公开了一种用于制造非晶硅p-i-n太阳能电池的方法。所述电池包括抗反射涂层以及掺杂的LPCVD?ZnO正面与背面接触，其中，所述掺杂的LPCVD?ZnO正面与背面接触是由大型粒状物所构成的多晶膜，所述大型粒状物的末端在生长表面呈现为角锥。所述方法包括：通过LPCVD沉积所述正面接触；通过等离子体增强化学气相沉积来沉积所述p-i-n太阳能电池的硅层；通过LPCVD沉积所述背面接触；提供所述抗反射涂层。所述非晶硅p-i-n太阳能电池可达到10.09％的稳定效率。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及基于硅的薄膜太阳能电池与模块及其制造。本专利技术涉及针对薄膜、基于硅的太阳能电池或模块的制造工艺的改善。更具体地，本专利技术涉及非晶薄膜太阳能电池及其制造。
技术介绍
光伏器件、光电转换器件或太阳能电池是转换光，特别是将太阳光转换为直流(DC)电能的器件。对低成本大量生产而言，薄膜太阳能电池令人感兴趣，这是因其允许使用玻璃、玻璃陶瓷或其它刚性或柔性基板作为基底材料(基板)，以代替晶硅或多晶硅。该太阳能电池结构，即负责或能起光伏效应的该层序列沉积在薄层中。这沉积可发生在大气或真空条件下。在本领域沉积技术诸如PVD、CVD, PECVD, APCVD...为人熟知，这些全都用在半导体技术中。 太阳能电池的转换效率是对太阳能电池性能的常见量度，且其由输出功率密度(=开路电压V。。，填充因子FF及电流密度Js。的积)与输入功率密度的比来确定。薄膜太阳能电池一般包含第一电极、一个或多个半导体薄膜p-i-n或n-i-p结,及第二电极，它们顺序堆叠在基板上。每个P-i-n结或薄膜光电转换单元包含夹在正掺杂或p型层及负掺杂或n型层之间的本征或i_型层。该本征半导体层占该薄膜p-i-n结的绝大部分厚度。光电转换主要发生在该i型层中；因此其亦称为有源或吸收体层。根据该i型层太阳能电池的结晶性，或光电(转换)器件被表征为非晶(a-Si)或微晶(Uc-Si)太阳能电池，而不管相邻p及n层的结晶性种类为何。如在本领域中常见的那样，微晶层被认为是在非晶基体中包含至少15%微晶结晶度的拉曼结晶性的层。p-i-n结中的掺杂层也经常称为窗层。由于该掺杂p/n层所吸收的光会因有源层而损耗，因此，高度透明的窗层期望获得高电流密度(Js。)。而且，窗层有助于在构成太阳能电池的半导体结中建立电场，该电场协助收集光产生的电荷载流子并获得高V。。及FF值。除此的外，前透明导电氧化物(TCO)与窗层之间的接触应为欧姆的，其具有低电阻率，以便得到好FF值。在本领域中，由于微晶硅的窗层的较佳光学特性(吸收较少)，使得微晶硅的窗层已较非晶窗层更受青睐。现有技术的图9示出基本、简单光伏电池40，该光伏电池40包含透明基板41，其例如为玻璃，在其上沉积有一层透明导电氧化物(TC0)42。该层亦称为正面接触，并且作为用于光伏元件的第一电极。基板41与正面接触42的组合也被称作盖板(superstrate)。下一层43作为有源光伏层，并包含形成p-i-n结的三“子层”。该层43包含氢化微晶硅，纳米晶体硅或非晶硅或其组合。子层44 (邻近TCO正面接触42)是正掺杂的，该邻近子层45是本征的，及该最后子层46是负掺杂的。在替代实施例中，如所述的该层序列p-i-n可以反转为n-i-p，那么，层44被识别为n层，层45再度为本征的，层46为p层。最后，该电池包含可由氧化锌、氧化锡或铟锡氧化物(ITO)制成的背后接触层47 (亦称背接触)，以及反射层48。替代地，可实现金属背接触，其能结合背反射体48及背接触47的物理特性。为说明，箭头指出入射光。通常了解，当例如太阳辐射的光入射在光伏器件上时，在i层中产生电子空穴对。来自所产生的对的空穴被导向P区域，而该电子被导向n区域。一般该接触直接或间接地接触P或n区域。只要光继续产生电子空穴对，电流将流经连接这些接触的外部电路。I. 一般工业用KAI-M R&D反应器所制备的LPCVD-ZnO TCO上的高效率非晶硅器件本专利申请的此一般部分实质上是取自2009年9月21日向美国专利商标局提交的序号为No. 61/244，236的美国临时申请。下文中提出对于沉积于掺杂的LPCVD-ZnO上的高效率非晶硅P-i-n太阳能电池的最优i_层厚度的研究。此种最优的动作已经在明显很薄的非晶i_层厚度的情况下达到优异且稳定的效率。具有10. 09%的创记录的效率(record efficiency)(在Icm2上)的光浸透的单结a_Si :H电池是由NREL所独立确认的。 在表中，Oerlikon Solar-Lab Neuch&tel与NREL实验室对于相同器件所作的测量结果在两种特性之间显现出极低的偏差。为了 a_Si:H电池所研发的工艺是应用于制备迷你模块(IOxlOcm2)。在JRC的ESTI实验室，对这些光浸透迷你模块的测量已经确认了 9. 2%的模块孔径效率。可从下文中的节II至IV进一步了解本专利技术的某些方面的细节。I. I 介绍在朝向达成市电同价(grid parity)的方向上，以非晶硅与非晶/微晶堆叠(micromorph)串联技术为基础的薄膜太阳能模块对于缩减制造成本具有很大的潜力。对于两种技术而言，硅薄膜可沉积于单个腔室等离子体增强化学气相沉积(PECVD)反应器(类似Oerlikon Solar KAI系统)中。先前的研究已经证明当引进特殊的p_i界面处理时,该KAI反应器可产生高质量的非晶娃p-i-n电池。同时，通过适当地降低该a_Si:H吸收体层厚度，能够有益地影响这些模块的制造成本与光浸透稳定性。为此目的，采用粗糙的TCO以加强该器件内的光捕捉。该TCO内所增加的光散射造成该电池中数个-折迭的光路径(several-fold path of light),并因此允许采用厚度较薄的吸收体层。此外，由于UC-Si = H的光学吸收较a_Si:H的光学吸收差，故对于非晶/微晶堆叠串联器件而言，该正面TCO的光散射特性甚至更为重要。TCO薄膜特性(如高透射、高导电性、优异的光散射能力(可见光与近红外线范围))、以及适合薄膜均匀生长的表面形态是高效率硅薄膜器件所必需的。通过低压化学气相沉积(LPCVD)所制造的掺杂硼的氧化锌经证实由于其杰出的光散射能力，因此能够产生优异的薄膜硅太阳能电池。当以量产规模生产时，LPCVD-ZnO也为低成本的TC0。基于这些原因，Oerlikon Solar已经决定研发用于大面积沉积I. 4m2的LPCVD-ZnO层的工艺与生产设备。本专利申请呈现在单结a_Si:H电池以及具有所有LPCVD-ZnO正面与背面电极的迷你模块上所达到的结果。I. 2 实验所提出的p-i-n a-Si :H太阳能电池沉积于R&D单个腔室KAI-M系统中(52x41cm2的基板尺寸)。在各个电池批次(run)之后，使用原位等离子体工艺以清理该KAI等离子体箱反应器。先前的研究证明能够利用40. 68MHz的激发频率来沉积质量优异的非晶硅i_层(以3.35 A/s) 在此新的研究中，该i-层的沉积速率是1.75 A/s。各个电池与迷你模块皆具有内部制备的LPCVD-ZnO作为正面与背面接触，后者结合白反射体(WR) 。ZnO层的沉积参数被优化，以得到有效率的光散射、高透明度及导电性。我们采用厚度Imm的Schott Borofloat 33作为玻璃盖板。LPCVD-ZnO层的光学特性利用装配有积分球(integrating sphere)的Perkin Elmer lambda 950光谱仪进行测量。为了仔细的特性化，所有的电池都是通过激光图案化而构建为被良好定义的I平方厘米的面积。尺寸为10x10平方厘米的迷你模块通过对于各段的单片串联连接(monolithic s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】...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·博雷洛，E·瓦拉特绍瓦因，J·拜拉特，U·克罗尔，J·迈尔，S·贝纳格利，M·马梅洛，G·蒙特杜罗，J·赫策尔，J·施泰因豪泽，C·卢西，
申请(专利权)人：欧瑞康太阳能股份公司特吕巴赫，
类型：发明
国别省市：
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