CN104025307A - 薄膜太阳能电池中的中间反射结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高效率和低生产成本的多结薄膜太阳能电池(70)。多结薄膜太阳能电池的组成电池之一(61)的n层(64，65，66，67)具有沿入射光的预期的方向包括非晶氢化硅n层(64)、第一微晶氢化硅n层(65)、中间反射层(66)和第二微晶氢化硅n层(67)的序列的结构，其中中间反射层为如下中之一：单个微晶的基本为硅氧化物的层；或多个层序列，每个层序列均沿入射光的预期的方向包括微晶的基本为硅氧化物的层和微晶硅n层。本发明还涉及制造以上n层(64，65，66，67)的方法，以及涉及制造上述多结薄膜太阳能电池(70)的方法。

Description

薄膜太阳能电池中的中间反射结构
技术领域
光伏器件或太阳能电池为将光转换成电能的器件。当今薄膜太阳能电池由于其具有以低成本大量生产的巨大潜力而变得特别重要。特别是多结太阳能电池中的非晶硅与微晶或纳米晶硅的组合由于与例如非晶硅单结太阳能电池相比更好地利用了太阳辐射而提供了实现超过10％的能量转换效率的前景。由于使用不同带隙的两个或更多个光伏结，所以可以更加有效地利用具有宽光谱分布的入射光(例如太阳辐射)。此外，高质量微晶硅不像非晶硅那样经受光致衰退(Staebler-Wronski效应)；因此，与“纯”非晶硅单结太阳能电池相比，非晶-微晶硅多结太阳能电池呈现出其初始转换效率的较小衰退。
定义
本发明意义上的处理包括作用于衬底的任意化学作用、物理作用或机械作用。
本发明意义上的衬底为待在处理装置中进行处理的部件、零件或工件。衬底包括但是不限于具有三角形、正方形或圆形形状的平坦、片状的零件。在优选的实施方案中，本发明处理尺寸>1m2的基本平坦的衬底，如薄玻璃板。
真空处理或真空加工系统或设备包括用于使衬底在低于环境大气压力的压力下被处理的至少一个壳体。
CVD(化学气相沉积)是一种使层能够在经加热的衬底上沉积的公知的技术。将通常液态或气态的前体材料供应到处理系统中，在该处理系统中，所述前体的热反应导致所述层的沉积。LPCVD为低压CVD的常用术语。
TCO代表透明导电氧化物，因此TCO层为透明导电层。
在本公开内容中可互换地使用术语层、涂层、沉积物和膜用于在真空处理设备中沉积的膜，该真空处理设备为CVD、LPCVD(低压CVD)、等离子增强CVD(PECVD)或PVD(物理气相沉积)。
太阳能电池或光伏电池(PV电池)为能够通过光电效应将光(基本上是太阳光)直接转变成电能的电子部件。
薄膜太阳能电池一般意义上包括：在支承衬底上、通过半导体化合物的薄膜沉积产生的夹在两个电极或两个电极层之间的至少一个p-i-n结。p-i-n结或薄膜光电转换单元包括夹在p掺杂半导体化合物层和n掺杂半导体化合物层之间的本征半导体化合物层。术语薄膜是指层通过类似PECVD、CVD、PVD等的工艺而沉积成薄层或膜。薄层基本上意指厚度为10μm或更小，特别地小于2μm的层。
在本公开内容中描述的任何层厚是指垂直于各个层基底测量、在足够规模数量的计量点上取平均的平均厚度。
背景技术
在图1中示出了工作中的非晶硅(a-Si)/微晶硅(μc-Si)串结薄膜太阳能电池的基本类型。这样的薄膜太阳能电池50通常包括依次堆叠在衬底41上的第一电极或前电极42、一个或更多个半导体薄膜p-i-n结(52-54、51、44-46、43)以及第二电极或背电极47。各个p-i-n结51、43或薄膜光电转换单元包括夹在p型层52、44与n型层54、46(p型＝正掺杂，n型＝负掺杂)之间的i型层53、45。在本文中基本上将本征理解为非有意掺杂或基本未呈现最终掺杂。光电转换主要发生在该i型层中，因此i型层也称为吸收层。
根据i型层53、45的晶化率(结晶度)，太阳能电池或光电(转换)器件被称作非晶(a-Si，53)或微晶(μc-Si，45)太阳能电池，与相邻的p层和n层的结晶度的种类无关。作为本领域的常识，微晶层应理解为在非晶母体中包括显著部分的晶体硅(所谓的微晶)的层。p-i-n结的堆叠体称为串结或三结光伏电池。如图1所示，非晶p-i-n结和微晶p-i-n结的组合也称为非晶微晶叠层电池(micromorph tandem cell)。
前电极42层和背电极47层优选地由例如通过LPCVD沉积在工业Oerlikon TCO系统中制备的ZnO:B(硼掺杂的氧化锌)制成。然而，也可以使用其他透明导电层，例如SnO2、ITO等。背反射体48优选为层叠在背电极上的白色塑料薄膜。然而，下面更加详细描述的本发明也可以成功使用其他类型的镜面反射层或漫反射层，例如金属反射体，白色涂料等。
以上和在下面的发明中所述的所有Si层可以在以1200mm×1400mm电极为特征的工业KAI沉积系统中被制备在1100mm×1300mm的玻璃上。然而，本发明不限于这种特定的衬底尺寸也不限于这种特定的沉积系统。也可以在没有创造性努力的情况下在其他PECVD沉积系统上实现本发明。
由于串联器件的衰退取决于非晶硅子器件并且非晶硅子器件的衰退取决于其i层的厚度，所以期望使i层的厚度尽可能地薄。然而为了实现高电流，可以使用所谓的中间反射体(通常布置在顶电池和底电池的i层53、45之间的低折射率层)，该中间反射体将经过的光的一部分反射回到非晶电池中从而增加了非晶电池处吸收的光的量并且导致非晶电池的电流的增加。
中间反射层本身在本领域中是已知的并且例如可以基于例如TCO(例如ZnO；N.Pellaton Vaucher等人,“Light Management intandem cells by an intermediate reflector layer”，2nd World conferenceand exhibition on photovoltaic solar energy conversion，1998)或者为用带隙加宽剂进行合金化的硅(例如SiOx，Tawada等人.；1984年的US4476346)实现。
本领域中已知的缺点
提到的两个方法均非常适合于将光反射回到顶电池中。从生产的角度来看，基于TCO的方法不受欢迎，原因是该方法在分离系统中需要额外的步骤，这极大地增加了生产成本。然而，从生产的角度来看，硅基中间反射体非常适合。然而，考虑到器件的电性能，硅基中间反射体成为干扰因素，原因是其既不适合用作器件的掺杂层也不有利于器件之间的良好接触。因此，有必要对顶电池和底电池本征层之间的总体结构进行细致优化。
发明内容
因此本发明的目标是克服本领域中的上述缺点中的至少一些缺点。
该目标通过包括电串联的至少两个太阳能电池堆叠布置的多结薄膜太阳能电池例如两个、三个或更高次多结电池来实现，每个太阳能电池均包括含有夹在n掺杂半导体化合物层和p掺杂半导体化合物层之间的本征半导体化合物层的p-i-n结。这些层中的每个层可以是单层或包括多个子层的多层。堆叠的太阳能电池中之一的n层具有多层结构，该多层结构包括沿入射光的预期方向(即沿使用时入射光将穿过该电池的方向)的n掺杂的a-Si:H层、第一n掺杂的μc-Si:H层、中间反射层以及第二n掺杂的μc-Si:H层的序列。中间反射层包括多个层序列，每个层序列沿入射光的预期方向均基本上包括μc-SiO层和n掺杂μc-Si:H层。μc-SiO层被描述为“基本为μc-SiO”或者“微晶的基本为硅氧化物的层”原因是其他成分可能存在较小的量，例如CO2用作在处理中的氧源的情况下的μc-SiO。这同样适用于下面内容。
因为仅通过在用于沉积其他电池层的相同PECVD装置中添加氧化气体例如氧气或二氧化碳来将中间反射层实施为电池中之一的n掺杂层的一部分，所以得到了非常容易生产的高效率电池。每个微晶的基本为硅氧化物的层均可以具有8nm至18nm的厚度，特别是8nm至16nm，特别是12nm至16nm，9nm至11nm，并且每个微晶硅n层可以为约2nm厚。在又一实施方案中，层序列的数量为2至6，特别是2至5，其已在实践中证明给出好的结果。
在一个替代方案中，替代中间反射层的为多个层序列的多层结构，该中间反射层为单个μc-Si:H层。因为仅通过在用于沉积其他电池层的相同PECVD装置中添加氧化性气体例如氧气或二氧化碳来将中间反射层实施为电池中之一的n掺杂层的一部分，所以该单个中间反射层结构同样得到非常容易生产的高效率电池。该单个层可以具有至少15nm至50nm的厚度，特别是20nm至40nm的厚度，并且沉积在第一微晶的硅n层上。
在可以与上述实施方案中的任何实施方案进行组合的实施方案中，下面项中至少之一是真实的：
-非晶硅n层的厚度为3nm至8nm，特别是4nm至6nm，并且沉积到电池中的更靠近入射光的本征硅层上，所述电池中的更靠近入射光的本征硅层为非晶的；
-第一微晶硅n层的厚度为5nm至50nm，特别是5nm至15nm，特别是6nm至12nm，特别是6nm至9nm，并且沉积在所述非晶硅n层上；
-第二微晶硅n层的厚度为4nm至8nm，特别是4nm至6nm，特别地基本上为5nm，并且定位成沿入射光的方向接着中间反射层。
已在实践中证实这些层厚度给出好的结果。
在可以与以上实施方案中的任何实施方案组合的实施方案中，多结薄膜太阳能电池还包括由通过低压化学气相沉积而沉积的作为透明导电氧化物层电极的氧化锌制成的前接触体。因为LPCVD沉积的氧化锌相对粗糙并且因此具有良好的光散射特性，所以这提供了通常更薄的中间反射层。
在可以与以上实施方案中的任何实施方案组合的实施方案中，位于最靠近入射光的本征半导体化合物层为非晶的，使快速的顶电池沉积成为可能。
在包括单个中间反射层的实施方案中，多结薄膜太阳能电池沿入射光的预期的方向包括以下层序列：衬底；前电极；p层；a-Si:H本征层；n掺杂a-Si:H层；n掺杂μc-Si:H层；n掺杂μc-SiOx的中间反射层；n掺杂μc-Si:H层；p层；μc-Si:H本征层；n层；背电极；背反射体。
在包括多层中间反射层的替代方案中，多结薄膜太阳能电池沿入射光的预期方向包括以下的层序列：衬底；前电极；p层；a-Si:H本征层；n掺杂a-Si:H层；n掺杂μc-Si:H层；由多个层系统组成的中间反射层，每个层系统均由n掺杂μc-SiOx层后接n掺杂μc-Si层组成；n掺杂μc-Si:H层；p层；μc-Si:H本征层；n层；背电极；背反射体。
本发明的目标同样通过制造多结太阳能电池的n层堆叠体的方法来实现，该方法包括沿入射光的预期方向(即，电池使用时光将进入电池的方向)沉积a-Si:H n层，第一μc-Si:H n层，中间反射层以及第二μc-Si:Hn层。中间反射层包括多个层序列，每个层序列的沉积均由沿入射光的预期方向布置的沉积μc-SiO层和沉积n掺杂μc-Si:H层组成。在该方法的替代方案中，中间反射层的沉积包括沉积单个μc-SiO层而非μc-SiO/n掺杂μc-Si:H多层结构。
因为仅通过在用于沉积其他电池层的相同的PECVD装置中添加氧化剂源来将中间反射层实施为电池中之一的n掺杂层的一部分，所以当结合到多结太阳能电池中时，这两个实施方案均得到了非常容易生产的高效率电池。所讨论的n掺杂层的特定子层得到了层之间的良好粘附力并且得到电池之间的良好电接触。
在该方法的实施方案中，对于1.4m2的衬底，非晶硅层在以下条件下通过等离子体增强化学气相沉积来沉积：
-SiH4(硅烷)流量312sccm；
-H2(氢气)流量733sccm；
-PH3(膦)流量166sccm；
-RF功率415W；
-RF功率密度25mW/cm2；
对于其他衬底面积，上述值根据面积呈线性变化，以及
-压力0.5mbar；
-沉积速率3.1A/s.
在该方法的实施方案中，对于1.4m2的衬底，第一微晶硅n层(65)在以下条件下通过等离子体增强化学气相沉积来沉积：
-SiH4流量41sccm；
-H2流量4300sccm；
-PH3流量51sccm；
-RF功率1880W；
-RF功率密度112mW/cm2；
对于其他衬底面积，上述值根据面积呈线性变化，以及
-压力2.0mbar；
-沉积速率0.8A/s.
在该方法的实施方案中，中间反射层为单个微晶的基本为硅氧化物的层，并且对于1.4m2的衬底在以下条件下通过等离子体增强化学气相沉积而沉积：
-SiH4流量60sccm；
-H2流量9900sccm；
-PH3流量300sccm；
-CO2流量115sccm；
-RF功率2200W；
-RF功率密度131mW/cm2；
对于其他衬底面积，上述值根据面积呈线性变化，以及
-压力2.5mbar；
-沉积速率0.9A/s.
在该方法的实施方案中，对于1.4m2的衬底，通过等离子体增强化学气相沉积在以下条件下沉积第二微晶的硅n层：
-SiH4流量51sccm；
-H2流量4000sccm；
-PH3流量250sccm；
-RF功率2300W；
-RF功率密度137mW/cm2；
对于其他衬底面积，上述值根据面积呈线性变化，以及
-压力2.0mbar；
-沉积速率1.1A/s；
而这些值对于其他衬底面积呈线性变化。
本发明同样通过制造在沉积于衬底上的第一电池和至少一个第二电池(即总共两个或更多个电池)中的多结薄膜太阳能电池的方法来实现，每个电池均包括包含夹在n掺杂半导体化合物层与p掺杂半导体化合物层之间的本征半导体化合物层的p-i-n结。电池中之一的n层根据制造如上所述n层堆叠体的方法中之一来沉积。这将如上所讨论的本发明的原理应用于多结薄膜太阳能电池。
在制造具有单个中间反射层的多结薄膜太阳能电池的方法的实施方案中，该方法包括在衬底上沉积如下层序列：前电极；p层；a-Si:H本征层；n掺杂a-Si:H层；n掺杂μc-Si:H层；n掺杂μc-SiOx层的中间反射层；n掺杂μc-Si:H层；p层；μc-Si:H本征层；n层；背电极；背反射体。
在制造具有多个中间反射层的多结薄膜太阳能电池的方法的替代方案中，该方法包括在衬底上沉积如下层序列：前电极；p层；a-Si:H本征层；n掺杂a-Si:H层；n掺杂μc-Si:H层；由多个层系统组成的中间反射层，每个层系统均由n掺杂μc-SiOx层后接n掺杂微晶硅层组成；n掺杂μc-Si:H层；p层；μc-Si:H本征层；n层；背电极；背反射体。
在制造具有单个中间反射层的多结薄膜太阳能电池的方法的又一替代方案中，该方法包括在衬底上可选地沉积如下层序列：背反射体；背电极；n层；μc-Si:H本征层；p层；n掺杂μc-Si:H层；n掺杂μc-SiOx层的中间反射层；n掺杂μc-Si:H层；n掺杂a-Si:H层；a-Si:H本征层；p层；前电极。
在制造具有多层中间反射层的多结薄膜太阳能电池的方法的又一替代方案中，该方法包括在衬底上可选地沉积如下层序列：背反射体；背电极；n层；μc-Si:H本征层；p层；n掺杂μc-Si:H层；多个层系统的中间反射层，每个层系统均由n掺杂微晶硅层后接n掺杂μc-SiOx层组成；n掺杂μc-Si:H层；n掺杂a-Si:H层；a-Si:H本征层；p层；前电极。
附图说明
现在将根据以下附图中的具体非限制性实施方案进一步描述本发明，附图示出：
图1：根据现有技术的串结薄膜太阳能电池；
图2：在顶电池中具有不同n多层结构的非晶微晶小型模件的光致衰退曲线的图；以及
图3：根据本发明的串结薄膜太阳能电池。
具体实施方式
本发明的重点是如图3所描绘的非晶微晶叠层电池70的非晶顶电池61的n层的设计和特性。然而，其可以应用于这种类型的任何薄膜硅多结电池。此处的非晶顶电池意指以非晶i层63(其也可以为分级的或多个i层，只要其为非晶的即可)为特征的光入射侧的第一电池。
本发明提出将现有技术n层54修改为多层结构64-67。发现两种n多层结构是有关最高的初始和稳定非晶微晶模件功率的最优解决方案(BKM)。下面描述的层沉积序列从非晶i层63的沉积之后开始。变化方案3A和3B分别与用于形成两种BKM的其他步骤组合：
1.在本征非晶硅层63上沉积厚度为3nm至8nm，优选的是4nm至6nm的非晶硅n层(n1，64)。其主要目的为使得能够用作顶电池61的n层并且也用作使a-Si i层63免受随后的侵蚀性的(高RF功率和流量)微晶沉积工艺影响的保护。
2.在非晶硅层64上沉积厚度为5nm至15nm，优选地6nm至12nm或6nm至9nm的微晶硅n层(n2，65)。该层有利于a-Si-n(层64)与随后的IMR之间的接触。其也有利于IMR(层66)的成核和微晶生长。
3A.在层65(n2，n-μc-Si)上沉积厚度为至少15nm至50nm，优选地20nm至40nm的微晶硅氧化物层(IMR，66)从而用作中间反射体。
3B.作为体IMR层66的替代方案的多层可以通过多重μc-SiO和μc-Si-n序列形成。优选地μc-SiO设置有8nm至18nm或8nm至16nm，优选地12nm至16nm或9nm至11nm的厚度和基本为2nm的微晶n层。可以是多重(例如，3重：μc-SiO/μc-Si-n/μc-SiO/μc-Si-n/μc-SiO/μc-Si-n)层结构。要点是μc-SiOx层的总厚度(其应在3A中给出的范围内)，次重要的是多层的数量或单个层的厚度。优选范围为2至6或2至5多重的μc-SiO和μc-Si-n序列。
通过μc-SiO以及非常薄且强结晶的μc-Si n层的多层形成中间反射体66，与以上3A的单层体μc-SiO IMR相比提高了IMRμc-SiO堆叠体的电特性。
在600nm时折射率值低于2.2的强氧化μc-SiO n掺杂层对于实现良好的光学特性是优选的，即对于实现将入射光强反射回顶电池61是优选的。然而，这样的μc-SiO层的电导率随着层厚度的增加而急剧减小，引起太阳能电池的串联电阻的增加，然后该串联电阻的增加将通过减少的填充因子(FF)显现。
通过采用上述多层结构(通过非常薄、通常2nm厚、强结晶的n掺杂μc-Si层隔离2至6个较薄的μc-SiO层以形成上述多层结构)，可以在提高IMR的电特性的同时保留低折射率μc-SiO层的良好的光学特性。非常薄的n掺杂μc-Si中间层的沉积条件可以与用于IMR堆叠体的第一n掺杂μc-Si层65(即层n2)的沉积条件类似，这简化了处理过程。
下面给出在相同厚度的μc-SiO的情况下与用于以上3A的单个μc-SiO层相比，μc-SiO多层结构的电性能上的提高的实验证据。对于IMR多层结构，强晶体和非常高导电性的n-μc-Si中间层(电导率约E+11/欧姆*cm)有助于增加μc-SiO层的结晶度和电导率。因此，如下表中所示，包括该IMR多层堆叠体的非晶微晶叠层电池模件示出串联电阻的下降以及由此的FF的提高。
表1：具有通过方法3A(45nm厚的单个n-μc-SiO层)或3B(3个多层，n-μc-SiO的总厚度45nm，每个n-μc-SiO层为15nm厚)中的任何一种方法形成的IMR的单层和非晶微晶模件结果的比较。n-μc-SiO层具有2.4A/秒的高沉积速率和600nm时2.04的折射率。
已经观察到IMR层的μc-SiO的结晶度以及由此的电导率对于非晶微晶叠层太阳能电池的优异结果是重要的。也可以通过选择更有利于晶体生长的PECVD工艺参数来增加如在以上3A中的单个、体μc-SiO层的结晶度以及由此的电导率。然而，这些方法需要强氢稀释SiH4等离子体，引起非常低的沉积速率。从生产的角度，这样的低沉积速率是不期望的。以上示出的多层方案允许以相对高的速度沉积μc-SiO层以用于IMR，通过结合很薄且强结晶的μc-Si-n中间层，IMR层的整体结晶度以及由此的电导率增加。
4.厚度为4nm至8nm，优选地4nm至6nm，基本为5nm的微晶硅n层(n3，67)分别接着部分3A或部分3B中描述的层。主要目的是用作中间反射体与随后的底电池43的p层44之间的接触体并且用作p层44的成核层。其也提供顶电池与底电池之间的更好的隧穿复合结。
用于本发明的实施方案的详细的沉积条件可以参见表2。最后层N3之后，底电池43从其p层44开始。
表2：对于n子层的沉积参数
在该表中基于设计来在1.4m2的衬底(1100×1300mm2)上进行沉积的PECVD平行板反应器给出了气体流量和RF功率。在本领域中膦PH3通常用氢气以0.5:100稀释来传送。本发明的基本教导可以相应地扩大或缩小到其他衬底或沉积系统范围。沉积速率可以变化(以及表1中给出的流量和RF功率密度的值)，然而，各种n掺杂层的磷原子浓度的绝度值需要保持基本不变。绝对磷原子浓度应该被理解为具有+/-50％，优选地+/-20％的精度。换句话说，在上述的限制和精度范围内，不同n掺杂层的磷原子浓度的关系n1:n2:n-SiOx:n3＝0.5:0.33:3.0:1.4是本发明的一部分。
表3：根据EQE(外量子效率)测量得到的具有和不具有中间反射体的情况下顶电池和底电池电流的比较。
在表3中，示出了在具有和不具有中间反射层的情况下串结薄膜太阳能电池中生成的电流，包括顶电池和底电池的单独的值。顶电池和底电池的厚度在参考方案(没有IMR)中为200nm/900nm并且在具有IMR的情况下为200nm/1000nm。在该实施例中，IMR的厚度为33nm。
在使用IMR的情况下，顶电池电流增加了大于0.7mA/cm2(即约7％)，即使此时使用IMR的顶电池比参考方案中顶电池的厚度薄20nm也是如此。这表明了中间反射体运作良好。底电池电流仅略微减小，表明由于更高的带隙能量(对于经过底电池的光，IMR为比μc-Si n层更透明的层)中间反射层的另外的有益影响。
EQE数据也显示了与参考方案相比具有IMR的模件的更强的底电池电流限制。由于IMR而引起的更薄的顶电池和更强的电流限制导致具有IMR的模件的更低的光致衰退。
表4示出包括具有不同结构的顶电池n多层的非晶微晶小型模件的IV数据。表5中也证实了最佳已知方法(BKM)与缺失部件层的不同的n层复合结构之间IV参数上的差。
表4：最佳已知方法和没有关键子层的器件的IV数据。实验基于多个IMR(实例3B)。“薄n2”理解为1nm至3nm，约为本发明提出的n2的厚度的1/5。
效果 n1 n2 n3
FF(％) 0.43 1.01 0.96
Voc(mV/节) -0.003 0.007 0.01
Rs(欧姆) -0.53 -0.59 -1.87
JSC(mA/cm2) 0.06 0 -0.06
η(％) 0.097 0.215 0.176
表5：关键层的缺失导致的IV数据上的差。实验基于多个IMR(实例3B)。
从表4和表5中示出的数据可以看出作为本发明的一部分的n多层结构的必要性。对于BKM n多层结构，获得了最低的串联电阻和最高的FF。n2层也对Voc有重要影响。n1和n3层的缺失引起FF和Voc的损失。
如上所述，由于中间反射层将部分光反射回顶电池，这使得使用在顶电池电流中没有损失的更薄的顶电池吸收层成为可能。这有助于减少叠层电池的光致衰退。图2示出在顶电池中具有不同n多层结构的非晶微晶小型模件的光致衰退曲线。容易观察到的是，只有例如本发明中描述的BKM的合适的n多层结构能够在初始状态和光致衰退之后两者的情况下均提供效率上的增益。关于没有IMR的n多层结构，没有n1或者具有很薄的n2的n多层结构在光致衰退之后不能保留初始效率上的小的增益。
表6示出反映表示为BKM的n多层结构的优点的另一实施例。在该实施例中，使用折射率为2.1且层厚为40nm的不同的IMR层。另外，用于微晶底电池的PECVD工艺稍有不同。与在表3中给出的实施例相似，与具有缺失的n1层或/和具有很薄的n2层的其他n多层结构相比，表示为BKM的n多层结构具有最好的IV参数和转换效率。一旦n1层缺失，则观察到FF的损失，而且薄n2层也是FF的损失的原因之一。也可以看出具有BKM的n多层结构的电池的更高Voc的轻微趋势。根据沉积在顶电池n多层结构上的随后的底电池的结晶度和结构，在使用BKM的n多层结构的情况下可以观察到非晶微晶小型模件的Voc的更强的增加。
表6：最佳已知方法和缺失关键子层的器件的IV数据。实验基于单个IMR层(实例3A)。
总结
多结薄膜太阳能电池包括电串联的至少两个太阳能电池的堆叠布置，其中，堆叠的太阳能电池中之一的n层具有包括非晶硅n层(n1，64)、微晶硅n层(n2，65)、微晶硅氧化物层(IMR，66)和微晶硅n层(n3，67)的结构。体IMR层66可以可替代地包括通过多个μc-SiO和μc-Si-n序列建立的多层。层的顺序沿入射(未反射)光的方向给出。
非晶硅n层(n1，64)的厚度为3nm至8nm，优选地4nm至6nm，并且沉积到电池的更靠近入射光的本征非晶Si层63上。微晶硅n层(n2，65)的厚度为5nm至15nm，优选地6nm至9nm，并且沉积到非晶Si层64上。微晶硅氧化物层(IMR，66)的厚度为至少15nm至50nm，优选地20nm至40nm，并且沉积到层65(n2，n-μc-Si)上进而用作中间反射层。
可以由其特征为如下的多个μc-SiO和μc-Si-n层，而不是微晶硅氧化物层(IMR，66)，建立可替代的多层：μc-SiO层的厚度为8nm至16nm，优选地9nm至11nm。μc-Si-n层基本上为2nm厚。优选地，使用2至5重μc-SiO和μc-Si-n序列。
最终，接着微晶硅氧化物层(IMR，66)或多层，微晶硅n层(n3，67)呈现4nm至8nm，优选地4nm至6nm，基本为5nm的厚度。
本发明的层堆叠体可以用公知且可获得的工艺气体例如氢气、硅烷、二氧化碳以及掺杂剂例如膦和硼在最先进的PECVD沉积系统中沉积。
已经发现，由作为透明导电氧化物层(电极)的LPCVD沉积的ZnO制成的前接触体是有益的。原因是粗糙的TCO允许通常更薄的IMR层。
制造如上所述的n层堆叠体的方法包括沉积非晶硅n层(n1，64)、微晶硅n层(n2，65)、微晶硅氧化物层(IMR，66)和微晶硅n层(n3，67)。体IMR层66可以可替代地沉积为多重μc-SiO和μc-Si-n层序列的多层堆叠体。层的顺列沿入射(未反射)光的方向给出。根据电池的结构和基本结构的取向，沉积顺序可以反转(nip或pin结堆叠体)。
发明的层堆叠体可以以双结、三结或其他多结布置的方式结合。实施例涉及薄膜硅层堆叠体，但是本发明广义地处理薄膜层堆叠体中反射光的需要。因此，发明原则也可以用于堆叠的太阳能电池布置的其他类型。
尽管已经根据具体实施方案对本发明进行了描述，在本发明的如所附权利要求限定的范围内可以有上述具体实施方案的变化方案。

Claims (21)

1.一种多结薄膜太阳能电池(70)，包括电串联的至少两个太阳能电池(61；43)的堆叠布置，每个太阳能电池(61；43)均包括含有夹在n掺杂半导体化合物层(64，56，66，67；46)与p掺杂半导体化合物层(62；44)之间的本征半导体化合物层(63；45)的p-i-n结，其中，所述堆叠的太阳能电池(61；43)中之一的n层(64，56，66，67)具有包含沿入射光的预期方向的非晶氢化硅n层(64)、第一微晶氢化硅n层(65)、中间反射层(66)和第二微晶氢化硅n层(67)的序列的结构，其中，所述中间反射层包括多个层序列，每个层序列沿入射光的预期方向均由微晶的基本为硅氧化物的层和微晶硅n层组成。
2.根据权利要求1所述的多结薄膜太阳能电池(70)，其中，每个层序列沿入射光的预期方向均由微晶的基本为硅氧化物的层和微晶硅n层组成，每个微晶的基本为硅氧化物的层的厚度均为8nm至18nm、特别地为8nm至16nm、更特别地为12nm至16nm、更特别地为9nm至11nm，并且每个微晶硅n层基本为2nm厚，所述微晶的硅氧化物层和所述微晶硅n层沉积在所述第一微晶硅n层(65)上。
3.根据权利要求2所述的多结薄膜太阳能电池(70)，其中，所述多个层序列的数量为2至6或2至5。
4.一种多结薄膜太阳能电池(70)，包括电串联的至少两个太阳能电池(61；43)的堆叠布置，每个太阳能电池(61；43)均包括含有夹在n掺杂半导体化合物层(64，56，66，67；46)与p掺杂半导体化合物层(62；44)之间的本征半导体化合物层(63；45)的p-i-n结，其中，所述堆叠的太阳能电池(61；43)中之一的所述n层(64，56，66，67)具有沿入射光的预期方向包括非晶氢化硅n层(64)、第一微晶氢化硅n层(65)、中间反射层(66)和第二微晶氢化硅n层(67)的序列的结构，其中，所述中间反射层包括单个微晶的基本为硅氧化物的层。
5.根据权利要求4所述的多结薄膜太阳能电池(70)，其中，所述单个微晶的基本为硅氧化物的层的厚度为至少15nm至50nm、特别地20nm至40nm，所述单个微晶的基本为硅氧化物的层沉积在所述第一微晶硅n层(65)上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的多结薄膜太阳能电池(70)，其中，其特征在于如下中至少之一：
-所述非晶硅n层(64)的厚度为3nm至8nm，特别地为4nm至6nm并且沉积到所述电池的更靠近所述入射光的所述本征硅层(63)上，所述电池(61)的更靠近所述入射光的所述本征硅层(63)为非晶的；
-所述第一微晶硅n层(65)的厚度为5nm至50nm，特别地为5nm至15nm，特别地为6nm至12nm，更特别地为6nm至9nm，并且沉积到所述非晶硅n层(64)上；
-所述第二微晶硅n层(67)的厚度为4nm至8nm，特别地为4nm至6nm，特别地基本为5nm，并且沿所述入射光的方向位于所述中间反射层(66)之后。
7.根据前述权利要求中任一项所述的多结薄膜太阳能电池(70)，其中，所述多结薄膜太阳能电池(70)还包括由作为透明导电氧化物层电极的由LPCVD沉积ZnO制成的前接触体(42)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的多结薄膜太阳能电池(70)，其中，位于最靠近所述入射光的所述本征半导体化合物层(63)为非晶的。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的多结薄膜太阳能电池(70)，其沿所述入射光的方向包括：
-衬底(41)；
-所述衬底(41)上的前电极(42)；
-所述前电极(42)上的p层(62)；
-所述p层(62)上的a-Si:H本征层(63)；
-所述a-Si:H本征层(63)上的n掺杂a-Si:H层(64)；
-所述n掺杂a-Si:H层(64)上的n掺杂μc-Si:H层(65)；
-所述n掺杂μc-Si:H层(65)上的n掺杂μc-SiOx的中间反射层(66)；
-所述n掺杂μc-SiOx的中间反射层(66)上的n掺杂μc-Si:H层(67)；
-所述n掺杂μc-Si:H层(67)上的p层(44)；
-所述p层(44)上的μc-Si:H本征层(45)；
-所述μc-Si:H本征层(45)上的n层(46)；
-所述n层(46)上的背电极(47)；
-所述背电极(47)上的背反射体(48)。
10.根据权利要求1至3或从属于权利要求1至3的权利要求6至8中任一项所述的多结薄膜太阳能电池，其沿所述入射光的方向包括：
-衬底(41)；
-所述衬底(41)上的前电极(42)；
-所述前电极(42)上的p层(62)；
-所述p层(62)上的a-Si:H本征层(63)；
-所述a-Si:H本征层(63)上的n掺杂a-Si:H层(64)；
-所述n掺杂a-Si:H层(64)上的n掺杂μc-Si:H层(65)；
-所述n掺杂μc-Si:H层(65)上的中间反射层(66)，所述中间反射层(66)由多个层系统组成，每个层系统均由n掺杂μc-SiOx层后接n掺杂微晶硅层组成；
-所述中间反射层(66)上的n掺杂μc-Si:H层(67)；
-所述n掺杂μc-Si:H层(67)上的p层(44)；
-所述p层(44)上的μc-Si:H本征层(45)；
-所述μc-Si:H本征层(45)上的n层(46)；
-所述n层(46)上的背电极(47)；
-所述背电极(47)上的背反射体(48)。
11.一种制造多结太阳能电池(70)的n层堆叠体的方法，包括沿入射光的预期方向沉积非晶氢化硅n层(64)、第一微晶氢化硅n层(65)、中间反射层(66)和第二微晶氢化硅n层(67)，其中，所述中间反射层(66)的沉积包括沉积多个层序列，每个层序列的沉积均由沉积微晶硅氧化物层和沉积微晶硅n层组成。
12.一种制造多结太阳能电池(70)的n层堆叠体的方法，包括沿入射光的预期方向沉积非晶氢化硅n层(64)、第一微晶氢化硅n层(65)、中间反射层(66)和第二微晶氢化硅n层(67)，其中，所述中间反射层(66)的沉积包括沉积单个微晶硅氧化物层。
13.根据权利要求11或12所述的制造多结太阳能电池(70)的n层堆叠体的方法，其中，对于1.4m2的衬底通过等离子体增强化学气相沉积在如下条件下沉积所述非晶硅层(64)：
-SiH4流量312sccm；
-H2流量733sccm；
-PH3流量166sccm；
-RF功率415W；
-RF功率密度25mW/cm2；
对于其他衬底面积，这些值呈线性变化，以及
-压力0.5mbar；
-沉积速率3.1A/s。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的制造多结太阳能电池(70)的n层堆叠体的方法，其中，对于1.4m2的衬底通过等离子体增强化学气相沉积在如下条件下沉积所述第一微晶硅n层(65)：
-SiH4流量41sccm；
-H2流量4300sccm；
-PH3流量51sccm；
-RF功率1880W；
-RF功率密度112mW/cm2；
对于其他衬底面积，这些值呈线性变化，
-沉积速率0.8A/s；
-压力2.0mbar。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的制造多结太阳能电池(70)的n层堆叠体的方法，其中所述中间反射层(66)为单个微晶的基本为硅氧化物的层并且对于1.4m2的衬底通过等离子体增强化学气相沉积在如下条件下沉积：
-SiH4流量60sccm；
-H2流量9900sccm；
-PH3流量300sccm；
-CO2流量115sccm；
-RF功率2200W；
-RF功率密度131mW/cm2；
而对于其他衬底面积，这些值呈线性变化，以及
-沉积速率0.9A/s；
-压力2.5mbar。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的制造多结太阳能电池(70)的n层堆叠体的方法，其中，对于1.4m2的衬底通过等离子体增强化学气相沉积在如下条件下沉积所述第二微晶硅n层(67)：
-SiH4流量51sccm；
-H2流量4000sccm；
-PH3流量250sccm；
-RF功率2300W；
-RF功率密度137mW/cm2；
对于其他衬底面积，这些值呈线性变化，以及
-沉积速率1.1A/s；
-压力2.0mbar。
17.一种制造多结薄膜太阳能电池(70)的方法，包括在衬底上沉积第一电池(61)和至少一个第二电池(43)，每个所述电池均包括含有夹在n掺杂半导体化合物层(64，65，66，67；46)和p掺杂半导体化合物半导体层(62；44)之间的本征半导体化合物层(63；45)的p-i-n结，其中，所述电池(61)中之一的所述n层(64，65，66，67)根据权利要求11至16中任一项所述的制造n层堆叠体的制造方法沉积。
18.根据从属于权利要求12的权利要求17所述的制造多结薄膜太阳能电池(70)的方法，所述方法包括在衬底上沉积如下层序列：
-前电极(42)；
-所述前电极(42)上的p层(62)；
-所述p层(62)上的a-Si:H本征层(63)；
-所述a-Si:H本征层(63)上的n掺杂a-Si:H层(64)；
-所述n掺杂a-Si:H层(64)上的n掺杂μc-Si:H层(65)；
-所述n掺杂μc-Si:H层(65)上的n掺杂μc-SiOx中间反射层(66)；
-所述n掺杂μc-SiOx中间反射层(66)上的n掺杂μc-Si:H层(67)；
-所述n掺杂μc-Si:H层(67)上的p层(44)；
-所述p层(44)上的μc-Si:H本征层(45)；
-所述μc-Si:H本征层(45)上的n层(46)；
-所述n层(46)上的背电极(47)；
-所述背电极(47)上的背反射体(48)。
19.根据从属于权利要求11的权利要求17所述的制造多结薄膜太阳能电池的方法，所述方法包括在衬底上沉积如下层序列：
-前电极(42)；
-所述前电极(42)上的p层(62)；
-所述p层(62)上的a-Si:H本征层(63)；
-所述a-Si:H本征层(63)上的n掺杂a-Si:H层(64)；
-所述n掺杂a-Si:H层(64)上的n掺杂μc-Si:H层(65)；
-所述n掺杂μc-Si:H层(65)上的中间反射层(66)，所述中间反射层(66)由多个层系统组成，每个层系统均由n掺杂μc-SiOx层后接n掺杂微晶硅层组成；
-所述中间反射层(66)上的n掺杂μc-Si:H层(67)；
-所述n掺杂μc-Si:H层(67)上的p层(44)；
-所述p层(44)上的μc-Si:H本征层(45)；
-所述μc-Si:H本征层(45)上的n层(46)；
-所述n层(46)上的背电极(47)；
-所述背电极(47)上的背反射体(48)。
20.根据从属于权利要求12的权利要求17所述的制造多结薄膜太阳能电池的方法，所述方法包括在衬底上沉积如下层序列：
-可选的背反射体(48)；
-所述背反射体(48)上的背电极(47)；
-所述背电极(47)上的n层(46)；
-所述n层(46)上的μc-Si:H本征层(45)；
-所述μc-Si:H本征层(45)上的p层(44)；
-所述p层(44)上的n掺杂μc-Si:H层(67)；
-所述n掺杂μc-Si:H层(67)上的n掺杂μc-SiOx中间反射层(66)；
-所述中间反射层(66)上的n掺杂μc-Si:H层(65)；
-所述n掺杂μc-Si:H层(65)上的n掺杂a-Si:H层(64)；
-所述n掺杂a-Si:H层(64)上的a-Si:H本征层(63)；
-所述a-Si:H本征层(63)上的p层(62)；
-所述p层(62)上的前电极(42)。
21.根据从属于权利要求11的权利要求17所述的制造多结薄膜太阳能电池的方法，所述方法包括在衬底上沉积如下层序列：
-可选的背反射体(48)；
-所述背反射体(48)上的背电极(47)；
-所述背电极(47)上的n层(46)；
-所述n层(46)上的μc-Si:H本征层(45)；
-所述μc-Si:H本征层(45)上的p层(44)；
-所述p层(44)上的n掺杂μc-Si:H层(67)；
-所述n掺杂μc-Si:H层(67)上的中间反射层(66)，所述中间反射层(66)由多个层系统组成，每个层系统均由n掺杂微晶硅层后接n掺杂μc-SiOx层组成；
-所述中间反射层(66)上的n掺杂μc-Si:H层(65)；
-所述n掺杂μc-Si:H层(65)上的n掺杂a-Si:H层(64)；
-所述n掺杂a-Si:H层(64)上的a-Si:H本征层(63)；
-所述a-Si:H本征层(63)上的p层(62)；
-所述p层(62)上的前电极(42)。
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