CN104081544B - 用于硅基光电装置的高功函数缓冲层 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方式大体提供硅基光电(photovoltaic；PV)装置，所述硅基光电装置包括高功函数(high work‑function；HWF)缓冲层，所述HWF缓冲层设置在透明导电氧化物(transparent conductive oxide；TCO)层与p‑i‑n结的p型硅基层之间。所述PV装置通常具有透明基板、设置在所述透明基板上的第一TCO层、设置在所述第一TCO层上的HWF缓冲层、设置在所述高功函数缓冲层上的p‑i‑n结、设置在n型硅基层上的第二TCO层和设置在所述第二TCO层上的金属反射层。所述p‑i‑n结包括设置在p型硅基层与n型硅基层之间的本征层，并且所述p型硅基层与所述HWF缓冲层接触。

Description

用于硅基光电装置的高功函数缓冲层
技术领域
本发明的实施方式大体涉及光电装置，尤其涉及具有高功函数缓冲层的硅基光电装置。
背景技术
在太阳能、显示及触摸屏技术中，透明导电氧化物(transparent conductiveoxide；TCO)材料和层被用作电极，以提供低电阻的电接触至装置的活性层，同时也允许光传播到所述活性层或者从这些层传播。在单结和串联结薄膜硅太阳能技术中，电接触是由TCO层到p-i-n硅结构成的。p-i-n硅结通常包括非晶硅(α-Si)层和氢化非晶硅(α-Si:H)层。入射阳光在p-i-n硅结中被吸收，产生光生电子和光生空穴，光生电子和光生空穴互相分开并最终被输送到相反的收集电极以产生光电流(例如TCO前触点用于收集空穴，金属背触点用于收集电子)。因为在α-Si中光生空穴的迁移率低于电子的迁移率，所以典型的装置配置将p-i-n硅结的p层放置成与TCO层直接接触，从而最小化待收集空穴必须行进的距离。类似地，p-i-n硅结的n层也保持为薄的，以缩短电子的行进距离。此外，使几乎所有光吸收发生在本征层(i层)中是理想的，因为在α-Si的掺杂(例如p型掺杂和n型掺杂)层中电荷输运和收集是很差的。
在到达本征层之前，入射阳光必须首先接触和穿过α-Si的p层(或者在其他太阳能电池技术中的p型掺杂区域)。因此最小化p层中的光吸收是理想的，因为在这个层中发生的任何光吸收实质上是损失。一种最小化p层中吸收损失的有前景的策略是：通过有意地将碳引入到p层中来扩大带隙能量(bandgap energy；Eg)。p层中增加的碳含量增大带隙能量并减少对较低能量光子的吸收，这会在太阳能电池中引起更高的光电流。此外，较宽带隙的p-Si膜也会增大整个装置中的总内建结电势(Vbi)或光电压。
不幸地，将碳并入p层中通常是受限的，因为在p层与下面的TCO层之间的界面处存在电子势垒(electronic barrier)(例如肖特基势垒)。因为光生 空穴必须行进穿过这个势垒以产生光电流(例如通过隧穿过程)，所以最小化势垒的电子势垒高度(δ)是理想的。然而，电子势垒高度的大小与p层中的碳含量成正比。因此，当p层中的碳浓度增加时，针对空穴的电子势垒高度变得更大。因此，虽然较宽带隙的p层意欲在太阳能电池中产生较高的光电流和光电压，但是较宽带隙的p层也会引起PV电池中填充因子的降低，从而限制PV电池的整体能量转换效率。
因此，存在对在TCO与p-i-n结之间没有电子势垒或者具有大幅减小的电势垒并且在p-i-n结的活性p层中具有增加的碳浓度的PV电池的需要，以最大化光电转换效率。
发明内容
本发明的实施方式大体提供用于形成硅基光电(photovoltaic；PV)装置的方法，所述硅基光电装置包括高功函数缓冲层，所述高功函数缓冲层设置在透明导电氧化物(TCO)层与p-i-n结的p型硅基层之间。在一个实施方式中，提供PV装置，并且所述PV装置具有设置在透明基板上的第一TCO层、设置在所述第一TCO层上的高功函数缓冲层、设置在所述高功函数缓冲层上的p-i-n结以及设置在所述p-i-n结上的背反射体。所述背反射体通常包括设置在所述p-i-n结的n型硅基层上的第二TCO层和设置在所述第二TCO层上的金属反射层。所述高功函数缓冲层与p型硅基层和第一TCO层接触。
所述PV装置中包含的高功函数缓冲层具有的功函数等于或大于所述p型硅基层的功函数。功函数被定义为使电子从具体物质的表面释出或使电子从费米能级移动到真空所需的最低能量。通常，高功函数缓冲层的功函数在比p型硅基层的功函数大约1％到约50％的范围内。在一些实例中，与p型硅基层的功函数(是约5eV或更小，比如约4eV或更小)相比，所述高功函数缓冲层的功函数是约5eV或更大，比如约7eV或更大。此外，高功函数缓冲层的电阻率等于或者小于p型硅基层的电阻率。通常，高功函数缓冲层的电阻率小于p型硅基层的电阻率的1％。高功函数缓冲层的电阻率通常在约1×101μΩ·cm到约1×1011μΩ·cm的范围内，更窄地在约1×102μΩ·cm到约1×108μΩ·cm的范围内。另外，对于在从约350nm到约2000nm范围内的波长(λ)来说，高功函数缓冲层的折射率大于第一TCO层的折射率，但是小于p型硅基 层的折射率。
所述高功函数缓冲层包括选自以下材料的至少一种高功函数材料：氧化钨、氮化钨、氧化钼、氮化钼、氧化镍、氮化镍、氧化钒、氮化钒、氧化镍钨、氧化镓铟、氧化锌锡、氧化锌铟锡(zinc indium tin oxide)、氧化镓铟锡(gallium indium tin oxide)、这些材料的衍生物、这些材料的合金、这些材料的掺杂剂变体(dopant variant)或这些材料的组合。在一些实例中，所述高功函数缓冲层是单层或块膜(bulk film)，比如含有氧化钒或氧化镍钨的层或膜。在其他实例中，所述高功函数缓冲层是含有多个层的多层膜(例如膜堆叠或层叠)，比如氧化钨层和氮化钨层的膜堆叠，或者氧化镓铟层、氧化锌锡层和氧化钨层的膜堆叠。在其他实例中，所述高功函数缓冲层包含纳米颗粒或纳米线，比如氧化钨纳米颗粒或氮化钼纳米线。
所述p-i-n结包含设置在p型硅基层与n型硅基层之间的本征层。通常，所述本征层是硅基本征层。所述p型硅基层、n型硅基层和硅基本征层中的每一层独立地包含硅基材料，比如多晶硅(poly-Si)、微晶硅(μc-Si)、非晶硅(α-Si)、氢化非晶硅(α-Si:H)、这些材料的衍生物或这些材料的组合。所述TCO层通常包括选自以下材料的金属氧化物：氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化镉、氧化铝、氧化铜、氧化镓、氧化钨、氧化钼、氧化镍、氧化钒、氧化镍钨、氧化锌锡、这些材料的衍生物、这些材料的合金、这些材料的掺杂剂变体或这些材料的组合。
在其他实施方式中，提供串联型PV装置并且所述PV装置包含设置在透明基板上的第一TCO层、设置在所述第一TCO层上的第一高功函数缓冲层、设置在所述第一高功函数缓冲层上的第一p-i-n结、设置在所述第一p-i-n结上的第二TCO层、设置在所述第二TCO层上的第二高功函数缓冲层、设置在所述第二高功函数缓冲层上的第二p-i-n结以及设置在所述第二p-i-n结上的背反射体。所述背反射体通常包括设置在所述第二p-i-n结的n型硅基层上的第三TCO层和设置在所述第三TCO层上的金属反射层。
在一个实例中，所述第一p-i-n结包含设置在p型硅基层与n型硅基层之间的本征层，并且所述p型硅基层与所述第一高功函数缓冲层接触。在另一实例中，所述第二p-i-n结包含设置在p型硅基层与n型硅基层之间的本征层，并且所述p型硅基层与所述第二高功函数缓冲层接触。
在另一实施方式中，提供一种用于制造或用别的方式形成硅基PV装置的方法，所述方法包含：在透明基板上沉积或形成第一TCO层；在所述第一TCO层上沉积或形成高功函数缓冲层；在所述高功函数缓冲层上沉积或形成包含p型硅基层的p-i-n结，其中所述高功函数缓冲层的功函数等于或大于所述p型硅基层的功函数；在所述p-i-n结上沉积或形成第二TCO层；以及在所述第二TCO层上沉积或形成金属反射层。
附图说明
为了能够详细理解本发明的上述特征，可通过参照实施方式来获得上文简要概述的本发明的更具体的描述，这些实施方式的一些实施方式图示于附图中。然而，应注意，附图仅图示本发明的典型实施方式，因此不应被视为本发明范围的限制，因为本发明可允许其他等效的实施方式。
图1描绘单结硅基PV电池的示例性截面图，如通过本文的一些实施方式所描述的。
图2描绘串联结硅基PV电池的示例性截面图，如通过本文的其他实施方式所描述的。
图3图示太阳能电池的暗带图(dark band diagram)，所述太阳能电池包含由设置在TCO层与硅基p-i-n结之间的高功函数缓冲层形成的TCO/HWFL/p层界面，如通过本文的实施方式所描述的。
图4图示太阳能电池的暗带图，所述太阳能电池包含在TCO层与硅基p-i-n结之间形成的TCO/p层界面，如在对比实例中所描述的。
图5A到图5C描绘串联结硅基PV电池的示例性截面图，如通过本文的替代性实施方式所描述的。
具体实施方式
本发明的实施方式大体提供硅基光电(PV)装置，比如太阳能或PV电池，所述硅基PV装置包含设置在透明导电氧化物(TCO)层与硅基p-i-n结之间的高功函数缓冲层，以提供TCO/HWFL/p层界面。相对于在没有高功函数缓冲层的PV电池内的TCO/p层界面处的电子势垒，所述高功函数缓冲层消除或者大幅减小PV电池内TCO/HWFL/p层界面处的电子势垒(例如肖特基势垒)。 所述电子势垒的消除或大幅减小使得能够在p层中使用具有较高碳浓度和较宽带隙能量的p型材料，而不牺牲填充因子。填充因子是用于评价太阳能电池性能的参数，并且被确定为实际可获得的最大功率与开路电压和短路电流的乘积的比率。硅基PV装置通常具有p-i-n结，p-i-n结可包含掺杂和/或非掺杂硅基材料，所述硅基材料包含非晶硅(α-Si)、氢化非晶硅(α-Si:H)、多晶硅(poly-Si)和/或微晶硅(μc-Si)。
图1描绘根据本文描述的实施方式的单结光电电池(比如光电(PV)电池100)的示例性截面图。PV电池100通常是硅基薄膜PV电池，并且可用本文描述的工艺制造、生产或者用别的方式形成。PV电池100具有前窗(比如透明基板102)，并且包含TCO层(比如设置在透明基板102上的TCO层104)。另外，PV电池100具有设置在TCO层104上的HWF缓冲层150、设置在HWF缓冲层150上的p-i-n结110以及设置在p-i-n结110上的背反射体130。p-i-n结110包含p型硅基层112、本征型(i型)硅基层114以及n型硅基层116，如图1所示。
另外，背反射体130包含TCO层132和金属反射层134。背反射体130形成在PV电池100的p-i-n结110上或之上。在一些实施方式中，使TCO层132形成在p-i-n结110的n型硅基层116上，并且随后使金属反射层134形成在TCO层132上，以制造或用别的方式形成背反射体130。在其他实施方式中，在制造背反射体130时，金属反射层134直接沉积或形成在p-i-n结110上，而无附加的TCO层，比如TCO层132。PV电池100包含由设置在TCO层104与p-i-n结110之间的高功函数(HWF)缓冲层150形成的TCO/HWFL/p层界面，如通过本文的实施方式所描述的。
透明基板102被用作PV电池100的前窗。透明基板102可以是透明材料方格(pane)或薄片，所述透明材料比如为玻璃、石英、硅、氧化硅、塑胶或聚合物材料(例如聚碳酸酯)或者其他适合的材料。在一个实例中，透明基板102是玻璃基板。透明基板102可具有大于约0.1m2的表面积，比如大于约1m2，以及大于约2m2。应理解的是，透明基板102可被称为“上置板(superstrate)”，在这种情况中从上往下制造太阳能电池。在制造期间，透明基板102通常被称为基板，但是一旦最终产品翻转成使透明基板102面向太阳，则透明基板102又被称为“上置板”。在一些实施方式中，所制造的PV电池 具有与PV电池100类似的配置，以致透明基板102面向太阳并包含透明材料。在替代性实施方式中，所制造的PV电池具有与PV电池100不同的配置，以致透明基板102背着太阳并可包含不透明材料。
PV电池100包含p-i-n装置或结，比如p-i-n结110，p-i-n结110被沉积或者用别的方式形成在设置于透明基板102上的TCO层104上。HWF缓冲层150被沉积或用别的方式形成在TCO层104上，随后p-i-n结110形成在HWF缓冲层150上或之上。p-i-n结110包含p型硅基层112、n型硅基层116以及本征型(i型)硅基层114，本征型硅基层114设置在p型硅基层112与n型硅基层116之间作为光电转换层，以用于由光子吸收提供电气发射(electricalemission)。
可在透明基板102与TCO层104之间设置可选的介电层(未示出)。在一些实例中，所述可选的介电层是硅基层，包含非晶硅或多晶硅、氮氧化硅、氮化硅、碳化硅、碳氧化硅、氧化硅层、掺杂硅层或者其他适合的含硅层。在其他实例中，所述可选的介电层包含钛基材料(比如氧化钛)，所述钛基材料提供针对透明基板102内包含的杂质/掺杂剂的壁垒。
TCO层104可包含导电和透明的金属氧化物或多种金属氧化物的混合物和/或用导电和透明的金属氧化物或多种金属氧化物的混合物制造。TCO层104还可包含导电和透明的金属硒化物、金属碲化物或者金属硒化物和金属碲化物的混合物。TCO层104的金属氧化物或其他材料可包含锌、铟、锡、镉、铝、铜、镓、这些金属的合金、这些金属的混合物或这些金属的组合。所述金属氧化物包含化学计量的金属氧化物、非化学计量的金属氧化物或者这些金属氧化物的混合物。在TCO层104内可含有的示例性金属氧化物、金属硒化物或金属碲化物包含氧化锌(例如ZnO)、氧化铟(In2O3)、氧化锡(例如SnO2)、氧化锌锡、氧化铟锡(ITO)、氧化镉(CdO)、锡酸镉(例如Cd2SnO4)、氧化铝或矾土(例如Al2O3)、氧化铜、氧化钨、氧化钼、氧化镍、氧化钒、氧化镍钨、氧化镓、铜铟镓硒化物(CIGS，例如CuIn1-xGaxSe2基材料，其中x在从约0.001到约0.999的范围内)、碲化镉(例如CdSe基材料)、这些物质的掺杂材料、这些物质的衍生物、这些物质的合金或这些物质的组合。TCO层104可含有TCO材料，所述TCO材料包含附加的掺杂剂或元素，比如铝、镓、硼、氟、硫、硒、碲或这些物质的混合物。在一些实例中，TCO层104可包 含具有约5at％(原子百分比)或更少，比如约2.5at％或更少的掺杂剂浓度的氧化锌。在一些实例中，TCO层104可包含氧化锌层和/或用氧化锌层制造，所述氧化锌层具有形成于其中的所需氧化铝或矾土掺杂剂浓度。在一个实例中，TCO层104可被掺杂并且具有含铝的氧化锌，所述铝的浓度是约2.5at％。在另一实例中，TCO层104可被掺杂并且具有含氟掺杂剂的氧化锡。TCO层104通常具有在从约到约范围内的厚度，所述厚度更窄地在从约到约的范围内，以及更窄地在从约到约的范围内。
可用物理气相沉积(PVD)工艺、无电化学沉积/电镀工艺、化学气相沉积(CVD)工艺、等离子体增强化学气相沉积(PE-CVD)工艺或其他沉积工艺来沉积或用别的方式形成TCO层104。在许多实例中，TCO层104是用溅射沉积工艺制造的，其中在氧化环境(比如包含氧、臭氧或其他氧化剂的腔室)内从金属氧化物靶溅射或者从金属靶溅射TCO材料。在一些实例中，可以由供应商(例如玻璃制造商)提供透明基板102，所述透明基板102具有已经提供在其上的TCO层104。可用于制造TCO层104的若干PVD工艺在都在2010年3月29日提交并且分别公开为美国公开号第2010-0311228号和美国公开号第2010-0311204号的共同受让的美国申请案第12/748,780号和第12/748,790号中被进一步描述，通过引用将这些申请案并入本文。
HWF缓冲层150设置在TCO层104与p-i-n结110的p型硅基层112之间。将HWF缓冲层150沉积、电镀或用别的方式形成在TCO层104上，随后将p-i-n结110形成在HWF缓冲层150上或之上。如果从PV电池100省去HWF缓冲层150，那么在TCO层104与p型硅基层112之间的TCO/p层界面处将会存在肖特基/电子势垒。然而，将HWF缓冲层150设置在TCO/p层界面内以形成TCO/HWFL/p层界面，其中HWF缓冲层150是高功函数层(HWFL)。因此，相对于在没有HWF缓冲层150的PV电池内的TCO/p层界面处的电子势垒来说，在包含HWF缓冲层150的PV电池100内的TCO/HWFL/p层界面处的电子势垒被消除或大幅减小。在TCO/HWFL/p层界面处的电子势垒的消除或大幅减小使得能够使用p型硅基层112内包含的较宽带隙p层材料。此外，在PV电池100中的TCO/HWFL/p层界面处的电子势垒的消除或大幅减小允许在p型硅基层112内包含的p型材料内使用较高的碳 浓度。通常，具有较高碳浓度的p型材料也具有较宽的带隙能量，而不牺牲PV电池100的填充因子。
HWF缓冲层150包含一或多种高功函数材料。高功函数材料提供具有下列所需性质的HWF缓冲层150：(i)高功函数(例如<4.5eV)，(ii)透光性，(iii)导电性以及(iv)对H2等离子体的耐受性。通常，高功函数材料可以是化学计量的和/或非化学计量的金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物或这些物质的混合物。在HWF缓冲层150内包含的示例性高功函数材料包含氧化钨、氮化钨、氧化钼、氮化钼、氧化镍、氮化镍、氧化钒、氮化钒、氧化镍钨、氧化镓铟、氧化锌锡、氧化锌铟锡、氧化镓铟锡、这些材料的衍生物、这些材料的合金、这些材料的掺杂剂变体或这些材料的组合。
HWF缓冲层150可以各种形态存在，比如单层或块膜，以及多层膜、层叠膜、膜堆叠、纳米颗粒以及纳米线。因此，用各种不同的工艺将HWF缓冲层150沉积或用别的方式形成在TCO层104上，所述各种不同的工艺包含气相沉积工艺(比如CVD、ALD、PVD或蒸发)和基于溶液的沉积或电镀工艺(比如无电沉积和电化学电镀)。HWF缓冲层150通常具有在从约到约 范围内的厚度，所述厚度更窄地在从约到约的范围内。
在一个实施方式中，HWF缓冲层150包含单层高功函数材料或高功函数材料的块膜。在一个实例中，HWF缓冲层150包含氧化钒。在另一实例中，HWF缓冲层150包含氧化镍钨。在其他实施方式中，HWF缓冲层150是多层膜，比如层叠膜或膜堆叠，并且包含多层高功函数材料。所述多层膜内的每一层可独立地包含与所述多层膜中的其他层相同的材料或不同的材料。作为多层膜，HWF缓冲层150可具有2层、3层、4层、5层或更多层。在一些实例中，HWF缓冲层150包含氧化钨层和氮化钨层，例如氧化钨层设置在氮化钨层上。在其他实例中，HWF缓冲层150包含氧化镓铟层、氧化锌锡层和氧化钨层，例如氧化镓铟层设置在氧化锌锡层上，氧化锌锡层设置在氧化钨层上。
在其他实施方式中，HWF缓冲层150包含含有一或多种高功函数材料的纳米颗粒或纳米线。HWF缓冲层150可含有纳米颗粒，所述纳米颗粒具有在从约1nm到约500nm范围内的颗粒尺寸。HWF缓冲层150通常具有在从约10颗粒/μm2到约100颗粒/μm2范围内的纳米颗粒表面密度。在一些实例中， HWF缓冲层150含有氧化钨、氧化钒或氧化镍钨纳米颗粒。或者，HWF缓冲层150包含纳米线，所述纳米线具有在从约25nm到约500nm范围内的直径以及在从约500nm到约10000nm(约10μm)范围内的长度。HWF缓冲层150通常具有在从约10线/μm2到约100线/μm2范围内的纳米线表面密度。在一些实例中，HWF缓冲层150包含氮化钨纳米线或氮化镍纳米线。
图3图示太阳能电池(比如PV电池100)的暗带图，在PV电池100中，HWFL，即HWF缓冲层150设置在TCO层与硅基p-i-n结层之间，比如在TCO层104与p-i-n结110之间。图示PV电池100中的总内建电势(Vbi)、真空能级、导带和价带、功函数费米能级(Ef)、带隙能量(Eg)以及产生光电流的电荷的理想流动方向。与没有HWFL的太阳能电池相比，HWF缓冲层150增强PV电池100的性能，比如通过遮蔽TCO层104的低功函数以免于接触p-i-n结110的层。与肖特基/电子势垒相比，HWF缓冲层150带来的这种改善沿一方向向上推动p型硅基层112中的p型材料的费米能级以及价带和导带两者，以类似于欧姆接触，如图3中所示。
作为对比，没有HWFL的太阳能或PV电池(例如类似于省去HWF缓冲层150的PV电池100)因此具有TCO/p-Si界面。图4描绘太阳能电池的暗带图，其中TCO和硅基p-i-n结层接触。图示PV电池100中的总内建电势(Vbi)、真空能级、导带和价带、费米能级(Ef)、带隙能量(Eg)、电子势垒高度(δ)以及产生光电流的电荷的理想流动方向。存在于TCO/p-Si界面处的电子势垒是由于在p-i-n硅结与TCO层之间存在的功函数失配而产生的。当TCO层和p-Si层被放置成互相紧密接触时，TCO层的低功函数沿与欧姆接触相反的方向牵引p-Si层的费米能级(Ef)以及价带和导带两者。因而，随后形成肖特基/电子势垒。然而，在包含HWF缓冲层150的PV电池100中，由于p型硅基层112与HWF缓冲层150的高功函数材料之间的接触，电子势垒已经被消除或者大幅减小。
HWF缓冲层150的功函数等于、大体上等于或者大于p型硅基层112的功函数。HWF缓冲层150的功函数通常在比p型硅基层112的功函数大约1％到约50％的范围内。在许多实例中，HWF缓冲层150的功函数是约5eV或更大，而p型硅基层112的功函数是约5eV或更小。通常，p型硅基层112的功函数在从约4eV到约5eV的范围内。因此，HWF缓冲层150的功函数 通常大于4.5eV，比如4.8eV或更大，并且通常在从约4.8eV到约8eV的范围内，更窄地在从约5eV到约7eV的范围内，以及更窄地在从约5.25eV到约6.5eV的范围内。在一些实例中，HWF缓冲层150的功函数是约5.15eV。
此外，HWF缓冲层150的电阻率等于、大体上等于或者小于p型硅基层112的电阻率，一般地，HWF缓冲层150的电阻率小于p型硅基层112的电阻率的1％。HWF缓冲层150的电阻率通常是约1×1011μΩ·cm或更小，比如在从约1×101μΩ·.cm到约1×1011μΩ·cm的范围内，更窄地在从约1×102μΩ·cm到约1×108μΩ·cm的范围内。
在一些实例中，相对于单独的TCO层104的电阻率，包含HWF缓冲层150和相同的TCO层104(例如与单独的TCO层104相同的组成和厚度)的膜的电阻率增大了约5％或更小。此外，相对于单独的TCO层104的迁移率，包含HWF缓冲层150和相同的TCO层104的膜的迁移率减小了约5％或更小。另外，相对于单独的TCO层104的粗糙度，包含HWF缓冲层150和相同的TCO层104的膜的粗糙度减小了约10％或更小。在其他实例中，HWF缓冲层150粘附到并且接触相邻的硅基层或材料(比如p型硅基层112)，其中在HWF缓冲层150与相邻的硅基层或材料(例如p型硅基层112)之间没有分层或大体上没有分层发生。在其他实例中，HWF缓冲层150耐受或者大体上耐受暴露于化学还原性等离子体(例如氢等离子体)，以致不会或大体上不会由于暴露于等离子体后的HWF缓冲层150而导致传输损失。
HWF缓冲层150具有的折射率(n)可大于TCO层104的折射率并小于p型硅基层112的折射率，以致对于在从约350nm到约2000nm的范围内的波长(λ)来说，nTCO<n<np-Si。一般地，对于在从约350nm到约2000nm范围内的波长(λ)来说，HWF缓冲层150的折射率在比第一透明金属氧化物层的折射率大约1％到约125％的范围内。此外，对于在从约350nm到约2000nm范围内的波长(λ)来说，HWF缓冲层150的折射率通常在比p型硅基层的折射率小约1％到约55％的范围内。因此，对于在从约350nm到约2000nm范围内的波长(λ)来说，HWF缓冲层150的折射率在从约1.5到约4.5的范围内。
对于在从约350nm到约2000nm范围内的波长(λ)来说，HWF缓冲层150的吸收系数(α)小于TCO层104的吸收系数。对于在从约350nm到约2000nm范围内的波长(λ)来说，HWF缓冲层150的吸收系数不小于TCO层104的吸 收系数的1％。对于在从约350nm到约2000nm范围内的波长(λ)来说，HWF缓冲层150的吸收系数通常在从约1x10-2cm-1到约1x106cm-1的范围内，更窄地在从约1x10-1cm-1到约1x105cm-1的范围内。对于在从约350nm到约2000nm范围内的波长(λ)来说，HWF缓冲层150可具有约95％或更大的透射率值(transmission value)，比如约96％或更大，比如约97％或更大，比如约98％或更大，比如约99％或更大，例如约99.5％或更大。
p型硅基层112包含硅基材料，比如非晶硅(α-Si)、多晶硅(poly-Si)、微晶硅(μc-Si)或这些硅基材料的组合，所述硅基材料以第III族元素掺杂。在许多实例中，在p型硅基层112内包含的硅基材料是非晶硅材料。以第III族元素掺杂的硅基材料、层或膜被称为p型掺杂的或p型的硅材料、层或膜。p型硅基层112还包含至少一种掺杂剂元素，并且可包含两种或更多种掺杂剂元素，比如硼、镓、碳或这些掺杂剂元素的组合。在许多实例中，p型硅基层112包含硼掺杂的非晶硅材料，或者硼掺杂的、碳掺杂的非晶硅材料。或者，p型硅基层112可以其他元素掺杂，所述其他元素被选择以满足PV电池100的装置要求。在一些实例中，p型硅基层112包含以碳掺杂的硅基材料，并且具有在从约0.01at％到约50at％范围内的碳浓度，所述碳浓度更窄地在从约0.1at％到约20at％的范围内，更窄地在从约1at％到约10at％的范围内，以及更窄地在从约2at％到约5at％的范围内。通常用CVD或PE-CVD来沉积p型硅基层112。p型硅基层112通常具有在从约到约范围内的厚度，所述厚度更窄地在从约到约的范围内，以及更窄地在从约到约的范围内。
本征硅基层114是设置在p型硅基层112与n型硅基层116之间的非掺杂型硅基膜。在受控的工艺条件下沉积本征硅基层114，以提供使PV电池100的光电转换效率改良的膜性质。在许多实例中，本征硅基层114包含本征(i型)材料并且是用i型材料制造的，比如i型多晶硅(poly-Si)、i型微晶硅(μc-Si)、非晶硅(α-Si)或氢化非晶硅(α-Si:H)。根据硅基材料的应用和类型，本征硅基层114通常具有在从约到约范围内的厚度。在一个实施方式中，本征硅基层114包含非晶硅，并且具有在从约到约 范围内的厚度，所述厚度更窄地在从约到约的范围内，以及更窄地在从约到约的范围内。在另一实施方式中，本征硅基层114包含微晶硅，并且具有在从约到约 范围内的厚度，所述厚度更窄地在从约到约 的范围内，以及更窄地在从约到约的范围内。
n型硅基层116包含硅基材料，比如非晶硅(α-Si)、多晶硅(poly-Si)、微晶硅(μc-Si)或这些硅基材料的组合，所述硅基材料是以第V族元素掺杂的。在许多实例中，n型硅基层116包含n型掺杂的非晶硅。以第V族元素掺杂的硅基材料、层或膜被称为n型掺杂的或者n型硅材料、层或膜。n型硅基层116还包含至少一种掺杂剂元素，并且可包含两种或更多种掺杂剂元素，比如磷、砷或这些掺杂剂元素的组合。在一个实例中，n型硅基层116包含磷掺杂的非晶硅材料。或者，n型硅基层116可以其他元素掺杂，所述其他元素被选择以满足PV电池100的装置要求。通常用CVD或PE-CVD来沉积n型硅基层116。n型硅基层116通常具有在从约到约范围内的厚度，所述厚度更窄地在从约到约的范围内，以及更窄地在从约到约的范围内。
背反射体130被制造或者用别的方式形成在p-i-n结110上或之上。在一些实施方式中，背反射体130包含设置在TCO层132上或之上的金属反射层134，如在图1中描绘的。TCO层132被沉积或者用别的方式形成在p-i-n结110上，比如形成在n型硅基层116上。此后，金属反射层134被沉积或者用别的方式形成在TCO层132上。在替代性实施方式中，背反射体130包含直接设置在p-i-n结110上的金属反射层134，而不包含附加的TCO层，比如TCO层132(未示出)。
TCO层132可被独立地制造，或者包含与TCO层104相同或不同的材料。TCO层132可包含导电和透明的金属氧化物、多种金属氧化物的混合物、金属硒化物、金属碲化物或者这些物质的混合物。TCO层132的金属氧化物或其他材料可包含锌、铟、锡、镉、铝、铜、镓、这些物质的合金、这些物质的混合物或这些物质的组合。金属氧化物包含化学计量的金属氧化物、非化学计量的金属氧化物或这些金属氧化物的混合物。在TCO层132内可含有的示例性金属氧化物、金属硒化物或金属碲化物包含氧化锌(例如ZnO)、氧化铟(In2O3)、氧化锡(例如SnO2)、氧化锌锡、氧化铟锡(ITO)、氧化镉(CdO)、锡 酸镉(例如Cd2SnO4)、氧化铝或矾土(例如，Al2O3)、氧化铜、氧化钨、氧化钼、氧化镍、氧化钒、氧化镍钨、氧化镓、铜铟镓硒化物(CIGS，例如CuIn1-xGaxSe2基材料，其中x在从约0.001到约0.999的范围内)、碲化镉(例如CdSe基材料)、这些物质的掺杂的材料、这些物质的衍生物、这些物质的合金或这些物质的组合。
TCO层132可包含TCO材料，所述TCO材料包含附加的掺杂剂或元素，比如铝、镓、硼、氟、硫、硒、碲或这些物质的混合物。在一些实例中，TCO层132可包含具有约5at％(原子百分比)或更小(比如约2.5at％或更小)的掺杂剂浓度的氧化锌。在一些实例中，TCO层132可包含氧化锌层和/或用氧化锌层制造，所述氧化锌层具有形成于其中的所需的氧化铝或矾土掺杂浓度。在一个实例中，TCO层132可被掺杂，并且具有含铝的氧化锌，所述铝的浓度是约2.5at％。在另一实例中，TCO层132可被掺杂，并且具有含氟掺杂剂的氧化锡。TCO层132通常具有在从约到约范围内的厚度，所述厚度更窄地在从约到约的范围内，以及更窄地在从约到约的范围内。
可用PVD工艺、无电化学沉积/电镀工艺、CVD工艺、PE-CVD工艺或者其他沉积工艺来沉积或者用别的方式形成TCO层132。在许多实例中，TCO层132是用溅射沉积工艺制造的，其中在氧化环境(比如包含氧、臭氧或其他氧化剂的腔室)内从金属氧化物靶溅射或者从金属靶溅射TCO材料。在一些实例中，可以由供应商(例如玻璃制造商)提供透明基板102，所述透明基板102具有已经提供在其上的TCO层132。可用于制造TCO层132的若干PVD工艺在都在2010年3月29日提交并且分别公开为美国公开号第2010-0311228号和美国公开号第2010-0311204号的共同受让的美国申请案第12/748,780号和第12/748,790号中被进一步描述，通过引用将这些申请案并入本文。
包含在背反射体130内的金属反射层134可被沉积或用别的方式形成在TCO层132上或之上。可用PVD工艺、CVD工艺、PE-CVD工艺、电化学沉积工艺、无电沉积工艺或者两种或更多种沉积或电镀工艺的组合来形成金属反射层134。金属反射层134可包含至少一种金属或者由至少一种金属制造，比如钛、铬、铝、镍、银、金、铜、铂、钯、钌、这些金属的合金或这些金属的组合。
图2描绘根据本文描述的其他实施方式制造的串联型光电(PV)电池200的示例性截面图。串联型PV电池200的部分可具有与PV电池100类似的结构和/或材料，但是串联型PV电池200包含至少两个高功函数层(HWFL)(比如高功函数缓冲层250和260)，并且因此具有至少两个TCO/HWFL/p层界面，如在图2中描绘的。然而，替代性的实施方式提供具有单一HWFL的串联型PV电池，该串联型PV电池类似于串联型PV电池200，但是没有HWF缓冲层260。
类似于PV电池100，串联型PV电池200包含设置在透明基板202上的透明导电氧化物(TCO)层204、设置在TCO层204上的高功函数(HWF)缓冲层250以及设置在HWF缓冲层250上的第一p-i-n结210。第一p-i-n结210可包含与参照图1中描绘的PV电池100的p-i-n结110描述的层和/或材料相同类型或不同类型的层和/或材料，所述层和/或材料比如为掺杂的和非掺杂的硅基材料，所述硅基材料包含非晶硅(α-Si)、氢化非晶硅(α-Si:H)、多晶硅(poly-Si)和/或微晶硅(μc-Si)。
另外，串联型PV电池200具有设置在第一p-i-n结210上的中间的TCO层218、设置在中间的TCO层218上的高功函数(HWF)缓冲层260、设置在HWF缓冲层260上的第二p-i-n结220以及设置在第二p-i-n结220之上的背反射体230，如在图2中描绘的。第二p-i-n结220可包含与参照第一p-i-n结210和/或p-i-n结110描述的层和/或材料相同类型或不同类型的层和/或材料。
在一个实施方式中，串联型PV电池200可以是具有前窗(比如透明基板202)的硅基薄膜光电电池，如在本文的一个实施方式中描述的。在一些实例中，串联型PV电池200是α-Si/μc-Si基串联结太阳能电池，以致第一p-i-n结210包含α-Si基结，而第二p-i-n结220包含μc-Si基结。
图2图示：包含p型硅基层212、本征硅基层214和n型硅基层216的第一p-i-n结210；包含p型硅基层222、本征硅基层224和n型硅基层226的第二p-i-n结220；以及包含TCO层232和金属反射层234的背反射体230。在一些实施方式中，将中间的TCO层218沉积或用别的方式形成在第一p-i-n结210的n型硅基层216上或之上。随后，将HWF缓冲层260沉积或者用别的方式形成在中间的TCO层218上或之上，并且将p型硅基层222沉积或者用别的方式形成在HFW缓冲层260上或之上。将背反射体230沉积或者用别的 方式形成在串联型PV电池200的第二p-i-n结220上或之上。在一些实施方式中，将TCO层232沉积或用别的方式形成在第二p-i-n结220的n型硅基层226上或之上。随后，将金属反射层234沉积或者用别的方式形成在TCO层232上或之上，以完成背反射体230的装配。
PV电池200具有前窗，比如透明基板202，所述前窗可以是透明材料方格或薄片，所述透明材料比如为玻璃、石英、硅、氧化硅、塑胶或聚合物材料(例如聚碳酸酯)或者其他适合的材料。在一个实施方式中，透明基板202是透明基板。透明基板202可具有大于约0.1m2的表面积，比如大于约1m2，以及大于约2m2。应理解的是，透明基板202可被称为“上置板”，在这种情况中从上往下制造太阳能电池。在制造期间，透明基板202通常被称为基板，但是一旦最终产品翻转成使透明基板202面向太阳，则透明基板202又被称为“上置板”。在一些实施方式中，所制造的PV电池具有与PV电池200类似的配置，以致使透明基板202面向太阳并包含透明材料。在替代性实施方式中，所制造的PV电池具有与PV电池200不同的配置，以致使透明基板202背着太阳并可包含不透明材料。
可在透明基板202与TCO层204之间设置可选的介电层(未示出)。在一些实例中，所述可选的介电层是硅基层，包含非晶硅或多晶硅、氮氧化硅、氮化硅、碳化硅、碳氧化硅、氧化硅层、掺杂硅层或者其他适合的含硅层。在其他实例中，所述可选的介电层包含钛基材料(比如氧化钛)，所述钛基材料提供针对透明基板202内包含的杂质/掺杂剂的壁垒。
TCO层204可包含导电和透明的金属氧化物或者多种金属氧化物的混合物和/或用导电和透明的金属氧化物或者多种金属氧化物的混合物制造，。TCO层204还可包含导电和透明的金属硒化物、金属碲化物或者金属硒化物和金属碲化物的混合物。TCO层204的金属氧化物或其他材料可包含锌、铟、锡、镉、铝、铜、镓、这些物质的合金、这些物质的混合物或这些物质的组合。所述金属氧化物包含化学计量的金属氧化物、非化学计量的金属氧化物或这些金属氧化物的混合物。在TCO层204内可含有的示例性金属氧化物、金属硒化物或金属碲化物包含氧化锌(例如ZnO)、氧化铟(In2O3)、氧化锡(例如SnO2)、氧化锌锡、氧化铟锡(ITO)、氧化镉(CdO)、锡酸镉(例如Cd2SnO4)、氧化铝或矾土(例如Al2O3)、氧化铜、氧化钨、氧化钼、氧化镍、氧化钒、氧化镍 钨、氧化镓、铜铟镓硒化物(CIGS，例如CuIn1-xGaxSe2基材料，其中x在从约0.001到约0.999的范围内)、碲化镉(例如CdSe基材料)、这些物质的掺杂的材料、这些物质的衍生物、这些物质的合金或这些物质的组合。TCO层204可含有TCO材料，所述TCO材料包含附加的掺杂剂或元素，比如铝、镓、硼、氟、硫、硒、碲或这些物质的混合物。在一些实例中，TCO层204可包含具有约5at％(原子百分比)或更小(比如约2.5at％或更小)的掺杂剂浓度的氧化锌。在一些实例中，TCO层204可包含氧化锌层和/或用氧化锌层制造，所述氧化锌层具有形成于其中的所需氧化铝或矾土掺杂剂浓度。在一个实例中，TCO层204可被掺杂并且具有含铝的氧化锌，所述铝的浓度是约2.5at％。在另一实例中，TCO层204可被掺杂并且具有包含氟掺杂剂的氧化锡。TCO层204通常具有在从约到约范围内的厚度，所述厚度更窄地在从约到约的范围内，以及更窄地在从约到约的范围内。
可用PVD工艺、无电化学沉积/电镀工艺、CVD工艺、PE-CVD工艺或其他沉积工艺来沉积或用别的方式形成TCO层204。在许多实例中，TCO层204是用溅射沉积工艺制造的，其中在氧化环境(比如包含氧、臭氧或其他氧化剂的腔室)内从金属氧化物靶溅射或者从金属靶溅射TCO材料。在一些实例中，可由供应商(例如玻璃制造商)提供透明基板202，所述透明基板202具有已经提供在其上的TCO层204。可用于制造TCO层204的若干PVD工艺在都在2010年3月29日提交并且分别公开为美国公开号第2010-0311228号和美国公开号第2010-0311204号的共同受让的美国申请案第12/748,780号和第12/748,790号中被进一步描述，通过引用将这些申请案并入本文。
HWF缓冲层250设置在TCO层204与第一p-i-n结210的p型硅基层212之间。将HWF缓冲层250沉积、电镀或用别的方式形成在TCO层204上，随后将第一p-i-n结210形成在HWF缓冲层250上或之上。如果从串联型PV电池200省去HWF缓冲层250，那么在TCO层204与p型硅基层212之间的TCO/p层界面处存在电子势垒。然而，HWF缓冲层250被设置在TCO/p层界面内以形成TCO/HWFL/p层界面，其中HWF缓冲层250是高功函数层(HWFL)。因此，相对于在没有HWF缓冲层250的PV电池内的TCO/p层界面处的电子势垒来说，在包含HWF缓冲层250的串联型PV电池200内的 TCO/HWFL/p层界面处的电子势垒被消除或大幅减小。在TCO/HWFL/p层界面处的电子势垒的消除或大幅减小使得能够使用p型硅基层212内包含的较宽带隙p层材料。此外，在串联型PV电池200中的TCO/HWFL/p层界面处的电子势垒的消除或大幅减小允许在p型硅基层212内包含的p型材料内使用较高的碳浓度。通常，具有较高碳浓度的p型材料也具有较宽的带隙能量，而不牺牲填充因子。
HWF缓冲层250包含一或多种高功函数材料。所述高功函数材料提供具有下列所需性质的HWF缓冲层250：(i)高功函数(例如<4.5eV)，(ii)透光性，(iii)导电性以及(iv)对H2等离子体的耐受性。通常，所述高功函数材料可以是化学计量的和/或非化学计量的金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物或这些物质的混合物。在HWF缓冲层250内包含的示例性高功函数材料包含氧化钨、氮化钨、氧化钼、氮化钼、氧化镍、氮化镍、氧化钒、氮化钒、氧化镍钨、氧化镓铟、氧化锌锡、氧化锌铟锡、氧化镓铟锡、这些材料的衍生物、这些材料的合金、这些材料的掺杂剂变体或这些材料的组合。
HWF缓冲层250可以各种形态存在，比如单层或块膜，以及多层膜、层叠膜、膜堆叠、纳米颗粒以及纳米线。因此，用各种不同的工艺将HWF缓冲层250沉积或用别的方式形成在TCO层204上，所述各种不同的工艺包含气相沉积工艺(比如CVD、ALD、PVD或蒸发)和基于溶液的沉积或电镀工艺(比如无电沉积和电化学电镀)。HWF缓冲层250通常具有在从约到约 范围内的厚度，所述厚度更窄地在从约到约的范围内。
在一个实施方式中，HWF缓冲层250包含单层高功函数材料或高功函数材料的块膜。在一个实例中，HWF缓冲层250包含氧化钒。在另一实例中，HWF缓冲层250包含氧化镍钨。在其他实施方式中，HWF缓冲层250是多层膜，比如层叠膜或膜堆叠，并且包含多层高功函数材料。所述多层膜内的每一层可独立地包含与所述多层膜中的其他层相同的材料或不同的材料。作为多层膜，HWF缓冲层250可具有2层、3层、4层、5层或更多层。在一些实例中，HWF缓冲层250包含氧化钨层和氮化钨层，例如氧化钨层设置在氮化钨层上。在其他实例中，HWF缓冲层250包含氧化镓铟层、氧化锌锡层和氧化钨层，例如氧化镓铟层设置在氧化锌锡层上，而氧化锌锡层设置在氧化钨层上。
在其他实施方式中，HWF缓冲层250包含含有一或多种高功函数材料的纳米颗粒或纳米线。HWF缓冲层250可含有纳米颗粒，所述纳米颗粒具有在从约1nm到约500nm范围内的颗粒尺寸。HWF缓冲层250通常具有在从约10颗粒/μm2到约100颗粒/μm2范围内的纳米颗粒表面密度。在一些实例中，HWF缓冲层250含有氧化钨、氧化钒或氧化镍钨纳米颗粒。或者，HWF缓冲层250包含纳米线，所述纳米线具有在从约25nm到约500nm范围内的直径以及在从约500nm到约10000nm(约10μm)范围内的长度。HWF缓冲层250通常具有在从约10线/μm2到约100线/μm2范围内的纳米线表面密度。在一些实例中，HWF缓冲层250包含氮化钨纳米线或氮化镍纳米线。
在一个实例中，在太阳能电池(比如串联型PV电池200)中，HWFL，即HWF缓冲层250设置在TCO层与硅基p-i-n结层之间，比如在TCO层204与第一p-i-n结210之间。相对于没有HWFL的太阳能电池，HWF缓冲层250增强串接型PV电池200的性能，比如通过遮蔽TCO层204的低功函数以免于接触第一p-i-n结210的层。与肖特基/电子势垒相比，由HWF缓冲层250带来的这种改善沿一方向向上推动p型硅基层212中的p型材料的费米能级以及价带和导带两者，以类似于欧姆接触。
作为对比，没有HWFL的太阳能或PV电池(例如类似于省去HWF缓冲层150的PV电池100)因此具有TCO/p-Si界面。存在于TCO/p-Si界面处的电子势垒是由于在p-i-n硅结和TCO层之间存在的功函数失配而产生的。当TCO层和p-Si层被放置成互相紧密接触时，TCO层的低功函数沿与欧姆接触相反的方向牵引p-Si层的费米能级(Ef)以及价带和导带两者。因而，由此形成肖特基/电子势垒。然而，在包含HWF缓冲层250的串联型PV电池200中，由于p型硅基层212与HWF缓冲层250的高功函数材料之间的接触，肖特基/电子势垒已经被消除或者大幅减小。
在一个实施方式中，HWF缓冲层250具有的功函数可等于、大体上等于或者大于p型硅基层212的功函数。HWF缓冲层250的功函数通常在比p型硅基层212的功函数大约1％到约50％的范围内。在许多实例中，HWF缓冲层250的功函数是约5eV或更大，而p型硅基层212的功函数是约5eV或更小。通常，p型硅基层212的功函数在从约4eV到约5eV的范围内。因此，HWF缓冲层250的功函数通常大于4.5eV，比如4.8eV或更大，并且通常在 从约4.8eV到约8eV的范围内，更窄地在从约5eV到约7eV的范围内，以及更窄地在从约5.25eV到约6.5eV的范围内。在一些实例中，HWF缓冲层250的功函数是约5.15eV。
此外，HWF缓冲层250的电阻率等于、大体上等于或者小于p型硅基层212的电阻率，一般地，HWF缓冲层250的电阻率小于p型硅基层212的电阻率的1％。HWF缓冲层250的电阻率通常是约1×1011μΩ·cm或更小，比如在从约1×101μΩ·cm到约1×1011μΩ·cm的范围内，更窄地在从约1×102μΩ·cm到约1×108μΩ·cm的范围内。
在一些实例中，相对于单独的TCO层204的电阻率，包含HWF缓冲层250和相同的TCO层204(例如与单独的TCO层204相同的组成和厚度)的膜的电阻率增大了约5％或更小。此外，相对于单独的TCO层204的迁移率，包含HWF缓冲层250和相同的TCO层204的膜的迁移率减小了约5％或更小。另外，相对于单独的TCO层204的粗糙度，包含HWF缓冲层250和相同的TCO层204的膜的粗糙度减小了约10％或更小。在其他实例中，HWF缓冲层250粘附到并且接触相邻的硅基层或材料(比如p型硅基层212)，其中在HWF缓冲层250与相邻的硅基层或材料(例如p型硅基层212)之间没有分层或大体上没有分层发生。在其他实例中，HWF缓冲层250耐受或者大体上耐受暴露于化学还原性等离子体(例如氢等离子体)，以致不会或大体上不会由于暴露于等离子体后的HWF缓冲层250而导致传输损失。
HWF缓冲层250具有的折射率(n)可大于TCO层204的折射率并小于p型硅基层212的折射率，以致对于在从约350nm到约2000nm的范围内的波长(λ)来说，nTCO<n<np-Si。通常，对于在从约350nm到约2000nm范围内的波长(λ)来说，HWF缓冲层250的折射率在比第一透明金属氧化物层的折射率大约1％到约125％的范围内。此外，对于在从约350nm到约2000nm范围内的波长(λ)来说，HWF缓冲层250的折射率通常在比p型硅基层的折射率小约1％到约55％的范围内。因此，对于在从约350nm到约2000nm范围内的波长(λ)来说，HWF缓冲层250的折射率在从约1.5到约4.5的范围内。
对于在从约350nm到约2000nm范围内的波长(λ)来说，HWF缓冲层250的吸收系数(α)比TCO层204的吸收系数小。对于在从约350nm到约2000nm范围内的波长(λ)来说，HWF缓冲层250的吸收系数(α)不小于TCO层204的 吸收系数的1％。对于在从约350nm到约2000nm范围内的波长(λ)来说，HWF缓冲层250的吸收系数通常在从约1x10-2cm-1到约1x106cm-1的范围内，更窄地在从约1x10-1cm-1到约1x105cm-1的范围内。对于在从约350nm到约2000nm范围内的波长(λ)来说，HWF缓冲层250可具有约95％或更大的透射率值，比如约96％或更大，比如约97％或更大，比如约98％或更大，比如约99％或更大，例如约99.5％或更大。
p型硅基层212包含硅基材料，比如非晶硅(α-Si)、多晶硅(poly-Si)、微晶硅(μc-Si)或这些硅基材料的组合，所述硅基材料以第III族元素掺杂。在许多实例中，在p型硅基层212内包含的硅基材料是非晶硅材料。以第III族元素掺杂的硅基材料、层或膜被称为p型掺杂的或p型的硅材料、层或膜。p型硅基层212还包含至少一种掺杂剂元素，并且可包含两种或更多种掺杂剂元素，比如硼、镓、碳或这些掺杂剂元素的组合。在许多实例中，p型硅基层212包含硼掺杂的非晶硅材料或者硼掺杂的、碳掺杂的非晶硅材料。或者，p型硅基层212可以其他元素掺杂，所述其他元素被选择以满足串联型PV电池200的装置要求。在一些实例中，p型硅基层212包含以碳掺杂的硅基材料，并且具有在从约0.01at％到约50at％范围内的碳浓度，所述碳浓度更窄地在从约0.1at％到约20at％的范围内，更窄地在从约1at％到约10at％的范围内，以及更窄地在从约2at％到约5at％的范围内。一般用CVD或PE-CVD来沉积p型硅基层212。p型硅基层212通常具有在从约到约范围内的厚度，所述厚度更窄地在从约到约的范围内，以及更窄地在从约到约 的范围内。
本征硅基层214是设置在p型硅基层212与n型硅基层216之间的非掺杂型硅基薄膜。在受控的工艺条件下沉积本征硅基层214，以提供使串联型PV电池200的光电转换效率改良的薄膜性质。在许多实例中，本征硅基层214包含本征(i型)材料并且是用i型材料制造的，所述i型材料比如为i型多晶硅(poly-Si)、i型微晶硅(μc-Si)、非晶硅(α-Si)或者氢化非晶硅(α-Si:H)。根据硅基材料的应用和类型，本征硅基层214通常具有在从约到约 范围内的厚度。在一个实施方式中，本征硅基层214包含非晶硅，并且具有在从约到约范围内的厚度，所述厚度更窄地在从约到约的范围内，以及更窄地在从约到 约的范围内。在另一实施方式中，本征硅基层214包含微晶硅，并且具有在从约到约范围内的厚度，所述厚度更窄地在从约到约的范围内，以及更窄地在从约到约的范围内。
n型硅基层216包含硅基材料，比如非晶硅(α-Si)、多晶硅(poly-Si)、微晶硅(μc-Si)或这些硅基材料的组合，所述硅基材料是以第V族元素掺杂的。在许多实例中，n型硅基层216包含n型掺杂的非晶硅。以第V族元素掺杂的硅基材料、层或膜被称为n型掺杂的或者n型硅材料、层或膜。n型硅基层216还包含至少一种掺杂剂元素，并且可包含两种或更多种掺杂剂元素，比如磷、砷或这些掺杂剂元素的组合。在一个实例中，n型硅基层216包含磷掺杂的非晶硅材料。或者，n型硅基层216可以其他元素掺杂，所述其他元素被选择以满足串联型PV电池200的装置要求。一般用CVD或PE-CVD来沉积n型硅基层216。n型硅基层216通常具有在从约到约范围内的厚度，所述厚度更窄地在从约到约的范围内，以及更窄地在从约到约 的范围内。
在一个实施方式中，中间的TCO层218和HWF缓冲层260被设置在第一p-i-n结210与第二p-i-n结220之间。中间的TCO层218包含TCO材料或层，并且中间的TCO层218被沉积或用别的方式形成在第一p-i-n结210上。此后，HWF缓冲层260被沉积或者用别的方式形成在中间的TCO层218上，随后，第二p-i-n结220形成在HWF缓冲层260上。如在图2中所描述的，第一p-i-n结210、HWF缓冲层260以及第二p-i-n结220的组合增加在本文描述的一些实施方式中的串联型PV电池200的总光电转换效率。
中间的TCO层218可被独立地制造，或者包含与TCO层204相同或不同的材料。中间的TCO层218可包含导电和透明的金属氧化物、多种金属氧化物的混合物、金属硒化物、金属碲化物或者这些物质的混合物。中间的TCO层218的金属氧化物或其他材料可包含锌、铟、锡、镉、铝、铜、镓、这些物质的合金、这些物质的混合物或这些物质的组合。所述金属氧化物包含化学计量的金属氧化物、非化学计量的金属氧化物或这些金属氧化物的混合物。在中间的TCO层218内可含有的示例性金属氧化物、金属硒化物或金属碲化物包含氧化锌(例如ZnO)、氧化铟(In2O3)、氧化锡(例如SnO2)、氧化锌锡、 氧化铟锡(ITO)、氧化镉(CdO)、锡酸镉(例如Cd2SnO4)、氧化铝或矾土(例如Al2O3)、氧化铜、氧化钨、氧化钼、氧化镍、氧化钒、氧化镍钨、氧化镓、铜铟镓硒化物(CIGS，例如CuIn1-xGaxSe2基材料，其中x在从约0.001到约0.999的范围内)、碲化镉(例如CdSe基材料)、这些物质的掺杂材料、这些物质的衍生物、这些物质的合金，或这些物质的组合。
中间的TCO层218可含有TCO材料，所述TCO材料包含附加的掺杂剂或元素，比如铝、镓、硼、氟、硫、硒、碲或这些物质的混合物。在一些实例中，中间的TCO层218可包含具有约5at％(原子百分比)或更小(比如约2.5at％或更小)的掺杂剂浓度的氧化锌。在一些实例中，中间的TCO层218可包含氧化锌层和/或用氧化锌层制造，所述氧化锌层具有形成于其中的所需氧化铝或矾土掺杂剂浓度。在一个实例中，中间的TCO层218可以是掺杂的并且具有含铝的氧化锌，所述铝的浓度是约2.5at％。在另一实例中，中间的TCO层218可以是掺杂的并且具有包含氟掺杂剂的氧化锡。中间的TCO层218通常具有在从约到约范围内的厚度，所述厚度更窄地在从约到约的范围内，以及更窄地在从约到约的范围内。
可用PVD工艺、无电化学沉积/电镀工艺、CVD工艺、PE-CVD工艺或其他沉积工艺来沉积或用别的方式形成中间的TCO层218。在许多实例中，中间的TCO层218是用溅射沉积工艺制造的，其中在氧化环境(比如包含氧、臭氧或其他氧化剂的腔室)内从金属氧化物靶溅射或者从金属靶溅射TCO材料。在一些实例中，可以由供应商(例如玻璃制造商)提供透明基板202，所述透明基板202具有已经提供在其上的中间的TCO层218。可用于制造中间的TCO层218的若干PVD工艺在都在2010年3月29日提交并且分别公开为美国公开号第2010-0311228号和美国公开号第2010-0311204号的共同受让的美国申请案第12/748,780号和第12/748,790号中被进一步描述，通过引用将这些申请案并入本文。
HWF缓冲层260设置在TCO层218与第二p-i-n结220的p型硅基层222之间。将HWF缓冲层260沉积、电镀或用别的方式形成在TCO层218上，随后，将第二p-i-n结220形成在HWF缓冲层260上或之上。如果从串联型PV电池200省去HWF缓冲层260，那么在TCO层218与p型硅基层222之 间的TCO/p层界面处存在电子势垒。然而，HWF缓冲层260设置在TCO/p层界面内以形成TCO/HWFL/p层界面，其中HWF缓冲层260是HWFL。因此，相对于在没有HWF缓冲层260的PV电池内的TCO/p层界面处的电子势垒来说，在包含HWF缓冲层260的串联型PV电池200内的TCO/HWFL/p层界面处的电子势垒被消除或大幅减小。在TCO/HWFL/p层界面处的电子势垒的消除或大幅减小使得能够使用p型硅基层222内包含的较宽带隙p层材料。此外，在串联型PV电池200中的TCO/HWFL/p层界面处的电子势垒的消除或大幅减小允许在p型硅基层222内包含的p型材料内使用较高的碳浓度。通常，具有较高碳浓度的p型材料也具有较宽的带隙能量，而不牺牲填充因子。
HWF缓冲层260包含一或多种高功函数材料。所述高功函数材料提供具有下列所需性质的HWF缓冲层260：(i)高功函数(例如<4.5eV)，(ii)透光性，(iii)导电性以及(iv)对H2等离子体的耐受性。通常，所述高功函数材料可以是化学计量的和/或非化学计量的金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物或这些材料的混合物。在HWF缓冲层260内包含的示例性高功函数材料包含氧化钨、氮化钨、氧化钼、氮化钼、氧化镍、氮化镍、氧化钒、氮化钒、氧化镍钨、氧化镓铟、氧化锌锡、氧化锌铟锡、氧化镓铟锡、这些材料的衍生物、这些材料的合金、这些材料的掺杂剂变体或这些材料的组合。
HWF缓冲层260可以各种形态存在，比如单层或块膜，以及多层膜、层叠膜、膜堆叠、纳米颗粒以及纳米线。因此，用各种不同的工艺将HWF缓冲层260沉积或用别的方式形成在中间的TCO层218上，所述各种不同的工艺包含气相沉积工艺(比如CVD、ALD、PVD或蒸发)和基于溶液的沉积或电镀工艺(比如无电沉积和电化学电镀)。HWF缓冲层260通常具有在从约到约范围内的厚度，所述厚度更窄地在从约到约的范围内。
在一个实施方式中，HWF缓冲层260包含单层高功函数材料或高功函数材料的块膜。在一个实例中，HWF缓冲层260包含氧化钒。在另一实例中，HWF缓冲层260包含氧化镍钨。在其他实施方式中，HWF缓冲层260是多层膜，比如层叠膜或膜堆叠，并且包含多层高功函数材料。所述多层膜内的每一层可独立地包含与所述多层膜中的其他层相同的材料或不同的材料。作为多层薄膜，HWF缓冲层260可具有2层、3层、4层、5层或更多层。在一些实例 中，HWF缓冲层260包含氧化钨层和氮化钨层，例如氧化钨层设置在氮化钨层上。在其他实例中，HWF缓冲层260包含氧化镓铟层、氧化锌锡层和氧化钨层，例如氧化镓铟层设置在氧化锌锡层上，而氧化锌锡层设置在氧化钨层上。
在其他实施方式中，HWF缓冲层260包含含有一或多种高功函数材料的纳米颗粒或纳米线。HWF缓冲层260可含有纳米颗粒，所述纳米颗粒具有在从约1nm到约500nm范围内的颗粒尺寸。HWF缓冲层260通常具有在从约10颗粒/μm2到约100颗粒/μm2范围内的纳米颗粒表面密度。在一些实例中，HWF缓冲层260含有氧化钨、氧化钒或氧化镍钨纳米颗粒。或者，HWF缓冲层260包含纳米线，所述纳米线具有在从约25nm到约500nm范围内的直径以及在从约500nm到约10000nm(约10μm)范围内的长度。HWF缓冲层260通常具有在从约10线/μm2到约100线/μm2范围内的纳米线表面密度。在一些实例中，HWF缓冲层260包含氮化钨纳米线或氮化镍纳米线。
在一个实例中，在太阳能电池(比如串联型PV电池200)中，HWFL，即HWF缓冲层260被设置在TCO层与硅基p-i-n结层之间，比如在TCO层218与第二p-i-n结220之间。与没有HWFL的太阳能电池相比，HWF缓冲层260增强串联型PV电池200的性能，比如通过遮蔽TCO层218的低功函数以免于接触第二p-i-n结220的层。与肖特基/电子势垒相比，HWF缓冲层260带来的这种改善沿一方向向上推动p型硅基层222中的p型材料的费米能级以及价带和导带两者，以类似于欧姆接触。
作为对比，没有HWFL的太阳能或PV电池(例如类似于省去HWF缓冲层150的PV电池100)因此具有TCO/p-Si界面。存在于TCO/p-Si界面处的电子势垒是由于在p-i-n硅结与TCO层之间存在的功函数失配而产生的。当TCO层和p-Si层被放置成互相紧密接触时，TCO层的低功函数沿与欧姆接触相反的方向牵引p-Si层的费米能级(Ef)以及价带和导带两者。因而，由此形成肖特基/电子势垒。然而，在包含HWF缓冲层260的串联型PV电池200中，由于p型硅基层222与HWF缓冲层260的高功函数材料之间的接触，肖特基/电子势垒已经被消除或者大幅减少。
HWF缓冲层260的功函数等于、大体上等于或者大于p型硅基层222的功函数。HWF缓冲层260的功函数通常在比p型硅基层222的功函数大从约1％到约50％的范围内。在许多实例中，HWF缓冲层260的功函数是约5eV 或更大，而p型硅基层222的功函数是约5eV或更小。通常，p型硅基层222的功函数在从约4eV到约5eV的范围内。因此，HWF缓冲层260的功函数通常大于4.5eV，比如4.8eV或更大，并且通常在从约4.8eV到约8eV的范围内，更窄地在从约5eV到约7eV的范围内，以及更窄地在从约5.25eV到约6.5eV的范围内。在一些实例中，HWF缓冲层260的功函数是约5.15eV。
此外，HWF缓冲层260的电阻率等于、大体上等于或者小于p型硅基层222的电阻率，一般地，HWF缓冲层260的电阻率小于p型硅基层222的电阻率的1％。HWF缓冲层260的电阻率通常是约1×1011μΩ·cm或更小，比如在从约1×101μΩ·cm到约1×1011μΩ·cm的范围内，更窄地在从约1×102μΩ·cm到约1×108μΩ·cm的范围内。
在一些实例中，相对于单独的中间的TCO层218的电阻率，包含HWF缓冲层260和相同的中间的TCO层218(例如与单独的中间的TCO层218相同的组成和厚度)的膜的电阻率增加了约5％或更小。此外，相对于单独的中间的TCO层218的迁移率，包含HWF缓冲层260和相同的中间的TCO层218的膜的迁移率减少了约5％或更小。另外，相对于单独的中间的TCO层218的粗糙度，包含HWF缓冲层260和相同的中间的TCO层218的膜的粗糙度减少了约10％或更小。在其他实例中，HWF缓冲层260粘附到并且接触相邻的硅基层或材料(比如p型硅基层222)，其中在HWF缓冲层260与相邻的硅基层或材料(例如p型硅基层222)之间没有分层或大体上没有分层发生。在其他实例中，HWF缓冲层260耐受或者大体上耐受暴露于化学还原性等离子体(例如氢等离子体)，以致不会或大体上不会由于暴露于等离子体后的HWF缓冲层260而导致传输损失。
HWF缓冲层260具有的折射率(n)可大于中间的TCO层218的折射率并小于p型硅基层222的折射率，以致对于在从约350nm到约2000nm的范围内的波长(λ)来说，nTCO<n<np-Si。通常，对于在从约350nm到约2000nm范围内的波长(λ)来说，HWF缓冲层260的折射率在比第一透明金属氧化物层的折射率大约1％到约125％的范围内。此外，对于在从约350nm到约2000nm范围内的波长(λ)来说，HWF缓冲层260的折射率通常在比p型硅基层的折射率小约1％到约55％的范围内。因此，对于在从约350nm到约2000nm范围内的波长(λ)来说，HWF缓冲层260的折射率在从约1.5到约4.5的范围内。
对于在从约350nm到约2000nm范围内的波长(λ)来说，HWF缓冲层260的吸收系数(α)小于中间的TCO层218的吸收系数。对于在从约350nm到约2000nm范围内的波长(λ)，HWF缓冲层260的吸收系数不小于中间的TCO层218的吸收系数的1％。对于在从约350nm到约2000nm范围内的波长(λ)来说，HWF缓冲层260的吸收系数通常在从约1x10-2cm-1到约1x106cm-1的范围内，更窄地在从约1x10-1cm-1到约1x105cm-1的范围内。对于在从约350nm到约2000nm范围内的波长(λ)来说，HWF缓冲层260可具有约95％或更大的透射率值，比如约96％或更大，比如约97％或更大，比如约98％或更大，比如约99％或更大，例如约99.5％或更大。
在一些实例中，相对于单独的中间的TCO层218的电阻率，包含HWF缓冲层260和相同的中间的TCO层218(例如与单独的中间的TCO层218相同的组成和厚度)的膜的电阻率增加了约5％或更小。此外，相对于单独的中间的TCO层218的迁移率，包含HWF缓冲层260和相同的中间的TCO层218的膜的迁移率减少了约5％或更小。另外，相对于单独的中间的TCO层218的粗糙度，包含HWF缓冲层260和相同的中间的TCO层218的膜的粗糙度减少了约10％或更小。在其他实例中，HWF缓冲层260粘附到并且接触相邻的硅基层或材料(比如p型硅基层222)，其中在HWF缓冲层260与相邻的硅基层或材料(例如p型硅基层222)之间没有分层或大体上没有分层发生。在其他实例中，HWF缓冲层260耐受或者大体上耐受暴露于化学还原性等离子体(例如氢等离子体)，以致不会或大体上不会由于暴露于等离子体后的HWF缓冲层260而导致传输损失。
第二p-i-n结220包含设置在p型硅基层222与n型硅基层226之间的本征硅基层224，如在图2中所描述的。p型硅基层222、本征硅基层224和n型硅基层226各自可独立地包含μc-Si基材料、多晶硅基材料、非晶硅基材料和/或这些材料的组合。在许多实例中，第二p-i-n结220包含设置在p型非晶硅基层222与n型非晶硅基层226之间的作为本征硅基层224的μc-Si薄膜。
p型硅基层222包含硅基材料，比如非晶硅(α-Si)、多晶硅(poly-Si)、微晶硅(μc-Si)、或这些硅基材料的组合，所述硅基材料以第III族元素掺杂。在许多实例中，包含在p型硅基层222内的硅基材料是非晶硅材料。以第III族元素掺杂的硅基材料、层或膜被称为p型掺杂的或p型的硅材料、层或膜。p型 硅基层222还包含至少一种掺杂剂元素，并且可包含两种或更多种掺杂剂元素，比如硼、镓、碳或这些掺杂剂元素的组合。在许多实例中，p型硅基层222包含硼掺杂的非晶硅材料，或者硼掺杂的、碳掺杂的非晶硅材料。或者，p型硅基层222可以其他元素掺杂，所述其他元素被选择以满足串联型PV电池200的装置要求。在一些实例中，p型硅基层222包含以碳掺杂的硅基材料，并且具有在从约0.01at％到约50at％范围内的碳浓度，所述碳浓度更窄地在从约0.1at％到约20at％的范围内，更窄地在从约1at％到约10at％的范围内，以及更窄地在从约2at％到约5at％的范围内。一般用CVD或PE-CVD来沉积p型硅基层222。p型硅基层222通常具有在从约到约范围内的厚度，所述厚度更窄地在从约到约的范围内，以及更窄地在从约到约 的范围内。
本征硅基层224是设置在p型硅基层222与n型硅基层226之间的非掺杂型硅基膜。在受控的工艺条件下沉积本征硅基层224，以提供使串联型PV电池200的光电转换效率改良的膜性质。在许多实例中，本征硅基层224包含本征(i型)材料并且是用i型材料制造的，比如i型多晶硅(poly-Si)、i型微晶硅(μc-Si)、非晶硅(α-Si)或者氢化非晶硅(α-Si:H)。根据硅基材料的应用和类型，本征硅基层224通常具有在从约到约范围内的厚度。在一个实施方式中，本征硅基层224包含非晶硅，并且具有在从约到约 范围内的厚度，所述厚度更窄地在从约到约 的范围内，以及更窄地在从约到约的范围内。在另一实施方式中，本征硅基层224包含微晶硅，并且具有在从约到约范围内的厚度，所述厚度更窄地在从约到约的范围内，以及更窄地在从约到约 的范围内。
n型硅基层226包含硅基材料，比如非晶硅(α-Si)、多晶硅(poly-Si)、微晶硅(μc-Si)或这些硅基材料的组合，所述硅基材料是以第V族元素掺杂的。在许多实例中，n型硅基层226包含n型掺杂的非晶硅。以第V族元素掺杂的硅基材料、层或膜被称为n型掺杂的或者n型硅材料、层或膜。n型硅基层226还包含至少一种掺杂剂元素，并且可包含两种或更多种掺杂剂元素，比如磷、砷或这些掺杂剂元素的组合。在一个实例中，n型硅基层226包含磷掺杂的非晶 硅材料。或者，n型硅基层226可以其他元素掺杂，所述其他元素被选择以满足串联型PV电池200的装置要求。一般用CVD或PE-CVD来沉积n型硅基层226。n型硅基层226通常具有在从约到约范围内的厚度，所述厚度更窄地在从约到约的范围内，以及更窄地在从约到约 的范围内。
背反射体230被制造或者用别的方式形成在第二p-i-n结220上或之上。背反射体230包含设置在TCO层232上或之上的金属反射层234。所述TCO层232被沉积或者用别的方式形成在第二p-i-n结220上，比如在n型硅基层226上。此后，金属反射层234被沉积或者用别的方式形成在TCO层232上。TCO层232和金属反射层234的材料可以是分别与如图1描绘的TCO层132和金属反射层134中的材料相同、大体上相同或不同的材料。此外，TCO层232可以独立地制造，或者包含与TCO层204或者中间的TCO层218的材料相同的、大体上相同的或者不同的材料。
TCO层232可包含导电和透明的金属氧化物、多种金属氧化物的混合物、金属硒化物、金属碲化物或这些物质的混合物。TCO层232的金属氧化物或其他材料可包含锌、铟、锡、镉、铝、铜、镓、这些物质的合金、这些物质的混合物或这些物质的组合。所述金属氧化物包含化学计量的金属氧化物、非化学计量的金属氧化物或这些物质的混合物。可包含在TCO层232内的示例性金属氧化物、金属硒化物或金属碲化物包含氧化锌(例如ZnO)、氧化铟(In2O3)、氧化锡(例如SnO2)、氧化锌锡、氧化铟锡(ITO)、氧化镉(CdO)、锡酸镉(例如Cd2SnO4)、氧化铝或矾土(例如Al2O3)、氧化铜、氧化钨、氧化钼、氧化镍、氧化钒、氧化镍钨、氧化镓、铜铟镓硒化物(CIGS，例如CuIn1-xGaxSe2基材料，其中x在从约0.001到约0.999的范围内)、碲化镉(例如CdSe基材料)、这些物质的掺杂的材料、这些物质的衍生物、这些物质的合金或这些物质的组合。
TCO层232可含有TCO材料，所述TCO材料包含附加的掺杂剂或元素，比如铝、镓、硼、氟、硫、硒、碲或这些物质的混合物。在一些实例中，TCO层232可包含具有约5at％(原子百分比)或更小(比如约2.5at％或更小)的掺杂浓度的氧化锌。在一些实例中，TCO层232可包含氧化锌层和/或用氧化锌层制造，所述氧化锌层具有形成于其中的所需氧化铝或矾土掺杂剂浓度。在 一个实例中，TCO层232可以是掺杂的并且具有含铝的氧化锌，所述铝的浓度是约2.5at％。在另一实例中，TCO层232可以是掺杂的并且具有包含氟掺杂剂的氧化锡。TCO层232通常具有在从约到约范围内的厚度，所述厚度更窄地在从约到约的范围内，以及更窄地在从约到约的范围内。
可用PVD工艺、无电化学沉积/电镀工艺、CVD工艺、PE-CVD工艺或其他沉积工艺来沉积或用别的方式形成TCO层232。在许多实例中，TCO层232是用溅射沉积工艺制造的，其中在氧化环境(比如包含氧、臭氧或其他氧化剂的腔室)内从金属氧化物靶溅射或者从金属靶溅射TCO材料。在一些实例中，可由供应商(例如玻璃制造商)提供透明基板202，所述透明基板202具有已经提供在其上的TCO层232。可用于制造TCO层232的若干PVD工艺在都在2010年3月29日提交并且分别公开为美国公开号第2010-0311228号和美国公开号第2010-0311204号的共同受让的美国申请案第12/748,780号和第12/748,790号中被进一步描述，通过引用将这些申请案并入本文。
包含在背反射体130内的金属反射层234可被沉积或用别的方式形成在TCO层232上或之上。可用PVD工艺、CVD工艺、PE-CVD工艺、电化学沉积工艺、无电沉积工艺或者两种或更多种沉积或电镀工艺的组合来形成金属反射层234。金属反射层234可包含至少一种金属或者由至少一种金属制造，所述金属比如为钛、铬、铝、镍、银、金、铜、铂、钯、钌、这些金属的合金或这些金属的组合。
在替代性实施方式中，其他串联型PV电池具有单一HWFL，类似于串联型PV电池200，但是没有HWF缓冲层260。图5A到图5C描绘串联型PV电池500a-500c，串联型PV电池500a-500c类似于串联型PV电池200，并且共享共用层/膜/材料，如本文中针对图2描述的相同共用绘示元件。然而，串联型PV电池500a-500c没有第二HWFL，比如HWF缓冲层260。此外，串联型PV电池500b-500c没有中间的TCO层，比如中间的TCO层218。因此，串联型PV电池500a-500c中的每一个具有如先前针对串联型PV电池200描述的透明基板202、TCO层、HWF缓冲层250、第一p-i-n结210、第二p-i-n结220以及背反射体230串联。
图5A描绘串联型PV电池500a，串联型PV电池500a具有设置在第一p-i-n 结210上的中间的TCO层218，以及设置在中间的TCO层218上的第二p-i-n结220，如在本文中通过一个实施方式所描述的。因此，中间的TCO层218与第一p-i-n结210的n型硅基层216和第二p-i-n结220的p型硅基层222接触，并且设置在第一p-i-n结210的n型硅基层216与第二p-i-n结220的p型硅基层222之间。
图5B描绘串联型PV电池500b，串联型PV电池500b具有设置在第一p-i-n结210上的夹层550和设置在夹层550上的第二p-i-n结220，如在本文中通过另一实施方式所描述的。因此，中间的TCO层218与第一p-i-n结210的n型硅基层216和第二p-i-n结220的p型硅基层222接触，并且设置在第一p-i-n结210的n型硅基层216与第二p-i-n结220的p型硅基层222之间。夹层550用于朝向第一p-i-n结210反射蓝光(λ＝约390nm到约500nm)并将所述蓝光反射到第一p-i-n结210中和/或朝向第二p-i-n结220反射红光(λ＝约600nm到约780nm)并将所述红光反射到第二p-i-n结220中。夹层550包含至少一种不导电材料。在一个实例中，夹层550包含非化学计量的氧化硅。夹层550通常具有在从约到约范围内的厚度，所述厚度更窄地在从约到约的范围内。
图5C描绘串联型PV电池500c，串联型PV电池500c具有直接设置在第一p-i-n结210上的第二p-i-n结220，如本文通过另一实施方式所描述的。因此，第一p-i-n结210的n型硅基层216与第二p-i-n结220的p型硅基层222接触。
尽管上述内容针对本发明的实施方式，但在不背离本发明的基本范围的情况下可设计本发明的其他和进一步的实施方式，且本发明的范围是由以下权利要求书确定的。

Claims (13)

1.一种光电装置，包括：
透明基板；
第一透明金属氧化物层，所述第一透明金属氧化物层设置在所述透明基板上；
高功函数缓冲层，所述高功函数缓冲层包括氧化钒或氧化镍钨且设置在所述第一透明金属氧化物层上，其中所述高功函数缓冲层的电阻率在1×102μΩ·cm与1×108μΩ·cm之间；
p-i-n结，所述p-i-n结设置在所述高功函数缓冲层上，其中所述p-i-n结包括设置在p型硅基层与n型硅基层之间的本征层，并且所述p型硅基层与所述高功函数缓冲层接触，其中所述p型硅基层包括碳，并且具有在从2at％到5at％范围内的碳浓度；
第二透明金属氧化物层，所述第二透明金属氧化物层设置在所述n型硅基层上；以及
金属反射层，所述金属反射层设置在所述第二透明金属氧化物层上，
其中所述高功函数缓冲层的功函数等于或大于所述p型硅基层的功函数。
2.如权利要求1所述的光电装置，其中对于在从350nm到2000nm范围内的波长来说，所述高功函数缓冲层的折射率大于所述第一透明金属氧化物层的折射率，并且小于所述p型硅基层的折射率。
3.如权利要求1所述的光电装置，其中对于在从350nm到2000nm范围内的波长来说，所述高功函数缓冲层的吸收系数小于所述第一透明金属氧化物层的吸收系数。
4.如权利要求1所述的光电装置，其中对于在从350nm到2000nm范围内的波长来说，所述高功函数缓冲层具有95％或更大的透射率。
5.如权利要求1所述的光电装置，其中所述高功函数缓冲层的电阻率等于或者小于所述p型硅基层的电阻率。
6.如权利要求1所述的光电装置，其中所述高功函数缓冲层具有在从到的范围内的厚度，并且包含单层高功函数材料、高功函数材料的块膜或者包括多个层的多层膜。
7.如权利要求1所述的光电装置，其中所述高功函数缓冲层包括纳米颗粒或纳米线。
8.如权利要求1所述的光电装置，其中所述p型硅基层具有在从到范围内的厚度。
9.如权利要求1所述的光电装置，其中所述第一透明金属氧化物层包括选自由以下材料组成的群组的金属氧化物：氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化镉、氧化铝、氧化铜、氧化镓、氧化钨、氧化钼、氧化镍、氧化钒、氧化镍钨、氧化锌锡、这些材料的衍生物、这些材料的合金、这些材料的掺杂剂变体以及这些材料的组合。
10.如权利要求1所述的光电装置，其中所述n型硅基层包括掺杂剂，所述掺杂剂选自磷、砷及这些掺杂剂的组合。
11.如权利要求1所述的光电装置，其中所述本征层是硅基本征层，并且包括选自由以下材料组成的群组的材料：多晶硅(poly-Si)、微晶硅(μc-Si)、非晶硅(α-Si)、氢化非晶硅(α-Si:H)、这些材料的衍生物以及这些材料的组合。
12.一种光电装置，包括：
透明基板；
第一透明金属氧化物层，所述第一透明金属氧化物层设置在所述透明基板上；
高功函数缓冲层，所述高功函数缓冲层包括氧化钒或氧化镍钨且设置在所述第一透明金属氧化物层上，其中所述高功函数缓冲层的电阻率在1×102μΩ·cm与1×108μΩ·cm之间；
p-i-n结，所述p-i-n结包括设置在所述高功函数缓冲层上的p型硅基层，其中所述高功函数缓冲层的功函数等于或大于所述p型硅基层的功函数，其中所述p型硅基层包括碳，并且具有在从2at％到5at％范围内的碳浓度；
第二透明金属氧化物层，所述第二透明金属氧化物层设置在所述p-i-n结上；以及
金属反射层，所述金属反射层设置在所述第二透明金属氧化物层上。
13.一种光电装置，包括：
透明基板；
第一透明金属氧化物层，所述第一透明金属氧化物层设置在所述透明基板上；
第一高功函数缓冲层，所述第一高功函数缓冲层包括氧化钒或氧化镍钨且设置在所述第一透明金属氧化物层上，其中所述第一高功函数缓冲层的电阻率在1×102μΩ·cm与1×108μΩ·cm之间；
第一p-i-n结，所述第一p-i-n结包括第一p型硅基层，所述第一p-i-n结设置在所述第一高功函数缓冲层上，其中所述第一高功函数缓冲层的功函数等于或大于所述第一p型硅基层的功函数，其中所述第一p型硅基层包括碳，并且具有在从2at％到5at％范围内的碳浓度；
第二透明金属氧化物层，所述第二透明金属氧化物层设置在所述第一p-i-n结上；
第二高功函数缓冲层，所述第二高功函数缓冲层设置在所述第二透明金属氧化物层上；
第二p-i-n结，所述第二p-i-n结包括第二p型硅基层，所述第二p-i-n结设置在所述第二高功函数缓冲层上，其中所述第二高功函数缓冲层的功函数等于或大于所述第二p型硅基层的功函数，其中所述第二p型硅基层包括碳，并且具有在从0.01at％到50at％范围内的碳浓度；
第三透明金属氧化物层，所述第三透明金属氧化物层设置在所述第二p-i-n结上；以及
金属反射层，所述金属反射层设置在所述第三透明金属氧化物层上。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104272466B (zh) * 2012-02-29 2017-05-31 贝克阳光公司 具有反射器的双面晶体硅太阳能板
US9379259B2 (en) * 2012-11-05 2016-06-28 International Business Machines Corporation Double layered transparent conductive oxide for reduced schottky barrier in photovoltaic devices
US9853133B2 (en) * 2014-09-04 2017-12-26 Sunedison Semiconductor Limited (Uen201334164H) Method of manufacturing high resistivity silicon-on-insulator substrate
CN104362194A (zh) * 2014-12-08 2015-02-18 中国科学技术大学 背接触层结构及包含其的CdTe太阳能电池
CN106784046A (zh) * 2016-12-28 2017-05-31 成都中建材光电材料有限公司 一种背接触结构、制备方法及碲化镉薄膜太阳电池
CN111129207B (zh) * 2018-11-01 2022-02-08 杭州朗旭新材料科技有限公司 锡酸镉透明导电膜、碲化镉电池制备方法及薄膜太阳电池
US12089424B2 (en) * 2019-01-16 2024-09-10 The Regents Of The University Of Michigan Photodetectors with semiconductor active layers for under-display fingerprint and gesture sensors

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6784361B2 (en) * 2000-09-20 2004-08-31 Bp Corporation North America Inc. Amorphous silicon photovoltaic devices
JP2007035893A (ja) * 2005-07-26 2007-02-08 Matsushita Electric Works Ltd 有機発電素子
US20080047602A1 (en) * 2006-08-22 2008-02-28 Guardian Industries Corp. Front contact with high-function TCO for use in photovoltaic device and method of making same
US8076571B2 (en) * 2006-11-02 2011-12-13 Guardian Industries Corp. Front electrode for use in photovoltaic device and method of making same
US20080105299A1 (en) * 2006-11-02 2008-05-08 Guardian Industries Corp. Front electrode with thin metal film layer and high work-function buffer layer for use in photovoltaic device and method of making same
US9147778B2 (en) * 2006-11-07 2015-09-29 First Solar, Inc. Photovoltaic devices including nitrogen-containing metal contact
JP2009135337A (ja) * 2007-11-30 2009-06-18 Showa Shell Sekiyu Kk Ｃｉｓ系太陽電池の積層構造、ｃｉｓ系薄膜太陽電池の集積構造及び製造方法
US9299863B2 (en) * 2008-05-07 2016-03-29 The Hong Kong University Of Science And Technology Ultrathin film multi-crystalline photovoltaic device
CN102272950A (zh) * 2008-12-19 2011-12-07 应用材料股份有限公司 用于薄膜与晶圆基太阳能应用的微晶硅合金
US20110088763A1 (en) * 2009-10-15 2011-04-21 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for improving photovoltaic efficiency
US20110174362A1 (en) * 2010-01-18 2011-07-21 Applied Materials, Inc. Manufacture of thin film solar cells with high conversion efficiency
WO2011123117A1 (en) * 2010-03-31 2011-10-06 University Of Rochester Photovoltaic cells with improved electrical contact
US8822259B2 (en) * 2010-04-21 2014-09-02 Applied Materials, Inc. Methods for enhancing light absorption during PV applications
US20110277819A1 (en) * 2010-05-11 2011-11-17 Bakersun Bifacial thin film solar panel and methods for producing the same
CA2829242A1 (en) * 2010-08-07 2012-02-16 Arjun Daniel Srinivas Device components with surface-embedded additives and related manufacturing methods

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