光生伏打装置及其制造方法制造方法及图纸

一种光生伏打装置，提供覆有绝缘层的金属绝缘基片。相邻光电转换元件之一的第一背电极与另一个的第二背电极相连实现电串联，不影响光电转换的有效面积，使制造者自由地选择组成半导体层的材料。通过接触孔实现透明电极与第二背电极的电接触，在透明电极与第一背电极间提供足够的绝缘距离，防止意外短路发生。本发明专利技术还提供了透明电极和第二背电极的电接触部分的最佳大小和间隔，或透明电极层的最佳厚度。（*该技术在2009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接受到辐射光后产生电动势的光生伏打装置。在辐射光照射下产生电动势的光生伏打装置的受光面电极层(以下简述为透明电极层)理想的情况应是透明的，以便光能够辐射到含有执行光电转换的光敏层的半导体层。因此，任何通常的透明电极层主要由透明的导电氧化物(TCO)，例如三氧化二铟(In2O3)，二氧化锡(SnO2)或ITO(分别是铟或锡的氧化物)组成，即很少由薄金属层组成。由TCO组成的这种电极的表面电阻值大约是10～50欧姆/□，它比由薄铝金属层做的同样厚度的电极要高三倍多。这使得用TCO做的那些电极层多产生功率损耗(电阻损耗)，从而降低了电流收集效率。为避免电流收集效率降低，日本专利申请公开59-50576(1984年)提出了用金属材料做的栅形电流收集电极作受光面的技术。由于金属的电流收集电极层的电阻值比透明电极层低，所以能防止电流收集效率降低。而另一方面，由于金属电流收集电极挡住了本应到达光敏层的光，所以金属电极不可避免地要减少进行光电转换的有效受光面积。为解决这个问题，日本专利申请公开60-149178(1985年)，61-20371(1986年)和日本技术申请公开61-86955(1986年)分别提出了改进的光生伏打装置。尽管组成透明电极层的仍是高电阻TCO或薄金属层，但是这些光生伏打装置分别减少了透明电极层的电阻损耗而不显著地牺牲有效受光面积。附图说明图1是上述技术之一提出的光生伏打装置的剖面图。每一光电转换器元件SC1、SC2、SC3…分别通过叠置的透明电极层11，半导体层12，由电阻金属(ohmic metal)做成的第一背电极层13，绝缘层14和电阻值比透明电极层11低的第二背电极层15互相连结，这个次序是从光进入面算起的。在这种光生伏打装置中，多个用与第二背电极层15同样材料做成的联结导体18在受光区的多个位置插入内表面被绝缘层14包围的接触孔16，这样透明电极11与第二背电极15能够电连通。多个光电转换器元件SC1、SC2、SC3…装在透明绝缘基片17上，邻接的光电转换器元件通过使毗邻的光电转换器元件之一的第一背电极层13和另一个的第二背电极层结合而实现相互电串联。上面所引的光生伏打装置的光电转换器元件把高电阻透明电极层11和低电阻第二背电极层在多个位置电连接，透明电极层11中的电流路径只延展到邻近的连接点，从而缩短了电流路径，这样在透明电极层11中的电阻损耗可以降低而不显著地减少有效受光面积。由于玻璃价格低，且易于做成所选的形状，通常用它作绝缘基片。但是，由于玻璃在大约550℃软化，它不能承受600℃以上的热处理。因而，当形成有半导体结构的半导体层时，只有那些利用低温的方法，例如汽化、溅射、等离子体化学汽相沉积、光化学汽相沉积等可以使用。这就限制了可选择的用作半导体层12的材料的范围，从而材料只能从非晶硅，非晶硅碳化物，非晶硅锗化物，非晶锗和微晶硅产物中选择，它们是用等离子体化学汽相沉积或光化学汽相沉积和类似方法，使用最高基片温度为300℃时产生的。图2是透明电极层11和第二背电极层15的连结的放大的剖面图，因为接触孔16的内表面覆有绝缘层14，所以透明电极层11不是直接连到第一背电极层13的。但是若半导体层12的厚度小于1微米，特别若其厚度小于0.5微米时，通过连结的边缘部分12a会产生漏电流，偶而会出现短路。在毗邻的光电转换器元件的相邻区间和连结部分(接触孔16)组成了对产生功率无贡献的特别区域，它对输出功率不利。相邻区间对串联地连接多个光电转换器元件是非常关键的。由于所需的处理精度，所以相邻区间的可缩减的大小是预定的。因此，为了减小对产生功率无贡献的区域的大小，接触孔16及需用来放置每一接触孔16的区间的大小应设置到最佳值。通常使用光掩模的光刻方法来除去覆盖层以提供接触孔16。但是，用光刻方法来精确地设置微细位置是很困难的。而且，光刻方法需要很多步骤来执行，它还不能方便地形成微细的接触孔16。本专利技术已能完全地解决上述那些问题。本专利技术涉及的光生伏打装置使用一种表面覆有绝缘层的金属基片作绝缘基片。本专利技术的主要目的是提供一种新的光生伏打装置，它通过引进能承受高温处理的绝缘基片而大大地扩大了组成半导体层的材料的选择自由度。本专利技术的第二个目的是提供一种新的光生伏打装置，它通过在整个可见光区域内提供显著的光吸收特性以及提供具有多个半导体结的串列结构的半导体层产生非常大的光电转换输出。本专利技术的光生伏打装置的光电转换元件的透明电极层和第二背电极层间的电连接是借助于其内缘表面由绝缘层和同样直径的半导体层组成的接触孔实现的。本专利技术的第三个目的是提供一种新的光生伏打装置，即使半导体层很薄，它也能在透明电极层和第一背电极层间提供足够的距离。本专利技术的第四个目的是提供一种新的光生伏打装置，它完全不产生漏电流也不会偶然短路。在制造本专利技术涉及的光生伏打装置的方法中，接触孔的大小和区间是基于在透明电极层和第二背电极层接触处的计算出的输出电流根据输出电压精确地确定的。此外，透明电极层的厚度也是基于在上述接触处的计算出的输出电流根据输出电压确定的。本专利技术的第五个目的是提供一种新的光生伏打装置，它有最佳的输出特性并能产生最大输出功率。当制造本专利技术涉及的光生伏打装置时，多个接触孔是用能量束形成的。本专利技术的第六个目的是提供一种新的制造光生伏打装置的方法，它能减少处理步骤，节约操作时间。本专利技术的第七个目的是提供一种新的制造光生伏打装置的方法，它能在所需位置精确地形成微细的接触孔。当用能量束形成微细接触孔时，本专利技术提供一种方法，在相继执行了从接触孔形成区除去第一背电极层，留下部分或整个半导体层，然后形成绝缘层的步骤以后，用能量束在指定形成微细接触孔的区域整体地除去绝缘层和半导体层。本专利技术的第八个目的是提供一种新的制造光生伏打装置的方法，它能对透明电极层有选择地除去绝缘层。本专利技术的上述目的和进一步的目的与特征将从下面结合附图的详细描述中变得更明显。图1是传统的光生伏打装置的主要组成部分的剖面图;图2是传统的光生伏打装置的光电转换元件部分的放大图;图3和图4分别是本专利技术的光生伏打装置的主要组成部分的部分剖面透视图;图5是用本专利技术实施例方法制造的光生伏打装置的主要组成部分的部分剖面透视图;图6是用本专利技术实施例方法逐次处理的光生伏打装置的剖面图;图7和图9分别是本专利技术的光生伏打装置的另一较佳实施例的光电转换元件的剖面图;图8和图10分别是本专利技术的光生伏打装置的另一较佳实施例的部分剖面图;图11到图13分别是用本专利技术另一较佳实施例的处理方法逐次处理的光生伏打装置的剖面图;图14是本专利技术的光生伏打装置的主要组成部分的剖面图;图15是表示一级模块的等效电路图;图16是表明有不同接触孔半径的本专利技术光生伏打装置的最大输出(Pmax)和有效面积因子间的关系的特性图;图17是表示有不同透明电极层表面电阻的本专利技术的光生伏打装置的最大输出(Pmax)和有效面积因子间关系的特性图;以及图18是代表光生伏打装置的最大输出(Pmax)和透明电极层的表面电阻及厚度之间的特性关系的图。现在参照附图描述本专利技术的光生伏打装置的较佳实施例。图3是从光入射一侧依次表示出的本专利技术光生伏打装置的主要组成部分的部分剖面透视图。与上述光从绝缘基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光生伏打装置，包括多个串联的光电转换器元件，其中每一个所述光电转换器元件包括：成叠置结构的透明受光面电极层，含有光敏层的半导体层，第一背电极层，绝缘层，以及第二背电极层，其中所述受光面电极层和第二背电极层在受光区的多个位置电联通，并 且每一个所述光电转换器元件置于表面覆盖绝缘层的金属基片上。其中互相邻接的光电转换器元件中的一个的所述第一背电极层与另一个的在所述半导体层背面的所述第二背电极层相联接，以使所述光电转换器元件能够相互电串联。

【技术特征摘要】
JP 1988-9-30 247842/88;JP 1988-10-3 249324/88;JP 11.一种光生伏打装置，包括多个串联的光电转换器元件，其中每一个所述光电转换器元件包括成叠置结构的透明受光面电极层，含有光敏层的半导体层，第一背电极层，绝缘层，以及第二背电极层，其中所述受光面电极层和第二背电极层在受光区的多个位置电联通，並且每一个所述光电转换器元件置于表面覆盖绝缘层的金属基片上。其中互相邻接的光电转换器元件中的一个的所述第一背电极层与另一个的在所述半导体层背面的所述第二背电极层相联接，以使所述光电转换器元件能够互相电串联。2.根据权利要求1的光生伏打装置，其中所述半导体层含有多个半导体结。3.一种光电转换器元件，包括成叠置结构的透明受光面电极层，含有光敏层的半导体层，第一背电极层，绝缘层和第二背电极层，其中所述受光面电极层和第二背电极层在受光区的多个位置电连通，其中所述受光面电极层和第二背电极层的电接触是借助于接触孔实现的，每一个接触孔都具有与所述半导体层和绝缘层的孔相同的直径。4.一种包括多个如权利要求3所述的光电转换器元件的光生伏打装置，多个光电转换器元件置于透明绝缘基片上，其中互相邻接的光电转换器元件中的一个的所述第一背电极层与另一个的在所述半导体层背面的所述第二背电极层相联接，以使所述光电转换器元件能够互相电串联。5.一种包括多个如权利要求3所述的光电转换器元件的光生伏打装置，多个光电转换器元件置于表面覆盖绝缘层的金属基片上，互相邻接的光电转换器元件中的一个的所述第一背电极层与另一个的在所述半导体层背面的所述第二背电极层相联接，以使所述光电转换器元件能够互相电串联。6.一种光电转换器元件，包括成叠置结构的透明受光面电极层，含有光敏层的半导体层，第一背电极层，绝缘层和第二背电极层，其中所述受光面电极层和所述第二背电极层在受光区的多个位置电连接，其中所述连接位置的大小和间隔是基于计算出的在所述连接位置的输出电流根据输出功率决定的。7.一种包括多个如权利要求6所述的光电转换器元件的光生伏打装置，多个光电转换器元件置于一个透明绝缘基片上，其中所述光电转换器元件是通过互相邻接的光电转换器元件中的一个的所述第一背电极层与另一个的在所述半导体层背面的所述第二背电极层相联接而互相电串联地连接的。8.一种包括多个如权利要求6所述的光电转换器元件的光生伏打装置，多个光电转换器元件置于表面覆盖绝缘层的金属基片上，其中所述光电转换器元件是通过互相邻接的光电转换器元件中的一个的所述第一背电极层与另一个的在所述半导体层背面的所述第二背电极层相联接而互相电串联地连接的。9.一种光电转换器元件，包括成叠层结构的透明受光面电极层，含有光敏层的半导体层、第一背电极层，绝缘层和第二背电极层，其中所述受光面电极层和第二背电极层在受光区的多个位置电连接，其中所述受光面电极层的厚度是基于计算出的在所述连接位...

【专利技术属性】
技术研发人员：木山精一，细川弘，玄野丰，
申请(专利权)人：三洋电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]