光电元件制造技术

本发明专利技术提供了一种光电元件，包括ｐ型半导体层和由氧化铟锡构成的透明导电层，它们以面对面的方式结合在一起，其中，透明导电层的氧化锡含量与锡含量之和在层厚方向上变化，并在ｐ型半导体层与透明导电层的结合面处达到最小值。由此提供的光电元件具有较高的光电转换效率，即使长时间暴露于强烈的光照之下，其光电转换效率的下降也极小。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及置于太阳能电池、光敏器件或者其他光电元件的光入射侧的透明导电层。更具体地说，本专利技术涉及提高光电元件光电转换效率的技术，以及通过防止光降质(degradation)和热降质来提高长期稳定性的技术。本专利技术还涉及改进光电元件价格一性能比。近年来，许多家庭在屋顶上安装了太阳能电池，并将它与市电系统相连接，以便尽可能地满足能源需求。然而，采用太阳能电池来发电的成本仍然很高，影响了太阳能电池的大规模推广使用。尽管人们认为把非晶硅基薄膜用作光电层可以有效地改善太阳能电池的价格一性能比，但是，与晶体太阳能电池相比，这种薄膜的光电转换效率(转换效率)较低，而且经过光照射之后其光电转换效率会降低，也就是说存在光降质问题。因此，绝大多数研究者过去在谈到采用非晶硅基薄膜，亦即非晶硅太阳能电池时，总是关心下面两个问题即“如何提高转换效率”和“如何减小光降质”。据报导，可以改进透明导电层，以获得高效光电元件，亦即太阳能电池。例如，根据日本公开特许公报平8-77845号，首先形成氧化铟锡(ITO)，然后将它置于一种惰性气体的微粒射束中以促进其自身的晶体化，从而获得一种低电阻率、高透明度的ITO薄膜。根据另外一份日本公开特许公报平7-84651号，对ITO的结晶度进行控制，使<111>轴垂直于衬底表面，从而使ITO表面在几何形状上呈三角锥体形状，以便减少反射损失，改善短路电流，同时也提高转换效率。根据再一份日本公开特许公报平9-78236号，采用氙气而不是氩气来形成ITO薄膜，以便提高载流子密度，从而在比较低的衬底温度下获得具有低电阻率的ITO薄膜。此外，人们还试图使透明薄膜形成层叠结构。例如，根据另一份日本公开特许公报平7-111482号，将具有不同折射系数的透明薄膜叠合在一起，以获得在450-650nm的可见光范围内具有更好的防反射性能的薄膜。但是，这些薄膜形成包括非导电薄膜的叠层结构。根据另一份日本公开特许公报平8-43840号，将多层具有高载流子密度的薄膜(ITO∶SnO2，10％重量百分比)以及高载流子渗透率薄膜(ITO∶SnO2，0.3％重量百分比)叠合在一起并进行退火处理，以获得其表面电阻为5.4Ω/□的用于LCD的透明导电层。另一方面，据近期的报导，由采用μc-SiH薄膜作为i型半导体层的单个电池构成的太阳能电池，具有较高的转换效率，并且不会光降质。用这样的太阳能电池来替代采用a-SiGeH薄膜作为i型半导体层的太阳能电池，引起了全世界的关注。μc-SiH薄膜消除了诸如a-SiGeH薄膜之类的非晶硅基薄膜本身固有的光降质现象，并且不需要使用诸如德国气体(GeH4)之类的昂贵材料气体。此外，μc-SiH薄膜与a-SiGeH薄膜相比，不具有高的吸收系数，但是通过提供具有2μm或者更大薄膜厚度的i型半导体层，则与a-SiGeH单个电池基本上相同，具有出现短路电流(Jsc)的可能性。这类报导的一个例子是J.Meier等撰写的文章“采用微形态概念，迈向高效率薄膜硅太阳能电池之路”，MRS研讨会论文集Vol.420，非晶体硅技术，1996，pp.3-13。该文章报导了一种太阳能电池，采用由微晶硅构成的i型半导体层。该太阳能电池是通过频率为110MHz的VHF等离子体增强的CVD法制成的，就具有一个pin结的单个电池来说，获得了7.7％的转换效率。该单个电池具有无光降质的优点。通过在该太阳能电池上进一步叠合另一个包含非晶硅基薄膜作为i型半导体层的pin结，以形成叠合太阳能电池，获得了13.1％的转换效率。然而，其光降质速度仍然很高，几乎与传统的非晶硅基太阳能电池相同。本专利技术的专利技术人确认了这样的现象，即氧化铟锡(ITO)薄膜在空气中随着温度的升高具有更高的电阻率。本专利技术人还发现，随着连续的光照射，采用上述ITO薄膜作为透明导电层的光电元件其自身具有较高的温度，透明导电层具有较高的电阻率以及较低的占空因数、短路电流和转换效率。例如，在日本公开特许公报平8-56004号记载的一个实施例中，采用使用了电子束的真空蒸发法在衬底上形成由ITO构成的透明导电层。在日本公开特许公报平7-297428号记载的一个实施例中，采用蒸发法在光电层上形成由ITO构成的透明导电层。这些具有通过蒸发法形成的ITO薄膜的光电元件有高的初始转换效率，但是经过强光(例如100mW/cm2)照射之后，随着时间的推移，ITO薄膜的电阻率升高，转换效率降低。根据日本公开特许公报平8-43840号，将多个高载流子浓度的薄膜(ITO∶SnO2，10％重量百分比)和高载流子渗透率的薄膜(ITO∶SnO2，0.3％重量百分比)叠合在一起，然后进行退火，为液晶显示获得了一种低电阻率的透明导电层。然而，当将上述薄膜叠合在光电层上并进行退火时，诸如磷或硼之类的掺杂质就会相互扩散，从而带来降低开路电压的问题。此外，透光性(短路电流)也不够高，不能满足光电元件的需要。在日本公开特许公报平6-5893记载的一个实例中，通过溅射法在光电层(pin层)上形成ITO薄膜。然而，采用a-SiGeH薄膜作为i型半导体层的单个电池的短路电流(Jsc)较小。为了克服这一问题，本专利技术人的研究表明，通过溅射法形成的某一类型的ITO薄膜具有很高的热稳定性，即使在120℃的温度下经过3000小时，其电阻率的变化率大致为1.1。本专利技术人的研究还表明，具有通过溅射法在其光电层上形成的ITO薄膜的光电元件与具有通过真空蒸发法在其光电层上形成的ITO薄膜的光电元件相比，短路电流较小。此外，采用溅射法的另一个问题是处于高能状态的等离子体会损害光电元件，从而增大漏电流，减小开路电压。在更差的情况下，光电元件甚至会出现短路现象。然而，具有通过溅射法形成的ITO薄膜的光电元件也具有诸如高占空因数和十分出色的耐热性能的优点。本专利技术的一个目的是提供一种具有高的光电转换效率的光电元件，即使长时间暴露于高强度阳光照射下，它的光电转换效率也不会明显下降。本专利技术的另一个目的是消除由于高强度阳光照射使光电元件温度升高而导致光电转换效率下降。本专利技术的再一个目的是改善在光电层上形成有ITO薄膜的光电元件的转换效率的热稳定性。作为解决上述问题的一种技术方案，本专利技术提供了一种光电元件，其具有一p型半导体层和一由氧化铟锡(ITO)构成的透明导电层，它们以面对面的方式叠合在一起，其中所述的透明导电层包括多层，在最靠近上述p型半导体层与多层透明导电层之间的结合面的层内，氧化锡的含量与锡含量之和小于其他层内的含量之和。氧化铟锡(ITO)主要包含铟原子、锡原子和氧原子。这些铟原子和锡原子分别以氧化铟或者诸如铟单质之类的其他形式、以及以氧化锡或者诸如锡单质之类的其他形式存在。在本专利技术中，所谓“氧化锡含量和锡含量之和”就氧化物来说，是指氧化锡的摩尔浓度以及诸如锡单质之类的锡以氧化锡状态存在时的摩尔浓度的总和。换句话说，“氧化锡含量和锡含量之和”是指在以下假定条件下根据锡原子的总数计算出来的氧化锡的含量的值，即假定所有的锡均以氧化锡的状态存在、所有的铟均以氧化铟的状态存在，。上述数值可以通过下述方式获得，例如采用电感耦合等离子体发射(ICP)方法来确定锡原子浓度，并将它转换为氧化物的形式。在这样的情况下，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电元件，包括ｐ型半导体层和由氧化铟锡（ＩＴＯ）构成的透明导电层，它们以面对面的方式叠合在一起，其中，所述透明导电层包括多层，在多层透明导电层中，最靠近ｐ型半导体层与透明导电层的结合面的那一层的氧化锡含量与锡含量之和小于其他任意一层的氧化锡含量与锡含量之和。

【技术特征摘要】
JP 1998-6-30 183884/981.一种光电元件，包括p型半导体层和由氧化铟锡(ITO)构成的透明导电层，它们以面对面的方式叠合在一起，其中，所述透明导电层包括多层，在多层透明导电层中，最靠近p型半导体层与透明导电层的结合面的那一层的氧化锡含量与锡含量之和小于其他任意一层的氧化锡含量与锡含量之和。2.如权利要求1所述的光电元件，其特征在于，最靠近结合面的那一层的氧化锡含量与锡含量之和不大于10摩尔％。3.如权利要求1所述的光电元件，其特征在于，所述多层的其他层中，氧化锡含量与锡含量之和最大的那一层的氧化锡含量与锡含量之和不小于12摩尔％，而又不大于30摩尔％。4.如权利要求1所述的光电元件，其特征在于，最靠近结合面的那一层的厚度不大于整个透明导电层厚度的一半。5.如权利要求1所述的光电元件，其特征在于，所述多层的其他层中，氧化锡含量与锡含量之和最大的那一层的厚度不小于整个透明导电层厚度的一半。6.一种光电元件，包括p型半导体层和由氧化铟锡构成的透明导电层，它们以面对面的方式结合在一起，其...

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