CN102024873A - 光电装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供光电装置及其制造方法，该制造方法包括下述步骤：在基板上形成第一电极；在所述第一电极上形成包括纯半导体层的第一单元；在所述第一单元上形成包括改变非硅原料气体的流量而交替层压的多个子层的中间反射膜；在所述中间反射膜上形成包括纯半导体层的第二单元；以及在所述第二单元上形成第二电极。

Description

光电装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及光电装置及其制造方法。
背景技术
近年来，由于CO2的过度排放所导致的气候变暖和高油价，在未来能源逐渐变成左右人来生存的最重要的问题。虽然存在风力、生物燃料、氢燃料电池等很多新的可再生能源技术，但是作为所有能源基础的太阳能是无限的清洁能源，因此利用太阳光的光电装置备受瞩目。
入射到地球表面的太阳光相当于120,000TW，因此，在理论上由光电转换效率(conversion efficiency)为10％的光电装置，只要覆盖地球陆地面积的0.16％，可以产生两倍于全球一年消耗能源的20TW电力。
实际上，在过去的十年，全球的太阳光市场每年以40％的速度高速增长。目前，光电装置市场的90％由单晶硅(single-crystalline)或者多晶硅(multi-crystalline or poly-crystalline)等块(bulk)型硅光电装置占有。但是，由于作为主要原料的太阳能级硅片(Solar-grade silicon wafer)的生产满足不了爆发性的需求，因此在全球范围内发生现象成为降低生产成本的一大障碍。
与此相反，使用氢化非晶硅(a-Si:H)受光层的薄膜(thin-film)硅光电装置，相对于块型硅光电装置，其厚度可以减少至百分之一以下，因此可以大面积低价生产。
另一方面，由于单一接合(Single-junction)薄膜硅光电装置具有性能极限，因此开发多个单元电池层压的双重接合薄膜硅光电装置或者三重接合薄膜硅光电装置，以达到高稳定效率(Stabilized efficiency)。
双重接合或者三重接合薄膜硅光电装置被称之为串联光电装置。上述串联光电装置的开路电压为各单元的电压之和，短路电流由各单元短路电流中的最小值来决定。
当光电装置为串联光电装置时，将针对通过强化单元电池之间的内反射来提高效率的中间反射膜进行研究。
发明内容
本发明的目的在于提供能够提高效率的光电装置及其制造方法。
本发明所要达到的技术课题，不局限于上述的技术课题，本发明所属技术领域的具有一般知识的人可以根据下面的叙述能够清楚地理解其它的技术课题。
本发明的光电装置的制造方法，包括下述步骤：在基板上形成第一电极；在所述第一电极上形成包括纯半导体层的第一单元；在所述第一单元上形成使非硅原料气体的流量改变而交替被层压的中间反射膜；在所述中间反射膜上形成包括纯半导体层的第二单元；以及在所述第二单元上形成第二电极。
本发明的光电装置，包括：基板；第一电极，位于所述基板上；第一单元，位于所述第一电极且包括纯半导体层；中间反射膜，位于所述第一单元上，其中交替层压有具有不同结晶体体积分率的多个子层；第二单元，位于所述中间反射膜上且包括纯半导体层；以及第二电极，位于第二单元上。
根据本发明的光电装置及其制造方法，由于中间反射膜包括折射率和结晶体体积分率均不同的子层，因此容易进行折射率匹配且提高各单元之间的垂直导电率。
附图说明
图1a至图1h表示根据本发明实施例的光电装置的制造方法；
图2表示根据本发明实施例用来形成中间反射膜的等离子体化学气相沉积装置；
图3至图6表示根据本发明实施例用来形成中间反射膜的氧原料气体、碳原料气体或氮原料气体的流量变化；
图7表示包括于本发明实施例的中间反射膜；
图8表示根据本发明另一实施例的光电装置；
图9和图10表示根据本发明实施例形成中间反射膜的另一种非硅原料气体的流量变化。
具体实施方式
以下参照附图对根据本发明实施例的光电装置的制造方法进行详细说明。
图1a至图1h表示根据本发明实施例的光电装置的制造方法。
如图1a所示，首先准备基板100。基板100可以为绝缘透明基板或者绝缘不透明基板。绝缘透明基板可包括在p-i-n型光电装置，绝缘不透明基板可包括在n-i-p型光电装置。关于p-i-n型光电装置和n-i-p型光电装置，后述中进行详细说明。
如图1b所示，在基板100上形成第一电极210。本发明的实施例中，第一电极210可以通过化学气相沉积(CVD，Chemical Vapor Deposition)法形成，并且可以由二氧化锡(SnO2)或者氧化锌(ZnO)等透明导电氧化物(TCO：Transparent Conductive Oxide)来构成。
如图1c所示，激光被照射在第一电极210侧或基板100侧，使得第一电极210被划线(scribe)。由此在第一电极210上形成第一分离槽220。即，第一分离槽220贯通第一电极210，因此能够防止在相邻的第一电极210之间发生短路。
如图1d所示，第一单元230通过CVD法被层压在第一电极210上。此时，第一单元230包括p型半导体层、纯半导体层和n型半导体层。为了形成p型半导体层，若如单硅烷(SiH4)等包括硅元素的原料气体和包括乙硼烷(B2H6)等三族元素的原料气体被混入到反应腔室内，则p型半导体层通过CVD法而被层压。然后，如果包括硅元素的原料气体流入到反应腔室，则纯半导体层通过CVD法而形成在P型半导体层上。若如磷化氢(PH3)等包括五族元素的反应气体和包括硅元素的原料气体被混入到反应腔室，则n型半导体层通过CVD法而形成在纯半导体层上。由此，p型半导体层、纯半导体层和n型半导体层被依次层压在第一电极层210上。
如图1e所示，中间反射膜235通过等离子体化学气相沉积法而形成在第一单元230的n型半导体层上。为了形成中间反射膜235，流入到反应腔室的氧原料气体、碳原料气体或氮原料气体等非晶硅原料气体的流量反复在第一流量值和第二流量值之间发生变化。由此，根据本发明实施例的中间反射膜235具有多层结构，且包括氢化n型纳米晶氧化硅(n-nc-SiO:H)、氢化n型纳米晶碳化硅(n-nc-SiC:H)或者氢化n型纳米晶氮化硅(n-nc-SiN:H)。
对于中间反射膜235，后述中进行更详细的说明。
如图1f所示，在中间反射膜235上形成包括p型半导体层、纯半导体层和n型半导体层的第二单元240。
如图1g所示，形成贯通第一单元230、中间反射膜235和第二单元240的第二分离槽之后，在第二单元240上形成第二电极250，以使第二分离槽被该第二电极250所填充。
如图1h所示，形成贯通第一单元230、中间反射膜235、第二单元240和第二电极250的第三分离槽。在第二电极250上可以形成有保护层(未图示)，以使第三分离槽被保护层所填充。
在图1a至图1h所示的本发明实施例可以为由两个单元构成的双重接合光电装置，或者可以为由三个单元构成的三重接合光电装置。
以下，参照附图对中间反射膜235的制造方法进行详细说明。
图2为根据本发明实施例用来形成中间反射膜的等离子体化学气相沉积装置。如图2所示，形成有第一电极210和第一单元230的基板100位于起电极作用的板300上。第一单元230可以包括依次被层压的p型半导体层、纯半导体层和n型半导体层。
此时，n型半导体层可以包括氢化n型纳米晶硅(n-nc-Si:H)，用来形成n型纳米晶硅的原料气体可以包括硅烷(SiH4)、氢(H2)和磷化氢(PH3)。
形成包括氢化n型纳米晶硅的n型半导体层之后，在保持流入到反应腔室310的原料气体的流量、基板温度和工序压力等的状态下，使氧原料气体或碳原料气体或氮原料气体等的非硅原料气体流入到反应腔室内。
此时，在反应腔室310内，原料气体的流量、基板温度和工序压力等得到保持的状态下，非硅原料气体流入到反应腔室310内，因此第一单元230的n型半导体层和中间反射膜235能够在同一反应腔室310内形成。
n型半导体层和中间反射膜235在同一个反应腔室310内形成，这不仅适用于本发明实施例的p-i-n型光电装置，而且也可以适用于后述的n-i-p型光电装置。
如图2所示，氢(H2)、硅烷(SiH4)和磷化氢(PH3)等原料气体是通过形成有流量控制器(MFC1，MFC2，MFC3)和喷嘴的电极340而流入到反应腔室310内。
另外，非硅原料气体通过流量控制器(MFC4)和电极340的喷嘴而流入到反应腔室310内。当非硅原料气体为氧原料气体时，氧原料气体可以包括氧或二氧化碳；当非硅原料气体为碳原料气体时，碳原料气体可以包括CH4、C2H4或C2H2；当非硅原料气体为氮原料气体时，氮原料气体可以包括NH4、N2O或NO。
此时，通过控制角阀330而使反应腔室310的压力保持恒定。当反应腔室310的压力保持恒定时，能够防止由发生在反应腔室310内的涡流所引起的硅粉的产生，且能够使沉积条件保持恒定。氢气为硅烷的稀释而流入到腔室内，且减少光辐射引致性能衰退效应(Staebler-Wronski effect)。
非硅原料气体与上述原料气体一起流入，如果电源E供给电压，则在电极340和板300之间产生电位差，因此反应腔室310内的气体呈等离子状态而沉积在第一单元230的氢化n型纳米晶硅上。由此形成中间反射膜。
当氧原料气体被流入时，中间反射膜包括氢化n型纳米晶氧化硅(n-nc-SiO:H)。当碳原料气体被流入时，中间反射膜包括氢化n型纳米晶碳化硅(n-nc-SiC:H)。当氮原料气体被流入时，中间反射膜包括氢化n型纳米晶氮化硅(n-nc-SiN:H)。
如上所述，中间反射膜235包括与离光入射侧最近的单元的氢化n型纳米晶硅类似的氢化n型纳米晶硅物质，因此中间反射膜235能够与离光入射侧最近的单元充分接合。
在本发明的实施例中，氧原料气体、碳原料气体或氮原料气体等非硅原料气体可按照图3至图6所示的流量变化流入到反应腔室310。
如图3所示，氢气流量A和硅烷流量B随着沉积时间T的变化保持恒定，非硅原料气体的流量随着沉积时间T反复第一流量值α和第二流量值β之间的变化，第一流量值α和第二流量值β可以随着沉积时间T的变化保持恒定。
此时，在第一流量值α和第二流量值β发生变化的一个周期P内，第一流量值α所保持的时间t1和第二流量值β所保持的时间t2随着沉积时间T的变化保持恒定。
在本发明实施例中，如图4所示，非硅原料气体的流量可以改变。与图3的流量变化相同，氢气流量A和硅烷流量B随着沉积时间T的变化保持恒定，非硅原料气体的流量随着沉积时间T反复第一流量值α和第二流量值β之间的变化，且第一流量值α和第二流量值β可以随着沉积时间T逐渐增加。
此时，在第一流量值α和第二流量值β变化的一个周期P内，第一流量值α所保持的时间t1和第二流量值β所保持的时间t2随着沉积时间T的变化保持恒定。
如图5所示，非硅原料气体的流量可以改变。即，氢气流量A和硅烷流量B随着沉积时间T的变化保持恒定，非硅原料气体的流量随着沉积时间T反复第一流量值α和第二流量值β之间的变化。
此时，第一流量值α和第二流量值β可以随着沉积时间T保持恒定，在第一流量值α和第二流量值β变化的一个周期P内，第一流量值α所保持的时间t1和第二流量值β所保持的时间t2随着沉积时间T的变化逐渐增加。
如图6所示，非硅原料气体的流量可以改变。即，氢气流量A和硅烷流量B随着沉积时间T的变化保持恒定，非硅原料气体的流量随着沉积时间T反复第一流量值α和第二流量值β之间的变化。
此时，第一流量值α和第二流量值β可以随着沉积时间T的变化逐渐增加，在第一流量值α和第二流量值β变化的一个周期P内，第一流量值α所保持的时间t1和第二流量值β所保持的时间t2随着沉积时间T的变化也逐渐增加。
在图3至图6的流量变化中，第二流量值β可以大于或等于0。当第二流量值β为0时，在第二流量值β所保持的时间t2内，可以形成氢化n型纳米晶硅(n-nc-Si:H)。
在图3至图6中，虽然未图示有磷化氢(PH3)的流量变化，但在本发明实施例中磷化氢(PH3)的流量随着沉积时间T保持恒定。因此，通过如上所述的图3至图6的说明，在本发明实施例中，氢气流量A、硅烷流量B和磷化氢的流量随着沉积时间T保持恒定。
另外，氧原料气体、碳原料气体或氮原料气体等非硅原料气体的流量相不同时，如图7所示，包括多个子层(sub-layers)235a、235b的中间反射膜235形成在第一单元230的n型半导体层上。
此时，在每个周期第一流量值α所保持的时间t1和第二流量值β所保持的时间t2之比为恒定值，因此如图7所示，中间反射膜235包括具有固定厚度之比的至少一对第一子层235a和第二子层235b。
如此地，由于随着沉积时间T的变化氢气流量A和硅烷流量B保持恒定，因此相对于硅烷流量的氢气流量之比，即氢气稀释比是固定的。
中间反射膜235的子层235a、235b可以由包括晶硅(crystalline silicon grain)粒子的氢化n型纳米晶硅子层(hydrogenated nano-crystalline silicon based sub-layer)235b，和氢化n型纳米晶硅子层(hydrogenatednano-crystalline silicon based sub-layer)235a来构成。
被包括在多个子层235a、235b的氢化n型纳米晶硅物质在非晶硅物质变成晶硅物质的相变界面上产生。以下将氢化n型纳米晶硅子层称为第一子层235a，将包括晶硅粒子的氢化n型纳米晶硅子层称为第二子层235b。
非硅原料气体的流量越大，其结晶性就越低且沉积速度下降，相反，非硅原料气体的流量越低，其结晶性和沉积速度就变大。由此，如图3至图6所示，在非硅原料气体的流量为α的区间t1内，形成由氢化n型纳米晶硅子层构成的第一子层235a；在非硅原料气体的流量为β的区间t2内，形成由包括晶硅粒子的氢化n型纳米晶硅子层构成的第二子层235b。
第二子层235b的晶硅粒子改变第二子层235b的结晶体体积分率，而非硅原料气体改变折射率。
即，以第一流量α来供给非硅原料气体时所形成的第一子层235a与以小于第一流量α的第一流量β来供给非硅原料气体时所形成的第二子层235b相比，第一子层235a的结晶体体积分率和折射率小于第二子层235b的结晶体体积分率和折射率。结晶体体积分率是指结晶相对于单位体积所占的体积比例。
由此，当供给氧原料气体等非硅原料气体时，第一子层235a和第二子层235b包括氢化n型纳米晶氧化硅(n-nc-SiO:H)，第二子层235b包括被氢化n型纳米晶氧化硅包围的晶硅粒子。
当供给碳原料气体等非硅原料气体时，第一子层235a和第二子层235b包括氢化n型纳米晶碳化硅(n-nc-SiC:H)，第二子层235b包括被氢化n型纳米晶碳化硅包围的晶硅粒子。
当供给氮原料气体等非硅原料气体时，第一子层235a和第二子层235b包括氢化n型纳米晶氮化硅(n-nc-SiN:H)，第二子层235b包括被氢化n型纳米晶氮化硅包围的晶硅粒子。
如图3至图6所示，包括非硅元素的原料气体在时间t2内没有被供给，即第二流量值β为0时，第二子层235b可以包括被氢化n型纳米晶硅(n-nc-Si:H)所包围的晶硅粒子。
这些具有不同结晶体分率或不同折射率的子层235a、235b被交替层压，且各个子层235a、235b均起波导(waveguide)作用，因此通过中间反射膜235能够使光的反射达到极大化。此时，结晶体体积分率大的第二子层235b提高垂直导电率，由此使第一单元230和第二单元240之间产生足够的电流。与第二子层235b相比，折射率低的第一子层235a使其与离光入射侧最近的单元的折射率相匹配，因此增加如波长为500nm～700nm的光的能源密度高的短波长区域光的反射。
第二子层235b的晶硅粒子直径可以为3nm～10nm。如果形成直径小于3nm的晶硅粒子，则会减少垂直导电率。另外，如果晶硅粒子直径大于10nm，则晶硅粒子周围的晶界(grain boundary)体积会过度增大而使再结合增加，由此可能降低效率。
另一方面，如上所述，本发明实施例中氢气稀释比和腔室310内的压力保持恒定。供给到腔室310内的氢和硅烷的流量大于非硅原料气体的流量，因此对氢和硅烷的流量控制相对于非硅原料气体的流量控制难，且氢和硅烷的流入有可能导致在腔室310内发生氢和硅烷的涡流。
由此，当氢和硅烷的流量恒定时，容易对流量小的非硅原料气体进行控制，且在腔室310内发生氢和硅烷涡流的可能性降低，因此中间反射膜235的膜质得到提高。
另一方面，如上所述，本发明实施例中采用代替光化学气相沉积(photo-CVD)的等离子体化学气相沉积法。使用光化学气相沉积法时，该方法不仅不适用于光电装置的大面积生产，而且随着沉积的进行，薄膜被沉积在光化学气相沉积装置的石英窗上以使透过的UV光减少。
因此，由于沉积率逐渐下降，因此第一子层235a和第二子层235b的厚度逐渐减少。相反，等离子体化学气相沉积方法能够克服光化学气相沉积法的上述缺点。
在使用于本发明实施例中的等离子体化学气相沉积法中，电压E所供给的电压频率可以为13.56MHz以上。如果电源E所供给的电源频率为27.12MHz以上，则沉积率得到提高且能够顺利形成晶硅粒子。
在本发明的实施例中，中间反射膜235的厚度可以为30nm～200nm。如果中间反射膜235的厚度为30nm以上，则离光入射侧近的单元和中间反射膜235之间实现折射率匹配，由此能够充分进行内反射。另外，中间反射膜235的厚度为200nm以下时，防止因中间反射膜235的厚度增加而使中间反射膜235自身过度吸收光的现象。
第一子层235a或第二子层235b的厚度可以为10nm～50nm。当第一子层235a或第二子层235b的厚度为10nm以上时，实现折射率匹配且能够充分地形成晶硅粒子。
另外，如果第一子层235a或第二子层235b的厚度大于50nm，由于子层过厚而使中间反射膜235所含有的子层个数有可能减少。因此，通过中间反射膜235的内反射可能会减少。由此，如果第一子层235a或第二子层235b的厚度为50nm以下，则中间反射膜235可以含有适宜的子层个数，因此能够使光的反射进行得充分。
如上所述，中间反射膜235的厚度为30nm～200nm，第一子层235a或第二子层235b的厚度为10nm～50nm，因此被包括在中间反射膜235的子层个数可以为三个以上。
另一方面，包括第一子层235a和第二子层235b的中间反射膜235的折射率可以为1.7～2.2。如果中间反射膜235的折射率为1.7以上，则导电率(conductivity)会变大，而使多重接合光电装置的填充因子(FF，Fill Factor)增加，由此使效率得到提高。另外，如果中间反射膜235的折射率为2.2以下，则可以充分反射波长为500nm～700nm区域的光，使第一单元230的短路电流增加，由此使效率得到提高。
通过非硅原料气体而被包括在中间反射膜235的非硅元素的平均含量为10atomic％～30atomic％。在本发明的实施例中非硅元素可以为氧、碳或氮。当非硅元素的平均含量为10atomic％以上时，位于光入射侧的单元和中间反射膜235之间实现折射率匹配，因此能够充分进行内反射。
另外，如果非硅元素的平均含量不必要地过大，则各子层的结晶体体积分率会下降，因此垂直导电率有可能降低。由此，在本发明实施例中，当非硅元素的平均含量为30atomic％以下时，中间反射膜能够保持适宜的结晶体体积分率以防止中间反射膜235被非晶化，因此导电率得到提高。
中间反射膜235中，平均氢含量为10atomic％～25atomic％。当平均氢含量为10atomic％以上时，悬空键(dangling bond)被钝化(passivation)，因此中间反射膜235的膜质得到提高。如果中间反射膜235的平均氢含量不必要地过大，则中间反射膜235的结晶体体积分率会减少，因此导电率会下降。由此，中间反射膜235的平均氢含量为25atomic％以下时，防止基于中间反射膜235的结晶体体积分率下降的非晶化，因此垂直导电率得到提高。
中间反射膜235的平均结晶体体积分率可以为4％～30％。如果中间反射膜235的平均结晶体体积分率为4％以上，则隧道接合特性得到提高，如果中间反射膜235的平均结晶体体积分率为30％以下，则非硅物质的含量被保持，因此能够防止折射率匹配特性的下降。
另一方面，根据本发明实施例的中间反射膜235包括垂直导电率优异的n型纳米晶硅，因此能够替代光入射单元的n型半导体层。例如，根据本发明实施例的光电装置可以包括：第一单元，包括p型半导体层和纯半导体层；中间反射膜235；第二单元，包括p型半导体层、纯半导体层以及n型半导体层。当中间反射膜235代替光入射单元的n型半导体层时，能够减少光电装置的制造时间和制造费用。
当光电装置为光通过第一单元230入射的p-i-n型光电装置时，中间反射膜235可以代替第一单元230的n型半导体层。另外，当光电装置为光通过第二单元240入射的n-i-p型光电装置时，中间反射膜235可以代替第二单元240的n型半导体层。
另一方面，如图4至图6所示，第一流量值α和第二流量值β可以随着沉积时间增加，或者保持第一流量值α的时间t1和保持第二流量值β的时间t2可以随着沉积时间T而增加。
由此，中间反射膜235包括交替层压的多个第一子层235a和第二子层235b，此时，就上述第一子层235a中的任意两个子层而言，先形成的第一子层235a所包括的非硅元素含量小于后形成的第一子层所包括的非硅元素含量。这在第二子层235b中也同样。即，按照越远离光入射侧，包括于各第一子层235a或第二子层235b的氧、碳或氮等非硅元素的浓度就越大的方式进行剖面分布。
如果越远离光入射侧第一子层235a或第二子层235b所包含的非硅元素的浓度就增加，则在一个单元和中间反射膜235之间的界面上逐渐进行成分变化。
本发明的实施例中，虽然记载了光通过形成在基板100上的第一单元230入射的p-i-n型光电装置，但本发明也可以适用于光从基板100的相对侧入射的n-i-p型光电装置。
即，如图8所示，在n-i-p型光电装置中，光从基板100的相对侧入射，且在第一电极210上形成依次层压n型半导体层230n’、纯半导体层230i’和p型半导体层230p’的第一单元230’。中间反射膜235’形成在第一单元230’上。另外，依次层压n型半导体层240n’、纯半导体240i’和p型半导体层240p’的第二单元240’形成在中间反射膜235’上。第二电极250形成在第二单元240’上。
中间反射膜235’需与光入射的第二单元240’形成折射率匹配，且中间反射膜235’与第二单元240’的n型半导体层相接触。由此，形成第一单元230’的p型半导体层之后，形成包括n型纳米晶硅物质的中间反射膜235’。
此时，根据非硅原料气体流入量的变化，中间反射膜235’包括多个子层。与图4至图6所示的本发明实施例相同，根据本发明实施例的中间反射膜235’的子层也可以按照使非硅元素的浓度逐渐发生变化的方式进行剖面分布。
然而，图4至图6所示的本发明实施例中，第一流量值α和第二流量值β随着沉积时间T而逐渐增加，或者保持第一流量值α的时间和保持第二流量值β的时间逐渐增加。由此，能够防止在离光入射侧近的第一单元230的n型半导体层和中间反射膜235之间发生急剧的成分变化。
根据本发明另一实施例的光电装置中，光通过第二单元240’进行入射。由此，为了防止在光入射的第二单元240’的n型半导体层和中间反射膜235’之间发生急剧的成分变化，使第一流量值α和第二流量值β随着沉积时间T逐渐减少，或者使保持第一流量值α的时间和保持第二流量值β的时间逐渐缩短。
即，在本发明实施例中，中间反射膜235、235’的子层按照越远离光入射侧非硅元素的浓度就逐渐变大的方式进行剖面分布。
图9和图10表示根据本发明实施例用来形成中间反射膜的另一种非硅原料气体的流量变化。
如图9所示，氢气流量A、硅烷流量B和磷化氢(PH3)的流量(未图示)保持恒定。此时，氧化氮(NO)或二氧化氮(NO2)等第一非硅原料气体的流量反复在第一流量值α和流量0之间的变化，二氧化碳等第二非硅原料气体的流量可以保持在低于第一流量值α的第二流量值β上。
由此，当氧化氮(NO)或二氧化氮(NO2)等第一非硅原料气体以第一流量值α的流量被供给时，形成包括均具有氧和氮的氢化n型纳米晶氮氧化硅(n-nc-SiON:H)的第一子层235a。
另外，通过流量值0来切断氧化氮(NO)或二氧化氮(NO2)等第二非硅原料气体的供给，当二氧化碳等第二非硅原料气体以第二流量值β的流量被供给时，形成包括晶硅粒子和包围晶硅粒子的氢化n型纳米晶氧化硅(n-nc-SiO:H)的第二子层235b。
包括这样的第一子层235a和第二子层235b的中间反射膜235通过非硅原料气体与光入射侧的单元形成折射率匹配，且通过晶硅粒子提高多个单元之间的垂直导电率。
由于第二子层235b包括晶硅粒子，因此与第一子层235a相比具有较大的结晶体体积分率。
另一方面，如图10所示，氢气流量A、硅烷流量B和磷化氢(PH3)的流量(未图示)保持恒定，二氧化碳等第二非硅原料气体按照反复以第二流量值β的流量供给、供给被切断的过程，在供给第二非硅原料气体期间，氧化氮(NO)或二氧化氮(NO2)等第一非硅原料气体反复以高于第二流量值β的第一流量值α的流量供给、供给被切断的过程。
由此，第一非硅原料气体和第二非硅原料气体被供给的周期p1内，形成包括氢化n型纳米晶氮氧化硅(n-nc-SiON:H)的第一子层235a，在第二非硅原料气体被供给的周期p3内，形成包括氢化n型纳米晶氧化硅(n-nc-SiO:H)的第二子层235b。另外，第一非硅原料气体和第二非硅原料气体的供给被切断的周期p4内，形成包括氢化n型纳米晶硅(n-nc-Si:H)的第三子层。
此时，非硅原料气体的流量越小，晶硅粒子的大小越可以增加。因此，第三子层的晶硅粒子大小可以大于第二子层235b的晶硅粒子的大小。由此，第三子层的结晶体体积分率最大，第一子层235a的结晶体体积分率最小。
如此地，由具有不同折射率的三个子层构成的中间反射膜235能够更顺利地与光入射单元进行折射率匹配，且能够提高多个单元之间的垂直导电率。
在图10中，虽然第一流量值α大于第二流量值β，但第一流量值α可以小于第二流量值β。即使第一流量值α小于第二流量值β，也不会改变第一非硅原料气体和第二非硅原料气体同时被供给的周期p1、第一非硅原料气体被切断而供给第二非硅原料气体的周期p3和第一非硅原料气体和第二非硅原料气体同时被切断的周期p4。
另外，在周期p1内所供给的整个非硅原料气体流量大于在周期p3内所供给的整个非硅原料气体流量，因此第三子层的结晶体体积分率最大，第一子层的结晶体体积分率最小。
另一方面，根据本发明实施例的光电装置，在包括多个单元的串联结构中，为提高效率包括中间反射膜235’，并因中间反射膜235’多个单元的电流被进行调节，由此可以提供更高的效率。
一般情况下，在包括于串联光电装置的多个单元电池之间的电流匹配(matching)设计中，光电装置的工作温度起重要的作用。
例如，安装在高温地区或者强紫外线地区的光电装置，该光电装置按照在上述光电装置的单元电池中由光入射侧最近的单元的短路电流来决定光电装置的短路电流的方式进行设计。当其为由光最先入射单元的短路电流来决定光电装置的短路电流的光电装置时，由于光电装置的温度系数(temperature coefficient：温度上升1℃时，光电装置效率降低比率)小，因此即使光电装置的温度上升，其效率的降低也比较小。
相反，安装在低温地区或者紫外线不强地区的光电装置，该光电装置按照在上述光电装置的单元电池中由光入射侧最远的单元的短路电流来决定光电装置的短路电流的方式进行设计。当其为由光入射侧最远的单元的短路电流来决定光电装置的短路电流的光电装置时，虽然光电装置的温度系数(temperature coefficient：温度上升1℃时，光电装置效率降低比率)高但劣化率小。当其为被安装在低温地区的光电装置时，因为受温度系数的影响相对较小，因此按照由离光入射侧最远的单元的短路电流来决定光电装置的短路电流的方式进行设计。
如此设计的光电装置的额定输出(效率)在标准测试条件(STC；Standard Test Conditions)下，在室内测定。标准测试条件包含下列条件。
AM1.5(AIR MASS 1.5)
日照强度1000W·m-2
光电装置温度：25℃
但是，在室外安装光电装置时，如果光电装置的温度超过25℃，由于受光电装置温度系数的影响，光电装置的效率相比在标准测试条件下测定的光电装置的额定效率小。
即，光电装置工作时，吸收的光能大部分转换成热能，因此光电装置的实际工作温度比标准测试条件下的光电装置温度25℃容易升高。因此受光电装置温度系数的影响，光电装置的效率表现出低于在标准测试条件下测定的光电装置的额定效率。
由于上述的问题，将标准测试条件下的光电装置温度25℃作为基准来设计串联光电装置的电流匹配，但是如果不考虑光电装置在外部环境中实际工作温度，则有可能得不到所需的光电装置的效率。
因此，根据本发明实施例的光电装置的电流匹配设计，由与光电装置实际安装条件类似的标准参考环境(Standard Reference Environment)下所得到的太阳能电池额定工作温度所形成。标准参考环境包括下列条件。
光电装置倾角(tilt angle)：与水平线形成45°角
总日照强度(total irradiance)：800W·m-2
周围温度(circumstance temperature)：20℃
风速(wind speed)：1m·s-1
电负荷(electric load)：无(开放状态)
太阳能电池额定工作温度是指，安装在开放性旋盘状机架(open rack)上的光电装置在标准参考环境下工作时的温度。光电装置被用于多样的实际环境中，因此，在根据与光电装置实际安装条件类似的标准参考环境下所测定的太阳能额定工作温度设计串联光电装置的电流匹配下，能够制造适用于安装环境的光电装置。如果通过调节第一单元230’或者第二单元240’的i型光电转换层的厚度和光学能隙，以使第一单元230’或者第二单元240’的短路电流得到调节，则可以提高光电装置的效率。
如上述理由，本发明的实施例中，如果光电装置的太阳能电池额定工作温度为35℃以上，则可以按照在第一单元230’或第二单元240’中离光入射侧近的单元的短路电流与另一个单元的短路电流相比小或者相同的方式设定光入射单元的i型光电转换层的厚度和光学能隙。因此，根据本发明实施例的光电装置的总短路电流由光入射单元的短路电流来决定。
如上所述，光入射单元的短路电流小于或等于另一个单元的短路电流时，温度系数变小，因此，即使升高光电装置的实际温度，由效率降低引起的发电性能的降低也会变小。例如，按照使光入射单元电池的短路电流小于或等于另一个单元的短路电流的方式进行设置的光电装置被设置在在太阳光中包括蓝色系强的短波长的紫外线地区或者高温地区时，由于温度系数变小，因此即使升高光电装置的实际温度，由效率降低引起的发电性能的降低也会变小。
相反，太阳能电池额定工作温度低于35℃时，可以按照在第一单元230’或者第二单元240’中离光入射侧远的一个单元的短路电流与离光入射侧近的另一个单元电短路电流相比小或相同的方式设定另一个单元的i型光电转换层的厚度和光学能隙。即，太阳能电池额定工作温度低于35℃时，可以按照在第一单元230’或者第二单元240’中离光入射侧近的单元的短路电流与另一个单元电短路电流相比大或相同的方式设定另一个单元的i型光电转换层的厚度和光学能隙。
由此，根据本发明实施例的光电装置的总短路电流在第一单元和第二单元中由离光入射侧远的单元的短路电流来决定。这种情况下，虽然光电装置的温度系数高而劣化率却降低。光电装置的实际工作温度相对低，因此，与由温度系数引起的发电性能的降低相比，由劣化率减少引起的发电性能的改善更加可行。特别是，因为填充因子(Fill Factor)的劣化较小，因此，周围温度小于标准测试条件(STC)25℃的环境下，室外的发电性能更突出。
如本发明的实施例，根据太阳能电池额定工作温度设计电流匹配的光电装置的短路电流可以在标准参考环境下测定。
如上所述，参照附图对本发明的实施例进行了说明。，本领域的技术人员应该可以理解在不变更本发明的技术思想或必要特征的条件下可以采用其它具体实施方式。因此，上述的实施例只是举例而已，本发明并不只局限于上述实施例。本发明的范围通过权利要求来体现，权利要求的意义及范围还有从等同概念出发的所有变更或者变更的方式应解释为包含在本发明的范围。

Claims (42)

1.一种光电装置的制造方法，该制造方法包括下述步骤：
在基板上形成第一电极；
在所述第一电极上形成包括纯半导体层的第一单元；
在所述第一单元上形成包括使非硅原料气体的流量改变而被交替层压的多个子层的中间反射膜；
在所述中间反射膜上形成包括纯半导体层的第二单元；以及
在所述第二单元上形成第二电极。
2.如权利要求1所述的光电装置的制造方法，其特征在于：作为所述非硅原料气体使用氧原料气体、碳原料气体或氮原料气体。
3.如权利要求2所述的光电装置的制造方法，其特征在于：所述氧原料气体包括氧或二氧化碳，
所述碳原料气体包括CH4、C2H4或C2H2，
所述氮原料气体包括NH4、N2O或NO。
4.如权利要求1所述的光电装置的制造方法，其特征在于：在所述第一单元或所述第二单元中，形成光入射侧单元的包括氢化n型纳米晶硅的n型半导体层之后，为了形成所述n型半导体层，在保持流入到反应腔室的原料气体的流量、基板温度和工序压力等的状态下，将用来形成所述中间反射膜的所述非硅原料气体流入到所述反应腔室内。
5.如权利要求1所述的光电装置的制造方法，其特征在于：所述非硅原料气体的流量随着沉积时间反复在第一流量值和第二流量值之间的变化。
6.如权利要求5所述的光电装置的制造方法，其特征在于：形成所述中间反射膜时，氢流量和硅烷流量随着沉积时间的变化保持恒定。
7.如权利要求5所述的光电装置的制造方法，其特征在于：在所述第一流量值和所述第二流量值之间发生变化的一个周期内，所述第一流量值所保持的时间和所述第二流量值所保持的时间随着沉积时间的变化保持恒定。
8.如权利要求5所述的光电装置的制造方法，其特征在于：形成所述中间反射膜时，氢流量和硅烷流量随着沉积时间的变化保持恒定，所述第一流量值和所述第二流量值随着沉积时间的变化保持恒定。
9.如权利要求5所述的光电装置的制造方法，其特征在于：所述第一流量值和所述第二流量值随着沉积时间增加或减少。
10.如权利要求5所述的光电装置的制造方法，其特征在于：所述第一流量值和所述第二流量值随着沉积时间的变化保持恒定，
在所述第一流量值和所述第二流量值发生变化的一个周期内，所述第一流量值所保持的时间和所述第二流量值所保持的时间随着沉积时间的变化增加或减少。
11.如权利要求5所述的光电装置的制造方法，其特征在于：所述第一流量值和所述第二流量值随着沉积时间的变化增加或减少，
在所述第一流量值和所述第二流量值发生变化的一个周期内，所述第一流量值所保持的时间和所述第二流量值所保持的时间随着沉积时间的变化增加或减少。
12.如权利要求5所述的光电装置的制造方法，其特征在于：所述第二流量值为0。
13.如权利要求5、6、或8～12中任一项所述的光电装置的制造方法，其特征在于：在所述第一流量值和所述第二流量值发生变化的一个周期内，所述第一流量值所保持的时间与所述第二流量值所保持的时间之比恒定。
14.如权利要求1所述的光电装置的制造方法，其特征在于：所述中间反射膜通过等离子体化学气相沉积法来形成。
15.如权利要求1所述的光电装置的制造方法，其特征在于：
所述中间反射膜通过等离子体化学气相沉积法来形成，
在所述等离子体化学气相沉积法中，通过电源而被供给并激励等离子体的电压频率为13.56MHz以上。
16.如权利要求1所述的光电装置的制造方法，其特征在于：所述第一单元和所述第二单元中，光入射侧单元包括p型半导体层和纯半导体层，
所述中间反射膜通过与所述光入射侧单元的纯半导体层相接触而形成。
17.如权利要求1所述的光电装置的制造方法，其特征在于：按照越远离光入射侧被包括于各子层的非硅元素浓度越高的方式形成所述中间反射膜。
18.如权利要求1所述的光电装置的制造方法，其特征在于：所述非硅原料气体包括第一非硅原料气体和第二非硅原料气体，
所述第一非硅原料气体以反复在第一流量值和流量值0之间的变化的方式来被供给，所述第二非硅原料气体以低于所述第一流量值的第二流量值的流量来恒定地被供给，由此形成包括所述子层的所述中间反射膜。
19.如权利要求18所述的光电装置的制造方法，其特征在于：所述第一非硅原料气体包括氧化氮(NO)或二氧化氮(NO2)，
所述第二非硅原料气体包括二氧化碳。
20.如权利要求1所述的光电装置的制造方法，其特征在于：所述非硅原料气体包括第一非硅原料气体和第二非硅原料气体，
所述第二非硅原料气体反复以第二流量值β的流量供给、供给被切断的过程，在供给第二非硅原料气体期间，所述第一非硅原料气体反复以第一流量值来供给、供给被切断的过程，由此形成包括第一子层、第二子层和第三子层的中间反射膜。
21.如权利要求20所述的光电装置的制造方法，其特征在于：所述第一子层形成于所述第一非硅原料气体和第二非硅原料气体被供给的期间，
所述第二子层形成于所述第一非硅原料气体的供给被切断而所述第二非硅原料气体被供给的期间，
所述第三子层形成于所述第一非硅原料气体和所述第二非硅原料气体的供给被切断的期间。
22.一种光电装置，其特征在于，该光电装置包括：
基板；
第一电极，位于所述基板上；
第一单元，位于所述第一电极上且包括纯半导体层；
中间反射膜，位于所述第一单元上，其中，具有不同结晶体体积分率的多个子层被交替层压；
第二单元，位于所述中间反射膜上且包括纯半导体层；
第二电极，位于所述第二单元上。
23.如权利要求22所述的光电装置，其特征在于：所述中间反射膜按照越远离光入射侧被包括在各所述子层的非硅元素浓度越大的方式进行剖面分布。
24.如权利要求22或23所述的光电装置，其特征在于：所述中间反射膜包括氢化n型纳米晶氧化硅或氢化n型纳米晶碳化硅或氢化n型纳米晶氮化硅。
25.如权利要求22或23所述的光电装置，其特征在于：在所述第一单元或所述第二单元中，光入射侧单元包括具有氢化n型纳米晶硅的n型半导体层，与所述n型半导体层相接触的所述中间反射膜包括n型纳米晶硅物质。
26.如权利要求22或23所述的光电装置，其特征在于：所述多个子层包括至少一对第一子层和第二子层，且所述各对中的第一子层和所述第二子层的厚度之比恒定。
27.如权利要求22或23所述的光电装置，其特征在于：所述多个子层包括第一子层和第二子层，在所述第一子层或所述第二子层中，结晶体体积分率较大的子层包括晶硅粒子。
28.如权利要求22或23所述的光电装置，其特征在于：所述多个子层包括第一子层和第二子层，在所述第一子层或所述第二子层中，结晶体体积分率较大的子层的折射率大于所述子层中结晶体体积分率小的子层的折射率。
29.如权利要求22或23所述的光电装置，其特征在于：所述多个子层包括第一子层和第二子层，在所述第一子层或所述第二子层中，结晶体体积分率大的子层包括晶硅粒子，
所述晶硅粒子的直径为3nm～10nm。
30.如权利要求22或23所述的光电装置，其特征在于：所述中间反射膜的厚度为30nm～200nm。
31.如权利要求22或23所述的光电装置，其特征在于：所述多个子层包括第一子层和第二子层，所述第一子层或所述第二子层的厚度为10nm～50nm。
32.如权利要求22或23所述的光电装置，其特征在于：包括于所述中间反射膜的子层个数为三个以上。
33.如权利要求22或23所述的光电装置，其特征在于：在500nm～700nm的波长范围内，所述中间反射膜的折射率为1.7～2.2。
34.如权利要求22或23所述的光电装置，其特征在于：包括在所述中间反射膜的非硅元素的平均含量为10atomic％～30atomic％。
35.如权利要求22或23所述的光电装置，其特征在于：所述中间反射膜的平均氢含量为10atomic％～25atomic％。
36.如权利要求22或23所述的光电装置，其特征在于：所述中间反射膜的平均结晶体体积分率为4％～30％。
37.如权利要求22或23所述的光电装置，其特征在于：所述第一单元或所述第二单元中，光入射单元包括p型半导体层和纯半导体层，
所述中间反射膜与所述光入射单元的纯半导体层相接触。
38.如权利要求22或23所述的光电装置，其特征在于：在太阳能电池额定工作温度为35℃以上时，在所述第一单元或所述第二单元中，光入射单元的短路电流小于或等于另一个单元的短路电流。
39.如权利要求22或23所述的光电装置，其特征在于：在太阳能电池额定工作温度低于35℃时，在所述第一单元或所述第二单元中，光入射单元的短路电流大于或等于另一个单元的短路电流。
40.如权利要求22所述的光电装置，其特征在于：所述多个子层包括第一子层和第二子层，所述第一子层和所述第二子层中的一个子层包括氢化n型纳米晶氮氧化硅(n-nc-SiON:H)，另一个子层包括氢化n型纳米晶氧化硅(n-nc-SiO:H)。
41.如权利要求22所述的光电装置，其特征在于：所述多个子层包括第一子层、第二子层和第三子层。
42.如权利要求41所述的光电装置，其特征在于：所述第一子层包括氢化n型纳米晶氮氧化硅(n-nc-SiON:H)，
所述第二子层包括n型纳米晶氧化硅(n-nc-SiO:H)，
所述第三子层包括氢化n型纳米晶硅(n-nc-Si:H)。
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