一种涂覆用于生产太阳能电池的基材的方法技术

本发明专利技术涉及一种在沉积环境中涂覆用于生产太阳能电池（40）的基材（41）的方法，该方法包括以下步骤：a）将第一氧化锌层沉积在基材（41）上，b）在所述沉积环境中降低锌前体的含量，c）用乙硼烷和水的混合物处理所述第一氧化锌层，以便在所述第一氧化锌层上形成许多涂覆晶种，和d）将第二氧化锌层沉积到所述第一氧化锌层上。本发明专利技术的方法能够改善随后可能在所述基材上生长的硅层的材料质量。另外，通过本发明专利技术的方法可以增强相应的太阳能电池中的光散射和随后的光捕集。本发明专利技术还涉及一种通过本发明专利技术生产的太阳能电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及涂覆用于生产太阳能电池的基材的方法。本专利技术特别涉及用透光的导电氧化物层涂覆基材，特别是改进形成硅薄膜太阳能电池部件的透光导电前电极的表面形态学。所述形态学改进是通过改进透光导电层的生长过程获得的。本专利技术的方法能够改善随后可能在所述基材上生长的硅层的材料质量。另外，通过本专利技术的方法可以增强相应的太阳能电池中的光散射和随后的光捕集。
技术介绍
光伏器件，光电转换装置或太阳能电池是能够将光，特别是阳光转换成直流(DC)电能的装置。太阳能电池结构，即用于或能够产生光电效应的层系列以薄层形式沉积在基材上。所述沉积，或涂覆可分别在大气或真空条件下进行。沉积技术，例如形成前电极的技术，在本领域中是众所周知的，如物理气相沉积(Physical Vapour Deposition, PVD),化学气相沉积(Chemical Vapour Deposition, CVD),等离子体增强化学气相沉积法(PlasmaEnhanced Chemical Vapour Deposition, PECVD),常压化学气相沉积(AtmosphericPressure Chemical Vapour Deposition, APCVD),而且,这些技术均被用于半导体技术中。至于涂覆在基材上的前电极，应当优选满足不同的特征。具体讲，前电极，如TCO层(透光的和导电的金属氧化物)，应当优选光学透光的，导电的，应当包括可引起光散射的粗糙表面形态和用于硅层生长的最佳形态，并且应当包括最佳折射率，以使反射最小化。不过，能够实现所述要求的参数是相互关联的。通常对一个方面进行的优化，其代价是使其他方面恶化。一个简单的例子是粗糙度:例如，通过增加由氧化锌(ZnO)形成的TCO层的厚度可方便地提高表面粗糙度，这样做改善了光散射，但是，在其上涂覆的硅层将会出现由所述粗糙度引起的大量的瑕疵。为了获 得适用于薄膜太阳能电池的前电极，业已特别建立了两种方法。第一种方法包括通过化学气相沉积技术，例如，二氧化锡(SnO2)大气压CVD，或氧化锌低压CVD，生长透光的和导电的金属氧化物TC0，其具有自然生长的粗糙表面形态学。第二种方法包括氧化锌的物理气相沉积，随后通过湿法化学刻蚀进行后处理，以便获得粗糙光散射表面形态。该方法可能涉及用稀硼酸溶液或其他优选的稀酸或碱洗涤TCO涂覆的基材，如玻璃。上述两种方法目前被用于薄膜太阳能电池组件，特别是用于硅薄膜太阳能电池的大面积大量生产。此外，众所周知的是，在p-1-n-硅薄膜太阳能电池装置上，前电极的表面形态学强烈影响着光的捕集，并因此影响着电流生成。在仅有一个P-1-n-结的单结电池中，所述透光的和导电的金属氧化物的表面特征可针对单个吸收层的光谱依赖性吸收特征进行优化。例如，对于具有非晶硅(a-S1:H)的单结硅薄膜太阳能电池来说，所述吸收层可以通过二氧化锡的化学气相沉积和氧化锌的低压化学气相沉积进行优化。所述涂覆的基材已经可以通过商业渠道获得。对于微晶硅(μ c-S1: H)单结p-1-n太阳能电池来说，通过氧化锌的物理气相沉积化学后处理获得了迄今为止最高的效率，而基于氧化锌和二氧化锡的化学气相沉积，“以生长状态”形成的粗糙透光的和导电的金属氧化物层，结果被证明是效率不闻的。对μ c-S1:H单结p-1-n太阳能电池进行仔细研究,所述的μ c_S1:H单结p_i_n太阳能电池基于通过低压化学气相沉积涂覆的自然粗糙生长的氧化锌，并且其表面形态通过后处理等离子蚀刻步骤修饰，研究发现生长形式的棱锥样表面特征会导致产生含更多瑕疵的富μ c-S1:H吸收材料，而后通过低压化学气相沉积涂覆的处理的、氧化锌的火山口样结构有助于减少所述瑕疵，还会显著改善太阳能电池性能并获得极高的效率。以上研究还揭示延长后处理，如处理超过80分钟，得到的火山口样表面特征，完全可匹敌通过物理气相沉积涂覆及化学后处理得到的氧化锌的表面特征。参见附图说明图1，其中示出了处在生长状态的(左侧图像)，处理之后40分钟(中间图像)和处理之后80分钟(右侧图像)的氧化锌层。不过，对通过低压化学气相沉积涂覆的氧化锌进行较长时间的等离子体处理，会出现太阳能电池电流的下降。这种情况如图2所示。具体讲，在所示左侧图像中，电压(V)和填充系数(FF)对处理时间作图。所述填充系数具体为表示所述太阳能电池能够收集由光提供的载荷子的程度的数值。在所述中间图像中，电流，具体是短环路电流(Is。)和反向电压(Irev)下的电流，反向电流为-2V。另外，在所述右侧图像，所述效率(H)相对处理时间作图。这可以证实，所述火山口样表面，有助于支持硅生长，但不是最佳光捕集的理想表面形态学。另外，在a-S1:H型电池与yc-S1:H电池组合的串联装置上，为了满足a-S1:H或yc-S1:H单结电池前触点的优化，对这两种电池的要求是非常困难的(M.Python et al.Journal of non-crystalline solids, vol.354,2008,p.2258-2262)。·实际上，基于现有商业化的不同基材的可获得的硅薄膜串联电池明确表现出硅层光捕集或生长方面的限制，而这些限制取决于用于所述串联的太阳能电池的基材的类型。用于串联装置光捕集的理想表面形态应当包括小的和大的糙纹，。短尺寸的小的糙纹或粗糙度能够以短波长有效散射光线，它对于a_S1:H装置来说是必须的。不过，对于底部电池的μ c-S1:H来说，长波长光线的散射更重要。因此，所述表面还应当包括更大的纹路。当氧化锌层是通过低压化学气相沉积生长时，它始于小的微晶。随着所述层变厚，某些微晶会过度生长的更大一些，因此，所述表面糙纹也变得更大。实际上，薄氧化锌层的表面更适合于a_S1:H装置的光捕集，而厚层更适合μ c-S1:H0通过常规方法生长的氧化锌表面表现出不能完全覆盖串联装置的有用范围的糙纹尺寸分布。扩展该糙纹尺寸范围的一种可行的方法涉及生长一系列具有不同特性的层。通常，这一目的可以通过改进每一层的掺杂而实现。不过，已有实验证实，氧化锌生长不受掺杂浓度(组成)变化的影响。即使所述组成改变，第二层的结晶会继续放大第一层的结晶。另一种选择是将一层不同的材料插入所述氧化锌层。在这种情况下，在所述新材料上重新开始生长，导致小的氧化锌晶体过度生长从而获得具有大型糙纹的表面。一种完全不同的解决方法涉及业已具有某些大尺寸沟纹的基材表面的使用，例如，结构玻璃。不过，两种方法在其生产工艺中都涉及额外的步骤。这会导致更长的处理时间和额外的材料成本，从而导致专业化生产系统业主的价格更高(C00)。US2008/0196761披露了一种方法，包括引入具有多种尺度纹路的多层TCO的步骤。根据该文献，这一目的是通过两种方法实现的:按顺序生长两种或两种以上不同的TCO材料，或将不同材料的薄的间层添加到两层相同的材料之间。EP2084752A9采用两种不同的沉积方法。具体讲，通过低压化学气相沉积涂覆氧化锌，随后通过物理气相沉积沉积氧化锌。EP0940857B1采用两种不同的TCO材料。除此之外，电池是〃反向的〃，就是说，光线不是从玻璃基材一侧进来。按照现有技术中公开的方法，并非对所述前电极的所有上述要求都以一种理想的方式实现。 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】2010.09.03 US 61/379,9171.一种在沉积环境中涂覆用于生产太阳能电池(40)的基材(41)的方法，该方法包括以下步骤: a)将第一氧化锌层沉积在基材(41)上， b)在所述沉积环境中降低锌前体的含量， c)用乙硼烷和水的混合物处理所述第一氧化锌层，以便在所述第一氧化锌层上形成许多涂覆晶种，和 d)将第二氧化锌层沉积到所述第一氧化锌层上。2.如权利要求1所述的方法，其中，步骤b)通过一个或多个步骤实现的，包括 -停止所述锌前体材料流入所述沉积环境， -泵出所述沉积环境介质，以便提供较低的前体浓度，和/或 -通过导入水，乙硼烷，氮和/或氢中的一种或多种，清洗所述沉积环境。3.如权利要求1或2所述的方法，其中，步骤a)中沉积第一氧化锌层的步骤和/或步骤d)中沉积第二氧化锌层的步骤均通过LPCVD方法实施的。4.如上述权利要求中任意一项所述的方法，其中，步骤c)中所述的第一氧化锌层是用乙硼烷和水按照1:2-1:4比例混合的混合物处理的。5.如上述权利要求中任意一项所述的方法，其中，在实施步骤d)之前所述乙硼烷和水的混合物至少部分被从基材(41)中除去。6.如上述权利要求中任意一项所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥利弗·克卢特，奥努尔·恰拉尔，洛西欧·保罗，斯特凡妮·哥德巴赫阿舍曼，
申请(专利权)人：东电电子太阳能股份公司，
类型：
国别省市：