本发明专利技术涉及包括载体(6)、背电极层(5)、至少一个氢化微晶硅光电器件(9)和上电极层(11)的太阳能电池。背电极层(5)具有粗糙表面。该太阳能电池在背电极层(5)和氢化微晶硅光电器件(9)之间包括不对称中间层(8)，所述中间层(8)邻接所述氢化微晶硅光电器件(9)并在背电极层(5)一侧的表面的粗糙度大于在氢化微晶硅器件(9)一侧的所述中间层(8)的表面粗糙度。这种太阳能电池允许获得最佳Voc和FF参数，同时维持高的电流。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及太阳能电池领域。更具体而言，本专利技术涉及包含载体(support)、背电极层(back electrode layer)、至少一个氢化微晶娃光电器件和上电极层(top electrodelayer)的太阳能电池。本专利技术也涉及包含一组非晶硅或硅合金光电器件(吸收蓝光至红光，对于SiGe合金 可能吸收红外线)和微晶光电器件(吸收红光至红外线)的太阳能电池。这种电池被称为多结电池(multiple-junction cell)。本专利技术也涉及制造这种太阳能电池的方法。本专利技术的特别有利应用是制造用于产生电能的光伏电池，但是，一般而言，本专利技术也涉及其中将光辐射转化为电信号如的任何结构光电探测器。
技术介绍
可结合氢化非晶硅(a_Si:H)使用氢化微晶硅(y c_Si:H)以制造所谓的“非晶微晶叠层(micromorph) ”电池,其与单结a-Si :H或U c_Si :H器件相比能够更有效地利用全部太阳光谱。在a-Si:H和yc-Si:H的情况中，期望具有可能的最薄的有效吸收剂层。这种对于薄的期望部分地是由于众所周知的存在于a_Si:H中的光致衰退(light induceddegradation) (LID)效应或Staebler-Wronski效应,也是由于期望减少薄膜娃太阳能电池中材料的使用。另外，当吸收剂层厚度大于大约4-6 ii m时，y c-Si :H开始发生开路电压(Voc)和填充因子(fill factor) (FF)的减小。但是，较薄的吸收剂层将吸收较少的入射光并将降低电池的光电流。陷光作用提供了对于光吸收降低问题的解决方案。通过引入结构——通过用透明和纳米结构(nanotextured)的材料涂覆玻璃或通过用粗糙反射结构涂覆不透明基底-获得陷光作用。当光通过该膜时，光在粗糙界面被散射。这种散射可增加通过吸收剂层的有效光程长度(如果漫射以高角度发生)并可在器件内导致多个内部反射。这两种作用结合引起陷光作用，并且可增加吸收剂层的有效厚度而不需要增加实际吸收剂层厚度。文献中报道了 5-20的总光程增加的一般值。陷光作用所需特征的一般尺寸和粗糙度对于a-Si :H在100-300nm侧向特征尺寸的范围内，rms粗糙度在30-200nm的范围内，对于y c_Si是200_2000nm，以及对于U c-Si :H, rms粗糙度在50_500nm的范围内。在结构中，已经发现几种材料与a-Si :H和y c-Si: H—起很好地发挥作用，用于光散射通过APCVD沉积的天然结构的(textured) Sn02、#i射蚀刻的ZnO、低压化学气相沉积(LPCVD)的ZnO。例如，LPCVDZnO具有散射光的棱锥形特征的自然粗糙表面。可通过沉积参数改变棱锥形特征，从而控制哪些波长由ZnO优先散射。而且，高的内部反射和真正总的内部反射在a-Si:H/ii c-Si:H和ZnO的界面处是可能的。因此，当结合氢化硅电池使用时ZnO提供良好的陷光作用。可是，一般而言，存在大多数光散射方案的严重缺点。在实现器件中发生的严重问题是当引入粗糙结构以实现强的光散射时，它们也往往在随后生长的太阳能电池的吸收剂层中形成缺陷，其也被称为裂纹。这种作用是非常普遍的，并且适用于所有粗糙(均方根rms > 20nm)超基板(顶衬基板,superstrate)和具有短半径曲率(一般小于IOOnm)的凹谷方向呈现“尖锐”特征的基底电极。这对于特别受基底形态影响的yc-Si:H器件尤其如此。特别地，在粗糙LPCVD ZnO或粗糙SnO或粗糙棱锥形结构上沉积的U c-Si :H发生Voc和FF损失，这是由粗糙基底形态产生的裂纹形成引起。几乎总是这样，例如，当增加ZnO的粗糙度确实增加了粗糙LPCVD ZnO上制备的电池的短路电流(Jsc)时，但是由于Voc和FF的损失，效率没有被最大化。相反地，在平的基底上制备的U c-Si:H电池显示了非常高的Voc和FF,但是发生未达最佳的Jsc。这对于在不透明的背反射层(backreflector)上制备的太阳能电池也是如此。 对于微晶电池有害的这种作用在非晶微晶叠层电池中可非常强地出现。如图I显示，在非晶上层电池I生长后，裂纹2继续延伸或甚至开始在微晶层 3中生长。这导致Voc和FF的强烈降低。实际上，全世界范围的许多生产线都在防止这种作用。已经发现一些解决方案来解决该问题。在p-i-n超基板构造的情况中，当TCO出现尖锐凹谷时，方案之一是应用将使凹谷的底部变平滑的等离子体处理。如图2a至2c显示，随着等离子体处理时间增长(图2a :0分钟；图2b :40分钟；图2c :80分钟)，处理基底上的y c-Si :H p-i-n器件。在0分钟，裂纹通过整个器件，对于40分钟的处理，裂纹没有完全通过p-i-n器件(与t = 0分钟样品比较)，但仅在i_层的三分之一后开始。如果减小凹谷底部处的曲率半径，那么将增加Voc和FF。缺点是电流变小。因此在电流与Voc和FF之间存在最佳的权衡。另一个标准方案是减小前透明传导性氧化物层的粗糙度。如果降低粗糙度，将减小裂纹的作用，并且甚至非晶电池将倾向于稍微使初始表面变平滑。同样在这种情况减少了总电流(上层电池电流+下层电池的电流之和)。同样，TCO的某一最佳粗糙度将引起最佳折衷方案以具有最高效率。在所有情况中，在非晶和微晶电池中发现允许非常好的陷光作用的结构似乎是非常困难的。溅射刻蚀的系统具有火山口状并且更好地适于微晶生长的特征。但是，在这种情况，在上层电池中达到足够高的电流是更加困难的，甚至在引入中间反射层后。另一个方案公开在JP 2003-179241中。在该申请中，背面结构包括联合背反射层的TCO层。事实上，TCO层包括第一层和第二层，所述第二层是不对称和不均一的，并且包括能够漫射光、然后增加陷光作用的颗粒。因此，将不对称层放入背面结构的内部。总之，允许极好的陷光作用(高Jsc)和最佳的其它参数(Voc和FF)的理想基底和器件构造仍不存在。再者，在子电池组件中引起高电流的理想结构仍不存在。专利技术概述本专利技术提供可避免现有技术缺点的太阳能电池。因此，本专利技术涉及包括载体、背电极层、至少一个氢化微晶硅光电器件和上电极层的太阳能电池。背电极层至少在氢化微晶硅光电器件的一侧具有粗糙表面，并且已被例如结构化。太阳能电池包括在背电极层和氢化微晶硅光电器件之间的不对称中间层，所述中间层邻接所述氢化微晶娃光电器件并在背电极层一侧的表面的粗糙度大于在氢化微晶娃器件一侧的所述中间层的表面的粗糙度。在一些优选的实施方式中，由构成它表面的点的高度的标准偏差确定的、氢化微晶娃器件一侧的中间层表面的粗糙度可包括在Onm和30nm之间，或Inm和30nm之间。在其它实施方式中，如果凹谷在表面上存在，由构成它表面的点的高度的标准偏差确定的、氢化微晶硅器件一侧的中间层表面的粗糙度可包括在IOnm和200nm之间，并且在凹谷或尖夹(pinch)底部的曲率半径可大于50nm,优选为lOOnm。优选地，由构成它表面的点的高度的标准偏差确定的、背电极层一侧的所述中间层表面的粗糙度可包括在50nm和300nm之间。有利地，背电极层一侧的所述中间层表面的粗糙度可以是例如在器件中促进最佳陷光本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.09.23 EP 09171144.01.太阳能电池，其包括载体(6)、背电极层(5)、至少一个氢化微晶娃光电器件(9)和上电极层(11)，其特征为所述背电极层(5)具有粗糙表面，以及所述太阳能电池在所述背电极层(5)和所述氢化微晶硅光电器件(9)之间包括不对称中间层(8)，所述中间层⑶邻接所述氢化微晶娃光电器件(9)并在所述背电极层(5) —侧的表面的粗糙度大于在所述氢化微晶硅器件(9) 一侧的所述中间层(8)的表面的粗糙度。2.根据权利要求I所述的太阳能电池，其特征为所述中间层⑶具有0.05^和Iym之间的平均厚度，优选为0. I ii m和0. 4 ii m之间。3.根据权利要求I至2任一项所述的太阳能电池，其特征为所述中间层(8)具有接近结晶娃折射率(n = 4)的折射率n, n优选包括在3至3. 7之间。4.根据权利要求I至3任一项所述的太阳能电池，其特征为所述中间层(8)可由任选地与碳、氧、氮或其结合形成合金的非晶硅制成。5.根据权利要求I至4任一项所述的太阳能电池，其特征为由构成它表面的点的高度的标准偏差确定的、所述氢化微晶硅器件(9) 一侧的所述中间层(8)的表面粗糙度包括在Onm和30nm之间。6.根据权利要求I至4任一项所述的太阳能电池，其特征为由构成它表面的点的高度的标准偏差确定的、所述氢化微晶硅器件(9) 一侧的所述中间层(8)的表面粗糙度包括在IOnm和200nm之间，以及凹谷或尖夹的曲率半径大于lOOnm。7.根据权利要求I至6任一项所述的太阳能电池，其特征为由构成它表面的点的高度的标准偏差确定的、所述背电极层(5) —侧的所述中间层(8)的表面粗糙度包括在50nm和300nm之间。8.根据权利要求7所述的太阳能电池，其特征为在所述背电极层(5)—侧的所述中间层(8)的几何形状使得侧面特征尺寸在200-2000nm范围内、开口角在5-30°范围内和相应的高度H。9.根据权利要求I至8任一项所述的太阳能电池，其特征为所述载体(6)是在其上放置所述背电极层(5)的基底。10.根据权利要求9所述的太阳能电池，其特征为所述太阳能电池在所述微晶硅器件(9)和所述上电极层(11)之间进一步包括至少一个基于非晶硅的光电器件(13)，以形成多结电池.11.根据权利要求10所述的太阳能电池，其特征为所述太阳能电池进一步包括在所述基...
【专利技术属性】
技术研发人员：C·巴里夫，FJ·豪格，S·斯威特纳姆，T·瑟德斯特伦，
申请(专利权)人：洛桑联邦理工学院EPFL，
类型：发明
国别省市：
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