專利名稱:光伏器件以及包括其的光伏轉(zhuǎn)換器面板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光伏器件及其制造的領(lǐng)域。更具體地，本實(shí)用新型涉及具有所謂的串接結(jié)結(jié)構(gòu)的基于硅的薄膜太陽能電池和模塊并且涉及其總體制造工藝的改進(jìn)。
在本專利申請中使用的術(shù)語的定義
氫化微晶硅(μ c-Si H)(也被稱作納米晶體nc-Si H)材料和氫化非晶硅 (a-Si:H)材料
在本說明書和權(quán)利要求
書中我們理解氫化微晶硅為一種具有至少5% (體積百分比)結(jié)晶度(嵌入在氫化非晶硅的或多或少多孔基體的晶粒)的材料。微晶顆粒具有5 nm到 IOOnm的垂直于其長度范圍的直徑范圍。
具有小于所提及的5% (體積百分比)結(jié)晶度的氫化硅材料被認(rèn)為氫化非晶硅。
在光伏器件中涉及作為i層材料的氫化微晶硅由在800 nm的波長和零偏壓下的至少5%的絕對外量子效率表征。而如所提及的所涉及氫化非晶硅示出在800 nm的波長和零偏壓下的絕對外量子效率在5%之下。
本征
如果層或材料是半導(dǎo)電的，其中費(fèi)米能級至少基本位于其價帶和導(dǎo)帶之間的中部——即中間能隙，則其被稱為“本征”。沒有有意和/或無意地應(yīng)用摻雜。
基本本征
除了上面被定義為“本征”的層或材料之外，“基本本征”層或材料群另外包括有意和/或無意補(bǔ)償?shù)陌雽?dǎo)電層或材料，即其中費(fèi)米能級由于有意和/或無意摻雜而至少近似為中間能隙的層和材料。
層
該術(shù)語用于提及基本本征層。
技術(shù)背景
也被稱為光電轉(zhuǎn)換器件或更具體地稱為太陽能電池(當(dāng)要轉(zhuǎn)換源自太陽的光時) 的光伏器件是把光特別是太陽光轉(zhuǎn)換成直流(DC)電功率的器件。為了低成本的大規(guī)模生產(chǎn)，薄膜太陽能電池特別弓I人關(guān)注。
太陽能電池層堆，即負(fù)責(zé)或能夠進(jìn)行光伏轉(zhuǎn)換的層序列，被沉積為薄層序列。通常通過真空沉積工藝，諸如通過PVD (物理汽相沉積)、CVD (化學(xué)汽相沉積)、PECVD (等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積)、LPCVD (低壓CVD)、熱絲CVD (它們所有或大部分被用于半導(dǎo)體科技中)，執(zhí)行該沉積。
薄膜太陽能電池一般包括第一電極(諸如接觸層)、一個或多個半導(dǎo)體薄膜p-i-n 或n-i-p堆以及第二電極(諸如另一接觸層)，這些層相繼層疊在襯底上。每個p-i-n或 n-i-p堆包括夾在ρ摻雜層和η摻雜層之間的i層。i層占據(jù)薄膜P-i-n或n-i_p堆的大部分厚度。
光電轉(zhuǎn)換主要發(fā)生在i層中。[0017]現(xiàn)有技術(shù)圖1示出光伏電池40，光伏電池40包括其上沉積一層透明導(dǎo)電氧化物 (TC0)42的例如玻璃的透明襯底41。該層也被稱作前接觸“F/C”并且充當(dāng)?shù)谝浑姌O。隨后層堆43包括三層，p-i-n。鄰近TCO前接觸42的層44被正ρ摻雜，隨后層45是基本本征的，并且下面層46被負(fù)η摻雜。
在可選的實(shí)施例中，如所描述的層序列p-i-n可以被顛倒為n-i-p。這是在該堆上的光照射方向被顛倒的情況下進(jìn)行的。在這種情況下，襯底41是不透明的并且接觸層42 是反射的。層44然后被η摻雜，層45是至少基本本征的，并且層46被ρ摻雜。
該電池包括第二接觸層47。在如圖1所示的p-i-n配置中，層47可以例如由氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO2)或ITO (氧化銦錫)制成并且接著是反射層48。
在n-i-p配置中，第二接觸層是透明的并且不提供反射層48。
為說明目的，箭頭指示p-i-n配置即其中光從襯底背面照射的配置的照射光。
根據(jù)i層的材料結(jié)構(gòu)，太陽能電池被稱作非晶氫化硅電池或者微晶氫化硅電池， 與P和η摻雜層的材料和材料結(jié)構(gòu)無關(guān)。
現(xiàn)今，所謂的串接結(jié)太陽能電池越來越引入關(guān)注。串接結(jié)太陽能電池(也被稱為串接電池)是具有一個堆疊在另一個上的至少兩個薄膜單電池的電池。這樣，可以組合具有光譜上不同轉(zhuǎn)換效率的電池以產(chǎn)生與每個單電池的光譜效率相比在較寬光譜帶中有效的總體光譜轉(zhuǎn)換效率。單電池敏感光譜可以彼此不同或者在一定范圍相互重疊。在本領(lǐng)域中已知非晶氫化硅電池與微晶氫化硅電池的組合，因?yàn)楹笳弑惹罢邔μ柟獾母L波長敏感。
圖2示出這種已知的串接結(jié)構(gòu)50。在與單電池的圖1所示的類似的p-i-n配置中，串接結(jié)構(gòu)50包括襯底41、作為第一電極的一層透明導(dǎo)電氧化物TCO 42、與圖1的電池的層堆類似的三層44、45、46的p-i-n堆43、作為第二電極的后接觸層47和反射層48。屬性和要求一般如上面針對圖1的電池所描述的那樣i層為基本本征的微晶氫化硅。
串接結(jié)構(gòu)50還包括分別被ρ摻雜、基本本征(i型)和η摻雜的p-i-n層52、53、 54的第二堆51。p-i-n堆51的i層為非晶氫化硅。
在圖2中，對于在襯底41背面上照射光而言，兩個堆51和43處于p-i-n配置。
如果照射光的方向被反向，則這些堆以n-i-p配置被實(shí)現(xiàn)并且堆51和43的順序相對于現(xiàn)在的不透明襯底被反向。

實(shí)用新型內(nèi)容

所提及的目標(biāo)是通過根據(jù)本發(fā)明的器件和方法獲得的。
該光伏器件包括襯底；
在所述襯底上沉積的
第一接觸層；
第二接觸層；
在所述第一和第二接觸層之間的
第一層堆，包括第一 ρ摻雜層、非晶氫化硅的第一至少基本本征層和第一 η摻雜層；
第二層堆，包括第二 ρ摻雜層、微晶氫化硅的第二至少基本本征層和第二 η摻雜層；[0036]其中所述第一至少基本本征層的厚度在160 nm和400 nm之間，而所述第二至少基本本征層的厚度在1 μ m和2 μ m之間。
發(fā)現(xiàn)這樣獲得特別高的初始效率以及還有特別高的穩(wěn)定效率。
在一個實(shí)施例中，第一接觸層基本由TCO制成。
在可以與前面提及的實(shí)施例中的一個或多個實(shí)施例組合的一個實(shí)施例中，第一至少基本本征層是氫化硅的本征非晶層。
在可以與前面提及的實(shí)施例中的一個或多個實(shí)施例組合的一個實(shí)施例中，第二至少基本本征層是氫化硅的本征微晶層。
在可以與前面提及的實(shí)施例中的一個或多個實(shí)施例組合的一個實(shí)施例中，在入射光的方向上這些層的順序是
第一接觸層
第一 ρ摻雜層
非晶氫化硅的第一至少基本本征層
第一 η摻雜層
第二 ρ摻雜層
微晶氫化硅的第二至少基本本征層
第二 η摻雜層
第二接觸層。
在可以與前面提及的實(shí)施例中的一個或多個實(shí)施例組合的一個實(shí)施例中，所述第一至少基本本征層和所述第二至少基本本征層的厚度之和在2 μ m之下。
在可以與前面提及的實(shí)施例中的一個或多個實(shí)施例組合的一個實(shí)施例中，第二接觸層包括TCO具體地基本由TCO組成。具體地，該TCO為&10，這對被應(yīng)用為第一接觸層的 TCO也可以有效。
在可以與前面提及的實(shí)施例中的一個或多個實(shí)施例組合的一個實(shí)施例中，所述第一至少基本本征層的厚度是250 nm或230 nm。
在可以與前面提及的實(shí)施例中的一個或多個實(shí)施例組合的一個實(shí)施例中，所述第二至少基本本征層的厚度是1. 28 μ m。
在一個實(shí)施例中，襯底是商用的可能TCO預(yù)涂布的玻璃，且所述第一至少基本本征層的厚度是210 nm并且所述第二至少基本本征層的厚度是1. 41 μ m。
在可以與前面提及的實(shí)施例中的一個或多個實(shí)施例組合的一個實(shí)施例中，所述襯底是透明襯底，具體地是玻璃襯底。
在可以與前面提及的實(shí)施例中的一個或多個實(shí)施例組合的一個實(shí)施例中，所述第一和第二層堆借助于PECVD進(jìn)行沉積。
光伏轉(zhuǎn)換器面板包括至少一個根據(jù)本實(shí)用新型的光伏器件，具體地是多個光伏器件。
在一個實(shí)施例中，光伏轉(zhuǎn)換器面板具有至少2500 cm2的表面范圍，更具體地為至少1.4 m2的表面范圍。
制造光伏器件的方法包括以下步驟
提供在其上沉積第一接觸層的襯底；[0061]以預(yù)定順序沉積
第一層堆，通過沉積第一 ρ摻雜層、非晶氫化硅的第一至少基本本征層和第一 η 摻雜層；
第二層堆，通過沉積第二 ρ摻雜層、微晶氫化硅的第二至少基本本征層和第二 η 摻雜層；
沉積第二接觸層；
其中實(shí)施沉積以使得所述第一至少基本本征層的厚度結(jié)果是在160 nm和400 nm 之間而所述第二至少基本本征層的厚度結(jié)果是在1 μ m和2 μ m之間
在該方法的一個實(shí)施例中，該方法包括例如通過沉積或提供一層ZnO而在襯底上沉積或提供TCO層的步驟。
在一個實(shí)施例中，實(shí)施該沉積以使得所述第一至少基本本征層的厚度是250 nm而所述第二至少基本本征層的厚度是1. 28 μ m。
本實(shí)用新型的目標(biāo)是提供串接電池且提供具有增加的光伏轉(zhuǎn)換效率的相應(yīng)轉(zhuǎn)換器面板并且提供制造這種電池和面板的方法。
通過對示例的以下描述，本實(shí)用新型的進(jìn)一步實(shí)施例和優(yōu)點(diǎn)對技術(shù)人員變得顯而易見。


下面，借助于示例和圖更詳細(xì)地描述實(shí)用新型。這些圖示出
圖1通過目前工藝水平的單結(jié)光伏器件或太陽能電池的示意截面圖；
圖2通過根據(jù)本實(shí)用新型的串接結(jié)光伏器件或串接太陽能電池的示意截面圖；
圖3包含本實(shí)用新型的a-Si:H/μ c-Si :H串接太陽能電池的V-I圖示。
所描述的實(shí)施例打算作為示例并且不應(yīng)約束本實(shí)用新型。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型涉及薄膜光伏器件尤其是太陽能電池面板并且涉及其制造方法。盡管可應(yīng)用于其他光伏器件，但是我們現(xiàn)在將指代太陽能電池。太陽能電池面板可以例如用于建造應(yīng)用。我們在圖2的背景下描述了太陽能電池串接結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)通常組合a_Si:H 和口(3^:!1太陽能電池，即包括非晶氫化硅的1層的？-1-11或11-1- 堆以及相應(yīng)地包括微晶氫化硅的i層的p-i-n或n-i-p堆。
如技術(shù)人員完全已知的，在太陽能電池薄膜半導(dǎo)體電池中i層被夾在ρ和η摻雜層之間。
用于太陽能電池面板的襯底可以為用于接收導(dǎo)電接觸和隨后層堆的任何合適材料。襯底一般是平坦的并且可以是玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷或者其他玻璃狀材料、諸如聚酰亞胺的塑料、或者諸如鋁、鋼、鈦、鉻、鐵等的金屬膜。為了滿足太陽能電池面板的高效生產(chǎn)的目標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)化是期望的。在當(dāng)今的市場中普遍的一個尺寸是基于1. 1 mX1.3 m范圍的1.4 m2玻璃襯底。然而，本實(shí)用新型不限于該尺寸并且可以成功地應(yīng)用于其他尺寸和形狀，無論是矩形或方形。
在本文中描述的制造工藝產(chǎn)生高轉(zhuǎn)換效率η的串接電池結(jié)構(gòu)。[0079]遵循圖2所示的結(jié)構(gòu)，在玻璃襯底41上已沉積由ZnO制成的TCO層42。隨后，沉積具有本征的非晶氫化硅層的p-i-n堆51，然后是具有本征的微晶氫化硅層的p-i-n堆43。 然后，進(jìn)一步TCO層被應(yīng)用為背接觸47。本征的非晶氫化硅層具有250 nm的厚度，本征的微晶氫化硅層的厚度為1. 28 μ m0串接電池的初始效率是Jli = 11. 16%并且穩(wěn)定效率nst =9. 5%。
當(dāng)使用商用TCO預(yù)涂布的玻璃時，可以達(dá)到Jli = 11. 6%的初始效率。在這種情況下，本征的非晶氫化硅層的厚度為210 nm并且本征的微晶氫化硅層的厚度為1. 41 μ m。
使用可從Oerlikon Solar購買的KAI PECVD沉積系統(tǒng)來執(zhí)行層堆51和43的沉積工藝。SiO (TCO)層被沉積在也來自O(shè)erlikon Solar的系統(tǒng)TCO 1200上。
在KAI-M反應(yīng)器中制備了具有非晶和微晶電池(被稱作微形態(tài)串接件)的進(jìn)一步串接太陽能電池，其示出12. 的初始效率。將這種微形態(tài)串接件提高(up-scale)到小型模塊和提高到1. 4 m2面積模塊產(chǎn)生顯著高的效率。
表I總結(jié)其中Asahi SnO2和LPCVD沉積的SiO分別作為前TCO (參考圖2的標(biāo)號 42)的、1 cm2面積的a-Si:H/μ c-Si:H串接電池的AMI. 5 I-V結(jié)果。利用Asahi SnO2，我們獲得了顯著的12. 初始電池效率，而利用ZnO為11. 8%。
表 I
權(quán)利要求
1.一種光伏器件，包括襯底； 在所述襯底上沉積的第一接觸層； 第二接觸層；在所述第一和第二接觸層之間的第一層堆，包括第一 P摻雜層、非晶氫化硅的第一至少基本本征層和第一 η摻雜層； 第二層堆，包括第二 P摻雜層、微晶氫化硅的第二至少基本本征層和第二 η摻雜層； 其中其中所述第一至少基本本征層的厚度是210 nm并且所述第二至少基本本征層的厚度是1.41ym0
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的光伏器件，其中商用TCO預(yù)涂布的玻璃被用作所述襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的光伏器件，其中所述襯底是玻璃襯底。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的光伏器件，其中所述第一和第二層堆借助于PECVD進(jìn)行沉積。
5.一種光伏轉(zhuǎn)換器面板，包括至少一個根據(jù)權(quán)利要求
1的光伏器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5的光伏轉(zhuǎn)換器面板，具有至少2500cm2的表面范圍。
專利摘要
光伏器件包括襯底；在所述襯底上沉積的第一接觸層；第二接觸層；在所述第一和第二接觸層之間的第一層堆，包括第一p摻雜層、非晶氫化硅的第一至少基本本征層和第一n摻雜層；第二層堆，包括第二p摻雜層、微晶氫化硅的第二至少基本本征層和第二n摻雜層。第一至少基本本征層的厚度在160nm和400nm之間，而所述第二至少基本本征層的厚度在1μm和2μm之間。
文檔編號H01L31/076GKCN202217689SQ200990100326
公開日2012年5月9日 申請日期2009年4月17日
發(fā)明者拜拉特 J., 邁爾 J., 克羅爾 U. 申請人:歐瑞康太陽能股份公司(特呂巴赫)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan