CN102447013A - 薄膜太阳能电池制作工艺、薄膜太阳能电池前体层堆叠的制造方法和太阳能电池前体层堆叠 - Google Patents

薄膜太阳能电池制作工艺、薄膜太阳能电池前体层堆叠的制造方法和太阳能电池前体层堆叠 Download PDF

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Abstract

本发明涉及薄膜太阳能电池制作工艺、薄膜太阳能电池前体层堆叠的制造方法和太阳能电池前体层堆叠，描述了一种制造适用于薄膜太阳能电池的层堆叠的方法以及用于太阳能电池的前体。该方法包括以下步骤：在透明衬底上沉积TCO层，沉积配置来用于太阳能电池的第一p-i-n结的第一导电类型层，沉积配置来用于太阳能电池的第一p-i-n结的第一本征型层，以及沉积配置来用于太阳能电池的第一p-i-n结另一导电类型层，其中该另一导电类型层与第一导电类型层的导电性相反。该方法还包括以下步骤：通过化学气相沉积来设置含SiOx的中间层，以及沉积配置来用于太阳能电池的第二p-i-n结，其中含SiOx的中间层设置在另一导电类型层之内，并且其中含SiOx层具有小于等于17nm的厚度。

Description

薄膜太阳能电池制作工艺、薄膜太阳能电池前体层堆叠的制造方法和太阳能电池前体层堆叠
技术领域
本发明的实施例一般地涉及沉积光电转换模块例如薄膜太阳能电池的层。特别地，本发明的实施例涉及双结太阳能电池或具有多个p-i-n结的太阳能电池的层堆叠。具体而言，本发明的实施例涉及薄膜太阳能电池的层堆叠，以及制造适用于薄膜太阳能电池的层堆叠的方法以及用于太阳能电池的前体。 
背景技术
晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池是太阳能电池的两种类型。晶硅太阳能电池通常使用单晶硅衬底(即纯硅的单晶衬底)或多晶硅衬底(即多晶或多晶硅)。其他的膜层沉积在硅衬底上以增强光的捕获、形成电路并且保护器件。薄膜太阳能电池利用沉积在适合的衬底上的材料的薄层来形成一个或多个p-n结。适合的衬底包括玻璃衬底、金属衬底和聚合物衬底。 
为了扩大太阳能电池的经济用途，必须提高效率。太阳能电池的稳定效率与入射辐射的转换为可用电力的比例有关。为了使太阳能电池可用于更多的领域，必须将太阳能电池的效率提高为超过当前的最好性能(对于硅基薄膜太阳能模块约为10％)。随着能源成本上升，需要改进的薄膜太阳能电池以及用于在工厂环境中形成改进的薄膜太阳能电池的方法和设备。 
为了提高太阳能电池的效率，应该增大进入太阳能电池层堆叠的光子的量，其中这些光子将转换为电子空穴对。 
用于改进太阳能电池的大量生产的另一方面是大尺度工艺的使用、提高生产率并且提高工艺进行的可靠性。因此，期望改进工艺以提高在大尺 度方面的效率并且在工业制造期间应用。 
发明内容
根据如上所述，提供了根据独立权利要求1的制造适用于薄膜太阳能电池的层堆叠的方法以及根据独立权利要求6的用于太阳能电池的前体。本发明的实施例提供了一种沉积用于光电转换器件例如太阳能电池的层堆叠的方法。根据一个实施例，提供了一种制造适用于薄膜太阳能电池的层堆叠的方法。该方法包括以下步骤：在透明衬底上沉积TCO层，沉积配置来用于太阳能电池的第一p-i-n结的第一导电类型层，沉积配置来用于太阳能电池的第一p-i-n结的第一本征型层，以及沉积配置来用于太阳能电池的第一p-i-n结的与第一导电类型层的导电性相反的另一导电类型层。该方法还包括以下步骤：通过化学气相沉积来设置含SiOx的中间层，以及沉积配置来用于太阳能电池的第二p-i-n结，其中含SiOx的中间层设置为另一导电类型层的一部分，并且其中含SiOx层具有小于等于17nm的厚度。通常，中间层可以与另一导电类型层一起设置，或设置在另一导电类型的层之间，以形成另一导电类型层的一部分。根据另一个实施例，提供了一种用于太阳能电池的前体。该前体包括透明衬底、配置来用于太阳能电池的第一p-i-n结的第一导电类型层，配置来用于太阳能电池的第一p-i-n结的第一本征型层，以及配置来用于太阳能电池的第一p-i-n结的与第一导电类型层的导电性相反的另一导电类型层。该前体还包括通过化学气相沉积而沉积的含SiOx的中间层，以及配置来用于太阳能电池的第二p-i-n结，其中含SiOx的中间层设置为另一导电类型层的一部分，并且其中含SiOx层具有小于等于17nm的厚度。 
附图说明
为了能够得到并且详细理解本发明的上述特征的方式，参考在附图中图示的本发明的实施例，可以对上面简要总结的本发明的进行更具体的描述。 
图1是根据本发明的一个实施例的双结薄膜太阳能电池的示意性侧视 图； 
图2和图3图示了根据本文所述的实施例提高太阳能电池的光转换的方面； 
图4A至图4C图示了根据本文所述的实施例沉积在衬底上的层； 
图5是图示了根据本文所述的实施例制造太阳能电池前体的方法的流程图； 
图6A和图6B图示了根据本文所述的实施例的用于太阳能电池的其他前体，这些前体具有沉积在衬底上的层； 
图7图示了示例的比较； 
图8图示了根据本文所述的一个实施例可以使用的群集工具的平面图； 
图9是根据本文所述的一个实施例可以使用的沉积室的横截面侧视图。 
为了方便理解，在可能的情况下，已使用相同的附图标记来标明附图中常见的相同的或相似的元件。可以设想，一个实施例的元件和特征可以在没有另外的陈述的情况下有利地结合到其他实施例中。 
然而，应该注意，附图仅仅图示本发明的示例性实施例并且因此不作为本发明的范围的限制，因为本发明还包括其他等同的实施例。 
具体实施方式
现在将详细地提及本发明的各个实施例，在附图中说明各个实施例的一个或多个示例。每个示例以说明本发明的方式提供并且不意图作为本发明的限制。例如，作为一个实施例的一部分来说明或描述的特征可以用在其他实施例上或与其他实施例结合而产生另一个实施例。希望本发明包括这样的修改和变体。 
这里使用的术语“衬底”应该包含如晶圆、透明衬底或诸如玻璃板等的玻璃衬底的硬性衬底，以及诸如金属薄片和箔等的柔性衬底。 
本文所述的实施例涉及太阳能电池前体及制造太阳能电池前体的方法，其中使用顶部电池和底部电池，并且设置了中间层以使得，例如，在 各个顶部电池或底部电池中的光吸收能够增强。因此，例如，提及并且参考图1进一步详细解释如下所述的太阳能电池。 
薄膜太阳能电池通常由多种类型的膜或层以多种不同的方式组合而形成。用于这样的器件中的大多数膜结合可以包括硅、锗、碳、硼、磷、氮、氧、氢等的半导体元件。不同膜的特性包括结晶度、掺杂类型、掺杂浓度、膜折射率、膜消光系数、膜透明度、膜吸收和电导率。通常，可以通过使用化学气相沉积工艺来形成这些膜的大多数，其中化学气相沉积工艺可以包括一定程度的离子化、等离子体形成和/或溅射工艺。 
术语“涂覆”和术语“沉积”在这里作为同义词使用。术语“CVD设备”和术语“沉积设备”在这里作为同义词使用并且应该包括，例如，使用CVD工艺以在衬底上沉积材料(通常作为薄膜)的设备。 
根据不同的实施例，在太阳能电池中可以使用多个膜。在光伏过程期间的电荷生成一般由诸如含硅层等的主体半导体层提供。主体层有时也称为本征层，以区别于存在于太阳能电池中的各种掺杂层。本征层可以具有任何期望的结晶度，其中结晶度将影响本征层的光吸收特性。例如，诸如非晶硅等的非晶本征层通常将与诸如微晶硅等的具有不同结晶度的本征层吸收在不同波长处的光。为此，大多数太阳能电池将使用两种类型的层以产生尽可能宽的吸收特性。在某些情况下，本征层可以用作在两个不同层类型之间的缓冲层以提供两个层之间的光学性质或电性质的平稳过渡。 
硅和其他的半导体能够形成为具有不同结晶度的固体。基本上没有结晶的固体是非晶形的，并且具有可以忽略的结晶的硅称为非晶硅。完全结晶的硅称为晶体硅、多晶硅或单晶硅。多晶硅是形成为由晶界分开的多个晶粒的晶体硅。单晶硅是硅的单晶。具有部分结晶的固体(即晶体含量在约5％和约95％之间)称为纳米晶或微晶，其通常指的是悬浮在非晶相中的晶粒的大小。具有较大晶粒的固体称为微晶，而具有较小晶粒的那些是纳米晶。应该注意，术语“晶体硅”可以指具有晶相的任何形式的硅，包括微晶硅和纳米晶硅。 
图1是朝向光或太阳辐射101的多结太阳能电池100的实施例的示意图。太阳能电池100包括诸如玻璃衬底、聚合物衬底、金属衬底或其他适 合的衬底等的衬底102，衬底102上形成有薄层。太阳能电池100还包括形成在衬底102上的第一透明导电氧化物(TCO)层104，以及形成在第一TCO层104上的第一p-i-n结126。在一个配置中，波长选择性反射器(WSR)层112形成在第一p-i-n结126上。第二p-i-n结128形成在第一p-i-n结126上，第二TCO层122形成在第二p-i-n结128上，并且背金属层124形成在第二TCO层122上。在一个实施例中，WSR层112布置为第一p-i-n结的一部分，即布置在层110内或在第一p-i-n结126与第二p-i-n结128之间，并且配置成具有增强光的散射和在所形成的太阳能电池100中的电流的生成的膜性质。此外，WSR层112还提供良好的p-n隧道结以提高所形成的太阳能电池的光转换效率，其中该p-n隧道结具有高电导率以及影响其透射性和反射性的定制的带隙。 
为了通过加强光的捕捉来增强光的吸收，衬底和/或形成在其上的一个或多个薄膜可以通过湿法刻蚀、等离子刻蚀、离子刻蚀和/或机械工艺可选择地进行表面构造。例如，在图1所示的实施例中，第一TCO层104进行了表面构造并且沉积在其上的后续的薄膜通常将跟随其下面的表面结构。 
根据本文所述的某些实施例，在衬底102和TCO层104之间沉积诸如缓冲层等的另一个层。由此，通常该另一个层可以是含SiON层。设置该另一个层是为了促进诸如含ZnO的透明导电氧化(TCO)层等的TCO层的晶核形成。因此，包括例如缓冲层的衬底具备改善ZnO的生长的条件。根据本文所述的实施例，该另一个层包括诸如Al、Ti、Zn等的金属。因此，能够改变TCO层的晶核形成以提供TCO层的改进的表面构造以及期望的电性质和光性质。根据某些实施例，能够通过沉积或制备含金属层，例如，掺杂有金属的层，来进行调节。 
第一TCO层104和第二TCO层122均可以包括锡氧化物、锌氧化物、铟锡氧化物、镉锡、其组合或者其他适合的材料。应该明白，TCO材料还可以包括其他的掺杂物和成分。例如，锌氧化物还可以包括诸如铝、硼和其他适合的掺杂物等的掺杂物。锌氧化物优选地包括小于等于5原子％(的掺杂物，并且更优选地包括小于等于2.5原子％的铝。在某些情况下，可以通过玻璃供应商提供已经设置有第一TCO层104的衬底102。 
第一p-i-n结126可以包括p型非晶硅层106，形成在p型非晶硅层106上的本征型非晶硅层108，以及形成在本征型非晶硅层108上的n型微晶硅层110。在某些实施例中，p型非晶硅层106可以形成为约 
Figure BSA00000588856300061
和约 
Figure BSA00000588856300062
之间的厚度。在某些实施例中，本征型非晶硅层108可以形成为约 
Figure BSA00000588856300063
和约 
Figure BSA00000588856300064
之间的厚度。在某些实施例中，n型微晶半导体层110可以形成为约 
Figure BSA00000588856300065
和约 
Figure BSA00000588856300066
之间的厚度。 
作为n型微晶硅层110的一部分布置的，即布置在n型微晶硅层110内或布置在第一p-i-n结126和第二p-i-n结128之间的WSR层112通常配置成具有一定的期望的膜性质。在这样的配置中，WSR层112积极地充当具有期望折射率或折射率范围的中间反射器，以反射从太阳能电池100的光入射侧接收的光。WSR层112还用作增强在第一p-i-n结126中的短波长至中间波长(例如，400nm到700nm)的光的吸收并且增大短路电流的结层，从而提高转换量和转换效率。此外，WSR层112对于中间波长到长波长(例如，500nm到1100nm)的光具有较高的膜透射率，以便于光透射到形成在第二p-i-n结128中的层。此外，通常期望WSR层112在吸收尽可能少的光的同时，将期望波长(例如，较短波长)的光反射回在第一p-i-n结126中的层并且使期望波长(例如，较长波长)的光透射到在第二p-i-n结128中的层。下面将参考图4A至图6描述WSR层的详细内容。 
第二p-i-n结128可以包括p型微晶硅层114，以及在某些情况下形成在p型微晶硅层114上的可选择的p-i缓冲型本征非晶硅(PIB)层116。随后，在p型微晶硅层114上形成本征型微晶硅层118，并且在本征型微晶硅层118上形成n型非晶硅层120。在某些实施例中，p型微晶硅层114可以形成为约 
Figure BSA00000588856300067
和约 
Figure BSA00000588856300068
之间的厚度。在某些实施例中，p-i缓冲型本征非晶硅(PIB)层116可以形成为约 和约 
Figure BSA000005888563000610
之间的厚度。在某些实施例中，本征型微晶硅层118可以形成为约 
Figure BSA000005888563000611
和约 
Figure BSA000005888563000612
之间的厚度。在某些实施例中，n型非晶硅层120可以形成为约 
Figure BSA000005888563000613
和约 
Figure BSA000005888563000614
之间的厚度。 
背金属层124可以包括但不限于从由Al、Ag、Ti、Cr、Au、Cu、Pt、其合金或其组合构成的组中选取的材料。还可以进行诸如激光划片工 艺等的其他工艺来形成太阳能电池100。可以在背金属层124上设置其他的膜、材料、衬底和/或封装以完成太阳能电池器件。所形成的太阳能电池可以相互连接以形成模块，模块能够再连接以形成阵列。 
太阳光辐射101主要由p-i-n结126、128的本征层108、118吸收并转换成电子空穴对。横跨本征层108、118的、在p型层106、114和n型层110、120之间产生的电场，使电子朝向n型层110、120流动并且使空穴朝向p型层106、114流动从而产生电流。根据能够与本文所述的其他实施例组合的某些实施例，由于非晶硅和微晶硅吸收不同波长的太阳光辐射101，因此第一p-i-n结126包括本征型非晶硅层108并且第二p-i-n结128包括本征型微晶硅层118。因此，所形成的n型微晶硅层110由于捕获了太阳光辐射光谱的较大部分因此效率更高。由于非晶硅具有比微晶硅大的带隙，因此非晶硅的本征层108和微晶硅的本征层118以这样的方式堆叠，其中太阳光辐射101首先撞击本征型微晶硅层108并且透过WSR层112，然后撞击本征型微晶硅层118。没有被第一p-i-n结126吸收的太阳光辐射持续地透过WSR层112并且持续到第二p-i-n结128。 
电荷的收集通常由诸如掺杂有p型掺杂物或n型掺杂物的硅层等的掺杂的半导体层来提供。p型掺杂物通常是诸如硼或铝等的III族元素。n型掺杂物通常是诸如磷、砷或锑等的V族元素。在大部分实施例中，硼用作p型掺杂物并且磷用作n型掺杂物。这些掺杂物可以通过在反应混合物中包括含硼化合物或含磷化合物而添加到上述p型层和n型层106、110、114、120。适合的硼化合物和磷化合物通常包括取代和未取代的硼和磷的低聚物。一些适合的硼化合物包括三甲基硼(B(CH3)3或TMB)、乙硼烷(B2H6)、三氟化硼(BF3)和三乙基硼(B(C2H5)3或TEB)。磷化氢是最常见的磷化合物。掺杂物通常利用诸如氢气、氦气、氩气和其他适合的气体等的载气提供。如果氢气用作载气，则其添加到反应混合物中的总的氢中。因此，氢的比例将包括用作掺杂物的载气的氢气。 
根据不同的实施例，提供了用于提供具有在顶部电池和底部电池之间的夹层的太阳能电池前体的多种方法、系统和设备配置。图2图示了第一p-i-n结126、中间层112和第二p-i-n结128的布置。在图2所示的示意图 中，透明衬底将布置在第一p-i-n结的左边。鉴于第一p-i-n结的左边将面向太阳、用于进入光子的事实，因此，第一p-i-n结也可以称为顶部电池。在图2中通过价带10以及导带11和12分别示意性地指出了在顶部电池126和底部电池128中的光吸收层的能带结构。 
因此，如第一带隙Eg1和第二带隙Eg2所示，在顶部电池126中的带隙大于在底部电池128中的带隙。图2示出了具有较长波长的光子201l和具有较短波长的光子201s。较长波长对应于较小的能量，因此光子201l在顶部电池126中没有被吸收。如光子201lt所示，具有较长波长的光子201l透过顶部电池126。期望光子201s在中间层112处被反射，以使得当第一次穿过顶部电池126的活性层时没有被吸收的光子将再次穿过该活性层以增大产生电子空穴对的概率。这通过示出了被反射的具有较短波长的光子的标记201sr来指出。 
图3示出了描述波长的函数的量子效率的曲线图300。在第一p-i-n结126中对于较短波长的量子效率由函数320指出。第二p-i-n结128的对于较长波长的量子效率由函数322指出。 
在堆叠层型光电转换器件，光电转换单元即顶部电池126和底部电池128串联连接。光电转换器件的短路电流密度受到顶部电池的电流值和底部电池的电流值中的较小者的限制。因此，如果第一和第二p-i-n结的电流值尽可能相等是有益的。因此，期望相互调节第一函数320和第二函数322。这可以根据本文所述的实施例设置中间层112来实现。因此，中间层应该优选地反射较短波长的光子并且应该以最小的损耗透射较长波长的光子。此外，鉴于顶部电池和底部电池串联连接的事实，中间层112应该具有良好的导电性。因此，期望导电性、反射期望波长范围的光子并且透射其他波长范围的光子的组合。 
普通的中间层通常由透明导电氧化物形成。然而，如果使用例如锌氧化物中间层，则在形成第一p-i-n结和第二p-i-n结的CVD工艺之间将需要额外的溅射工具。 
还已经建议使用硅复合层，该硅复合层具有大于等于25原子％并小于等于60原子％的氧浓度并且包括在硅和氧的非晶合金相中的富硅的表面部 分，其中中间层具有大于等于20nm的厚度。发明人已经发现具有小于等于17nm、小于等于15nm甚至12nm的厚度的中间层可提高电池的效率。例如，中间层厚度可以是5nm至17nm。 
根据能够与本文所述的其他实施例组合的不同的实施例，第一导电类型层、i层以及具有与第一导电类型层的导电型相反的导电性的第二导电类型层构成了p-i-n结。这里所提供的示例通常涉及p-i-n结，其中第一导电类型层是p层并且第二导电类型层是n层。应该明白，第一导电类型层也可以是n层并且第二导电类型层可以是p层。因此，也可以形成反转的p-i-n结。 
在图4A至图4C和图5中示出了诸如用于薄膜太阳能电池的层堆叠等的太阳能电池前体及其制造的典型的实施例。如图4A所示，可以在衬底102上设置多个层。因此，可以在衬底102上设置缓冲层402。根据本文所述的某些实施例，在衬底102和TCO层410之间沉积诸如缓冲层402等的另一个层。因此，通常该另一个层可以是含SiON的层。设置该另一个层是为了改善诸如含ZnO的TCO层等的透明导电氧化物(TCO)层的晶核形成。因此，衬底包括例如具备改善ZnO的生长的条件的缓冲层。根据本文所述的实施例，该另一个层包括诸如Al、Ti、Zn等的金属。由此，根据某些另外的或替换的修改，层402可以具有低于100nm的厚度，例如，20nm到100nm的厚度或50nm到90nm的厚度。根据能够与本文所述的其他实施例组合的其他实施例，层402可以具有在两个相邻层的折射率(例如，层402下面的衬底102的折射率和TCO层410的折射率)之间的折射率。例如，折射率可以从1.6到1.8。根据能够与本文所述的其他实施例组合的又一实施例，层402可以用作可能存在于衬底中的元素的扩散屏障，例如钠(Na)的扩散屏障。例如，该层可以是提供改善的长期稳定性或提高的可靠性的扩散屏障。例如，用作扩散屏障的该层能够使层堆叠通过诸如热盘测试等的分层测试。因此，缓冲层能够改善TCO层的晶核形成，以提供改善的表面构造以及TCO层的期望的电性质、化学性质和光线性质。 
其后，如图5中的步骤502所指出的，在衬底上设置TCO层410，例 如掺杂的ZnO层。图4A示出了进行了表面构造以增强光的捕获的TCO层410。通常，掺杂的ZnO层通过DC溅射工艺、作为TCO正电极以约800-1000nm的厚度来沉积。掺杂物可以是但不限于铝。最后，在稀释酸中刻蚀层堆叠，以通过湿法刻蚀使ZnO表面变粗糙。进行了表面构造的透明导电氧化物层可以具有例如400nm到700nm、通常是400nm到600nm的层厚度，其中构造表面的厚度利用X射线荧光分析(XRF)来测量。 
在于2010年8月11日提交的、题为“Thin film solar fabrication process，deposition method for TCO layer，and solar cell precursor layer stack”、序号为12/854,469的专利申请，以及于2010年7月20日提交的、题为“Thin film solar fabrication process，deposition method for TCO layer，and solar cell precursor layer stack”、序号为12/840,039的美国专利申请中描述了TCO层、尤其是含ZnO的TCO层的示例，这两件专利申请以与本公开不抵触的程度通过引用结合于此。 
在步骤504a和504b中沉积了第一p-i-n结。第一p-i-n结对应于p型层406、i型层408和n型层401。这些层可以，例如，如上面参考图1更详细地说明的那样进行设置。中间层作为第一p-i-n结426的n型层的一部分在步骤506中沉积。图4B示出了中间层412。根据能够与本文所述的其他实施例组合的某些实施例，可以作为n型层110的一部分的中间层412，可以布置在第一p-i-n结和第二p-i-n结之间。或者，中间层也可以设置在层401内。在步骤508中沉积第二p-i-n结428，之后在步骤510中沉积背电极424。因此，第二p-i-n结428包括p型层414，本征层418和n型层420。上面已经参考图1描述了关于第二p-i-n结428的更详细的内容。 
根据本文所述的实施例，将中间层412设置为诸如SiOx层等的硅氧化物层。通常，SiOx层作为第一p-i-n结(顶部电池)的最后一层的一部分来沉积。 
根据可以与本文所述的其他实施例组合的另外的实施例，SiOx层可以通过在CVD处理室的处理区中添加CO2来沉积。因此，根据其他实施例，可以设置具有折射率小于等于2.5的中间层的太阳能电池前体。因 此，能够为太阳能电池前体以及制造薄膜太阳能电池的层堆叠的方法提供上面已参考图2和图3讨论的反射性和透射性。 
通常，通过改变在中间层中的氧含量，可以调节层的各种性质。因此，根据本文所述的方法，可以改变工艺气体中的CO2含量以优化工艺，并且对于制造GEN 5模块而言，工艺气体中的CO2含量通常可以在50sccm到300sccm的范围内，产生约35sccm/m2每衬底面积到约210sccm/m2每衬底面积的气流量。通过如上所述增大在处理区中的CO2的浓度，可以使折射率例如从约3.0减小到约2.2，同时使带隙从约2.15eV增加到约2.45eV，使导电率从约1*10-3S/cm2减小到约5*10-9S/cm2，并且使结晶含量从约0.16减小到0。 
根据可以与本文所述的其他实施例组合的本文所述的典型实施例，中间层可以具有从由以下各项构成的组中选取的如下特性中的至少一者：小于等于2.5的折射率，13nm到17nm(例如15nm)的厚度，5％到10％的结晶含量，1*10-3S/cm2减小到约5*10-9S/cm2的导电率，以及1.5eV到3.0eV的带隙。根据用于制造层堆叠的典型实施例，可以设置从下组中选取的步骤中的至少一者：设置20sccm到500sccm的CO2气流量，设置1.5到4的CO2/硅烷气流量比率，并且设置用于CVD工艺的1000W到8000W的射频功率。 
上述实施例中的某些指的是具有第一和第二p-i-n结(例如，顶部电池和底部电池)以及在两者之间的中间层的双结。然而，这不理解为限制本发明。根据其修改，可以设置另外的第三、第四或第五p-i-n结，其中根据典型的修改，在另外的p-i-n结的一个或多个边界之间可以设置对应夹层，即具有为两个相邻的p-i-n结之间的期望的性质而设计的性质的夹层。 
根据本文所述的实施例，用于太阳能电池的前体以工业相关尺度沉积。例如，本文所述的某些实施例的层可以在大于等于1m2、大于等于4m2或大于等于5m2的面积上沉积。因此，在其上沉积层的表面以及层本身需要具有在较大尺度上的预定均匀性。根据能够与本文所述的其他实施例组合的某些实施例，太阳能电池前体、用于太阳能电池的层堆叠以及用于制造层的方法和设备能够用于大面积的薄膜。例如，能够实现诸如大于 等于5.7m2(Gen 8.5)等的大于等于1.43m2(Gen 5)的衬底尺寸。 
根据能够与本文所述的其他实施例组合的另外的实施例，设置在第一和第二p-i-n结之间的上述中间层或夹层可以结合氢稀释分级来设置。在图6A和图6B中图示了对应的实施例。如关于图4A至图4C所描述的，可以在衬底102上设置多个层。因此，可以在衬底102上设置缓冲层402、TCO层410、顶部电池426、以及中间层412、底部电池428和背电极424。如图6A所示，中间层412沉积在层401内。这些层可以如本文其他地方所述的那样来设置。在图6A中，底部电池428可以包括如点线610所指出的氢稀释分级。因此，在本征层418的沉积期间，工艺气体稀释了氢气。通常，通过使硅烷氢气比在15∶1与2∶1之间来设置分级。该分级通过在本征层(通常可以是本征型非晶硅层418)的沉积期间中断CVD(例如PECVD)工艺、改变硅烷氢气比并且以改变了的硅烷氢气比继续沉积工艺来进行设置。因此，根据典型的实施例，在沉积室中的压力可能低于在设置后续的分级子层所需的硅烷氢气比之前的沉积压力。 
如图6A所示，可以设置418a、418b和418c三个等级。根据能够与本文所述的其他实施例组合的又一实施例，也可以设置两个等级或四个、五个或更多个等级。根据又一实施例，还可以将分级设置为在本征层418内连续的氢稀释度梯度。 
在图6B中示出了又一实施例，其中对顶部电池426和底部电池428的本征层设置了氢稀释度分级。如图6B所示，中间层412沉积在另一个导电类型层401和底部电池的第一层之间。根据另一选择，也可以仅在顶部电池中设置氢稀释度分级，或者如果存在另外的p-i-n结，设置在一个或多个另外的p-i-n结中。 
图7图示了多个示例，其中已比较了不同的中间层厚度。该图示出了作为层厚度的函数的任意单位的电池效率。因此，示出了五个值710至735。这些示例已在GEN5衬底上以270nm厚度的透明Al掺杂ZnO TCO层以及1650nm的Al背电极制造。本征层已设置有氢稀释度分级并且顶部电池和底部电池已通过如下方式沉积。 
已通过PECVD和使具有硅烷、氢气、磷和CO2的气体混合物在沉积 区中流动，设置了中间SiOx层，该中间SiOx层作为波长选择性反射器并且作为顶部电池和底部电池之间的导电层。SiOx层已被调节为具有2.3的折射率。不同的中间层厚度的比较示出，由各个用于太阳能电池的前体并且根据制造层堆叠的方法所制造的太阳能电池的效率示出了约小于等于17nm厚度的中间层可以实现电池效率的提高。由此，应该注意，10nm的减小值被认为是基于层堆叠内的非操作性单电池。 
图8和图9图示了可用于形成太阳能电池的上面所讨论的部分的处理系统800和处理室901。图8是处理系统800的一个实施例的示意性俯视图，其可以是一个或多个群集工具中的一个。处理系统800因此可以用于进行用来形成太阳能电池器件的多个层或区域的一个或多个处理步骤。处理系统800一般地将包括诸如等离子增强化学气相沉积(PECVD)室901(图9)等、能够在衬底表面上沉积一个或多个期望的层的多个处理室881-887。处理系统800包括连接到加载锁定室860和处理室881-887的传送室870。加载锁定室860允许衬底在系统外的周围环境与传送室870和处理室881-887内的真空环境之间传送。加载锁定室860包括保持一个或多个衬底的一个或多个真空过渡区(evacuatable regions)。该真空过渡区在衬底输入到处理系统800期间被抽空并且在衬底从处理系统800输出期间通气。传送室870具有布置在其中的至少一个真空机械手臂872，该真空机械手臂872适用于在加载锁定室860与处理室881-887之间传送衬底。虽然在图8中示出了7个处理室，但是处理系统800可以具有任意适合数目的处理室。 
图9是在其中可以沉积太阳能电池的一个或多个膜的诸如PECVD室901等的处理室的一个实施例的示意性截面视图。来自位于加利福尼亚州圣克拉拉的应用材料公司的一个适合的等离子增强化学气相沉积室是可用的。可以设想，包括来自其他生产商的、诸如热丝化学气相沉积(HWCVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、物理气相沉积(PVD)、蒸镀或其他相似的设备等的其他沉积室，可用来实施本发明。在一个实施例中，室901通常包括限制工艺空间(process volume)906的壁902、底904、淋喷头910以及衬底支撑部件930。通过阀门908进入工艺空间，使 得诸如衬底102等的衬底传送到PECVD室901中以及传送到PECVD室901外。衬底支撑部件930包括用于支撑衬底的衬底接收表面以及连接到升降系统936以使衬底支撑部件930上升和下降的杆934。遮蔽框架(shadow frame)933可以可选地放置在器件衬底的外周上，其中在器件的衬底上可能已经形成了例如TCO层等的一个或多个层。提升销(lift pin)能够可移动地布置成通过衬底支撑部件930以向衬底接收表面和从衬底接收表面移动衬底。衬底支撑部件930还可以包括加热和/或冷却元件以将衬底支撑部件930保持在期望的温度。衬底支撑部件930还可以包括接地带以在衬底支撑部件930的外周处提供射频接地。在于2000年2月15日向Law等人授权的美国专利申请6,024,044以及Park等人在2006年12月20日提交的美国专利申请11/613,934中公开了接地带的示例，这两件专利申请以与本发明不抵触的程度通过引用全部结合于此。 
淋喷头910通过悬臂914在其外周连接到垫板912。淋喷头910还可以通过一个或多个中央支撑部件916连接到垫板，以帮助防止淋喷头910的下弯和/或控制其直线度/曲率。气源920连接到垫板912，以通过垫板912并且通过在淋喷头910中的多个孔911将气体提供到衬底接收表面。真空泵909连接到PECVD室901以将工艺空间906控制在期望的压力处。射频电源922连接到垫板912和/或淋喷头910以向淋喷头910提供射频功率，使得在淋喷头910和衬底支撑部件930之间产生电场，从而可以从在淋喷头910和衬底支撑部件930之间的气体产生等离子体。可以使用诸如在约0.3MHz和约200MHz之间的频率等的各种射频频率。在一个实施例中，射频电源以13.56MHz的频率提供。在于2002年11月12日向White等人授权的美国专利申请6,477,980，于2006年11月17日公开的Choi等人的美国公开20050251990以及于2006年3月23日公开的Keller等人的美国公开2006/0060138中公开了淋喷头的示例，这些专利申请均以与本公开不抵触的程度通过引用全部结合于此。 
诸如电感耦合等离子体源等的远程等离子体源924，还可以连接在气源和垫板之间。在处理衬底之前，还可以向远程等离子体源924提供清洗气体，使得远程等离子体产生并提供来清洁室部件。清洗气体还可以通过 设置到淋喷头的射频电源922另外激发。适合的清洗气体包括但不限于NF3、F2和SF6。在于1998年8月4日向Shang等人授权的美国专利5,788,778中公开了远程等离子体源的示例，该专利以与本公开不抵触的程度通过引用结合于此。 
回到图8，在系统800的一个实施例中，处理室881-887中的一个配置为沉积太阳能电池器件的第一p-i-n结126或第二p-i-n结128中的(一个或多个)p型硅层，处理室881-887中的又一个室配置为沉积第一或第二p-i-n结的本征硅层，并且处理室881-887中的又一个室配置为沉积第一或第二p-i-n结的(一个或多个)n型硅层。虽然三室处理配置可以具有一定的污染控制优势，但与两室处理系统相比，通常具有较低的衬底生产率，并且当处理室中的一个或多个正在进行维修时通常不能维持期望的生产率。 
在能够与本文所述的其他实施例组合的一个实施例中，处理室881-887中的一个室配置为沉积第一p-i-n结的(一个或多个)p型硅层，同时剩余的处理室881-887每个均配置为沉积第一p-i-n结的(一个或多个)本征型非晶硅层和(一个或多个)n型硅层。在一个实施例中，第一p-i-n结126的(一个或多个)本征型非晶硅层和(一个或多个)n型硅层可以在不进行钝化处理的情况下在相同的室中沉积，其中钝化处理用来在沉积步骤之间最大限度地减小沉积的层之间的交叉污染。虽然处理系统800及其部件的讨论提及了其在形成第一p-i-n结的各种元素中的使用，但该配置不意图对本文所述的本发明的范围进行限制，这是因为在不偏离本文所述的发明的基本范围的情况下，处理系统800可以适用于形成第一p-i-n结、第二p-i-n结、第一和第二p-i-n结两者、中间层或它们的其他组合。 
在一个示例中，衬底通过加载锁定室860进入处理系统800，在该示例中，在与处理系统800相似配置的系统中进行衬底处理序列。衬底然后由真空机械手臂872传送到处理室881中，处理室881配置为在衬底上沉积(一个或多个)p型硅层。在处理室881中沉积了p型层之后，衬底然后由真空机械手臂872传送到处理室884中，处理室884配置为沉积(一个或多个)本征型硅层和(一个或多个)n型硅层两者。在处理室884中 沉积了(一个或多个)本征型层和(一个或多个)n型层之后，衬底被传送到处理室885沉积中间层，之后沉积第二p-i-n结并且衬底被传送到加载锁定室860，这之后衬底可以从系统中移出。假设p型层的厚度是 
Figure BSA00000588856300161
并且沉积率是 
Figure BSA00000588856300162
每分钟，沉积p型层的时间周期约为0.3分钟。对于沉积率是 
Figure BSA00000588856300163
的 
Figure BSA00000588856300164
的本征层而言，沉积本征层的时间周期约为12.3分钟。假设 
Figure BSA00000588856300165
的n型层、 
Figure BSA00000588856300166
每分钟的沉积率，将需要约0.5分钟来沉积n型层。因此可以看出，如果一个室专用于p型层的沉积并且多个室专用于本征型和n型层的沉积，可以通过增加能够并行生产i-n层的处理室的数目来实现衬底的生产率的增加。即，一连串的衬底可以由传送室870从诸如处理室881等适用于沉积p型层的处理室加载并调运，并且然后各个衬底可以被传送到至少一个随后的处理室(诸如处理室882到884以及886到887)以形成i-n层。 
根据如上所述，已经描述了多个实施例。根据一个实施例，提供了一种制造适用于薄膜太阳能电池的层堆叠的方法。该方法包括以下步骤：在透明衬底上沉积TCO层，沉积配置来用于太阳能电池的第一p-i-n结的第一导电类型层，沉积配置来用于太阳能电池的第一p-i-n结的第一本征型层，以及沉积配置来用于太阳能电池的第一p-i-n结的与第一导电类型层的导电性相反的另一导电类型层。该方法还包括以下步骤：通过化学气相沉积来设置含SiOx的中间层，以及沉积配置来用于太阳能电池的第二p-i-n结，其中含SiOx的中间层设置为另一导电类型层的一部分，并且其中含SiOx层具有小于等于17nm的厚度。通常，中间层可以与另一导电类型层一起设置，或设置在另一导电类型的层之间，以形成另一导电类型层的一部分。根据能够与本文所述的其他实施例组合的又一实施例，该方法还可以在第一p-i-n结和/或第二p-i-n结的本征层中设置氢稀释度分级；此外含SiOx的中间层可以是具有小于等于30％、通常约为2％的微晶含量的微晶SiOx层；沉积含SiOx的中间层的步骤可以包括使包括至少硅烷、氢气和CO2的气体混合物在化学气相沉积的沉积区中流动；和/或含SiOx的中间层可以沉积为具有小于等于2.5的折射率。 
根据另一个实施例，提供了用于太阳能电池的前体。该前体包括透明 衬底、配置来用于太阳能电池的第一p-i-n结的第一导电类型层，配置来用于太阳能电池的第一p-i-n结的第一本征型层，以及配置来用于太阳能电池的第一p-i-n结的与第一导电类型层的导电性相反的另一导电类型层。该前体还包括通过化学气相沉积而沉积的含SiOx的中间层，以及配置来用于太阳能电池的第二p-i-n结，其中含SiOx的中间层设置为另一导电类型层的一部分，并且其中含SiOx层具有小于等于17nm的厚度。根据其修改，该前体还包括在第一和第二p-i-n结的至少一个本征层中的氢稀释度分级。根据能够与本文所述的实施例组合的又一实施例，含SiOx的中间层可以是具有小于等于为2％的微晶含量的微晶SiOx层；含SiOx的中间层可以包括碳；含SiOx的中间层可以具有小于等于2.5的折射率；含SiOx的中间层可以具有依赖于波长的反射层；含SiOx的中间层可以是掺杂层，尤其是另一导电类型层的掺杂层；和/或含SiOx的中间层可以具有5nm至15nm的厚度。 
虽然以上内容针对本发明的实施例，但可以在不脱离本发明的基本范围的情况下作出本发明的其他的和另外的实施例，并且本发明的范围由后面的权利要求限定。 

Claims (19)

1.一种制造适用于薄膜太阳能电池的层堆叠的方法，该方法包括以下步骤：
在透明衬底上沉积TCO层；
沉积配置来用于太阳能电池的第一p-i-n结的第一导电类型层；
沉积配置来用于太阳能电池的第一p-i-n结的第一本征型层；
沉积配置来用于太阳能电池的第一p-i-n结的另一导电类型层，所述另一导电类型层与所述第一导电类型层的导电性相反；
通过化学气相沉积来设置含SiOx的中间层；以及
沉积配置来用于太阳能电池的第二p-i-n结；
其中所述含SiOx的中间层设置为所述另一导电类型层的一部分，并且其中所述含SiOx的中间层具有小于等于17nm的厚度。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
在所述第一p-i-n结或第二p-i-n结的本征层中设置氢稀释度分级。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
在所述第一p-i-n结和第二p-i-n结的本征层中设置氢稀释度分级。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中所述含SiOx的中间层是具有小于等于30％的微晶含量的微晶SiOx层。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中所述含SiOx的中间层是具有约5％至10％的微晶含量的微晶SiOx层。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中所述沉积所述含SiOx的中间层的步骤包括：
使包括至少硅烷、氢气和CO2的气体混合物在化学气相沉积处理的沉积区中流动。
7.根据权利要求4所述的方法，其中所述沉积所述含SiOx的中间层的步骤包括：
使包括至少硅烷、氢气和CO2的气体混合物在化学气相沉积处理的沉积区中流动。
8.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中所述含SiOx的中间层沉积为具有小于等于2.5的折射率。
9.一种用于太阳能电池的前体，该前体包括：
透明衬底；
配置来用于太阳能电池的第一p-i-n结的第一导电类型层；
配置来用于太阳能电池的第一p-i-n结的第一本征型层；
配置来用于太阳能电池的第一p-i-n结的另一导电类型层，所述另一导电类型层与所述第一导电类型层的导电性相反；
通过化学气相沉积而沉积的含SiOx的中间层；以及
配置来用于太阳能电池的第二p-i-n结；
其中所述含SiOx的中间层设置为所述另一导电类型层的一部分，并且其中所述含SiOx的中间层具有小于等于17nm的厚度。
10.根据权利要求9所述的前体，还包括：
在第一和第二p-i-n结的本征层的至少一者中的氢稀释度分级。
11.根据权利要求9所述的前体，其中所述SiOx的中间层是具有小于等于30％的微晶含量的微晶SiOx层。
12.根据权利要求9所述的前体，其中所述含SiOx的中间层包括碳。
13.根据权利要求9所述的前体，其中所述含SiOx的中间层具有小于等于2.5的折射率。
14.根据权利要求10所述的前体，其中所述含SiOx的中间层具有小于等于2.5的折射率。
15.根据权利要求11所述的前体，其中所述含SiOx的中间层具有小于等于2.5的折射率。
16.根据权利要求9至15中的任一项所述的前体，其中所述含SiOx的中间层具有依赖于波长的反射层。
17.根据权利要求9至16中的任一项所述的前体，其中所述含SiOx的中间层是掺杂层。
18.根据权利要求16所述的前体，其中所述含SiOx的中间层是所述另一导电类型层的掺杂层。
19.根据权利要求9至15中的任一项所述的前体，其中所述含SiOx的中间层具有5nm至15nm的厚度。
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