腔室内形成。
20.根据权利要求12或13所述的光电装置的制造方法，其特征在于在形成上述中间 反射膜的阶段中，碳原料气体或者氮原料气体的流量随着时间的经过增加或者减少。
21.根据权利要求13所述的光电装置的制造方法，其特征在于形成上述第一单元电 池层的阶段随着用于形成上述第一单元电池层的n型层的等离子体的关闭而结束；在形成 上述中间反射膜的阶段中，流入用于形成上述中间反射膜的碳原料气体或者氮原料气体， 并随着上述等离子体的开启而开始。
22.根据权利要求21所述的光电装置的制造方法，其特征在于与上述碳原料气体或 者上述氮原料气体一起流入n型掺杂气体。
全文摘要
本发明提供光电装置及其制造方法，该装置包括基板；第一单元电池，位于上述基板上，且包括p型窗层、i型光电转换层以及n型层；中间反射膜，位于上述第一单元电池上，且包括以越远离光入射一侧碳或者氮浓度越变大的方式进行剖面分布的氢化n型微晶碳化硅或者氢化n型微晶氮化硅；第二单元电池，位于上述中间反射膜上，且包括p型窗层、i型光电转换层以及n型层。
文档编号H01L31/04GK102005488SQ20101026765
公开日2011年4月6日 申请日期2010年8月31日 优先权日2009年9月2日
发明者明承烨 申请人:韩国铁钢株式会社