光电器件及其制造方法技术

一种制造包含顺序层叠于含铁基片上的金属层、第一透明导电层、半导体层和第二透明导电层的光电器件的方法，包括通过由溶液淀积构成金属层的材料形成金属层和通过由溶液淀积构成第一透明导电层的材料形成第一透明导电层的步骤。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制造光电器件的方法，特别涉及一种制造例如加氢非晶硅、加氢非晶锗硅、加氢非晶碳化硅、微晶硅、多晶硅等等包含硅或锗原子的非单晶半导体材料组成的具有改进了的光反射层的光电器件的制造方法。目前，我们人类消耗的能量依靠诸如石油和煤等矿物燃料所产生的蒸汽动力，基本上依靠原子能。但是，这会给我们带来很多问题，如将来完全依靠矿物燃料，由此产生的二氧化碳使地球变暖，或依靠原子能，不仅会带来不可预见的疾病而且在平常工作中也伴随着辐射伤害。因此，注意力集中在对地球环境影响极小的用太阳能电池产生的太阳能上，并期望太阳能有更广泛的应用。这种太阳能电池使用了由加氢非晶硅、加氢非晶锗硅、加氢非晶碳化硅、微晶硅、多晶硅等等构成的光电器件。另外，为了改进在长波长范围的光收集率，最好在这些器件的背面设置反射层。希望这种反射层在如800nm到1200nm的半导体材料的带边附近的小吸收波长范围具有有效反射特性。完全满足这些条件的材料有如金、银、铜等金属组成的金属层。另外，为了防止旁路引起的特性退化，利用了设置导电透光材料，即在金属层和半导体层之间的透明导电材料组成的材料层的技术。通常，通过如真空淀积或溅射方法将金属层和透明导电层形成在如基底上。由这样的金属层或透明导电层组成的光电器件具有改进的1mA以上的Jsc(旁路电流在太阳能电池短路时通过内电场将由太阳射线产生的光生载流子收集到电极，并从电极输出这样得到的电流，它随对太阳能的更有效利用而增加)。但是，前述的光电器件具有下面的问题(1)通过真空淀积或溅射方法形成的金属层或透明导电层对改善光电特性很有效，但是具有紧密粘接时易剥离的问题。当在室外长期使用光电电池来产生电时，不容易保持长期可靠性。(2)为了形成前述光电器件的金属层或透明导电层，真空装置需要偿付很高的费用，所以材料的利用效率不足。这将极大地增加用上述技术的光电器件的成本，这是妨碍太阳能电池在工业上应用的重要因素。从无污染角度出发及上述的原因，为发展未来发电系统，减小光电器件的成本是当务之急。考虑到上述问题，本专利技术的目的是提供一种使金属层和透明导电层在连接时有极好的粘附性，并由此便宜而容易地形成和制造具有这些层的高性能光电器件的方法。制造包括顺序层叠在至少包括铁的基片上的金属层、第一透明导电层、半导体层和第二透明导电层的光电器件的方法，利用该方法实现本专利技术的上述目的，该方法包括以下步骤淀积由一种溶液得到的构成金属层的材料，形成金属层；以及淀积从另一种溶液得到的构成第一透明导电层的材料，形成第一透明导电层。另外，根据本专利技术，提供一种包括顺序层叠在至少包含铁的基片上的通过镀敷形成的金属层、通过镀敷形成的第一透明导电层，还包括半导体层和第二透明导电层的光电器件。附图说明图1是表示根据本专利技术制造的光电器件的结构的一个例子的示意剖面图；图2是表示根据本专利技术制造的光电器件的结构的另一个例子的示意剖面图；图3是表示用在本专利技术中的在基片上形成金属层或透明导电层的装置的一个例子的外观的剖面图；图4是表示用在本专利技术中的在基片上连续形成金属层或透明导电层的装置的一个例子的外观的剖面图；图5是表示用在本专利技术中的在基片上连续形成金属层或透明导电层的装置的另一个例子的外观的剖面图。用来制造包括顺序层叠在含铁基片上的金属层、第一透明导电层、半导体层和第二透明导电层的光电器件的本专利技术的方法，其特征为通过分别淀积由一种溶液得到的构成各层的材料，形成金属层和透明导电层。按这种方式，就不需要真空淀积方法或溅射方法所用的昂贵薄膜形成装置，并且，在光电器件的制造中，可以稳定而容易地以低成本形成相应的层，同时可以得到高性能的光电器件。根据本专利技术，最好用酸溶液腐蚀含铁基片使基片表面形状不平。结果，通过上述方法顺序在基片上形成金属层和第一导电层，这些层都有不平结构。这样，由于相应各层都能限制它们中的背面反射光，可以更有效地应用入射光，从而改进光电器件的性能，特别是提高了光收集效率。根据本专利技术，在包括这样的最好由铜形成的金属层的光电器件中，与背面反射光等效的近红外(IR)光能在金属层上无损失地反射，并进一步提高了限制作用，使器件性能改进。另外，在本专利技术中，可以由包括层叠的第一金属层和第二金属层的至少两层结构制造金属层。在这种情况下，最好由含锌层和含铜层分别作为第一金属层(最好在基片一侧)和第二金属层(最好在半导体一侧)。通过提供这种多层结构金属层，可以得到具有极好性能的光电器件，该器件中与背面反射光等效的近IR光在背反射层上无损失地反射，并进一步增加了对反射光的限制作用。根据本专利技术，最好用氧化锌作为第一透明导电层。在按这种方式得到的包括第一透明导电层的光电器件中，特别在透明导电层中，与反射光等效的近IR光透光性能很好，形成具有波长数量级大小的晶粒，且可极大地增加反射光的散射成分，这样就可能增加器件的上述Jsc。将本专利技术的光电器件应用到例如太阳能电池、传感器、摄像装置等等，还可通过将器件多级连接为陈列的形式，用在室外环境所需的长期稳定的工作，例如，用于房屋或居民区的太阳能发电站或连接到系统中的太阳能发电站。下面将详细说明本专利技术的实施例。图1表示根据本专利技术的光电器件的一个例子。图1中的器件具有包括按顺序层叠的含铁基片201、金属层202a、与金属层202a接触的第一透明导电层203、将光能转换为电能的半导体层204、第二透明导电层205的结构。图2表示根据本专利技术的光电器件的另一个例子。图2中的器件具有包括按顺序层叠的含铁基片201、第一金属层202b、第二金属层202c、与第二金属层202c接触的第一透明导电层203、将光能转换为电能的半导体层204、第二透明导电层205的结构。下面将在上述如图1或2的光电器件的各构成部件的基础上说明本专利技术的方法。首先，制备含铁基片(如图1和图2所示的201)。最好用具有被例如氢氟酸或硝酸等酸溶液腐蚀过的表面的薄片或叶形(foil-shaped)基片制备含铁基片(如图1或图2所示的层201)。如后面将说到的，可以将基片制成通过连续处理形成上述各层的缠绕卷。为了防止边沿面的生锈，可以用含镍或铬的不锈钢作为基片材料。基片最好用上述酸溶液腐蚀形成1μm数量级的不平度。按这种方法，可以限制上述的背面反射光。根据基片的强度、抗弯曲性、边沿抗蚀性等决定含铁基片，但最好含碳、硅、镁、铬、镍等。具体地说，含镍铁氧体族不锈钢、含镍和铬的马氏体族不锈钢等，这些其它不锈钢由于不需防蚀处理而具有处理简单的优点。另外，从成本考虑，可以用冷轧钢板。至于形状，不仅可用卷成一卷的卷绕不锈钢薄板，而且可用箔片(foil)或薄板(sheet)。最好通过镀敷一种溶液，由它淀积一层金属材料，从而在基片上形成金属层(如图1的202a或图2中的202b和202c)。当金属层为单层即图1中的层202a时，将基片浸入含铜离子、焦磷酸盐离子和硝酸盐离子的水溶液中，并以将要镀敷铜的基片作为阴极，形成金属层。具体地，例如可以用图3所示的装置形成金属层。在图3中，数字301表示耐腐蚀容器，其中装有含如铜离子、焦磷酸盐(pyrophosphorate)离子和硝酸盐离子的溶液302。数字303表示在该工艺中作为阴极的含铁基片。数字304表示与之相对的电极。在该实施例中，用铜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造包含顺序层叠于含铁基片上的金属层、第一透明导电层、半导体层和第二透明导电层的光电器件的方法，该方法包含下面步骤：通过由溶液淀积构成所说金属层的材料，形成所说金属层；通过另一种溶液淀积构成所说第一透明导电层的材料，形成所说第一 透明导电层。

【技术特征摘要】
JP 1995-9-28 250712/95;JP 1995-9-28 250713/951一种制造包含顺序层叠于含铁基片上的金属层、第一透明导电层、半导体层和第二透明导电层的光电器件的方法，该方法包含下面步骤通过由溶液淀积构成所说金属层的材料，形成所说金属层；通过另一种溶液淀积构成所说第一透明导电层的材料，形成所说第一透明导电层。2如权利要求1的光电器件的制造方法，其特征为用酸溶液腐蚀所说含铁基片后，在所说基片上形成所说金属层和所说第一透明导电层。3如权利要求1的光电器件的制造方法，其特征为形成含铜层作为所说金属层。4如权利要求1的光电器件的制造方法，其特征为形成含氧化锌层作为所说第一透明导电层。5如权利要求1的光电器件的制造方法，其特征为形成含铜层作为所说金属层，且形成含氧化锌层作为所说第一透明导电层。6如权利要求1的光电器件的制造方法，其特征为在形成所说第一透明导电层步骤中，由酸性水溶液淀积所说第一透明导电层的材料。7如权利要求3的光电器件的制造方法，其特征为在形成所说金属层步骤中，使用含铜离子、焦磷酸盐离子和硝酸盐离子的水溶液，且将所说溶液的PH值调节为8.0-9.0。8如权利要求4的光电器件的制造方法，其特征为在形成所说第一透明导电层步骤中，使用含锌离子和硝酸盐离子的溶液，且将所说溶液的PH值调整为4.0-6.3。9如权利要求1的光电器件的制造方法，其特征为经过用水清洗所说基片的步骤，顺序进行形成所说金属层的步骤和形成所说第一透明导电层的步骤。10如权利要求1的光电器件的制造方法，其特征为使用绕成卷的带状基片，其中，所说基片由一端发送，经过用水清洗所说基片的步骤后顺序进行在所说基片上形成所说金属层和形成所说第一透明导电层的步骤，在另一端卷绕经过了所说步骤的基片。11如权利要求2的光电器件的制造方法，其特征为经过用水清洗所说基片的步骤，顺序进行用酸溶液腐蚀所说基片、形成所说金属层和形成所说第一透明导电层的步骤。12如权利要求2的光电器件的制造方法，其特征为使用绕成卷的带状基片，其中，所说基片由一端发送，经过用水清洗所说基片的步骤，顺序进行用酸溶液腐蚀所说基片、在所说基片上形成所说金属层和形成所说第一透明导电层的步骤，在另一端卷绕经过了所说步骤的基片。13一种制造包含顺序层叠于含铁基片上的第一金属层，第二金属层、第一透明导电层、半导体层和第二透明导电层的光电器件的方法，该方法包含下面步骤通过由溶液淀积构成所说第一金属层的材料，形成所说第一金属层；通过由溶液淀积构成所说第二金属层的材料，形成所说第二金属层；通过由溶液淀积构成所说第一透明导电层的材料形成所说第一透明导电层。14如权利要求13的光电器件的制造方法，其特征为用酸溶液腐蚀所说含铁基片后，在所说基片上形成所说第一金属层、所说第二金属层和所说第一透明导电层。15如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：荒尾浩三，中川克己，岩崎由希子，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]