制造具有高转换效率的薄膜太阳能电池制造技术

本发明专利技术提供一种用以形成太阳能电池的方法与设备。在一个实施例中，光伏装置包括：抗反射涂覆层，其设置在衬底的第一表面上；阻挡层，其设置在衬底的第二表面上；第一透明导电氧化物层，其设置在阻挡层上；导电接触层，其设置在第一透明导电氧化物层上；第一p-i-n结，其形成在导电接触层上；以及第二透明导电氧化物层，其形成在第一p-i-n结上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造具有高转换效率的薄膜太阳能电池相关串请本专利技术的实施例为大致上涉及太阳能电池及其形成方法。更特别地，本专利技术的实施例涉及用以制造具有高转换效率的薄膜太阳能电池的方法。
技术介绍
太阳能电池是将太阳辐射与其它光转换成可用的电能。能量转换是由于光伏效应而发生。太阳能电池可由结晶材料或由非晶或微晶材料来形成。概括来说，现今有两种大量生产的主要类型的太阳能电池，即结晶硅太阳能电池与薄膜太阳能电池。结晶硅太阳能电池通常使用单晶衬底(即单晶的纯硅衬底)或多晶硅衬底(即多结晶或多晶硅)。额外的膜层沉积在硅衬底上以改善光的捕获、形成电路、且保护装置。适当的衬底包括玻璃、金属与聚合物衬底。已经发现薄膜太阳能电池的性质会在暴露于光时随着时间而劣化，其会造成装置稳定性低于所期望的稳定性。典型的会劣化的太阳能电池特性为填充因子(fill factor ；FF)、短路电流、与开路电压(Voc)。由于非晶-微晶硅吸收层的低成本大面积沉积，薄膜硅太阳能电池已经取得大的市场占有率。薄膜太阳能电池是使用沉积在适当衬底上的薄材料层来形成一个或多个p-n结。通常，不同的材料层执行形成在太阳能电池中的不同的功能。在一些例子中，一些材料层可作为光吸收层，其可在吸收层中具有高的吸收光的光捕获效果以产生高电流。相对地，一些材料层构造成将光反射与散射到形成在衬底上的太阳能电池，藉此有助于光能保持在太阳能电池中持续更长时间以产生电流。然而，当光被传送通过这些反射材料层时，吸收损失会时常发生，因而不利地降低了形成在衬底上的太阳能电池结的整体电气性能和转换效率。为了扩增太阳能电池的经济使用，必须改善效率。太阳能电池效率与转换成有用电力的入射辐射的比例有关。为了能用于更多应用，必须将太阳能电池效率改善超过目前最佳约15%的性能。随着能源成本上升，亟需改良薄膜太阳能电池以及用以在工厂环境中形成薄命太阳能电池的方法与设备。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供形成太阳能电池的方法。在一个实施例中，光伏装置包括ARC层,其设置在衬底的第一表面上；阻挡层,其设置在该衬底的第二表面上；第一 TCO层，其设置在该阻挡层上；导电接触层，其设置在该第一 T⑶层上；第一 p-i-n结，其形成在该导电接触层上；及第TCO层,其形成在该第一 p-i-n结上。在另一实施例中，一种形成太阳能电池装置的方法包括以下步骤在衬底的第一表面上形成ARC层；在该衬底的第二表面上形成阻挡层；在该阻挡层上形成第一 TCO层；形成设置在该第一 TCO层上的导电接触层，其中该导电接触层是在PVD腔室中形成的掺杂铌的氧化钛层；在该导电接触层上形成第一 P-i-n结；在该第一 p-i-n结上形成导电率匹配层；及在该导电率匹配层上形成第二 TCO层。在又另一实施例中，一种用以形成太阳能电池的自动化且集成式系统包括第一沉积腔室，其适于在衬底的第一表面上的第一 TCO层上沉积导电接触层,其中ARC层形成在该衬底的第二表面上，并且其中阻挡层形成在该衬底的第一表面与该第一 TCO层之间；第二沉积腔室，其适于在该导电接触层上沉积P-型含硅层与界面阻挡层；第三沉积腔室，其适于沉积本征型含硅层、以及在该本征型含硅层上沉积n-型微晶碳化硅层或导电率匹配层；及自动化输送器装置，其适于在该第一沉积腔室、该第二沉积腔室、与该第三沉积腔室之间传送该衬底。附图说明以本专利技术以上所述的特征能获得并详细地理解的方式，可以参照实施例对以上简要概括的本专利技术进行更具体地描述，本专利技术的实施例图示在附图中。图I为根据本专利技术的实施例的单一结薄膜太阳能电池的示意性侧视图。图2为根据本专利技术的实施例的串联结薄膜太阳能电池的示意性侧视图。图3为根据本专利技术的实施例的设置在衬底的第一表面上的抗反射涂覆(ARC)层的放大图。图4为根据本专利技术的实施例的设置在衬底的第二表面上的阻挡层的放大图。图5为根据本专利技术的实施例的形成在设置于衬底上的太阳能电池中的背金属电极的放大图。图6为根据本专利技术的实施例的用以在衬底上制造太阳能电池的方法流程图。图7为根据本专利技术的实施例的设备的横截面图。图8为根据本专利技术的另一实施例的设备的平面图。图9为根据本专利技术的实施例的结合有图7和图8的设备的生产线的一部分的平面图。为促进了解，在可能时使用相同的组件符号来表示该等图式共有的相同组件。应了解，实施例的组件与特征结构可有利地并入到其它实施例而不需特别详述。然而，应了解，附图仅绘示出本专利技术的示范性实施例且因此不会对本专利技术的范围构成限制，本专利技术可容许其它等效的实施例。具体实施例方式薄膜太阳能电池大致上是由以许多不同方式设置在一起的数种类型的膜或层来形成。大部分用在这样装置的膜结合半导体元素，半导体元素可包括硅、锗、碳、硼、磷、氮、氧、氢等。不同膜的特性包括结晶度、掺杂类型、掺杂浓度、膜折射率、膜消光系数、膜透明度、膜吸收率、与导电率。典型地，大部分这些膜可通过使用化学气相沉积处理来形成，其中该化学气相沉积处理可包括一些程度的离子化或等离子体形成。光伏处理期间的电荷产生通常是由块体半导体层(诸如含硅层)所提供。块体层有时候也称为本征层，以将其和太阳能电池中的各种掺杂层区分。本征层可具有任何期望的结晶度，结晶度将影响本征层的光吸收特性。举例而言，非晶本征层(诸如非晶硅)一般 将在与具有不同结晶度的本征层(诸如微晶硅)不同的波长下吸收光。由于此原因，大部分的太阳能电池将使用此两种类型的层，以产生最宽广可能的吸收特性而增加电池转换性能。在许多例子中，本征层可作为在两个不相似类型层之间的缓冲层，以在这两个不相似类型层之间提供更平顺的光学或电气性质的过渡。图I为形成在衬底102上的单一结薄膜太阳能电池100的侧视图，衬底102具有朝向光或太阳能辐射101的第一表面152。太阳能电池100包括衬底102(诸如玻璃衬底、聚合物衬底、金属衬底、或其它适当的衬底)，多个薄膜形成在衬底102上的第二表面154上。在一种构造中，衬底102为约2. 6mm至约4mm厚的玻璃材料,诸如约3. 2mm厚。在一个实施例中，衬底102包括具有相对低浓度的铁(Fe)元素掺杂在其中的玻璃材料。可认为，当光穿过衬底102到达形成在衬底102上的太阳能电池100时，较少量的掺杂在玻璃衬底中的铁元素将可减少光吸收率。可认为，相较于通常用在太阳能应用的传统玻璃材料(诸如钠钙玻璃(soda lime glass)),在低铁玻璃中,在较长光波长(诸如约800nm至约IlOOnm的波长)的光将会被较少吸收。所以，当含低铁玻璃的衬底与含有含结晶娃层(例如微晶娃)的太阳能电池一起使用时，含低铁玻璃的衬底是有用的，这是因为相较于含非晶硅层，含低铁玻璃的衬底倾向于吸收位于这些波长内的光。在一个实施例中，衬底102(诸如玻璃衬底)中的铁浓度被控制到约0. 01重量百分比至约0. 03重量百分比的水平，诸如小于约0. 02重 量百分比。在另一实施例中，玻璃类型衬底102中的铁浓度被控制到小于约70ppm的水平。在又另一实施例中，玻璃类型衬底102中的铁浓度被控制到小于约7ppm的水平。在一个实例中，在串联类型太阳能电池装置(图2的太阳能电池200)中，使用低铁玻璃衬底(低铁玻璃衬底对于较长所接收的波长具有减少的吸收率)来增加产生在含微晶第二 P-i-n结136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】2010.01.18 US 61/295,9911.一种光伏装置，其包括 衬底，其具有第一表面与第二表面； 阻挡层，其设置在所述衬底的所述第一表面上； 第一透明导电氧化物层，其设置在所述阻挡层上； 导电接触层，其设置在所述第一透明导电氧化物层上，其中所述导电接触层包括氧化锡层、氧化钛层、钽层、氧化钽层、掺杂铌的氧化锡层、或掺杂铌的氧化钛层； 第一 p-i-n结，其形成在所述导电接触层上；和 第二透明导电氧化物层，其形成在所述第一 p-i-n结上方。2.根据权利要求I所述的光伏装置，还包括 抗反射涂覆层，其设置在所述衬底的所述第二表面上，其中所述抗反射涂覆层包括含娃材料，所述含娃材料具有碳掺杂、氟掺杂、或其组合。3.根据权利要求I所述的光伏装置，其中所述第一P-i-n结还包括 P-型非晶娃层； 重掺杂的P-型非晶硅层，其在形成所述P-型非晶硅层之前形成在所述导电接触层上; 本征型非晶硅层；和 η-型微晶碳化硅层。4.根据权利要求3所述的光伏装置，其中所述导电接触层中的材料的折射率介于所述第一透明导电氧化物层中的材料的折射率与所述P-型非晶硅层中的材料的折射率之间。5.根据权利要求I所述的光伏装置，还包括 第二p-i-n结，其形成在所述第一p-i-n结与所述第二透明导电氧化物层之间，其中所述第二 p-i-n结包括 P-型微晶硅层； 本征型微晶硅层；和 η-型非晶硅层；以及 导电率匹配层，其设置在所述第二 P-i-n结与所述第二透明导电氧化物层之间，其中所述导电率匹配层中的材料的折射率小于所述第二透明导电氧化物层中的材料的折射率。6.根据权利要求I所述的光伏装置，还包括 金属背电极，其形成在所述第二透明导电氧化物层上，其中所述金属背电极是复合膜堆叠，所述复合膜堆叠具有设置在所述第二透明导电氧化物层上的掺杂硅或钯的银层、以及形成在掺杂硅的银层上的镍(Ni)钒(V)合金层。7.根据权利要求I所述的光伏装置，其中所述衬底包括玻璃衬底，所述玻璃衬底中设置有浓度小于约O. 03重量百分比的铁元素，并且所形成的所述第一透明导电氧化物层与所形成的所述导电接触层的组合的方块电阻小于约10Ω / ロ。8.一种光伏装置，其包括 衬底，其具有第一表面与第二表面，其中所述衬底包括具有小于约O. 03重量百分比的铁浓度的玻璃材料； 阻挡层，其设置在所述衬底的所述第一表面上； 第一透明导电氧化物层，其设置在所述阻挡层上；第一 p-i-n结,其包括 P-型非晶硅层，其形成在所述第一透明导电氧化物层上方； 本征型非晶硅层，其形成在所述P-型非晶硅层上方；和 n-型微晶碳化硅层，其形成在所述本征型非晶硅层上方； 导电接触层，其设置在所述第一透明导电氧化物层与所述P-型非晶硅层之间，其中所述导电接触层中的材料的折射率介于所述第一透明导电氧化物层中的材料的折射率与所述P-型非晶硅层中的材料的折射率之间，并且所形成的所述第一透明导电氧化物层与所形成的所述导电接触层的组合的方块电阻小于约IOQ / □; 第二 p-i-n结,其包括 P-型微晶硅层，其设置在所述n-型微晶碳化硅层上方； 本征型微晶硅层，其形成在所述P-型微晶硅层上方；和 n-型非晶硅层，其形成在所述本征型微晶硅层上方； 导电率匹配层，其设置在所述n-型非晶硅层上；和 第二透明导电氧化物层，其形成在所述导电率匹配层上方。9.根据权利要求8所述的光伏装置，其中所述P-型非晶硅层还包括 第一 P-型非晶硅层，其形成在所述导电接触层上；和 第二 P-型非晶硅层，其中所述第一 P-型非晶硅层比所述第二 P-型非晶硅层被更重地掺杂P-型掺杂物。10.根据权利要求8所述的光伏装置，其中所述第一透明导电氧化物层包括掺杂的氧化锡，其中所述掺杂的氧化锡包括小于约10重量百分比的铟或铁。11.根据权利要求8所述的光伏装置，还包括金属背电极，其形成在所述第二透明导电氧化物层上，其中所述金属背电极包括银、以及约0. 25重量百分比至约7重量百分比的钯。12.根据权利要求8所述的光伏装置，其中所述阻挡层是氧化锡层、掺杂铁的氧化锡层、氧化钛层、或掺杂铁的氧化钛层。13.一种光伏装置，其包括 衬底，其具有第一表面与第二表面； 阻挡层，其设置在所述衬底的所述第二表面上； 第一透明导电氧化物层，其设置在所述阻挡层上； 导电接触层，其设置在所述第一透明导电氧化物层上； 第一 p-i-n结,其形成在所述导电接触层上,其中所述第一 p-i-n结还包括 P...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·谭纳尔，海恩敏·胡·勒，全成托米·顾，盛殊然，蔡永基，再发杰夫·苏，王大鹏，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：