CN102804390B - 具有改进的底涂层的硅薄膜太阳能电池 - Google Patents

具有改进的底涂层的硅薄膜太阳能电池 Download PDF

Info

Publication number
CN102804390B
CN102804390B CN201080055989.6A CN201080055989A CN102804390B CN 102804390 B CN102804390 B CN 102804390B CN 201080055989 A CN201080055989 A CN 201080055989A CN 102804390 B CN102804390 B CN 102804390B
Authority
CN
China
Prior art keywords
oxide
layer
titanium dioxide
thickness
base material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201080055989.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102804390A (zh
Inventor
陆松伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vetro Flat Glass Co., Ltd.
Original Assignee
PPG Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by PPG Industries Inc filed Critical PPG Industries Inc
Publication of CN102804390A publication Critical patent/CN102804390A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102804390B publication Critical patent/CN102804390B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0216Coatings
    • H01L31/02161Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02167Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H01L31/02168Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells the coatings being antireflective or having enhancing optical properties for the solar cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0224Electrodes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/34Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
    • C03C17/3411Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials
    • C03C17/3417Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials all coatings being oxide coatings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0224Electrodes
    • H01L31/022466Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0392Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
    • H01L31/03921Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate including only elements of Group IV of the Periodic System
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1884Manufacture of transparent electrodes, e.g. TCO, ITO
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2217/00Coatings on glass
    • C03C2217/90Other aspects of coatings
    • C03C2217/94Transparent conductive oxide layers [TCO] being part of a multilayer coating
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

一种硅薄膜太阳能电池,包括基材和形成在所述基材至少一部分上的底涂层。所述底涂层包括含氧化锡或二氧化钛的第一层,和含Sn、P、Si、Ti、Al和Zr中至少两种的氧化物的混合物的第二层。导电涂层形成在第一涂层的至少一部分上,其中所述导电涂层包括Zn、Fe、Mn、Al、Ce、Sn、Sb、Hf、Zr、Ni、Zn、Bi、Ti、Co、Cr、Si或In、或两种或更多种这些材料的合金中的一种或多种的氧化物。

Description

具有改进的底涂层的硅薄膜太阳能电池
技术领域
本发明总体涉及太阳能电池,并且在一个特定的实施方式中,涉及具有改进的底层结构的非晶硅薄膜太阳能电池。
背景技术
常规的非晶硅薄膜太阳能电池典型地包括玻璃基材,其上有透明的导电氧化物(TCO)接触层和具有p-n结的非晶硅薄膜活性层。背面的金属层起反射体和背接触的作用。TCO具有不规则的表面以增加光散射。在太阳能电池中,光散射或“雾度”用于捕获电池活性区域中的光。电池中捕获的光越多,能够获得的效率越高。但是,雾度不能大到不利地影响光通过TCO的透明度。因此,光的捕获是试图改进太阳能电池的效率时的重要课题,并且在薄膜电池设计中尤其重要。但是,在薄膜器件中,光捕获更加困难,因为层厚度比先前已知的单晶器件中的层厚度要薄得多。随着膜厚度减小,它们趋向于成为具有大体上平行的表面。这样的平行表面典型地不能提供显著的光散射。
薄膜太阳能电池的另一个重要特征是TCO的表面电阻率。当电池受到辐射时,通过辐射产生的电子移动通过硅并进入透明的导电膜。对于光电转化效率来说,重要的是电子尽可能快速地移动通过导电膜。即,希望透明导电膜的表面电阻率是低的。还希望导电膜是高度透明的,以允许最大量的太阳能辐射传到硅层。
因此,希望提供一种太阳能电池的涂层构造,其改善通过透明导电氧化物的电子流动,同时还改善太阳能电池的光散射和透明性特性。
发明内容
硅薄膜太阳能电池包含基材和在所述基材的至少一部分上形成的底涂层。所述底涂层包含含氧化锡或二氧化钛的第一层;和含Sn、P、Si、Ti、Al和Zr中至少两种的氧化物的氧化物混合物的第二层。导电涂层形成在第一涂层的至少一部分上,其中所述导电涂层包含Zn、Fe、Mn、Al、Ce、Sn、Sb、Hf、Zr、Ni、Zn、Bi、Ti、Co、Cr、Si或In或、两种或更多种这些材料的合金中的一种或多种的氧化物。
在一种特定的太阳能电池中,所述基材是玻璃,第一层包含氧化锡且厚度为10nm至25nm,第二层包含二氧化硅、氧化锡和氧化磷的混合物且厚度为20nm至40nm并且具有1摩尔%至40摩尔%的氧化锡,如小于约20摩尔%,和所述导电涂层包含氟掺杂的氧化锡且厚度为大于470nm。
在另一种特定的太阳能电池中,其中所述基材是玻璃,第一层包含二氧化钛且厚度为10nm至15nm,第二层包含二氧化硅、二氧化钛和氧化磷的混合物且厚度为20nm至40nm并且具有低于25摩尔%的二氧化钛,和所述导电涂层包含氟掺杂的氧化锡且厚度为大于470nm。
本发明的涂布制品包括基材;包含Sn、P、Si和Ti中至少两种的氧化物的氧化物混合物的介电层,其中所述介电层是梯度层;和在所述介电涂层上并包含氟掺杂的氧化锡的导电层。在一个实例中,所述介电层包含二氧化硅、二氧化钛、和氧化磷。在另一个实例中,所述介电层包含二氧化硅、氧化锡、和氧化磷。
附图说明
通过下列说明并结合附图将得到本发明的完整理解。
图1是包括本发明的底涂层的太阳能电池的侧视截面图(未按比例);和
图2是具有本发明的底涂层的另一个涂布制品的侧视截面图(未按比例)。
优选实施方式的说明
如本文所用,空间或方向术语,例如“左”、“右”、“内”、“外”、“上”、“下”等涉及本发明时如其在附图中所示。但是,应理解本发明可以具有各种另外的方位,因此,该术语不应理解为限制。此外,如本文所用,说明书和权利要求书中所用的所有表示尺寸、物理特性、加工参数、组分数量、反应条件等的数字应理解为在所有情形下都由术语“约”修饰。因此,除非相反地指出,以下说明书和权利要求书中给出的数值可以根据本发明寻求获得的所需性能而改变。即便如此,并且不试图限制对权利要求的范围适用等同原则,各个数值应至少根据记录的有效数字并通过适用常用的舍入法来解释。此外,本文公开的所有范围应理解为涵盖范围起始和结束的值和所有包含在该范围中的任何和所有子范围。例如,所述的“1至10”的范围应视为包括在最小值1和最大值10之间(且包含该最小值和最大值)的任何和所有子范围;即,以最小值1或更大起始并以最大值10或更小结束的所有子范围,例如1至3.3、4.7至7.5、5.5至10等。此外,如本文所用,术语“在…上形成”、“在…上沉积”、或“在…上提供”表示在表面上形成、沉积或提供,但不必直接接触该表面。例如,“在基材上形成”的涂料层不排除在所形成的涂层和所述基材之间存在一层或多层具有相同或不同组成的其它涂料层或膜。如本文所用,术语“聚合物”或“聚合物的”包括低聚物、均聚物、共聚物、和三元共聚物,例如两种或更多种类型的单体或聚合物形成的聚合物。术语“可见区”或“可见光”指波长范围为380nm至760nm的电磁辐射。术语“红外区”或“红外辐射”指波长范围大于760nm至100000nm的电磁辐射。术语“紫外区”或“紫外辐射”是指波长范围为200nm至低于380nm的电磁能量。术语“微波区”或“微波辐射”指频率范围为300兆赫至300千兆赫的电磁辐射。此外,本文提及的所有文献,例如,但不限于,颁布的专利和专利申请,应视为其全部内容“通过引用并入”。在以下讨论中,折射率值是对于参比波长为550纳米(nm)而言的那些。术语“膜”指具有希望的或选择的组成的涂层区域。“层”包含一层或多层“膜”。“涂层”或“涂层堆叠体”由一个或多个“层”组成。
包括本发明特征的示例性的太阳能电池10示于图1。太阳能电池10包括具有至少一个主表面14的基材12。本发明的底涂层16形成在主表面14的至少一部分上。在所示的实施方式中,底涂层16显示为多层涂层,例如双层涂层,具有第一层18和第二层20。透明的导电氧化物(TCO)涂层22形成在底涂层16的至少一部分上。非晶硅的层24形成在TCO涂层22的至少一部分上。金属或含金属层26形成在非晶硅层24的至少一部分上。
在本发明的广泛实践中,基材12可包括具有任意所需特性的任意所需材料。例如,基材可以是对可见光透明的或半透明的。“透明”是指可见光透射率大于0%至高达100%。或者,基材12可以是半透明的。“半透明”是指允许电磁能量(例如可见光)通过但是使该能量扩散,使得观察者相对侧的物体不能清晰可见。适合的材料的例子包括,但不限于,塑料基材(例如丙烯酸类聚合物,例如聚丙烯酸酯;聚甲基丙烯酸烷基酯,例如聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丙酯等;聚氨酯;聚碳酸酯;聚对苯二甲酸烷基酯,例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等;含聚硅氧烷的聚合物;或用于制备这些的任意单体的共聚物;或它们的任意混合物);玻璃基材;或上述任意的混合物或组合。例如,基材12可以包括常规的碳酸钠-石灰-硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、或铅玻璃。玻璃可以是纯净的玻璃。“纯净的玻璃”表示没有染色或没有着色的玻璃。或者,玻璃可以是染色的或以其它方式着色玻璃。玻璃可以是退火的或热处理的玻璃。如本文所用,术语“热处理的”表示回火的或至少部分回火的。玻璃可以是任意类型,例如常规浮法玻璃,并且可以包含具有任意光学性能的任意组成,所述任意光学性能例如可见光透射率、紫外光透射率、红外光透射率、和/或总的太阳能透射率的任意值。“浮法玻璃”是指通过常规浮法工艺形成的玻璃,其中将熔融的玻璃沉积到熔融的金属浴上并可控地冷却以形成浮法玻璃带。不限制本发明,适合于基材的玻璃的例子在美国专利4746347、4792536、5030593、5030594、5240886、5385872和5393593中描述。可用于本发明实践的玻璃的非限制性例子包括GL-35TM玻璃,所有的都可购自宾夕法尼亚州匹茨堡的PPG Industries Inc.。
基材12可以具有任意所需的尺寸,例如长度、宽度、形状、或厚度。例如,基材12可以是平面的,曲面的,或同时具有平面和曲面部分。在一个非限制性实施方式中,基材12的厚度可以是0.5mm至10mm,例如1mm至5mm,例如2mm至4mm,例如3mm至4mm。
基材12可以具有在参比波长550纳米(nm)处的高可见光透射率。“高可见光透射率”是指在550nm处的可见光透射率大于或等于85%,例如大于或等于87%,例如大于或等于90%,例如大于或等于91%,例如大于或等于92%。
在本发明的实践中,底涂层16是具有两层或更多层涂层的多层涂层。第一层18可以在基材12和上覆涂层之间提供阻隔。已知二氧化硅提供良好的阻隔性能,尤其是作为对从玻璃基材扩散出的钠离子的阻隔。但是,二氧化硅存在沉积的困难。在本发明的实践中,第一层16是选自锡或钛的至少一种材料的氧化物。例如,第一层16可以是氧化锡层,且厚度为低于50nm,例如低于40nm,例如低于30nm,例如低于25nm,例如低于20nm,例如低于15nm,例如5nm至25nm,例如5nm至15nm。在另一个实施方式中,第一层16是二氧化钛且厚度为低于30nm,例如低于25nm,例如低于20nm,例如低于15nm,例如5nm至25nm,例如5nm至15nm,例如10nm至15nm。
第二层20包含选自硅、钛、铝、锡、锆和/或磷的氧化物的两种或更多种氧化物的混合物。所述氧化物可以以任意所需的比例存在。第二层20可以是均质涂层。或者,第二层20可以是具有相对比例沿涂层变化的至少两种组分的梯度涂层。或者,第二层20可以通过两个或更多个单独的涂层形成,例如,每层由一种或多种氧化物组分形成。例如,对于包含硅、锡和磷的氧化物的第二层20,每个该氧化物层可以作为单独的层沉积,或者可以在一层中沉积两种氧化物并在另一层相邻层中沉积其它氧化物。
如上所述,第二层20可以包括具有选自硅、钛、铝、锡、锆和/或磷的元素的至少两种氧化物的混合物。这样的混合物包括,但不限于,二氧化钛和氧化磷;二氧化硅和氧化铝;二氧化钛和氧化铝;二氧化硅和氧化磷;二氧化钛和氧化磷;二氧化硅和氧化锡,氧化锡和氧化磷,二氧化钛和氧化锡,氧化铝和氧化锡,二氧化硅和氧化锆;二氧化钛和氧化锆;氧化铝和氧化锆;氧化铝和氧化磷;氧化锆和氧化磷;或上述材料的任意组合。氧化物的相对比例可以是任意所需量,例如0.1wt.%至99.9wt.%的一种材料和99.9wt%至0.1wt.%的另一材料。
此外,第二层20可以包括至少三种氧化物的混合物,例如但不限于,三种或更多种具有选自硅、钛、铝、锡、锆和/或磷的元素的氧化物。例子包括,但不限于,包含以下的混合物:二氧化硅、二氧化钛和氧化磷;二氧化硅、氧化锡和氧化磷;二氧化硅、二氧化钛和氧化铝;和二氧化硅、二氧化钛和氧化锆。例如,第二层20可以包含二氧化硅和二氧化钛与至少一种选自氧化铝、氧化锆和氧化磷的其它氧化物的混合物。再例如,第二层20可以包括二氧化硅和氧化锡与至少一种选自氧化铝、氧化锆和氧化磷的其它氧化物的混合物。在进一步的实例中,第二层20可以包括二氧化硅和氧化磷与至少一种选在氧化锡和二氧化钛的其它氧化物的混合物。氧化物的相对比例可以是任意所需量,例如0.1wt.%至99.9wt.%的一种材料,99.9wt.%至0.1wt.%的第二种材料,和0.1wt.%至99.9wt.%的第三种材料。
一个示例性的第二层20包含二氧化硅、二氧化钛和氧化磷的混合物。二氧化硅可以占30体积百分比(vol.%)至80vol.%。二氧化钛可以占5vol.%至69vol.%。氧化磷可以占1vol.%至15vol.%。第二层20可以包含二氧化硅、二氧化钛和氧化磷的混合物,具有低于40摩尔百分比的二氧化钛,例如低于30摩尔百分比的二氧化钛,例如低于25摩尔百分比的二氧化钛,例如低于20摩尔百分比的二氧化钛。
另一个示例性的第二层20包含二氧化硅、氧化锡和氧化磷的混合物。二氧化硅可以占30体积百分比(vol.%)至80vol.%。氧化锡可以占5vol.%至69vol.%。氧化磷可以占1vol.%至15vol.%。第二层20可以包含二氧化硅、氧化锡和氧化磷的混合物,具有低于50摩尔百分比的氧化锡,例如低于40摩尔百分比的氧化锡,例如低于30摩尔百分比的氧化锡,例如低于20摩尔百分比的氧化锡,例如低于15摩尔百分比的氧化锡,例如15摩尔百分比至40摩尔百分比的氧化锡,例如15摩尔百分比至20摩尔百分比的氧化锡。
第二层20可以具有任意所需的厚度,例如但不限于,10nm至100nm,例如10nm至80nm,例如10nm至60nm,例如10nm至40nm,例如20nm至40nm,例如20nm至35nm,例如20nm至30nm,例如25nm。
TCO层22包含至少一个导电氧化物层,例如掺杂质的氧化物层。例如,TCO层22可以包括一种或多种氧化物材料,例如但不限于,Zn、Fe、Mn、Al、Ce、Sn、Sb、Hf、Zr、Ni、Zn、Bi、Ti、Co、Cr、Si或In或这些材料中两种或更多种合金中的一种或多种的一种或多种氧化物,例如锡酸锌。TCO层22还可以包括一种或多种掺杂剂材料,例如但不限于,F、In、Al、P和/或Sb。在一个非限制性实施方式中,TCO层22是氟掺杂的氧化锡涂层,其中氟的量低于20wt.%,基于涂层的总重量,例如低于15wt.%,例如低于13wt.%,例如低于10wt.%,例如低于5wt.%,例如低于4wt.%,例如低于2wt.%,例如低于1wt.%。TCO层22可以是非晶的、结晶的或至少部分结晶的。
TCO层22的厚度可以大于200nm,例如大于250nm,例如大于350nm,例如大于380nm,例如大于400nm,例如大于420nm,例如大于470nm,例如大于500nm,例如大于600nm。在一个非限制性实施方式中,TCO层22包含氟掺杂的氧化锡并且厚度如上所述,例如350nm至1000nm,例如400nm至800nm,例如500nm至700nm,例如600nm至700nm,例如650nm。
TCO层22(例如,氟掺杂的氧化锡)的表面电阻率可以为低于15欧姆/每平方(Ω/□),例如低于14Ω/□,例如低于13.5Ω/□,例如低于13Ω/□,例如低于12Ω/□,例如低于11Ω/□,例如低于10Ω/□。
TCO层22的表面粗糙度(RMS)可以为5nm至60nm,例如5nm至40nm,例如5nm至30nm,例如10nm至30nm,例如10nm至20nm,例如10nm至15nm,例如11nm至15nm。第一涂层16的表面粗糙度将低于TCO层22的表面粗糙度。
非晶硅层24的厚度可以为200nm至1000nm,例如200nm至800nm,例如300nm至500nm,例如300nm至400nm,例如350nm。
金属涂层26可以是金属的或可以包括一种或多种金属氧化物材料。适合的金属氧化物材料的例子包括,但不限于,Zn、Fe、Mn、Al、Ce、Sn、Sb、Hf、Zr、Ni、Zn、Bi、Ti、Co、Cr、Si或In或这些材料的两种或更多种合金中一种或多种的氧化物,例如锡酸锌。含金属层26的厚度可以为50nm至500nm,例如50nm至300nm,例如50nm至200nm,例如100nm至200nm,例如150nm。
涂层,例如底涂层16、TCO层22、非晶硅层24和金属层26,可以通过任意常规方法在基材12的至少一部分上形成,所述常规方法例如但不限于,喷雾热解、化学气相沉积(CVD)、或磁控管溅射真空沉积(MSVD)。各层可以都通过相同方法形成,或不同层可以通过不同方法形成。在喷射热解法中,将具有一种或多种氧化物前体材料(例如二氧化钛和/或二氧化硅和/或氧化铝和/或氧化磷和/或氧化锆的前体材料)的有机或含金属前体组合物承载在悬浮液例如水性或非水性溶液中,并且在基材处于高到足以引起前体组合物分解和在基材上形成涂层的温度时引导到基材的表面。组合物可以包括一种或多种掺杂剂材料。在CVD法中,将前体组合物承载在载气例如氮气中,并引导到加热的基材上。在MSVD法中,将一个或多个含金属的阴极靶在减压下在惰性或含氧气氛中溅射以在基材上沉积溅射涂层。在涂布过程中或之后可以加热基材以使溅射的涂层结晶而形成涂层。
在本发明的一种非限制性实践中,在常规浮法玻璃带制造工艺中可以在一个或多个位置使用一个或多个CVD涂布设备。例如,可以在浮法玻璃带穿过锡浴时、它从锡浴出来之后、它进入退火炉之前、在它穿过退火炉时、或它从退火炉出来之后使用CVD涂布设备。因为CVD法可以涂布移动的浮法玻璃带,并承受与制造浮法玻璃带相关恶劣的环境,所以CVD法特别良好地适合在熔融的锡浴中的浮法玻璃带上沉积涂层。美国专利4853257、4971843、5536718、5464657、5714199和5599387描述了可以用于本发明实践中的CVD涂布设备和方法以在熔融的锡浴中涂布浮法玻璃带。
在一个非限制性的实施方式中,一个或多个CVD涂布机可位于熔融的锡池上的锡浴中。当浮法玻璃带移动穿过锡浴时,可以将气化的前体组合物加入到载气中并引导到带的上表面上。前体组合物分解以在带上形成涂层。涂布组合物可以在带温度低于1300°F(704℃)、例如低于1250°F(677℃)、例如低于1200°F(649℃)、例如低于1190°F(643℃)、例如低于1150°F(621℃)、例如低于1130°F(610℃)、例如1190°F至1200°F(643℃至649℃)的区域沉积到带上。这在沉积具有降低的表面电阻率的TCO层22(例如氟掺杂的氧化锡)时特别有用,因为沉积温度越低,所得表面电阻率越低。
例如,为了形成包含二氧化硅和二氧化钛的第二层20,该组合物同时包含二氧化硅前体和二氧化钛前体。二氧化硅前体的一个非限制性例子是四乙基原硅酸酯(TEOS)。
二氧化钛前体的例子包括,但不限于,钛的氧化物、低价氧化物或过氧化物。在一个实施方式中,二氧化钛前体材料可以包括一种或多种钛醇盐,例如但不限于,甲醇钛、乙醇钛、丙醇钛、丁醇钛等;或它们的异构体,例如异丙醇钛、四乙醇钛等。适合于实施本发明实践的示例性的前体材料包括,但不限于,钛酸四异丙酯(TPT)。或者,二氧化钛前体材料可以是四氯化钛。氧化铝前体的例子包括,但不限于,二甲基异丙醇铝(DMAP)和三仲丁醇铝(ATSB)。二甲基异丙醇铝可以通过在惰性气氛中在室温下将三甲基铝和异丙醇铝以摩尔比2:1混合而制备。氧化磷前体的例子包括,但不限于,亚磷酸三乙酯和磷酸三乙酯。氧化锆前体的例子包括,但不限于,锆醇盐。
具有二氧化硅和二氧化钛的组合的第二层20与以前的氧化物组合相比有优势。例如,低折射率材料例如二氧化硅(550nm处折射率为1.5)与高折射率材料例如二氧化钛(锐钛型二氧化钛在550nm处的折射率为2.48)的组合使得第一层16的折射率可以通过改变二氧化硅和二氧化钛的量在两个极值之间变化。这对于为第一层16提供抑制颜色或虹彩性能特别有用。
但是,二氧化钛的沉积速率典型地比二氧化硅的沉积速率快得多。在典型的沉积条件下,这将二氧化硅的量限制到不超过约50wt.%,这既而又限制了所得二氧化硅/二氧化钛涂层的折射率的较低范围。因此,可以向二氧化硅和二氧化钛前体组合物中加入掺杂剂材料以加速二氧化硅的沉积速率。掺杂剂形成所得氧化物混合物的一部分,因而可以选择以为所得涂层提供改善的表现性能。可用于本发明实践的掺杂剂的例子包括,但不限于,含磷、铝和锆中一种或多种的材料以在所得涂层中形成这些材料的氧化物。氧化磷前体材料的例子包括亚磷酸三乙酯和磷酸三乙酯。氧化铝前体的例子包括三仲丁醇铝(ATSB)和二甲基异丙醇铝(DMAP)。氧化锆前体的例子包括锆醇盐。
包括本发明特征的另一涂布制品40示于图2。该制品40对于低辐射或太阳能控制应用是特别有用的。该制品40包括基材12,其可为如上所述。梯度介电层42形成在基材12的至少一部分上。TCO层22如上所述可以形成在介电层42的至少一部分上。介电层42可以包括两种或更多种、例如三种或更多种氧化物的混合物,第二层20可以包括至少三种氧化物、例如但不限于选自硅、钛、铝、锡、锆和/或磷的氧化物的三种或更多种氧化物的混合物。在一个实例中,介电层42包含二氧化硅、二氧化钛和氧化磷的混合物,其中二氧化硅的比例沿层42变化并且在靠近基材12表面处较高且在层42的外表面处较低。二氧化钛的比例可在靠近基材12表面处较低且在层42的外表面处较高。氧化磷的比例可沿层42基本相同或者也可如二氧化硅或二氧化钛那样变化。
提供下列实施例来说明本发明的各种非限制性方面。但是,应理解本发明不受限于这些具体实施例。
预知实施例1
涂布制品包含厚度为3.2mm的纯净玻璃基材。厚度为15nm的氧化锡层形成在该基材表面上。二氧化硅、氧化锡和氧化磷的介电层形成在该氧化锡层上,并且该介电层包含1摩尔%至40摩尔%的氧化锡。该介电层的厚度为20nm至40nm。氟掺杂的氧化锡层形成在该介电层上,且厚度至少470nm。各涂层通过CVD形成。
预知实施例2
涂布制品包含厚度为3.2mm的纯净玻璃基材。厚度10-15nm的二氧化钛层形成在该基材表面上。二氧化硅、二氧化钛和氧化磷的介电层形成在该二氧化钛层上,并且该介电层包含至少25摩尔%的二氧化钛。该介电层厚度为20nm至40nm。氟掺杂的氧化锡层形成在该介电层上,且厚度为至少470nm。各涂层通过CVD形成。
预知实施例3
涂布制品包含厚度为3.2mm的纯净玻璃基材。厚度15nm的氧化锡层形成在该基材表面上。二氧化硅、氧化锡和氧化磷的介电层形成在该氧化锡层上,并且该介电层包含15摩尔%至20摩尔%的氧化锡。该介电层的厚度为25nm。氟杂掺的氧化锡层形成在该介电层上,且厚度为350nm。各涂层通过CVD形成。
本领域技术人员将容易地领会,在不出离上述说明中公开的原理的条件下可对本发明作出改变。因此,本文中详细描述的特定实施方式仅是示例性的,而不用于限制本发明的范围,本发明的范围由下述权利要求书以及其任意和所有等同物给出完整的范围。

Claims (8)

1.一种硅薄膜太阳能电池,包含:
基材;
形成在所述基材的至少一部分上的底涂层,该底涂层包含:
包含氧化锡或二氧化钛的任选第一层;和
包含组成不均匀的含(i)Si、Ti和P的氧化物混合物的第二层,以及所述第二层是梯度层,其中至少两种氧化物的相对比例在整个第二层中变化;和
形成在所述底涂层的至少一部分上的导电涂层,其中所述导电涂层包含Zn、Fe、Mn、Al、Ce、Sn、Sb、Hf、Zr、Ni、Zn、Bi、Ti、Co、Cr、Si或In、或两种或更多种这些材料的合金中的一种或多种的氧化物。
2.权利要求1的太阳能电池,其中所述基材是玻璃。
3.权利要求1的太阳能电池,其中第一层的厚度为10nm至25nm。
4.权利要求1的太阳能电池,其中第二层包含30-80体积%的二氧化硅、1-15体积%的氧化磷、和5-69体积%的二氧化钛,并具有10nm至120nm的厚度。
5.权利要求1的太阳能电池,其中第二层的厚度为20nm至40nm。
6.权利要求1的太阳能电池,其中所述导电涂层包含选自F、In、Al、P和Sb中的至少一种掺杂剂。
7.权利要求6的太阳能电池,其中所述导电涂层包含氟掺杂的氧化锡。
8.权利要求1的太阳能电池,其中所述基材是玻璃,第一层包含二氧化钛且厚度为10nm至15nm,第二层包含二氧化硅、二氧化钛和氧化磷的混合物且厚度为20nm至40nm并且具有低于25摩尔%的二氧化钛,和所述导电涂层包含氟掺杂的氧化锡且厚度为大于470nm。
CN201080055989.6A 2009-12-21 2010-12-06 具有改进的底涂层的硅薄膜太阳能电池 Active CN102804390B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/643,448 2009-12-21
US12/643,448 US20110146768A1 (en) 2009-12-21 2009-12-21 Silicon thin film solar cell having improved underlayer coating
PCT/US2010/059081 WO2011084297A2 (en) 2009-12-21 2010-12-06 Silicon thin film solar cell having improved underlayer coating

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102804390A CN102804390A (zh) 2012-11-28
CN102804390B true CN102804390B (zh) 2016-08-31

Family

ID=44149392

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201080055989.6A Active CN102804390B (zh) 2009-12-21 2010-12-06 具有改进的底涂层的硅薄膜太阳能电池

Country Status (11)

Country Link
US (2) US20110146768A1 (zh)
EP (1) EP2517261B1 (zh)
JP (1) JP5524354B2 (zh)
KR (1) KR101457283B1 (zh)
CN (1) CN102804390B (zh)
BR (1) BR112012014163A2 (zh)
IN (1) IN2012DN05185A (zh)
MX (1) MX2012006820A (zh)
RU (1) RU2531752C2 (zh)
TW (1) TWI493733B (zh)
WO (1) WO2011084297A2 (zh)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110146768A1 (en) * 2009-12-21 2011-06-23 Ppg Industries Ohio, Inc. Silicon thin film solar cell having improved underlayer coating
BE1019690A3 (fr) * 2010-06-24 2012-10-02 Agc Glass Europe Vitrage isolant.
US8829930B2 (en) * 2011-02-01 2014-09-09 Ut-Battelle, Llc Rapid screening buffer layers in photovoltaics
BE1019881A3 (fr) * 2011-03-16 2013-02-05 Agc Glass Europe Vitrage isolant.
JP2014095098A (ja) * 2012-11-07 2014-05-22 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 透明導電膜積層体及びその製造方法、並びに薄膜太陽電池及びその製造方法
KR101684446B1 (ko) * 2013-03-12 2016-12-08 비트로, 에스.에이.비. 데 씨.브이. 태양 전지용 고 헤이즈 하부층
JP6548896B2 (ja) * 2014-12-26 2019-07-24 株式会社マテリアル・コンセプト 太陽電池モジュールおよびその製造方法
US10672921B2 (en) * 2015-03-12 2020-06-02 Vitro Flat Glass Llc Article with transparent conductive layer and method of making the same
CN107531561A (zh) * 2015-05-11 2018-01-02 旭硝子株式会社 车辆用的隔热玻璃单元
JPWO2016181740A1 (ja) * 2015-05-11 2018-03-01 旭硝子株式会社 車両用の断熱ガラスユニットおよびその製造方法
CN106098816A (zh) * 2016-07-13 2016-11-09 盐城普兰特新能源有限公司 一种碲化镉薄膜太阳能电池及其制备方法
CN106158997B (zh) * 2016-10-09 2017-09-05 天津市职业大学 一种掺杂氧化锡透明导电薄膜的制备方法
CN106477914B (zh) * 2016-10-09 2018-10-30 天津市职业大学 一种复合透明导电薄膜玻璃的制备方法
CN106655995B (zh) * 2017-02-09 2019-03-12 河南弘大新材科技有限公司 自洁式光电转换太阳能瓦
WO2019043398A1 (en) * 2017-08-31 2019-03-07 Pilkington Group Limited COATED GLASS ARTICLE, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND PHOTOVOLTAIC CELL MADE THEREWITH
CN111051567A (zh) 2017-08-31 2020-04-21 皮尔金顿集团有限公司 形成氧化硅涂层的化学气相沉积方法
TWM587826U (zh) 2019-08-15 2019-12-11 凌巨科技股份有限公司 薄膜太陽能電池
CN110774792B (zh) * 2019-09-29 2021-10-01 浙江天浩数码科技有限公司 一种热转印智能打码混合基碳带及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1074889A (zh) * 1991-12-26 1993-08-04 北美埃尔夫爱托化学股份有限公司 涂层制品

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3378396A (en) * 1967-03-27 1968-04-16 Zaromb Solomon Conductive oxide-coated articles
US4440822A (en) * 1977-04-04 1984-04-03 Gordon Roy G Non-iridescent glass structures
US4206252A (en) * 1977-04-04 1980-06-03 Gordon Roy G Deposition method for coating glass and the like
US4471155A (en) * 1983-04-15 1984-09-11 Energy Conversion Devices, Inc. Narrow band gap photovoltaic devices with enhanced open circuit voltage
US4971843A (en) * 1983-07-29 1990-11-20 Ppg Industries, Inc. Non-iridescent infrared-reflecting coated glass
US4746347A (en) * 1987-01-02 1988-05-24 Ppg Industries, Inc. Patterned float glass method
US4792536A (en) * 1987-06-29 1988-12-20 Ppg Industries, Inc. Transparent infrared absorbing glass and method of making
US4853257A (en) * 1987-09-30 1989-08-01 Ppg Industries, Inc. Chemical vapor deposition of tin oxide on float glass in the tin bath
CA2015905A1 (en) * 1989-05-16 1990-11-16 Louis Christopher Graziano Acrylic adhesive compositions containing crosslinking agents and impact modifiers
US5030594A (en) * 1990-06-29 1991-07-09 Ppg Industries, Inc. Highly transparent, edge colored glass
US5030593A (en) * 1990-06-29 1991-07-09 Ppg Industries, Inc. Lightly tinted glass compatible with wood tones
US5240886A (en) * 1990-07-30 1993-08-31 Ppg Industries, Inc. Ultraviolet absorbing, green tinted glass
US5393593A (en) * 1990-10-25 1995-02-28 Ppg Industries, Inc. Dark gray, infrared absorbing glass composition and coated glass for privacy glazing
US5356718A (en) * 1993-02-16 1994-10-18 Ppg Industries, Inc. Coating apparatus, method of coating glass, compounds and compositions for coating glasss and coated glass substrates
US5599387A (en) * 1993-02-16 1997-02-04 Ppg Industries, Inc. Compounds and compositions for coating glass with silicon oxide
JPH07235684A (ja) * 1994-02-23 1995-09-05 Hitachi Cable Ltd 太陽電池
US5536718A (en) 1995-01-17 1996-07-16 American Cyanamid Company Tricyclic benzazepine vasopressin antagonists
US5714199A (en) * 1995-06-07 1998-02-03 Libbey-Owens-Ford Co. Method for applying a polymer powder onto a pre-heated glass substrate and the resulting article
FR2736632B1 (fr) * 1995-07-12 1997-10-24 Saint Gobain Vitrage Vitrage muni d'une couche conductrice et/ou bas-emissive
GB9710547D0 (en) * 1997-05-23 1997-07-16 Pilkington Plc Coating method
JP2001036107A (ja) * 1999-05-18 2001-02-09 Nippon Sheet Glass Co Ltd 光電変換装置用基板およびこれを用いた光電変換装置
JP2001320067A (ja) * 2000-03-02 2001-11-16 Nippon Sheet Glass Co Ltd 光電変換装置
JP4229606B2 (ja) * 2000-11-21 2009-02-25 日本板硝子株式会社 光電変換装置用基体およびそれを備えた光電変換装置
EP1624494A4 (en) * 2003-05-13 2007-10-10 Asahi Glass Co Ltd TRANSPARENT CONDUCTIVE SUBSTRATE FOR SOLAR BATTERY AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME
US7293430B2 (en) * 2003-09-30 2007-11-13 Hoya Corporation Press molding apparatus and press molding method of optical element
JPWO2007058118A1 (ja) * 2005-11-17 2009-04-30 旭硝子株式会社 太陽電池用透明導電性基板およびその製造方法
US20080047603A1 (en) * 2006-08-24 2008-02-28 Guardian Industries Corp. Front contact with intermediate layer(s) adjacent thereto for use in photovoltaic device and method of making same
US20080049431A1 (en) * 2006-08-24 2008-02-28 Heather Debra Boek Light emitting device including anti-reflection layer(s)
US7483212B2 (en) * 2006-10-11 2009-01-27 Rensselaer Polytechnic Institute Optical thin film, semiconductor light emitting device having the same and methods of fabricating the same
US8203073B2 (en) * 2006-11-02 2012-06-19 Guardian Industries Corp. Front electrode for use in photovoltaic device and method of making same
US8795773B2 (en) * 2008-03-13 2014-08-05 Guardian Industries Corp. Nano-particle loaded metal oxide matrix coatings deposited via combustion deposition
KR101213470B1 (ko) * 2008-09-08 2012-12-20 한국전자통신연구원 태양전지의 반사방지막, 태양전지, 태양전지의 제조방법
US20110146768A1 (en) * 2009-12-21 2011-06-23 Ppg Industries Ohio, Inc. Silicon thin film solar cell having improved underlayer coating

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1074889A (zh) * 1991-12-26 1993-08-04 北美埃尔夫爱托化学股份有限公司 涂层制品

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012131143A (ru) 2014-01-27
MX2012006820A (es) 2012-07-23
TWI493733B (zh) 2015-07-21
US20130333752A1 (en) 2013-12-19
EP2517261A2 (en) 2012-10-31
RU2531752C2 (ru) 2014-10-27
WO2011084297A3 (en) 2012-06-07
TW201143112A (en) 2011-12-01
IN2012DN05185A (zh) 2015-10-23
US20110146768A1 (en) 2011-06-23
JP2013515374A (ja) 2013-05-02
WO2011084297A2 (en) 2011-07-14
CN102804390A (zh) 2012-11-28
BR112012014163A2 (pt) 2016-05-17
EP2517261B1 (en) 2018-08-15
JP5524354B2 (ja) 2014-06-18
KR20120096098A (ko) 2012-08-29
KR101457283B1 (ko) 2014-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102804390B (zh) 具有改进的底涂层的硅薄膜太阳能电池
US8133599B2 (en) Undercoating layers providing improved photoactive topcoat functionality
JP4768722B2 (ja) ハイブリッド被覆積層体
US7998586B2 (en) Undercoating layers providing improved topcoat functionality
CN102239221B (zh) 提供改善的外涂层功能性的底涂层
CN108249780A (zh) 具有不连续的金属层的防阳光涂层
CN107406308A (zh) 具有改善的阳光控制性能的阳光控制涂层
JP5607180B2 (ja) 改善されたヘイズを有するシリコン薄膜太陽電池及びその製造方法
US20100124642A1 (en) Undercoating layers providing improved conductive topcoat functionality
CN108137394A (zh) 具有增强的阳光控制性能的阳光控制涂层
CN105143135A (zh) 具有类似的光学特性的回火和非回火玻璃涂层
US9366783B2 (en) Silicon thin film solar cell having improved underlayer coating
CN105074937A (zh) 具有经选择性掺杂导电氧化物层的太阳能电池及其制备方法
CN105009301B (zh) 用于太阳能电池的高雾度底层
CN102652365B (zh) 具有改进雾度的硅薄膜太阳能电池及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20170310

Address after: Nuevo Leon, Mexico

Patentee after: VITRO variable capital Limited by Share Ltd

Address before: ohio

Patentee before: PPG Industries, Inc.

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20191111

Address after: Pennsylvania, USA

Patentee after: Vetro Flat Glass Co., Ltd.

Address before: Nuevo Leon, Mexico

Patentee before: VITRO variable capital Limited by Share Ltd