专利名称：用于a-Si单结和多结薄膜硅太阳能电池的改进的a-Si:H吸收层的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于制造薄膜太阳能电池的方法，也涉及用于制造多结薄膜太阳能电池的方法。进一步地，本发明涉及薄膜太阳能电池。
背景技术：
光伏装置或太阳能电池是将光转换为电能的装置。由于薄膜太阳能电池允许使用诸如玻璃的便宜衬底，和厚度在IOOnm至2 μ m范围内的硅薄膜，因此薄膜太阳能电池对于低成本大规模生产具有特别的重要性。用于沉积这种硅层的最常用的方法之一是等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法。图1示出了在所谓的顶衬(superstrate)结构中的现有技术薄膜太阳能电池。太阳能电池包括作为衬底I的透明玻璃和沉积在所述衬底I上的透明导电氧化物(TCO)层2，即太阳能电池的前向接触层(TCO-FC)或电极。TCO前向接触层2上首先是所沉积的正掺杂的硅层3，即P-层，然后是本征吸收层4，即i_层，然后是负掺杂的η-层5。这三个硅层3、
4、5形成了p-1-n结，其中，1-层4占硅层3、4、5厚度的主要部分，其中，光电转换主要发生在所述i_层4。在硅层3、4、5的顶层上沉积有另一层TCO层6，其也被命名为背向接触层(TCO-BC)。TCO的前向接触层2和背向接触层6可由氧化锌、二氧化锡或ITO制成。在所述背向接触层6之后通常施加白色反射层7，以便用来将尚未被吸收的光反射入有源层3、4、5。在过去几年里，已开发出叠层(tandem)电池8的新概念，如图2的现有技术所示。所谓的叠层电池8允许更好地利用太阳光谱并允许降低光致衰退。叠层电池8基于两个彼此在顶层沉积的单结电池9、10。如此，薄膜太阳能电池8通常包括沉积在衬底12上的第一电极或前电极11、一个或多个半导体薄膜P-1-n结13-15、即9、和16-18、即10以及第二电极或背电极19，紧跟着是背反射层20，借此所述层11-20可从衬底12开始顺利地彼此堆叠。每一个p-1-n结9、10或每一个薄膜光伏转换单元包括夹在p-型层13、16和η-型层
15、18之间的1-型层14、17。事实上，本文中的本征应理解为无掺杂或表现出基本上无合成掺杂。由于光电转换主要发生在i_型层14、17中，因此本征i_型层也称作吸收层。根据1-型层14、17的晶体分数(即结晶度)，太阳能电池8或光电转换装置表征为非晶硅(即a-Sil4)的太阳能电池9，或微晶硅(即yc-Sil7)的太阳能电池10，上述分类与相邻P-和η-层13、15、16、18的结晶度类型无关的微晶硅层被理解为(如本领域中公知的那样)是在非晶硅矩阵中占很大百分比的晶体硅(所谓的微晶硅)的层。对p-1-n结9、10的堆叠被称为叠层或双结光伏电池8。非晶硅和微晶硅p-1-n结9、10的结合(如图2的现有技术所示)也称作非微晶叠层(micromorph叠层)电池。a_Si电池9主要吸收太阳光谱的蓝色部分，而微晶硅电池10主要吸收太阳光谱的红色部分。两个结9、10的串联连接还有助于降低光致衰退，尤其是对于s-Si电池9而言。
为了实现单结a-Si太阳能电池以及叠层结型太阳能电池的高稳定效率，需要优化决定电池效率的最重要的电池参数，即电流密度Jsc、开路电压Voc和填充因子FF，现有技术已知这些参数的每一个，且本领域的技术人员已知如何测量这些参数。此外，应尽可能降低光致衰退(light induced degradation,LID)。对于大面积大规模的太阳能电池生产，附加因素(比如，层和电池的均匀性或沉积时间)也是需要考虑的非常重要的因素。通常，可通过对初始效率或LID进行复杂的最优化过程，例如通过提高之前讨论的电池参数的一个或多个，来获得良好的稳定效率值。这种最优化过程通常包括在初始效率、稳定效率和沉积速率之间进行权衡。反过来，依据一定的电能，或者可以以优越的性能和较长的处理时间、或者可以以较短的处理时间和较低的性能，来实现光伏模块的生产。
发明内容
因此，本发明的目的是克服之前描述的现有技术的缺点，即为了大面积大规模生产光伏系统，而通过提高初始效率同时减少a-Si电池和非微晶叠层电池的光致衰退，来提供提高非晶硅单结太阳能电池以及非微晶叠层太阳能电池的性能的方法。 该目的通过独立权利要求获得。从属权利要求则具体说明了有利的实施方案。尤其是，该目的是通过用于制造薄膜太阳能电池的方法实现的，该方法包括以下顺序的步骤:a)沉积正掺杂的硅层，bl)以第一沉积速率沉积第一本征a_S1:H层，b2)以第二沉积速率沉积第二本征a-S1: H层，以及c)沉积负掺杂的硅层，第二沉积速率大于第一沉积速率。因此，本发明是基于这样的想法，即当以不同沉积速率(S卩，第二沉积速率大于第一沉积速率)沉积两个不同本征层时，提供两个不同的本征吸收层(形成1-层)连同正掺杂的硅层和负掺杂的硅层共同形成P-1-n结以形成薄膜光电转换单元。而制造的薄膜太阳能电池的特征是:提高了初始效率和稳定效率，同时将总体沉积速率(即便是沉积两个不同的本征层的总体沉积速率)保持在合理的和经济的水平。详细地来说，这是通过用于包括至少两个本征子层(sublayer)的太阳能电池的光电转换单元的本征a_S1:H吸收层实现的，其中，第一子层是所谓的以第一沉积速率沉积的高品质a_S1:H层，第二子层是以第二较高沉积速率沉积的a-S1:H层。在这种p-1-n配置中，高品质子层(第一本征a_S1:H层)设置在P-层和第二子层(第二本征a-S1:H层)之间。总之，当沉积各个本征层时，这种高品质的a-S1:H层(第一本征a-S1:H层，第一子层)是通过至少控制沉积速率获得的。优选，沉积之前描述的层通过CVD工艺进行，最优选在CVD处理室内进行。在本发明的意义上，术语处理包括作用于衬底的任何化学、物理和/或机械效果。在本发明的意义上，术语衬底包括在真空处理系统内被处理的组件/部件或工件。衬底包括、但不局限于矩形/正方形或圆形的平坦和/或平板形部件。优选衬底为基本上，最优选完全为平面的平面表面尺寸> Im2的衬底，比如薄玻璃板。在本发明的意义上，术语真空处理系统包括至少一个用于在低于环境大气压的压力下对衬底进行处理的外壳。在本发明的意义上，术语CVD (化学气相沉积)及其类型包括允许在加热的衬底上沉积层的熟知的技术。通常为液态或气态的前体材料(气体)被供给至工艺系统，其中，前体的热反应可导致所述沉积层的沉积。常常，DEZ (二乙基锌)用作前体材料用于使用低压CVD (LPCVD)在真空处理系统中生产TCO层。
术语TCO代表透明导电氧化物，即TCO层为透明导电层，其中，在本发明中对于在真空处理中沉积的薄膜而言，术语层、涂层、沉积和薄膜是可互换使用的，无论其是CVD、LPCVD、等离子体增强化学汽相淀积(PECVD)或物理气相沉积(PVD)。在本发明的意义上，术语太阳能电池或光伏电池(PV电池)包括电气组件，其能够通过光伏效应将光(基本上是阳光)直接转换为电能。在一般意义上，支撑衬底上的薄膜太阳能电池包括至少一个通过薄膜沉积夹在两个电极或电极层之间的半导体化合物而形成的P-1-n结。p-1-n结或薄膜光电转换单元包括夹在P-掺杂和η-掺杂半导体化合物层之间的本征半导体化合物层。术语薄膜表示所提到的层是通过类似上述的PECVD、CVD、PVD等处理沉积而成的薄层或薄膜。薄层基本上指厚度为ΙΟμπι或更少,尤其是小于2μηι的层。在进一步优选的实施方案中，第一沉积速率为所述第二沉积速率的40%以上、75%以下，优选地为所述第二沉积速率的40%以上、60%以下，更优选地，第一沉积速率为2.1 A/秒，第二沉积速率为3.6 A /秒。在进一步优选的实施方案中，所述沉积层的沉积是通过使用RF功率(射频功率)的CVD工艺进行的 ，步骤bl)中的工艺使用的射频功率水平为步骤b2)中的工艺的射频功率水平的30%以上、75%以下，优选地为步骤b2)中的工艺的射频功率水平的30%以上、50%以下。在进一步优选的实施方案中，沉积层的沉积是通过使用氢气和硅烷作为前体气体的CVD工艺进行的，步骤bl)中的氢气与硅烷的流量比为步骤b2)中的氢气与硅烷的流量比的I倍以上、1.5倍以下。在另一个优选的实施方案中，沉积层的沉积是通过步骤bl)中的工艺压力为步骤b2)中的工艺压力的30%以上、90%以下的CVD工艺进行的。总之，如之前概述的那样调整沉积速率和/或射频功率和/或氢气与硅烷的流量比，可形成两个不同的本征a-S1:H层，从而提高如此制造的薄膜太阳能电池的初始效率同时降低光致衰退。举例来说，可以0.3mbar的压力、180W的射频功率、1.9 A /秒的沉积速率和H2/SiH4=l的氢气与硅烷流量比获得第一本征a-S1:H层，以1.0mbar的压力、600W的射频功率、4.6 A/秒的沉积速率和H2/SiH4=0.25的氢气与硅烷流量比来获得第二本征a-S1:H层。根据另一个优选的实施方案，如此沉积第一本征a-S1:H层和第二本征a_S1:H层，以至所述第一本征a-S1:H层(21)的厚度为所述第一本征a-S1:H层(21)和所述第二本征a-S1:H层(22)的总体本征a-S1:H层(21、22)厚度的15%以上、45%以下，优选地为所述第一本征a-S1:H层(21)和所述第二本征a-S1:H层(22)的总体本征a_S1:H层(21、22)厚度的15%以上、35%以下。优选地，第一本征a-S1:H层和第二本征a_S1:H层的总体本征a-S1:H层的厚度为220nm。在进一步优选的实施方案中，正掺杂的硅层和/或负掺杂的硅层包括a_S1: H层或P C-S1: H层。在进一步优选的实施方案中，方法包括以下顺序的步骤:提供衬底，在衬底上沉积第一 TCO层,如之前描述的那样在第一 TCO层上沉积层(即，正掺杂的娃层、第一本征a-S1: H层、第二本征a-S1:H层和负掺杂的硅层)，以及如之前描述的那样在沉积层上沉积第二 TCO层。如此，如之前描述的那样，光电转换装置还配有用于电接触薄膜太阳能电池的第一 TCO层和第二 TCO层。本发明的目的还通过用于制造多结薄膜太阳能电池的方法得以解决，该方法包括以下顺序的步骤:提供衬底、在衬底上沉积第一 TCO层、在第一 TCO层上沉积如之前描述的所述沉积层，形成顶层太阳能电池(即，正掺杂的硅层、第一本征a_S1:H层、第二本征a_S1:H层和负掺杂的硅层)、在顶层太阳能电池上沉积至少另一层太阳能电池(其依次包括正掺杂的硅层、本征a-S1:H层或本征μ C-S1:Η层和负掺杂的硅层)，以及在所述至少另一层太阳能电池的最后面一层上沉积第二 TCO层。这样，可实现特征为顶层电池劣化降低以及顶层电池电流较高的非微晶叠层电池，与现有技术非微晶叠层电池相比，这进一步实现了显著降低的光致衰退以及较高的模块电力稳定性。此外，本发明的目的还通过这样的薄膜太阳能电池实现，其包括正掺杂的硅层、沉积在正掺杂的娃层上的第一本征a-S1:Η层、沉积在第一本征a-S1:Η层上的第二本征a-S1:Η层,和沉积在第二本征层上的负掺杂的娃层,其中,第一本征a-S1:Η层的厚度为第一本征a-S1:H层和第二本征a-S1:H层的总体本征a_S1:H层厚度的15%以上、45%以下，优选地为所述第一本征a-S1:H层(21)和所述第二本征a-S1:H层(22)的总体本征a_S1:H层(21,22)的厚度的15%以上、35%以下。在进一步优选的实施方案中，与第二本征a-S1: H层相比，第一本征a_S1: H层的本征材料中所含H-含量Ch较低,优选第一本征a-S1:H层包括的H-含量为> 9%并< 11%,最优选为10.1%，第二本征a-S1: H层包括的H-含量Ch为彡12%并彡15%，最优选为13.7%。优选通过质谱仪测量H-含量CH，更优选通过SIMS (次级离子质谱分析法)。在进一步优选的实施方案中，与第二本征a-S1: H层相比，第一本征a_S1: H层包括较低的微结构因子R，优选第一本征a-S1:H层包括的微结构因子R为彡2%并彡6%，最优选为3.9%，第二本征a-S1:H层包括的微结构因子R为彡8%并彡13%，最优选为10.5%。在另一个优选的实施方案中，与第二本征a-S1: H层相比，第一本征a_S1: H层包括更致密的本征材料，所述更致密的本征材料的特征在于缺陷更少和/或微空洞更少。优选通过TEM (透射电子显微镜)测量各材料密度微空洞。在进一步的实施方案中，与第二本征a-S1: H层相比，第一本征a_S1: H层包括更低的带隙能量，优选第一本 征a-S1:H层包括的带隙能量为> ISlOeV并< 1820eV，最优选为1815eV，第二本征a-S1: H层包括的带隙能量为彡1825eV并彡1835eV，最优选为1830eV。在另一个优选的实施方案中，第一本征a-S1:H层和第二本征a-S1:H层的总体本征a_S1:H层厚度为> IOOnm并彡2 μ m，优选为220nm。优选通过用，例如单色光照射材料并观察材料依赖长波的吸收来间接测量带隙能量。如此，即利用之前描述的实施方案，a-Si单结电池以及叠层或多结电池便可获得较高的稳定效率。
结合以下描述的实施方案，本发明的这些和其它方面将很明显并得到阐述。在附图中:图1示出根据现有技术的顶衬结构中的薄膜a-Si单结太阳能电池的基本图，图2示出根据现有技术的叠层结型薄膜硅光伏电池的基本图，图3示出根据本发明的实施方案的a-Si单结电池的基本图，图4示出根据本发明的a-Si单结太阳能电池的电流密度Jsc和电池效率的初始值，
图5示出根据本发明另一个实施方案的a-Si单结太阳能电池的效率的光致衰退，图6示出了:与根据本发明制造的厚度为220nm的不同太阳能电池相对应的稳定的电池效率作为总沉积时间的函数、与总沉积时间的关系，图7示出了:非微晶叠层微型模块的相对的光致衰退，其中，顶层电池包括不同的吸收层，图8示出了:根据本发明的优选实施方案的太阳能电池的本征层的单层性能的表格，图9示出了:对根据本发明的具有两个本征层的220nm厚的太阳能电池而言的沉积速率和沉积时间的表格，以及图10示出根据本发明的高品质a_S1:H吸收层的工艺参数和单层性能的表格。
具体实施例方式在太阳能电池1-7中，如图1的现有技术所示，在吸收层内、即在本征层4内产生的载荷子由内部电场驱动至相应的掺杂层3、5，即电子被引导至η-掺杂层5而空穴移动至P-掺杂层3。然而，载荷子的迁移率对于电子和空穴而言是很不同的。电子的迁移率比空穴高得多。因此，电子很容易收集在η-层5，而空穴收集会出现困难。然而，如图3所示，所谓的高品质本征a-S1:Η层，即第一本征a-S1:Η层21，由于以下概述的原因，具有较高的空穴迁移率。同时，对于a-Si中的任何的例如扩散、漂移的传输机制，空间电荷限制(space charge limited, SCL)电流均随迁移率而提高。除此之外，在存在SCL电流的情况下，靠近p/i界面的堆积的正电荷通过屏蔽并弱化进入i_层21、22的电场而对光电转换装置产生不利作用， 进而影响了收集效率。较高的空穴迁移率确保了较低的空间电荷浓度以及相应较高的收集效率。材料品质较高的吸收层21也降低了 P-层3附近的电子空穴复合。与1-层21、22的其它区域相比，P-层3附近的空穴密度明显较高，这就是为什么靠近P-层3的所占百分比较小的高品质吸收层21足以改善空穴收集。如用于本发明实施方案的图3所示，下文中对电池设计进行了修改，以提高a-Si电池性能、而不会使沉积时间显著增加。在a-Si电池中，新的电池设计用分级的或至少分两级的a-S1:H吸收层21、22 (所谓的第一本征a_S1:H层21和第二本征a_S1:H层22)代替了标准的a-S1:H吸收层4。对于现有技术图1所示的顶衬太阳能电池结构，材料品质高的薄吸收层21 (下文中称为HQ i_层)沉积在其与P-掺杂层3的界面处。吸收层21、22的剩余部件由标准化生产的a-S1:H吸收层(在下文中称为Std 1-层或第二本征a-S1:H层22)组成。与现有技术或标准化生产的吸收层4相比，甚至是有可能增加沉积速率的。为了提高电池性能，低速率HQ i_层21所要求的厚度显著低于Std i_层4的厚度。因此，与处理次数相结合的适合大规模生产的改进的电池性能代表了该用于工业应用的方法的优点。下文中给出了以上描述的概念的示例:Std 1-层4、22以及HQ i_层21的单层性能在图8的表格中示出。与Std 1-层22相比，HQ i_层21的材料中含有较低的H-含量和显著较低的微结构因子，即HQ 1-层21是特征为在材料中所含的缺陷和微空洞较少的致密材料。此外，HQ吸收层21的特征还在于较低的带隙能量。
分级a-S1:H i_层21、22使用占一定百分比的、用于代替Std i_层的界面部分的HQ i_层21。图9中的表格示出总厚度为220nm的不同分级吸收层的沉积参数。例如，以HQ i_层21代替25%的Std 1-层会导致沉积速率从3.6 A /秒减小至3.23 A /秒，这等效于将沉积时间增加11%。已制备了根据图8中所示表格的具有分级吸收层21、22的单结a_Si太阳能电池。图4示出a-Si太阳能电池的电流密度Jsc和转换效率，其中，如图9中的表格所示，Std1-层4已部分地被HQ 1-层21代替。在分级i_层21、22中，电流密度随HQ i_层21的量的增加而增大。此外，与HQi_层21所占的量更高的分级1-层21、22相比，HQ i_层21所占的量达到35%的分级i_层21、22的电流密度增大得更强。这是由于以下事实，即当HQ i_层21用在其与P-掺杂层3的界面处时，由于空穴迁移率和收集效率更好，因此将吸收层内产生的载荷子更有效地收集。由于具有不同分级i_层21、22的太阳能电池的开路电压和填充因子不会随HQ 1-层21所占的百分比发生显著变化，因此不同吸收层的电池效率与电流密度的趋势相似。这也在图4中示出。与所占百分比较大的HQ i_层21相比，所占百分比较小的HQ 1-层21的电池效率提高得更强。具有占该百分比的HQ i_层21的电池的电池效率非线性增大反映出本方法在PV应用方面用于工业生产工艺的潜力。此处使用的以及图4中示出的术语“百分比”应理解为总i_层21、22的材料百分比。具有分级i_层21、22的太阳能电池的改进的性能在光致衰退之后甚至更加明显。图5示出了:由于光致衰退，所以具有不同吸收层的太阳能电池的效率降低。在光浸润1000小时后，与具有Std 1-层4的电池相比，具有分级1-层21、22的电池具有更高的稳定效率和较低的相对衰退。值得一提的是，与具有100%Std 1-层4的电池相比，包含25%HQ i_层21的电池所具有的稳定效率与具有100%HQ 1-层21的电池所具有的的稳定效率更接近。对于工业大规模生产的太阳能模块，吸收层的总沉积时间是对产量来说非常重要的参数。图6示出厚度为220nm的不同分级的a_S1:H i_层21、22的、作为总沉积时间的函数的稳定电池效率。很·容易理解分级a-S1:H吸收层21、22与工业PV工艺的关系:在p/i界面的百分比较小、为15-35%的HQ 1-层21造成了稳定电池效率的增大，该增大的稳定电池效率与具有100%HQ i_层21的太阳能电池的稳定电池效率接近。然而，具有15-35%的HQ 1-层21的分级1-层21、22的所需要的沉积时间，显著低于具有100%HQ i_层21的太阳能电池所需要的沉积时间。对于工业应用，根据与所需的电池性能和沉积时间来选择HQ 1-层21的比率。由于分级a-S1:H i_层21、22概念，改进的性能的强度可能取决于构成分级层21、22的两个吸收层21、22的品质差异:两个层21、22的材料品质差别越大，分级a_S1:H i_层
21、22的效果越强。分级a_S1:H i_层21、22对于生产非微晶叠层模块也具有有益效果。顶层电池9的较低的光致衰退以及与此同时较高的电流密度是非微晶叠层模块的较低光致衰退所需的关键因素。在图4中，示出了具有分级吸收层21、22的a-Si单结电池的初始效率较高主要是由于电流密度较高。此外，从图5可看出具有分级a-S1: H 1-层21、22的电池表现出较高的稳定效率，因此，与包含标准a-S1: H吸收层4的电池相比，具有分级a-S1: H i_层21、22的电池表现出较低的光致衰退。
因此，这两个有益效果对底层受限的非微晶叠层模块的相对衰退提供了显著的改进。图7示出了:与在顶层电池9中具有Std a-S1: H i_层4的非微晶叠层模块相比，在顶层电池9中包含分级a-S1:H吸收层21、22的非微晶叠层模块展现出显著较低的光致衰退。与a-Si单结电池的情况相似，顶层电池9包括分级a-S1:H i_层21、22的非微晶叠层模块的相对衰退值处于在顶层电池9具有Std i_层4、14的模块和顶层电池9具有HQ i_层21的模块的相对衰退值之间。因此，当使用分级a-S1:H i_层21、22时，可显著改进非微晶叠层模块的光致衰退，其唯一的代价是其沉积时间要比a-S1:H吸收层4、14的沉积时间略微延长。对于整个叠层电池而言，由于在顶层电池9中使用分级a-S1:H 1-层21、22而导致的时间相对增加显著低于a-Si单结电池时间的相对增加。需要对已知用于沉积标准氢化非晶硅(a-S1: H)吸收层4的PECVD工艺进行调整以获得更好的材料品质和较高的电流密度。增加a-Si电池的电流密度的常用方法是通过降低SiH4等离子体的H稀释来降低吸收层4的带隙能量。然而，当应用该方法时可出现至少两个副作用:Voc减小，LID增加。与常用方法相反，此处结合使用降低的工艺压力和降低的射频功率密度，以同时增大电流密度并降低光致衰退。沉积速率是本方法的折衷因素。在现有技术 中，用于大面积大规模生产a-Si和叠层太阳能电池的a_S1:H吸收层4是通过以1:1的比率用H2稀释SiH4来沉积的。这种吸收层4的典型的沉积速率为大约
3.2-3.6 A/秒。通过降低工艺压力(例如，降至0.3mbar)或降低射频功率密度,可提高材料品质并略微降低a-S1: H吸收层4的带隙能量，从而形成第一 s-S1: H本征层21，即HQ i_层21。这在图10的表格中示出，其中，为两个吸收层提供了这样的单层性能，即所述两个吸收层或者降低了工艺压力(吸收层I那列)或者降低了射频功率密度(吸收层2那列)。在吸收层I那列和吸收层2那列中，从FTIR测量值(其为对材料中的微空洞的测量)得出的材料品质因子或微结构因子R降低，这表明是S1-H2和S1-H3键较少的致密材料。相对于标准a-S1:H吸收层4、22，在吸收层I和吸收层2中所含的改进的材料品质和降低的H-含量被认为是有助于降低光致衰退的两个因素。吸收层I和吸收层2的沉积速率略微降低。吸收层2的大面积(例如，1.4m2)的层不均匀性略微高于标准吸收层4的层不均匀性。通过在a-S1:H PECVD工艺中结合降低的工艺压力和降低的射频功率可实现材料品质的显著提高和带隙能量的显著降低。这在图10表格中的吸收层3(S卩，第一本征层21)示出。相对于标准吸收层22以及吸收层I和吸收层2的材料参数，吸收层3的材料参数有显著提高:即好得多的微结构因子(即显著减少的微空洞和更致密的材料)以及在所述吸收层3中所含的显著降低的H-含量。吸收层3中的带隙能量Etl4也略微降低。吸收层3的沉积速率较低，但是仍高于2 A /秒。这种具有出色的材料品质且沉积速率较低的a-S1:H吸收层非常利于大面积大规模生产a-Si单结太阳能电池和基于a-Si的叠层太阳能电池，大面积大规模生产上述电池需要较低的光致衰退和较高的稳定功率。已在LPCVD ZnO FC上制备了具有以上描述的吸收层的单结a_Si太阳能电池。对于所有的电池而言，吸收层的厚度为265nm，除了吸收层不同，所有电池的电池结构均相同。包括新吸收层21的电池的电流密度高于包括标准a_S1:H吸收层4、22的电池的电流密度。与结合了降低的工艺压力和降低的射频功率密度的吸收层3相对应的是，最显著地增加了电流密度。包括新吸收层21的太阳能电池的电流密度较高是由于略微降低的带隙能量和提高的材料品质，如图10的表格所示。具有不同吸收层的太阳能电池的初始性能和稳定性能与图10的表格中所示的不同吸收层的单层性能强烈相关。例如，吸收层3的最高的电流密度、最高的稳定效率和最低的相对衰退是该吸收层3最好的材料品质的结果(相对于其他吸收层而言)。主要对高品质a-S1:H吸收层21进行最优化，以便用于非微晶叠层电池的顶层电池9。然而，当需要较高的电流密度以及较低的光致衰退时，其可用于任何单结、双结或三结电池概念。虽然已在附图和以上描述中详细地说明并描述了本发明，但是这种说明和描述应理解为说明性或示例性而非限制性 的；本发明并不局限于公开的实施方案。根据对附图、所公开内容和随附权利要求书的研究，实施所要求发明的本领域技术人员可以理解和实现所公开实施方案的其它变化。在权利要求书中，词“包括”并不排除其它元件或步骤，不定冠词"a"或"an"也不排除多个。在互不相同的从属权利要求中引用特定措施这一事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应理解为对本发明的范围的限制。附图标记列表1村底
2前电极
3p-层
4i-层
5n-层，
6背电极
7反射层
8叠层结型薄膜光伏电池
9顶层电池
10底层电池
11前电极
12衬底
13p-层
14i-层
15n-层
16p-层
17i-层
18n-层
19背电极
20反射层
21第一本征层
22第二本征层
权利要求
1.用于制造薄膜太阳能电池的方法，包括以下顺序的步骤 a)沉积正掺杂的娃层(3), bl)以第一沉积速率沉积第一本征a-Si :H层(21)， b2)以第二沉积速率沉积第二本征a-Si :H层(22)， 以及c)沉积负掺杂的硅层(5)，其中， 所述第二沉积速率大于所述第一沉积速率。
2.根据前述权利要求所述的方法，其中，所述第一沉积速率为所述第二沉积速率的40%以上、75%以下，优选地为所述第二沉积速率的40%以上、60%以下，更优选地，所述第一沉积速率为2. I A /秒，所述第二沉积速率为3. 6 A /秒。
3.根据前述权利要求的任一项所述的方法，其中，所述沉积层(3、21、22、5)的沉积是通过使用射频功率的CVD工艺进行的，其中，步骤bl)中的工艺使用的射频功率水平为步骤b2)中的工艺的射频功率水平的30%以上、75%以下，优选地为步骤b2)中的工艺的射频功率水平的30%以上、50%以下。
4.根据前述权利要求的任一项所述的方法，其中，所述沉积层(3、21、22、5)的沉积是通过使用氢气和硅烷作为前体气体的CVD工艺进行的，其中，步骤bl)中的氢气与硅烷的流量比为步骤b2)中的氢气与硅烷的流量比的I倍以上、I. 5倍以下。
5.根据前述权利要求的任一项所述的方法，其中，所述沉积层(3、21、22、5)的沉积是通过具有工艺压力的CVD工艺进行的，其中，步骤bl)中的工艺压力为步骤b2)中的工艺压力的30%以上、90%以下。
6.根据前述权利要求的任一项所述的方法，其中，非微晶叠层沉积所述第一本征a-Si:H层(21)和所述第二本征a-Si :H层(22)，使得所述第一本征a_Si :H层(21)的厚度为所述第一本征a-Si :H层(21)和所述第二本征a-Si :H层(22)的总体本征a_Si:H层(21,22)厚度的15%以上、45%以下，优选地为所述第一本征a_Si :H层(21)和所述第二本征a-Si:H层(22)的总体本征a-Si:H层(21、22)厚度的15%以上、35%以下。
7.根据前述权利要求的任一项所述的方法，其中，所述正掺杂的硅层(3)和/或所述负掺杂的硅层(5)包括a-Si: H层或Uc-Si = H层。
8.根据前述权利要求的任一项所述的方法，包括以下顺序的步骤 提供衬底(I)， 在所述衬底(I)上沉积第一 TCO层(2)， 在所述第一 TCO层(2)上沉积根据前述权利要求的任一项所述的沉积层(3、21、22、5)，以及 在根据前述权利要求的任一项所述的沉积层(3、21、22、5)上沉积第二 TCO层(6)。
9.用于制造多结薄膜太阳能电池的方法，包括以下顺序的步骤 提供衬底(I、12), 在所述衬底(1、12)上沉积第一 TCO层(2、22)， 在所述第一 TCO层(2、22)上沉积根据前述权利要求I至7的任一项所述的沉积层(3、21、22、5)，形成顶层太阳能电池(9)， 在所述顶层太阳能电池(9)上沉积至少另一层太阳能电池(10)，其依次包括正掺杂的娃层(16)、本征a-Si :H层或本征μ c-Si:!^ (17)和负掺杂的娃层(18),以及在所述另一层太阳能电池(10)的最后面一层上沉积第二 TCO层出、19)。
10.薄膜太阳能电池，包括: 正掺杂的娃层(3)、 在所述正掺杂的硅层(3)上沉积的第一本征a-S1:H层(21)、在所述第一本征a-S1:H层(21)上沉积的第二本征a-S1:H层(22)，和 在所述第二本征a-S1:H层(22)上沉积的负掺杂的硅层(5)，其中， 所述第一本征a-S1:H层(21)的厚度为所述第一本征a-S1:H层(21)和所述第二本征a-S1:H层(22)的总体本征a-S1:H层(21、22)的厚度的15%以上、45%以下，优选地为所述第一本征a-S1:H层(21)和所述第二本征a-S1:H层(22)的总体本征a_S1:H层(21、22)的厚度的15%以上、35%以下。
11.根据权利要求10所述的薄膜太阳能电池，其中，与所述第二本征a-S1:H层(22)相t匕，所述第一本征a-S1:H层(21)包括更低的所述本征材料中所含H-含量CH;优选地所述第一本征a-S1:H层(21)包括的H-含量Ch为彡9%并彡11%，最优选地为10.1% ;所述第二本征a-S1:H层(22)包括的H-含量Ch为彡12%并彡15%，最优选地为13.7%。
12.根据前述权利要求10或11的任一项所述的薄膜太阳能电池，其中，与所述第二本征a-S1:H层(22)相比，所述第一本征a-S1:H层(21)包括更低的微结构因子R ;优选地所述第一本征a-S1:H层(21)的微结构因子R为彡2%并彡6%，最优选地为3.9% ;所述第二本征a-S1:H层(22)包括的微结构因子R为彡8%并彡13%，最优选地为10.5%。
13.根据前述权利要求10至12的任一项所述的薄膜太阳能电池，其中，与所述第二本征a-S1:H层(22)相比，所述第一本征a-S1:H层(21)包括更致密的本征材料，所述更致密的本征材料的特征为在其中 所含的缺陷更少和/或微空洞更少。
14.根据前述权利要求10至13的任一项所述的薄膜太阳能电池，其中，与所述第二本征a-S1:H层(22)相比，所述第一本征a-S1:H层(21)包括更低的带隙能量；优选地所述第一本征a-S1:H层(21)包括的带隙能量为彡1810eV并彡1820eV，最优选地为1815eV ;所述第二本征a-S1:H层(22)包括的带隙能量为彡1825eV并彡1835eV，最优选地为1830eV。
15.根据前述权利要求10至14的任一项所述的薄膜太阳能电池，其中，所述第一本征a-S1:H层(21)和所述第二本征a-S1:H层(22)的总体本征a_S1:H层(21、22)的厚度为彡IOOnm并彡2 μ m，优选地为220nm。
全文摘要
本发明涉及一种用于制造薄膜太阳能电池的方法，包括以下顺序的步骤a)沉积正掺杂的硅层(3)，b1)以第一沉积速率沉积第一本征a-Si:H层(21)，b2)以第二沉积速率沉积第二本征a-Si:H层(22)，以及c)沉积负掺杂的硅层(5)，其中，所述第二沉积速率大于所述第一沉积速率。制造的薄膜太阳能电池的特征是提高了初始效率和稳定效率，同时将总体沉积速率(即便是沉积两个不同的本征层(21、22)的总体沉积速率)保持在合理的和经济的水平。
文档编号H01L31/0376GK103238219SQ201180055325
公开日2013年8月7日 申请日期2011年11月14日 优先权日2010年11月16日
发明者玛丽安·费乔鲁-莫拉留, 波格丹·梅雷乌 申请人:东电电子太阳能股份公司