硅薄膜太阳能电池的制造方法技术

为了在大面积的基板上均匀地形成具有由结晶性硅形成的ｉ层（９４）的、用于太阳能电池的硅薄膜以提供高功率太阳能电池，在硅薄膜太阳能电池的制造方法中，具有ｉ层（９４）被夹在ｐ层（９３）和ｎ层（９５）之间的结构的硅薄膜利用高频等离子体ＣＶＤ方法形成在基板上，其中所述ｉ层（９４）使用经过脉冲调制的高频功率的等离子体由结晶性硅形成，一个脉冲调制周期包括输出高频功率的接通状态和不输出的关闭状态，输出波形被调制成矩形，接通状态时间为１－１００微秒，且所述关闭状态时间为５微秒以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在硅薄膜太阳能电池中形成结晶性硅薄膜的方法。
技术介绍
一般地，一种硅薄膜太阳能电池具有这样的结构在一玻璃或类似物的透光性绝缘基板上形成SnO2、ITO或类似物的透明导体薄膜，并且然后在其上顺序地分别叠置非结晶半导体的p层、i层和n层，或n层、i层和p层，以形成光电变换活性层，在其上叠放一金属薄膜的背面电极。另一种具有这样的结构在一金属基板电极顺序地分别叠置非结晶半导体的n层、i层和p层，或p层、i层和n层，以形成光电变换活性层，在其上叠放透明导体膜。现在主要使用所述前一种结构，其中各层被叠放在透光性绝缘基板上，因为所述透光性绝缘基板可被制作成太阳能电池表面上的盖玻璃，而且SnO2等最新开发的耐等离子性透明导体膜使得能够使用等离子体CVD(化学汽相淀积)方法在其上叠放非结晶半导体的光电变换活性层。尽管目前投入精力进行了研究和开发，具有透光性绝缘基板(玻璃)/透明导电薄膜/p层-非结晶i层-n层半导体/背面电极的上述结构的非结晶太阳能电池仅仅具有低的变换效率，例如对于每边10cm的器件具有10-12％的水平。因此，试图通过使用结晶性材料代替目前仍然主要用于太阳能电池的非结晶材料来增加变换效率，例如通过用结晶性硅来构成非结晶太阳能电池的p层或n层，例如，在日本专利特开第57-187971中所述。通过气相沉积形成非结晶半导体的薄膜，使用带有材料气体的辉光放电分解的等离子体CVD方法或光CVD方法，该方法具有可大面积形成薄膜的优点。而且，如日本专利特开第5-156451中所述，最近使用脉冲放电以减少在等离子体CVD工艺中粉末(聚合硅的粉状物质)的产生以形成非结晶材料。薄膜形成中使用的带辉光放电分解的等离子体的主要频率为13.56MHz的RF(radio frequency，无线电频率)，并且其次，2.45GHz的微波等离子体处于研究之中。由于仅所述RF和微波被指定为工业用高频，因此对于所述RF和微波以外的高频波段的频率效果进行了较少的研究。但是，目前，已对使用位于所述RF和微波之间的非常高频率的非结晶膜和结晶性薄膜进行了检查。作为一个示例，可知在70MHz下形成太阳能电池元件的i层中的结晶性薄膜(J.Meier于1994年12月5-9日发表在夏威夷的第一次世界光伏能量转换会议(WCPEC)的论文第409-412页的“本征微晶硅(μc-SiH)-有前景的新薄膜太阳能电池材料(intrinsic microcrystalline silicon(μc-SiH)-apromising new thin film solar cell material)”)中。也知晓利用脉冲放电形成结晶性硅薄膜，如在日本专利特开第10-313125中所述，但脉冲调制的条件在该技术中基本没有公开。
技术实现思路
当微晶或多晶的薄膜被用作硅薄膜太阳能电池的i层时，与非结晶薄膜相比，长波长的光的吸收量增大，且输出电流增加。使用等离子体CVD方法形成结晶性薄膜时，与非结晶薄膜比较，对应于材料气体流量的高频功率必须增加。但是，当增加对应于材料气体流量的高频功率时，材料气体在薄膜形成空间内均匀扩散之前被分解。因此，虽然希望在大面积的基板上均匀地形成结晶性薄膜，但是材料气体的供应和分解状态趋向于不均匀，并且因此在所述基板上形成的结晶性薄膜的厚度和结晶性可能变得不均匀。这样的问题可以通过高频功率的脉冲调制来解决，但是取决于脉冲调制的条件所述效果有很大差别，并且薄膜太阳能电池的性能在某些条件下可能下降。本专利技术要解决的技术问题是通过选择脉冲调制的适当条件在大面积的基板上均匀地形成具有以结晶性硅形成的i层的太阳能电池用硅薄膜，以提供高功率的太阳能电池。为了实现该目的，根据本专利技术的制造硅薄膜太阳能电池的方法是下述制造太阳能电池的方法，其中通过高频等离子体CVD方法在一基板上形成硅薄膜，硅薄膜具有这样的结构使得i层被夹在p层和n层之间。本专利技术的特征在于，所述i层用结晶性硅形成，使用具有脉冲调制高频功率的等离子体来形成所述i层，并且一个脉冲调制周期包括将高频功率输出的接通状态及没有输出的关闭状态，输出波形被调制为矩形，在脉冲调制周期中接通状态的时间为1-100微秒，而关闭状态的时间为5微秒以上。优选地是，脉冲调制高频功率的每个周期的平均输出等于在没有脉冲调制的条件下以相同材料气体形成微晶硅层时的高频功率输出。在本专利技术中，微晶硅可以形成为结晶性硅，并且当所用的基板具有0.3m2或更大面积时本专利技术是有效的。优选地是，当所述i层以脉冲调制来形成时，用在高频等离子体CVD中的材料气体被连续地供应。而且，所述高频功率优选地具有27MHz以上的频率。所述硅薄膜太阳能电池优选地是一种具有p、i和n层全部由结晶性硅形成的单一元件结构的太阳能电池。而且，硅薄膜太阳能电池优选地具有通过叠放一种太阳能电池元件(其至少一个i层以结晶性硅来形成)和一种太阳能电池元件(其至少一个i层由非晶硅来形成)而形成的串联元件结构。此外，所述硅薄膜太阳能电池优选地具有通过叠放一种p、i和n层都用结晶性硅形成的太阳能电池元件及一种p、i和n层都由非晶硅形成的太阳能电池元件而形成的串联元件结构。根据本专利技术，包括i型结晶性硅层的薄膜可均匀地形成在大面积的基板上，并且因此能够制造高功率太阳能电池。下面参考附图详细说明本专利技术，本专利技术的前述和其它目的、特点、方面及优点将会更加明显。附图说明图1为表现用于进行根据本专利技术的制造方法的制造装置；图2表示根据本专利技术的脉冲调制高频功率的输出波形；图3-5表示与本专利技术不对应的脉冲调制高频功率的输出波形；图6-8表示根据本专利技术的高频功率脉冲调制的输出波形；图9表示根据本专利技术的制造方法来形成的、具有单一元件结构的硅薄膜太阳能电池的示意图；图10表示根据本专利技术的制造方法来形成的、具有串联元件结构的硅薄膜太阳能电池的示意图。具体实施例方式根据本专利技术的是下述的太阳能电池的制造方法，其中使用高频等离子体CVD方法在一基板上叠层至少一p(或n)型硅层、一i型硅层和一n(或p)型硅层。所述i层使用带脉冲调制高频功率的等离子体形成。一个脉冲调制周期包括一用于输出高频功率的接通状态及一没有输出的关闭状态。输出波形被调制为矩形。脉冲调制周期中接通状态的时间被设定为1-100微秒，而所述关闭状态的时间被设定为5微秒以上。当一结晶性薄膜被用作硅薄膜太阳能电池的i层时，与非结晶薄膜相比，长波长的光的吸收量增加，并且可以制造高功率的太阳能电池。但是，为了以高频等离子体CVD方法形成结晶性硅的i层，必须供应大的高频功率，并且当连续供应所述大的高频功率时，材料气体在整个基板上均匀扩散之前被分解，形成在所述基板上的结晶性薄膜的厚度和结晶度可变得不均匀。通过本专利技术的高频功率的脉冲调制，当不供应所述高频功率时材料气体被扩散，这使得结晶性薄膜的厚度和结晶度均匀化。而且，通过脉冲调制使所述高频功率的输出波形为矩形，所述脉冲调制周期包括用于输出所述高频功率的接通状态和不输出的关闭状态，并且设定在所述脉冲调制周期中所述接通状态的时间为1-100微秒及所述关闭状态的时间为5微秒以上，可以均匀地形成结晶性硅薄膜。也就是说，通过所述高频功率的输出波形的脉冲调制来产生一个矩形波形，其中大的高频功率在接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅薄膜太阳能电池的制造方法，利用高频等离子体ＣＶＤ方法将具有ｉ层被夹在ｐ层和ｎ层之间的结构的其硅薄膜形成在一基板上，其中所述ｉ层由结晶性硅形成；所述ｉ层使用具有经过脉冲调制的高频功率的等离子体来形成；并且一个脉冲调制周期包括输出高频功率的接通状态和不输出的关闭状态，输出波形被调制成矩形，脉冲调制周期的接通状态时间为１－１００微秒，且所述周期的关闭状态时间为５微秒以上。

【技术特征摘要】
JP 2003-7-30 203707/031.一种硅薄膜太阳能电池的制造方法，利用高频等离子体CVD方法将具有i层被夹在p层和n层之间的结构的其硅薄膜形成在一基板上，其中所述i层由结晶性硅形成；所述i层使用具有经过脉冲调制的高频功率的等离子体来形成；并且一个脉冲调制周期包括输出高频功率的接通状态和不输出的关闭状态，输出波形被调制成矩形，脉冲调制周期的接通状态时间为1-100微秒，且所述周期的关闭状态时间为5微秒以上。2.如权利要求1所述的硅薄膜太阳能电池的制造方法，其中所述经过脉冲调制的高频功率的每个周期的平均输出等于在不进行脉冲调制时在同样材料气体条件下形成微晶硅层的情况下的高频功率输出。3.如权利要求1所述的硅薄膜太阳能电池的制造方法，其中所述结晶性硅是微晶硅。4.如权利要求1所述的硅薄膜太阳能电池的制造方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤冈靖，清水彰，福田浩幸，野元克彦，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]