光电导薄膜和使用此薄膜的光生伏打器件制造技术

一种形成在基片上且至少含有氢和硅晶粒的光电导薄膜，用恒定光电流方法测量时，光电导薄膜的Ｕｒｂａｃｈ能Ｅｕ为６０ｍｅＶ或以下。该薄膜作为光电导薄膜，没有光退化，有很好的光电导率，提供的光生伏打器件有很好的温度特性和长期稳定性。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及形成在基片上的光电导薄膜，它含氢和称为微晶硅的硅晶粒，还涉及用此光电导薄膜制备的光生伏打器件，如太阳能电池和光探测器。
技术介绍
最近几年，发展趋势是将太阳能电池安装在屋顶上，使它们连接到普通电力系统，以满足夏季的电力需要。但是，由太阳能电池产生的电力的成本还是很高，使太阳能电池难以推广。为了降低太阳能电池的成本，在光生伏打层中使用非晶硅薄膜有很多优点，但问题是和结晶型太阳能电池相比它有低的光电转换效率(此后称为转换效率)，而且在光的辐照下其转换效率会降低(此后称为“光退化”)。因此，几乎所有的研究使用非晶硅薄膜的太阳能电池(此后称为“非晶太阳能电池”)的文章都涉及两个问题“如何实现高转换效率”，和“如何降低光退化”。使用含氢微晶硅(μc-Si:H)的研究几乎都将其应用定位在薄膜晶体管和太阳能电池。特别是有很多研究是将其用作光入射端的太阳能电池的掺杂层，充分利用在短波长有小的吸收系数和有小的激活能的特性。例如日本专利特许公开8-116080(此后称为“文章1”)公开了一种在太阳能电池的p型层中用μc-Si:H来增加开路电压的方法，其中非晶硅薄膜用于i型层中。充分利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成在基片上且至少含有氢和硅晶粒的光电导薄膜，其中：用恒定光电流方法测量时，光电导薄膜的Ｕｒｂａｃｈ能Ｅｕ为６０ｍｅＶ或以下，归于Ｓｉ－Ｈ键的氢含量Ｃ１原子数％和归于Ｓｉ－Ｈ↓［２］键的氢含量Ｃ２原子数％有Ｃ１／Ｃ２≥０．８且３ ≤Ｃ１＋Ｃ２≤８原子数％的关系。

【技术特征摘要】
JP 1998-2-17 033454/19981.一种形成在基片上且至少含有氢和硅晶粒的光电导薄膜，其中用恒定光电流方法测量时，光电导薄膜的Urbach能Eu为60meV或以下，归于Si-H键的氢含量C1原子数％和归于Si-H2键的氢含量C2原子数％有C1/C2≥0.8且3≤C1+C2≤8原子数％的关系。2.如权利要求1的光电导薄膜，其特征为Urbach能Eu是光子能量1.0eV附近的0.9eV到1.1eV的能量。3.如权利要求1的光电导薄膜，其特征为硅晶粒为柱状，晶粒的较长方向与基片表面法线方向形成的角度不大于8°。4.如权利要求1的光电导薄膜，其特征为从光电导薄膜的X光衍射峰中的硅(220)峰计算得到的硅晶粒平均粒径为20nm到200nm。5.如权利要求1的光电导薄膜，其特征为它含非晶硅，硅晶粒与整个薄膜的体积比R≥0.5。6.如权利要求1的光电导薄膜，其特征为归于Si-H键的氢含量C1为2原子数％到6原子数％。7.如权利要求1的光电导薄膜，其特征为采用频率为50MHz到900MHz的电磁波，使用含硅气体和氢气并在10mTorr到500mTorr的气压下，通过等离子体化学气相沉积来形成薄膜，其中基片到电极距离为10mm到50mm，基片温度在200到600℃。8.一种光生伏打器件，包括基片和依次叠置于基片上的至少背面反射层、光生伏打p-i-n结层和透明导电层，其特征为构成p-i-n结层的i型层包括至少含氢和硅晶粒的光电导薄膜，用恒定光电流方法测量时，光电导薄膜的Urbach能Eu为60meV或以下，归于Si-H键的氢含量C1原子数％和归于Si-H2键的氢含量C2原子数％有C1/C2≥0.8且3≤C1+C2≤8原子数％的关系。9.如权利要求8的光生伏打器件，其特征为Urbach能Eu是光子能量1.0eV附近的0.9eV到1.1eV的能量。10.如权利要求8的光生伏打器件，其特征为硅晶粒为柱状，硅晶粒的较长方向与基片表面法线方向形成的角度不大于8°。11.如权利要求8的光生伏打器件，其特征为从光电导薄膜的X光衍射峰中的硅(220)峰计算得到的硅晶拉平均粒径为20nm到200nm。12.如权利要求8的光生伏打器件，其特征为光电导薄膜含非晶硅，硅晶粒与整个薄膜的体积比R≥0.5。13.如权利要求8的光生伏打器件，其特征为归于Si-H键的氢含量C1原子数％为2原子数％到6原子数％。14.如权利要求8的光生伏打器件，其特征为采用频率为50MHz到900MHz的电磁波，使用含硅气体和氢气并在10mTorr到500mTorr的气压下，通过等离子体化学气相沉积来形成薄膜，其中基片到电极距离为10mm到50mm，基片温度在200到600℃。15.如权利要求8的光生伏打器件，其特征为i型层的厚度为0.5μm到3μm。16.如权利要求8的光生伏打器件，其特征为构成p-i-n结层的i型层下面的高掺杂层为含氢和硅晶粒的非单晶硅薄膜。17.如权利要求8的光生伏打器件，其特征为在p-i-n结层和透明导电层之间提供附加第二p-i-n结层，构成第二p-i-n结层的第二i型层由含氢非晶硅薄膜或含氢非晶碳化硅薄膜构成。18.如权利要求17的光生伏打器件，其特征为第二i型层的厚度为0.1μm到0.4μm。19.如权利要求8的光生伏打器件，其特征为背面反射层由包括银、铜、铜-镁或铝的元素构成。20.如权利要求8的光生伏打器件，其特征为透明导电层包括通过溅射形成的氧化铟锡。21.如权利要求8的光生伏打器件，在p-i-n结层和背面反射层之间还包括ZnO或SnO2形成的背面透明导电层。22.如权利要求21的光生伏打器件，其特征为背面透明导电层具有表面粗糙度Ra为0.1μm到5μm的织构结构。23.如权利要求8的光生伏打器件，其特征为透明导电层和背面反射层中的至少一层具有表面粗糙度Ra为0.1μm到5μm的织构结构。24.一种光生伏打器件，包括基片和依次叠置于基片上的至少背面反射层、光生伏打p+-p--n+结层和透明导电层，其特征为构成p+-p--n+结层的p-型层包括至少含氢和硅晶粒的光电导薄膜，用恒定光电流方法测量时，光电导薄膜的Urbach能Eu为60meV或以下，该薄膜中归于Si-H键的氢含量C1原子数％、和归于Si-H2键的氢含量C2原子数％有C1/C2≥0.8且3≤C1+C2≤8原子数％的关系。25.如权利要求24的光生伏打器件，其特征为Urbach能Eu是光子能量1.0eV附近的0.9eV到1.1eV的能量。26.如权利要求24的光生伏打器件，其特征为硅晶粒为柱状，晶粒的较长...

【专利技术属性】
技术研发人员：狩谷俊光，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]