用于太阳能电池的高雾度底层的制作方法
【专利说明】用于太阳能电池的高雾度底层
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年3月12日提交的美国临时专利No. 61/777182的优先权，其以 其整体通过引用并入本文。
[0003] 发明背景 1.发明领域
[0004] 本发明大体涉及太阳能电池，且在一【具体实施方式】中涉及具有改进的底层结构的 非晶硅薄膜太阳能电池。
[0005] 2?技术考虑
[0006] 常规的非晶硅薄膜太阳能电池通常包括玻璃基板，其上方提供透明导电氧化物 (TC0)接触层和具有p-n结的非晶硅薄膜活性层。后金属层充当反射器和背接触。TC0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"来捕获电池活性区中 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。然而，利用薄膜器件，该光捕获更加困难，这是由于层厚度远远薄于先前已 知单晶器件中的那些。随着膜厚度减小，它们倾向形成（tendtoward)主要具有平行表面 的涂层。该等平行表面通常无法提供大量光散射。
[0007] 薄膜太阳能电池的另一重要特征是TC0的表面电阻率。当辐照电池时，辐照所产 生的电子移动穿过硅且进入透明导电氧化物层中。电子尽可能快地移动穿过导电层的光电 转换效率是重要的。即，期望透明导电层的表面电阻率是低的。还期望透明导电层高度透 明以容许最大量的太阳能辐射传至硅层。
[0008] 因此，期望提供用于太阳能电池的增强穿过透明导电氧化物层的电子流、同时还 增强太阳能电池的光散射及透明度特征的涂层配置（coatingconfiguration)。
[0009] 发明概述
[0010] 硅薄膜太阳能电池包含基板和在基板的至少一部分上形成的底涂层。底涂层包 含包含氧化锡的连续第一层；和包含Sn、P和Si中至少两者的氧化物的第二层。在第一涂 层的至少一部分上形成导电涂层，其中导电涂层包含Zn、Fe、Mn、Al、Ce、Sn、Sb、Hf、Zr、Ni、 Zn、Bi、Ti、Co、Cr、Si或In中一或多者的氧化物或这些材料中两者或更多者的合金。在优 选实施方式中，第一层由未经掺杂氧化锡的连续层组成。
[0011] 在一具体太阳能电池中，基板为玻璃，第一层包含具有范围在10nm至25nm的厚度 的连续氧化锡层。第二层包含具有范围在l〇nm至40nm的厚度且具有范围在1摩尔％至 40摩尔％、例如小于20摩尔％的氧化锡的二氧化硅、氧化锡和三氧化二磷（phosphorous oxide)之混合物。导电涂层包含具有大于470nm的厚度的氟掺杂氧化锡。
[0012] 太阳能电池具有基板和在基板的至少一部分上形成的底涂层。底涂层包括氧化锡 的连续第一层和具有Sn、P和Si的氧化物的第二层。在底涂层的至少一部分上形成透明导 电涂层。第二层包括上表面上造成导电涂层的不均匀晶体生长的突出物。
[0013] 经涂覆制品包含玻璃基板和在基板的至少一部分上形成的底涂层。底涂层包括包 含具有范围在l〇nm至25nm厚度的氧化锡的连续第一层和包含Sn、P和Si的氧化物的第二 层。第二层包含50至60原子％的硅、12至16原子％的锡和25至30原子％的磷。在底涂 层的至少一部分上形成包含氟掺杂氧化锡的透明导电涂层。第二层包括上表面上造成导电 涂层的不均匀晶体生长的突出物。
[0014] 附图简述
[0015] 在结合附图考虑时，由以下描述将获得本发明的完整理解。
[0016] 图1是包含本发明底涂层的太阳能电池基板的侧面剖视图（未按比例）；和
[0017] 图2是具有本发明底涂层的太阳能电池基板的侧视图（未按比例）。
[0018] 优选实施方式的描述
[0019] 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皆应理解为被术语"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"或 "在上方提供"意指在表面上形成、沉积或提供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"是指具有范围在380nm至760nm的波长的电磁辐射。术语"红外区"或"红外辐射"是 指具有范围在大于760nm至100,OOOnm的波长的电磁辐射。术语"紫外区"或"紫外辐射" 意指具有范围在200nm至小于380nm的波长的电磁能。术语"微波区"或"微波辐射"是指 具有范围在300兆赫至300吉赫的频率的电磁福射。另外，本文中所提及的所有文件（例 如但不限于已颁布的专利和专利申请）应视为其全文"通过引用并人本文中"。在以下讨论 中，折射率值是参考波长为550纳米（nm)的那些。术语"膜"是指具有期望或所选组成的 涂层的区域。"层"包括一个或多个"膜"。"涂层"或"涂层堆栈"包含一个或多个"层"。术 语"连续层"意指施加涂层材料以覆盖下伏层（underlyinglayer)或基板且没有有意形成 裸区。"未经掺杂"意指没有有意添加掺杂物到涂层材料中。
[0020] 包含本发明特征的示例性太阳能电池10展示于图1中。太阳能电池10包括具有 至少一个主表面14的基板12。在主表面14的至少一部分上方形成本发明的底涂层16。 底涂层16具有第一层18及第二层20。在底涂层16的至少一部分上形成透明导电氧化物 (TC0)涂层22。在TC0涂层22的至少一部分上形成非晶硅层24。在非晶硅层24的至少一 部分上形成金属或含金属的层26。
[0021] 在本发明的广泛实践中，基板12可包括具有任何期望性质的任何期望材料。例 如，基板可对可见光透明或半透明。"透明"意指具有大于0%至100%的可见光透射率。 备选地，基板12可半透明。"半透明"意指允许电磁能（例如可见光）穿过但使该能量 扩散以使观察者相对侧的物体并不清晰可见。适宜材料的其他实例包括但不限于塑料基 板（例如丙烯酸类聚合物，例如聚丙烯酸酯；聚甲基丙烯酸烷基酯，例如聚甲基丙烯酸甲 酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丙酯等；聚氨酯；聚碳酸酯；聚对苯二甲酸烷基酯， 例如聚对苯二甲酸乙二酯（PET)、聚对苯二甲酸丙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯等；含有聚 硅氧烷的聚合物；或用于制备这些材料的任何单体的共聚物或其任何混合物）；玻璃基 板；或上述任一者的混合物或组合。例如，基板12可包括常规的钠钙硅酸盐玻璃、硼硅 酸盐玻璃或含铅玻璃。玻璃可为透明玻璃。"透明玻璃"意指无色或无色彩玻璃。备选 地，玻璃可为有色或彩色玻璃。玻璃可为退火或热处理玻璃。如本文所使用，术语"热处 理"意指回火或至少部分回火。玻璃可具有任何类型（例如常规的浮法玻璃），且可为 具有任何光学性质（例如任何值的可见光透射率、紫外光透射率、红外光透射率和/或 总的太阳能透射率）的任何组成。"浮法玻璃"意指通过其中将熔融玻璃沉积至熔融金 属浴上且受控地冷却以形成浮法玻璃带的常规浮法工艺形成的玻璃。可用于本发明实 践玻璃的非限制性实例包括Solar green發、Sol extra:?、GL-2 0(凡、gl-35?、 Solarbronze?、Starphire?、Solarphire?、SoiarphirePV⑧及 So largray?玻璃，其皆商购自Pittsburgh，Pennsylvania的PPGIndustries公司。
[0022] 基板12可具有任何期望尺寸，例如长度、宽度、形状或厚度。例如，基板12可为平 坦、弯曲的，或具有平坦和弯曲部分二者。在一非限制性实施方式中，基板12可具有以下范 围内的厚度：〇. 5mm至10_，例如1mm至5_，例如2mm至4_，例如3mm至4_。
[0023] 基板12可在550纳米（nm)的参考波长下具有高可见光透射率。"高可见光透射 率"意指在550nm下可见光透射率大于或等于85 %，例如大于或等于87 %，例如大于或等于 90%，例如大于或等于91 %，例如大于或等于92%。
[0024] 在本发明实践中，底涂层16是具有两个或更多个涂层的多层涂层。第一层18可 在基板12与上覆涂层之间提供障壁。第一层18是具有以下厚度的连续层：小于50nm，例如 小于40nm，例如小于30nm，例如小于25nm，例如小于20nm，例如小于15nm，例如范围在5nm 至25nm，例如范围在5nm至15nm。
[0025] 第一层18优选是未经掺杂的金属氧化物层。在优选实施方式中，第一层18包含 未经掺杂氧化锡的连续层。
[0026] 第二层20包含锡、硅和磷的氧化物。氧化物可以任何期望比例存在。氧化物的相 对比例可以任何期望量存在，例如0.lwt. %至99. 9wt. %的氧化锡、99. 9wt. %至0.lwt. % 的二氧化娃和〇.lwt. %至99. 9wt. %的三氧化二磷。一示例性第二层20包含锡、娃和磷的 氧化物，且锡以下列范围存在：5原子％至30原子％，例如10原子％至20原子％，例如10 原子％至15原子％，例如12原子％至15原子％，例如14原子％至15原子％，例如14. 5 原子％。硅以下列范围存在：40原子％至70原子％，例如45原子％至70原子％，例如45 原子％至65原子％，例如50原子％至65原子％，例如50原子％至60原子％，例如55原 子％至60原子％，例如57原子％。磷以下列范围存在：15原子％至40原子％，例如20原 子％至35原子％，例如20原子％至30原子％，例如25原子％至30原子％，例如28. 5原 子％〇
[0027] 第二层20可具有任何期望厚度，例如但不限于10nm至100nm，例如10nm至80nm， 例如l〇nm至60nm，例如10nm至40nm，例如20nm至40nm，例如20nm至35nm，例如20nm至 30nm，例如25nm。例如，第二层20可具有以下厚度：小于40nm，例如小于37nm，例如小于 35nm，例如小于30nm。
[0028] 第二层20可包括（如通过X射线焚