CN101904013B - 用于获得沉积于高度纹理化基板上的高性能薄膜装置的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种改良的薄膜太阳能电池，其中至少一个额外的电阻性透明导电性氧化物(TCO)层包含于该太阳能电池中。该额外的电阻性TCO将用作为这种电池的电极的各导电性TCO层电性分离，从而减小或避免性能损失。此外，本发明揭露用于制造这种太阳能电池的方法。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜太阳能电池领域。具体而言，本发明揭露一种用于制造改良的薄膜太阳能电池的方法，其中至少一个额外的电阻性透明导电性氧化物(transparent conductive oxide；TCO)层包含于该太阳能电池中，以提高装置的效率。此外，本发明揭露通过这种方法制造的太阳能电池。
背景技术
通常，薄膜太阳能电池是沉积于基板上，基板具有TCO层，该TCO层用作光电(photovoltaic；PV)电池的电极。这种TCO是纹理化的，以使光漫散射到薄膜吸收层中。吸收层负责将光转换为电能，并且由纹理化TCO所引起的散射到吸收层中的漫射光会增大光路距离，从而使吸收率提高并且因此改善对光的陷获，改善对光的陷获会进而提高光电电池的效率。
改善对光的陷获能减小活性吸收层的层厚度，从而保持电池中的光电流较高。减小的吸收层厚度又会直接影响沉积时间，并且降低非晶硅太阳能电池的光致衰退。因此，由于光散射能力与基板的表面纹理及粗糙度相关，因而非常期望增加TCO的表面纹理。
在本申请案的上下文中，“纹理化TCO”应理解为如下的TCO：其具有与周围环境接触的表面或与邻近材料的界面，所述表面或界面会造成光的散射并造成光敏层中被中等吸收至弱吸收的光为至少10％的雾霾度(haze)。纹理化可通过以下方式实现：(a)所选沉积工艺的生长后的自然效应；(b)通过特别设计的工艺环境及参数，这会得到与(a)相比增大的纹理化；(c)通过对根据(a)及/或(b)的沉积进行后处理。
然而，传统的沉积工艺常常导致吸收层不理想地覆盖纹理化TCO基板。具体而言，已知通过等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapordeposition；PECVD)技术沉积而成的层的保形覆盖率(conformal coverage)较低，并且通过PECVD沉积而成的吸收层的各个层，首先覆盖纹理化TCO的最高峰，而不能很好地在高度纹理化TCO层的谷的深度中进行沉积，从而造成局部的光敏层厚度变化。因此，后续的TCO接触沉积会在未被覆盖的TCO区之间造成电性接触，如图1所示。此种直接的电性接触会在装置内形成不期望的耗用电流，进而造成装置性能损失。
此外，例如粒子或有缺陷的激光划刻等其它分流的来源也可同样地造成这种直接的电性接触，并从而造成不良的模块性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种薄膜太阳能电池，其中在TCO区之间不存在直接的电性接触，并且其中较佳地还消除了其它分流的来源。
该目的通过以下薄膜太阳能电池得以实现：该薄膜太阳能电池包括具有纹理化TCO层的基板、吸收层及第二TCO层，其中在纹理化TCO层与吸收层之间沉积电阻性TCO层及/或在吸收层与第二TCO层之间沉积电阻性TCO层。
因此，本发明的基本概念是将至少一个另外的电阻性TCO层引入薄膜太阳能电池中，从而使用作太阳能电池的电极的两个导电性TCO被至少一层电阻性材料分离。通过这些方法，降低或消除电流流失，从而得到效率水平被提高的太阳能电池。
所有太阳能电池均需要光吸收材料，光吸收材料容纳在电池结构内，以吸收光子并通过光电效应来产生电子。薄膜太阳能电池正在被开发成一种能实质减少形成太阳能电池所需的光吸收材料的量的型式。与基于晶片的电池相比，可使用不到约1％的昂贵原材料(例如硅或其它光吸收半导体)来制造薄膜太阳能电池，从而显着降低每瓦特峰值容量的造价。在薄膜太阳能电池中，所沉积的光吸收材料通常为强的光吸收体并且只需约1μm厚。
可通过所属领域的技术人员已知的各种沉积技术来沉积薄膜层。其实例是物理气相沉积技术(例如溅镀)或化学气相沉积技术(例如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或低压化学气相沉积(low pressure chemical vapor deposition；LPCVD))。在本发明的具体实施例中，薄膜太阳能电池的光吸收材料是选自由以下组成的群组：非晶硅(a-Si)、微晶硅(μc-Si)、纳米晶体硅(nc-Si)、多晶材料、碲化镉(CdTe)、铜铟(镓)联硒化物(CIS或CIGS)、及/或GaAs。CdTe更易于沉积且更适合于大规模制造，而CIS/CIGS半导体则由于其具有高的光学吸收系数以及多用途的光学特性及电特性，而特别适用于薄膜太阳能电池应用。
具体而言，与单纯的CIS相比，镓的使用会增大CIGS层的光学带隙。因此，开路电压增大。至今，GaAs基的多结面装置是效率最高的太阳能电池。较佳地，薄膜太阳能电池包含非晶硅(a-Si)、微晶硅(μc-Si)、纳米晶体硅(nc-Si)或其组合。在其它具体实施例中，硅是氢化硅(Si:H)，例如a-Si:H、μc-Si:H或nc-Si:H。硅可被以大规模递送并且与元素Cd不同，是无毒的。
在入射光被吸收层吸收之后，需要从吸收层引出所产生的电荷。因此，采用位于吸收层两侧上的透明导电性氧化物层(TCO)。这样，这些TCO用作光电电池的电极。此外，面向太阳能电池正面(即光进入太阳能电池时所通过的一侧)的TCO为纹理化。因此，这种太阳能电池中的所有后续层/层间接口同样地被纹理化。
如果光穿过纹理化/粗糙表面，则出现散射。太阳能电池中的透射光与反射光的漫散射使吸收层中的有效光程延长，从而显着提高太阳能电池的量子效率。理想地，入射光被散射，在太阳能电池内被反复反射，并在多次穿过I-层而产生光电流之后被吸收层吸收。在粗糙表面上散射的光取决于光的波长、界面的粗糙度、形态、相对介质的折射率以及光入射角。
根据本发明的一种实例性薄膜太阳能电池包括基板，该基板上已沉积有纹理化TCO层。此纹理化TCO之后是吸收层，吸收层例如包括PIN半导体的至少一个堆叠，该PIN半导体例如是经正性掺杂的(positively doped)半导体、本征(intrinsic)半导体、经负性掺杂的半导体(negatively doped semiconductor)堆叠。吸收层负责将光转换为电能。吸收层之后是第二TCO，第二TCO如纹理化TCO一样用作太阳能电池的电极。另外，存在至少一个电阻性薄层，以分离用作电极的这两个TCO。
在本发明的具体实施例中，基板是可经受气相沉积技术的半透明基板。较佳地，基板是选自由以下组成的群组：玻璃、安全玻璃、石英玻璃、浮法玻璃、挠性半透明材料及/或塑料。在本发明的另一实施例中，基板包括减反射涂层，以便增加到达吸收层的入射光的量。
根据本发明的太阳能电池的吸收层可具有用于所属领域的技术人员所知的薄膜太阳能电池的任何设计。基本上，目前已知薄膜电池中的吸收层有三种设计：异质结面装置、PIN与NIP装置、以及多结面装置。
异质结面装置常常被选择，来制造由吸旋光性远好于硅的薄膜材料制成的电池。在异质结面装置中，通过使两种不同的半导体(例如CdS与CuInSe2)接触而形成结面。异质结面装置的顶层或“窗口”层的具有高带隙的材料是因具有透光性而被选用。因此，允许几乎所有入射光到达底层，底层是由容易吸收光的具有低带隙的材料制成。然后，此光在非常靠近所述结面处产生电子与空穴，从而有效地使电子与空穴在其可复合之前分离。异质结面装置的一个实例是CIS电池或CIGS电池。
PIN(经正性掺杂的半导体、本征半导体、经负性掺杂的半导体)与NIP(经负性掺杂的半导体、本征半导体、经正性掺杂的半导体)装置被形成为三层式夹层结构，其中中间本征(I-型或未经掺杂的)层位于N-型层与P-型层之间。由于此几何结构，在P-型区与N-型区之间产生电场，该电场延伸跨越中间本征电阻性区。入射光在本征区中产生自由电子与空穴，然后由电场将自由电子与空穴分离。PIN装置的一个实例是PIN非晶硅(a-Si)电池，其包括P-型a-Si:H层、本征Si:H的中间层、以及N-型a-Si:H层。NIP装置的一个实例是CdTe电池，其结构与a-Si电池类似，只是各层的顺序上下颠倒。在典型的CdTe电池中，顶层是P-型硫化镉(CdS)，中间层是本征CdTe，底层是N-型碲化锌(ZnTe)。
多结电池由多个薄膜组成，这些薄膜通常使用分子束磊晶及/或有机金属气相磊晶来制造。在典型的多结面装置中，具有不同带隙的各个电池相互迭置，其中各个电池被堆叠成使光首先落在具有最大带隙的材料上。未被第一电池吸收的光子被透射到第二电池，第二电池然后吸收剩余辐射的较高能量部分、同时对较低能量的光子保持透明。这些选择性吸收过程一直继续进行至具有最小带隙的最末电池。多结面装置也称为串迭型电池。
在本发明的具体实施例中，太阳能电池的吸收层是异质结面装置、PIN装置、NIP装置或多结面装置的吸收层。在本发明的其它实施例中，太阳能电池的吸收层包括NIP半导体或PIN半导体的至少一个堆叠。较佳地，太阳能电池的吸收层包括包含经掺杂的硅及未经掺杂的硅的PIN半导体的至少一个堆叠。更佳地，吸收层由选自由以下组成的群组的材料组成：非晶硅(a-Si)、微晶硅(μc-Si)、纳米晶体硅(nc-Si)、a-Si、μc-Si及nc-Si的组合、CdTe、以及CuIn(Ga)Se2。在本发明的较佳实施例中，吸收层包含μc-Si，μc-Si显示不出或几乎显示不出光致衰退并且还允许捕获更长波长的光，从而提高太阳能电池的效率。在其它具体实施例中，硅是氢化硅(Si:H)，例如a-Si:H、μc-Si:H或nc-Si:H。硅还可包含碳，例如SiC:H。
在本发明的另一实施例中，P-层是掺杂有例如硼或铝的硅。P-层的厚度可为≥5nm且≤60nm，较佳地为≥10nm且≤50nm，更佳地为≥15nm且≤40nm。
在本发明的另一实施例中，I-层是本征(即未经掺杂的)硅，并且I-层的厚度为≥50nm且≤600nm，较佳地为≥100nm且≤500nm，更佳地为≥250nm且≤350nm。
在本发明的另一实施例中，N-层是掺杂有例如磷的硅。N-层的厚度可为≥5nm且≤50nm，较佳地为≥15nm且≤30nm，更佳地为≥20nm且≤25nm。
TCO层用作吸收层的电性触点。在本发明的一个实施例中，TCO层由ZnO、SnO2、In2O3/SnO3(ITO)组成。较佳地，TCO层是经掺杂的。在本发明的一个实施例中，SnO2TCO掺杂有氟化物。在本发明的另一实施例中，ZnO TCO层掺杂有硼或镓。在本发明的较佳实施例中，ZnO TCO层掺杂有铝(ZnO:Al或ZnO(:Al))。
在本发明的另一实施例中，纹理化TCO层的ZnO均方根粗糙度为≥20nm且≤1000nm，较佳地为≥30nm且≤600nm，更佳地为≥50nm且≤300nm。较佳地，纹理化TCO层是高度纹理化TCO层。高度纹理化TCO的粗糙度为≥50nm且雾霾度为≥15％且≤80％，较佳地为≥20％且≤60％。如上所述，TCO的更高纹理化使太阳能电池的效率提高，这是因为光被更有效地散射到吸收层中。
在本发明的另一实施例中，纹理化TCO层的透明度为≥60％、≥70％、≥80％，较佳地为≥85％，且更佳地为≥90％。
与电阻性TCO相比，纹理化TCO及/或第二TCO层具有较低的电阻率。在本发明的一个实施例中，纹理化TCO及/或第二TCO层的电阻率为≤10-2Ωcm，较佳地为≤10-3Ωcm，最佳地为≤5×10-3Ωcm。
在本发明的另一实施例中，位于与正面TCO相对处的第二TCO层还包括反射表面。这具有如下的有利效果：未被吸收层吸收的光被重新反射到吸收层中并从而使太阳能电池的效率得到提高。
在传统的薄膜太阳能电池中，两个未经覆盖的TCO区的直接电性接触在太阳能电池内造成低电阻路径与耗用电流。本发明有鉴于如下的意外发现：在纹理化TCO层与吸收层之间及/或在吸收层与第二TCO层之间沉积的电阻性TCO层使太阳能电池得到显着改良且效率水平提高。
在本发明的一个实施例中，在纹理化TCO层与吸收层之间沉积额外的电阻性TCO层。这具有如下的有利技术效果：连接用作太阳能电池电极的两个导电性TCO层的低电阻路径被薄的电阻性材料层阻挡。这样，将会降低太阳能电池的耗用电流，并将会提高太阳能电池的效率水平。
在甚至更佳的实施例中，在吸收层与第二导电性TCO层之间沉积该额外的电阻性TCO层。此实施例具有如下的进一步优点：这两个导电性TCO层被更大尺寸的高电阻路径分离，从而更加有效地消除不期望的耗用电流及性能损失。
在本发明的另一甚至更佳的实施例中，在纹理化TCO层与吸收层之间沉积第一电阻性TCO层，并且在吸收层与第二导电性TCO层之间沉积第二电阻性TCO层。此实施例具有如下优点：使这两个TCO层能更好地分离，从而进一步改良太阳能电池并使太阳能电池的效率更高。
较佳地，利用低压化学气相沉积(LPCVD)工艺或PVD或其它工艺沉积电阻性TCO层。更佳地，利用LPCVD工艺沉积ZnO。LPCVD具有能在小的结构上进行保形沉积、甚至进行底沉积(underdeposition)的高的潜力。出乎意料地，已发现尤其是利用LPCVD进行ZnO沉积能实现非常保形的沉积。因此，可利用通过LPCVD较佳地对ZnO进行的沉积来填补由高度纹理化TCO层造成的甚至非常深的谷。
电阻性TCO层需要具有大于这两个导电性TCO层的电阻的电阻。在本发明的具体实施例中，电阻性TCO层的电阻率为≥10-2Ωcm且≤106Ωcm，较佳地为≥102Ωcm且≤106Ωcm，更佳地为≥104Ωcm且≤106Ωcm，最佳地为约105Ωcm。
在本发明的其它具体实施例中，电阻性TCO层的厚度为≥20nm且≤2000nm，较佳地为≥100nm且≤1000nm，最佳地为≥200nm且≤500nm。
在另一实施例中，所述薄的电阻性TCO层中的一者或两者包含ZnO或SnO2。较佳地，该ZnO或SnO2是未经掺杂的。
本发明的另一方面涉及一种由至少两个根据本发明的薄膜太阳能电池形成的阵列。这些太阳能电池可以串联方式或以并联方式或以其组合方式进行连接。较佳地，这些太阳能电池以串联方式进行连接。
本发明的另一方面涉及一种用于制造薄膜太阳能电池的方法，该方法包括以下步骤：沉积至少一个电阻性TCO层，其中所沉积的电阻性TCO层位于薄膜太阳能电池的纹理化TCO层与第二TCO层之间。这样，沉积至少一个电阻性(例如未经掺杂的)TCO层，以电性分离这两个用作本发明薄膜太阳能电池的电极的可导电(例如经掺杂的)TCO层。
在一个实施例中，该方法包括以下步骤：a)提供具有纹理化TCO层的基板；b)沉积吸收层；以及c)沉积第二TCO层，其中沉积至少一个另外的电阻性TCO层，使得电阻性TCO层位于薄膜太阳能电池的纹理化TCO层与第二TCO层之间。
用于沉积薄膜太阳能电池的各个层的技术是所属领域的技术人员已知的。尤其是在美国专利6,309,906中揭露了这些沉积技术的实例，美国专利6,309,906以引用的方式全文并入本文中。在一个实施例中，通过CVD或PVD技术、较佳地通过溅镀、LPCVD、PECVD远程等离子体CVD、或“热线(hot wire)”技术来实施对薄膜电池的各个层的沉积。在另一具体实施例中，通过PECVD沉积吸收层。
较佳地，利用化学气相沉积(CVD)工艺、更佳地通过低压化学气相沉积(LPCVD)工艺来沉积电阻性TCO层。更佳地，在该工艺中沉积ZnO。LPCVD具有在小的结构上进行保形沉积、甚至进行底沉积的高潜力。出乎意料地，已发现尤其是利用LPCVD对ZnO进行沉积能实现非常保形的沉积。这样，可利用通过LPCVD较佳地对ZnO进行的沉积来填补由高度纹理化TCO层造成的甚至非常深的谷。
通过CVD工艺、较佳地通过LPCVD工艺对电阻性TCO层进行的沉积具有如下的进一步优点：通过在形成太阳能电池的电极的经掺杂TCO材料进行通常的沉积之前，抑制该过程中的掺杂气体，可容易地获得对电阻性TCO层的沉积。这样，可在单一过程内及使用单一设备获得电阻性TCO层与相继的导电性TCO层(用作太阳能电池的背电极)。因此，本发明揭露一种用于制造薄膜太阳能电池的简单且省时的工艺。
在另一具体实施例中，所述沉积是在沉积室中进行、较佳地在真空沉积室中、更佳地在超高真空沉积室中。
在另一具体实施例中，LPCVD工艺的工作温度为≥100℃且≤1000℃，较佳地为≥100℃且≤500℃，更佳地为≥130℃且≤300℃。
在另一实施例中，沉积室配备有热板，基板即放置到热板上。对于电阻性TCO层的沉积，热板的温度为≥100℃且≤500℃，较佳地为≥150℃且≤250℃，更佳地为约185℃。对于导电性(例如经掺杂的)TCO层的沉积，热板的温度为≥100℃且≤500℃，较佳地为≥150℃且≤250℃，更佳地为≥170℃且≤200℃，最佳地为约185℃。
在另一具体实施例中，在LPCVD工艺中的工作压力为≥0.01mbar且≤20mbar、≥0.01mbar且≤2mbar，较佳地为≥0.1mbar且≤1mbar，更佳地为≥0.3mbar且≤0.5mbar，最佳地为约0.5mbar。
在本发明的另一实施例中，在存在二乙基锌(diethylzinc)、H2O及H2的情况下，利用LPCVD工艺沉积电阻性TCO层。较佳地，二乙基锌的流速为≥50sscm且≤500sscm，较佳地为≥150sscm且≤300sscm，最佳地为约220sscm；H2O的流速为≥50sscm且≤500sscm，较佳地为≥150sscm且≤300sscm，最佳地为约190sscm；且H2的流速为≥40sscm且≤400sscm，较佳地为≥100sscm且≤250sscm，最佳地为约150sscm。沉积时间取决于电阻性TCO层的目标层厚度以及系统的沉积速率。电阻性TCO层的典型沉积时间处于1秒至100秒的范围内。
在本发明的另一实施例中，在存在二乙基锌、H2O、H2及B2H6(Ar中2％)的情况下，利用LPCVD工艺沉积导电性TCO层。较佳地，二乙基锌的流速为≥50sscm且≤500sscm，较佳地为≥150sscm且≤300sscm，最佳地为约220sscm；H2O的流速为≥50sscm且≤500sscm，较佳地为≥150sscm且≤300sscm，最佳地为约190sscm；H2的流速为≥40sscm且≤400sscm，较佳地为≥100sscm且≤250sscm，最佳地为约150sscm；且B2H6的流速为≥20sscm且≤400sscm，较佳地为≥60sscm且≤120sscm，最佳地为约60sscm。
在另一实施例中，在同一沉积过程中沉积电阻性TCO层与导电性TCO层，其中在单一LPCVD沉积工艺中，在工作气体中不存在掺杂剂(例如B2H6)的同时沉积电阻性TCO层。然后，在同一沉积过程中，向工作气体添加掺杂剂来沉积导电性TCO层。在本发明的另一实施例中，则在两个连续的CVD步骤(较佳地为LPCVD)中进行TCO层以及导电性TCO层的沉积。
可通过所属领域的技术人员已知的各种方式提供具有纹理化TCO层的基板。在一个实施例中，通过以下方式在基板上沉积TCO层：通过溅镀，通过LPCVD或PECVD工艺、然后通过蚀刻工艺(例如在0.5％HCl中)，及/或利用激光，以产生纹理化表面。在另一较佳实施例中，在LPCVD-ZnO沉积期间产生纹理化表面。在本发明的另一实施例中，为基板提供纹理化TCO层的的步骤包括：利用PVD、LPCVD或PECVD在基板上沉积导电性TCO层；并视需要利用蚀刻及/或激光在该层中引入纹理。
可通过所属领域的技术人员已知的各种工艺来沉积吸收层。在本发明的一个实施例中，利用PECVD工艺沉积具有PIN结构的、以硅为基础的吸收层，其中沉积至少一个包含微晶氢化硅或纳米晶体氢化硅的氢化层。该层依序包括第一经正性掺杂的氢化硅子层、未经掺杂的氢化硅子层、以及经负性掺杂的氢化硅子层。较佳地，在沉积工艺期间使用硅烷(SiH4)以及H2气体。
在本发明的一个实施例中，在沉积吸收层之前或之后沉积单一电阻性TCO层。这样，所产生的太阳能电池包括一个电阻性TCO层，该电阻性TCO层位于导电性纹理化TCO层与吸收层之间或位于吸收层与第二导电性TCO层之间。较佳地，在沉积吸收层之后沉积该单一电阻性TCO层，因为这会使未被吸收层覆盖的这两个导电性TCO被更大尺寸的高电阻路径更好地分离。作为此较佳实施例的另一优点，可在单一工艺中及使用单一设备，获得电阻性TCO层与相继导电性TCO层，所述相继导电性TCO层是沉积于该电阻性层顶上并用作太阳能电池的背电极。
在更佳的实施例中，在沉积吸收层之前沉积第一电阻性TCO层，并在沉积吸收层之后沉积第二电阻性TCO层。有利地，这使得未被吸收层覆盖的这两个导电性TCO能甚至更好地分离。作为此较佳实施例的另一优点，可在单一工艺中及使用单一设备，获得电阻性TCO层与相继导电性TCO层，所述相继导电性TCO层沉积于该电阻性层顶上并用作太阳能电池的背电极。
在另一方面中，本发明涉及一种通过本发明方法制造或可通过本发明方法获得的太阳能电池。
附图说明
参照下文中对实施例的说明，本发明的这些及其它方面将变得显而易见并得到阐明。
在附图中：
图1显示具有PIN结构吸收层的传统基本薄膜太阳能电池的横截面；
图2显示根据本发明较佳实施例的薄膜太阳能电池的横截面；以及
图3显示根据本发明的薄膜太阳能电池的另一实施例的横截面。
具体实施方式
图1显示具有PIN结构吸收层的传统基本薄膜太阳能电池的横截面。纹理化导电性TCO层2沉积于基板1上。在此TCO层顶上沉积有吸收层3，吸收层3依序由P-层7(即经正性掺杂的半导体层)、I-层8(即本征半导体层)、以及N-层9(即经负性掺杂的半导体层)组成。第二导电性TCO层4沉积于吸收层顶上。光通过基板1进入太阳能电池，进入纹理化TCO层2并被散射到吸收层3中，在吸收层3中光转换为电能。TCO层(2，4)用作太阳能电池的电性触点。由于吸收层不很好地沉积于纹理化TCO层的谷中，因而TCO层2与4形成直接电性接触，这会造成低电阻路径10并进而在装置内造成电流流失，从而引起性能损失。
图2显示根据本发明较佳实施例的薄膜太阳能电池的横截面。薄膜太阳能电池包括例如约90×50cm的玻璃基板1，玻璃基板1上已沉积有由掺杂有硼的ZnO形成的导电性纹理化TCO 2。在沉积吸收层(也包括PIN结构)之后，沉积电阻性TCO层6。由于电阻性TCO层的材料所具有的电阻率高于两个导电性TCO层2及4的材料，因而在这两个TCO层之间形成高电阻路径11。
导电性纹理化TCO是利用LPCVD并利用沉积室而沉积于玻璃基板上，沉积室被设定至约0.5mbar并配备有加热到约190℃的热板。使用二乙基锌(DEZ)作为前驱物来沉积ZnO。在LPCVD工艺中，各个流速为：DEZ 220sccm、H2O 190sccm、H2 150sccm、B2H6(Ar中2％)80sccm。
沉积进行了900秒，产生约2000nm的层厚度。纹理化TCO层2的粗糙度为约60nm。纹理化TCO层2的电阻率为约2×10-3Ωcm。
在纹理化导电性ZnO TCO 2顶上，已沉积有具有PIN结构的吸收层3。吸收层包括三个非晶氢化硅(a-Si:H)的子层。直接沉积于纹理化TCO 2顶上的底部子层7是经正性掺杂的(P-层)，随后是未经掺杂的(I-层)中间层8，再随后是经负性掺杂的(N-层)层9。P-层、I-层及N-层的厚度分别为约30nm、250nm及25nm。
吸收层的沉积是利用PECVD工艺进行，其中由SiH4在存在H2的情况下利用射频电源(RF power)产生等离子体来沉积氢化硅。
在沉积吸收层3之后，在单一LPCVD工艺中沉积电阻性TCO层6与第二导电性TCO层4。沉积室被设定至0.5mbar并配备有加热到185℃的热板。
首先，利用具有以下流速的DEZ、H2O及H2来沉积电阻性TCO层6：DEZ 220sscm；H2O 190sscm；H2 150sscm。沉积进行了1至100秒，产生约1至100nm的厚度。电阻性TCO层6的电阻率为约105Ωcm。电阻性TCO层的沉积，形成了用于分离这两个导电性TCO层2与4的高电阻路径11。
在完成对电阻性TCO层6的沉积之后，以约80sscm的流速向工作气体添加B2H6(Ar中2％)，以在同一LPCVD工艺中沉积导电性TCO层4。沉积进行了600秒，产生约1600nm的TCO层4的厚度。导电性TCO层4的电阻率为约2×10-3Ωcm。
所产生的薄膜太阳能电池具有约860mV的开路电压(VOC)以及约72％的填充因数(fill factor；FF)。相较于不具有电阻性TCO层6、具有约860mV的开路电压(VOC)以及约69％的填充因数(FF)的在其它方面均相同的薄膜太阳能电池，转换效率可提高约4％。
图3显示根据本发明的薄膜太阳能电池的另一实施例的横截面，其中已在沉积PIN吸收层之前及之后沉积电阻性TCO层。这样，在纹理化导电性TCO层2与吸收层3之间存在第一电阻性层5，并且在吸收层3与第二导电性TCO层4之间存在第二电阻性TCO层6。因此，引入了两个电阻性TCO层5，6。导电性TCO层、电阻性TCO层以及吸收层的沉积是利用上述参数及工艺进行。
具体而言，薄膜太阳能电池包括玻璃基板1，玻璃基板1上已利用LPCVD沉积了由掺杂有硼的ZnO形成的导电性纹理化TCO 2。此外，使用DEZ作为前驱物来沉积ZnO。所使用的掺杂剂为B2H6(Ar中2％)。导电性纹理化TCO层2具有约1700nm的厚度。粗糙度为约60nm且纹理化TCO层2的电阻率为约2×10-3Ωcm。
在完成对导电性纹理化TCO层2的沉积之后，进行另外的LPCVD工艺以沉积电阻性TCO层5。利用具有以下流速的DEZ、H2O及H2来沉积电阻性TCO层5：DEZ 220sscm；H2O 190sscm；H2150sscm。沉积进行了20秒，产生约100nm的厚度。电阻性TCO层5的电阻率为约105Ωcm。如上所述，在电阻性ZnO TCO5顶上沉积具有PIN结构的吸收层3。
最后，如上所述，在单一LPCVD工艺中沉积电阻性TCO层6与第二导电性TCO层4。此外，利用DEZ、H2O及H2来沉积电阻性TCO层6，而对于导电性TCO层4的沉积，则向工作气体中添加B2H6(Ar中2％)。电阻性TCO层6的厚度为约100nm，电阻性TCO层6的电阻率为约105Ωcm。导电性TCO层4的厚度为约1600nm，电阻率为约2×10-3Ωcm。
由图3可知，这两个电阻性TCO层5，6的沉积形成了用于分离这两个导电性TCO层2与4的高电阻路径11。
尽管在附图与上述说明中已对本发明进行了例示及说明，然而这些例示及说明应被视为例示性或实例性的而非限制性的；本发明并不限于所揭露的实施例。通过研究附图、本揭露内容以及随附权利要求书，所属领域的技术人员可理解并在实践所主张的发明时，实现对所揭露的实施例的其它改动。在权利要求书中，词语“包括(comprising)”并不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一(a或an)”并不排除多个。在互不相同的从属权利要求项中引用某些量值这一单纯事实并不表明不能有利地使用这些量值的组合。权利要求书中的任何参考符号均不应被视为限制本发明的范围。
Claims (14)
1.一种薄膜太阳能电池，其特征在于，包括具有纹理化透明导电性氧化物(TCO)层(2)的基板(1)、吸收层(3)及第二TCO层(4)，其中
所述吸收层(3)位于所述纹理化TCO层(2)及所述第二TCO层(4)之间，
所述吸收层(3)比所述纹理化TCO层(2)薄，
在所述吸收层(3)与所述第二TCO层(4)之间沉积电阻性TCO层(6)，使得连接所述纹理化TCO层(2)及所述第二TCO层(4)的低电阻路径(10)被所述电阻性TCO层(6)阻挡，并使得高电阻路径(11)形成于所述吸收层(3)中。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，还包括电阻性TCO层(5)沉积在所述纹理化TCO层(2)与所述吸收层(3)之间。
3.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述纹理化TCO层(2)的纹理具有≥30nm且≤600nm的粗糙度。
4.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述吸收层包括至少一个PIN结构，所述至少一个PIN结构包含非晶氢化硅。
5.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，在所述吸收层(3)与所述第二TCO层(4)之间的所述电阻性TCO层(6)的电阻率大于所述纹理化TCO层(2)及所述第二TCO层(4)的电阻率。
6.如权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，在所述纹理化TCO层(2)与所述吸收层(3)之间的所述电阻性TCO层(5)的电阻率大于所述纹理化TCO层(2)及所述第二TCO层(4)的电阻率。
7.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，在所述吸收层(3)与所述第二TCO层(4)之间的所述电阻性TCO层(6)包含未经掺杂的ZnO。
8.如权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，在所述纹理化TCO层(2)与所述吸收层(3)之间的所述电阻性TCO层(5)包含未经掺杂的ZnO。
9.一种阵列，由至少两个如权利要求1至8中任一项所述的太阳能电池形成。
10.一种用于制造薄膜太阳能电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供具有纹理化TCO层(2)的基板(1)；
沉积吸收层(3)；
沉积至少一个电阻性TCO层(6)；
沉积第二TCO层(4)，
其中所述吸收层(3)位于所述纹理化TCO层(2)及所述第二TCO层(4)之间，并且所述吸收层(3)比所述纹理化TCO层(2)薄，
所述电阻性TCO层(6)位于所述吸收层(3)与所述第二TCO层(4)之间，使得连接所述纹理化TCO层(2)及所述第二TCO层(4)的低电阻路径(10)被所述电阻性TCO层(6)阻挡，并使得高电阻路径(11)形成于所述吸收层(3)中。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
其中沉积至少一个另外的电阻性TCO层(5)，使得所述另外的电阻性TCO层(5)位于所述薄膜太阳能电池的所述纹理化TCO层(2)与所述吸收层(3)之间。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述沉积另外的电阻性TCO层(5)是通过LPCVD来进行。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述沉积电阻性TCO层(6)是与所述沉积第二TCO层(4)一起通过单一LPCVD工艺来进行。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在沉积所述吸收层(3)之前沉积所述另外的电阻性TCO层(5)，并在沉积所述吸收层(3)之后沉积所述电阻性TCO层(6)。
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