CN1311564C - 光电转换元件 - Google Patents

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Abstract

一种光电转换元件，其中含有可透射导电层和保护件并且对特定波长范围内的光具有低透射率的表面材料设置在由多个非单晶半导体结构成的光电转换部分的光入射表面上，并且其中在长期使用期间，在通过所述表面材料的光照射下，由所述多个半导体结中具有最好特性的半导体结产生的光电流总是小于由其它半导体结产生的光电流。

Description

光电转换元件
本发明是1998年3月10日提交、申请号为98108044.8、发明名称为“光电转换元件和使用它的建筑材料“的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及如太阳能电池或传感器的光电转换元件，为了增加转换效率该光电转换元件具有多个半导体结并且考虑长期户外使用，具有覆盖光电转换部分的保护件以便抑制光退化；并且涉及使用该光电转换元件的建筑材料和发电装置。
背景技术
各种光电转换元件迄今已用作电动机械和装置的独立电源或者用作系统电力的替代能源。然而，每个由这种光电转换元件产生的能量的成本仍很高，特别是供系统电力的替代物用，目前对其研究和开发仍很活跃。
例如，至于光电转换部分自身的材料，存在的技术有如单晶硅或多晶硅的晶体材料以及使用非晶硅或化合物半导体的所谓薄膜材料。
另一技术是通过多个半导体结构成的光电转换部分的层结构来提高转换效率，例如美国专利No.5,298,086中所述。
低成本制造光电转换元件的技术之一是使用不锈钢的轧制基底并且利用增加淀积速率的微波在其上连续地形成半导体薄层的薄膜半导体制造技术。
另一技术是通过在半导体结层上设置也用作电极的抗反射层来有效地利用光。
此外，不仅对光电转换部分，而且对足够实际使用的产品形成，耐用性和连接到系统电力的方法来说，各种技术是必须的，其研究开发正在进行。
特别是，太阳能电池要求设计成能长期户外使用。因此，除通常使用的玻璃保护件外，还建议重量轻且具有挠性结构的保护件，例如日本特开专利申请No.8-139347中所述，其中最外表面是如氟树脂膜的氟化物聚合物的可透射薄膜并且从各种热塑性、可透射有机树脂中选择的密封树脂设在其里面。
一般公知通过设定在可透射保护层和大气之间的保护件的折射率，此保护件也能具有抗反射作用。
如上所述，为增加转换效率，所谓叠层器件的技术称作串联连接多个半导体结的技术。一般来说，当把具有等带隙的两个半导体结的结构与厚度等于两个结总厚的一个半导体结的结构相比较时，双结结构的转换效率更大，这是因为载流子的迁移长度更短并且因此其复合较少。此外，电动势增加而同时输出电流降低。因此，由于电流的内阻损耗降低，结果转换效率增加。通过形成不同带隙的多个半导体结并在宽的波长范围中利用光就能实现更高的转换效率。
然而，当使用多个半导体结时，如何确定每个半导体结的状态变得复杂并且发现最有效的结构不总是容易。在三个或更多半导体结的结构中它们尤其复杂。发现一些指导并给出设计的自由度是重要课题。
当研究增加转换效率的方法时，在光电转换元件的利用方面最重要的是包括所用材料的数量、制造成本、安装面积和外观等的整体性能与产生的能量相当。因此应注意，从光到电的转换效率不总是最重要的。这就是能以极低成本制造非晶光电转换元件引起注意的原因，虽然它比呈现高转换效率的晶体光电转换元件有稍微更小的转换效率。
非晶硅半导体将经历D.L.Staebler和C.R.Wronski(Applied PhysicsLetters，Vol.31，No.4，15 August 1977，P292)发现的光退化现象。该光退化现象迄今仍未克服，因此考虑包括长期使用后光退化的转换效率、以及初始转换效率、成本等之间的平衡最重要的问题是确定最佳结构。
发明内容
本发明的一个目的是提出光电转换元件的总体优良结构和使用它的建筑材料及发电装置，该光电转换元件具有更小的光退化和高的转换效率，能以低成本制造，重量轻而且有挠性。
本发明的另一目的是提供一种长期使用期间转换效率总保持恒定的光电转换元件和使用它的建筑材料及发电装置。
首先，本发明具有光电转换元件的第一特征，该元件包括：基底；光电转换部分，该部分具有位于基底上的多个非晶半导体的半导体结层叠的叠层和光入射面，其中叠层中的多个半导体结具有相互不同的各自吸收光谱并且对于由于暴露在光下导致的光退化具有相互不同的各自退化率，并且其中设有两种半导体结使基于最小退化率的半导体结的光电流大于基于最大退化率的半导体结的光电流；以及设在光入射表面上的表面材料，该表面材料吸收在最小退化率的半导体结的吸收光谱范围内的光，从而基于最小退化率的半导体结的光电流变得小于基于最大退化率的半导体结的光电流。
其次，本发明具有光电转换元件的第二特征，通过一结构该光电元件具有更小的退化和高的转换效率，能以低成本制造，重最轻且有挠性并且整体性能优良，其中可透射导电层和保护件的表面材料设在由多个非单晶半导体结构成的光电转换部分的光入射表面上，可透射导电层和保护件每个在特定光的波长范围内具有低透射率，并且其中当暴露在穿过表面材料的光下时由来自多个半导体结具有最好性能的半导体结产生的光电流在长期使用期间总是小于由其它半导体结产生的光电流。
第三，本发明具有建筑材料的第三特征，该建筑材料具有：a)光电转换元件，该元件包括基底和光电转换部分，该部分具有位于基底上的多个非晶半导体的半导体结层叠的叠层和光入射表面，其中叠层中的多个半导体结具有相互不同的各自吸收光谱并且对于由于暴露在光下导致的光退化具有相互不同的各自退化率，并且其中设有两种半导体结使基于最小退化率的半导体的光电流大于基于最大退化率的半导体结的光电流；b)底面材料；c)设在光电转换元件的光入射表面上的表面材料，该表面材料吸收在最小退化率的半导体结的吸收光谱范围内的光，从而基于最小退化率的半导体结的光电流变得小于基于最大退化率的半导体结的光电流，所述建筑材料具有表面材料和底面材料密封成一体的密封结构。
第四，本发明具有发电装置的第四特征，该发电装置包括：a)光电转换元件，该元件包括：基底；光电转换部分，该部分具有位于基底上的非晶半导体的多个半导体结层叠的叠层和光入射表面，其中叠层中的多个半导体结具有相互不同的各自吸收光谱并且对于由于暴露在光下导致的光退化具有相互不同的各自退化率，并且其中设有两种半导体结使基于最小退化率的半导体结的光电流大于基于最大退化率的半导体结的光电流；以及设在光电转换元件的光入射表面上的表面材料，该表面材料吸收在最小退化率的半导体结的吸收光谱范围内的光，从而基于最小退化率的半导体结的光电流小于基于最大退化率的半导体结的光电流；及b)用于把光电转换元件产生的能量转化成预定能量的能量转化装置。
本发明人广泛研究集中在如何实现具有高的转换效率、低的光退化、高耐用性且制造简单的光电转换元件，以及实现下述本发明。
本发明采用非单晶半导体的多个半导体结层叠的光电转换元件。所述多个半导体结包含i层，其中具有低退化率的半导体结的i层淀积速率小于其它半导体结的i层淀积速率。
本发明人发现通过使用各半导体结的厚度变化使其从最薄向基底增加到最厚的结构就能实现最大转换效率。本发明人把此结构中的各半导体结的吸收光谱与光退化试验后的相比较，发现具有良好特性的半导体结显示最小的退化。另一方面，本发明人也发现当又制作光电转换元件，从而具有最好特性(最小退化)的半导体结的光电流在长期使用期间总小于其它半导体结的光电流时，初始转换效率保持很少降低并且光退化程度降低。可以想象这是因为光电转换元件的特性是由具有最好特性的半导体结的情况控制。当光电转换元件由每个单个半导体结构成时，具有最好特性的半导体结能由电流—电压曲线的占空因数、由电子自旋共振测量自旋密度，或者由行程的时间法测量载流子迁移率发现。
此外，本发明人发现如下。阳光包括300nm紫外光到1000nm或更大的红外光的宽波长范围的光(图3)。当尽可能多的利用全部阳光时光电转换元件的转换效率增加，然而实际中也存在无用波长的光。最好防止无用波长的光达到光电转换部分，因为它导致光退化。本发明人也发现，从同时考虑有助于光电转换的效果和导致光退化的效果的总的方面来看，甚至在有用的波长中也有应当最好避免到达光电转换部分的波长。例如，接近350nm的紫外线每个光子具有高的能量并因此极大地导致光退化。因此，它们更好由设在表面上的树脂保护件或类似物反射或吸收到不大量降低转换效率的程度。
当光电转换元件用作屋顶材料时，外观和色调有时变成重要因素。存在故意反射特定波长的光以便给出色调的一些情况。这样，降低特定波长范围的光的透射率。
注意在多个半导体层的光退化和保护件之间的关系来完成本发明。即，本发明人发现当光电转换元件构造成：在没有保护件的情况下更多产生在多个半导体结中的与特定波长范围相对应的半导体结的光电流，并且在设有保护件(密封件)之后以及甚至在降低光电流后，具有最好特性的半导体结的光电流在长期使用期间总变成最小，具有最好特性的半导体结的特性控制整个光电转换元件的特性。
通过如上所述确定多个半导体结的结构并提供不透过特定波长范围的光的保护件，光退化就能控制在低水平内而不极大地降低转换效率。
此外，为增加电流通常增加厚度。这也具有降低不能覆盖基底的形状这种缺陷的效果。它也具有高度可靠地获得光电转换元件的效果，这是因为在电压的作用下断裂程度被改善。
而且，此外通过调节不透过特定波长范围的光的保护件厚度和分布就能调节相关半导体结的光电流。在等离子体增强CVD方法制造半导体结的情况下，制造后的较正困难并且有些分布。保护件的可调厚度也具有对半导体结的制造条件提供宽的容许范围的效果。
附图说明
图1是表示根据本发明的薄膜半导体的光电转换元件的一个实施例的横截面结构示意图；
图2是表示制造本发明半导体结层的优选装置的示意图；
图3是表示太阳光光谱的图；
图4是表示给出本发明保护件(表面密封材料116和表面膜117)的例子之前获得的吸收光谱图；
图5是表示根据本发明保护件(表面密封材料116和表面膜117)的例子的透射率特性图；
图6是表示给出本发明保护件(表面密封材料116和表面膜117)的例子后获得的吸收光谱图；
图7是表示在设有本发明保护件(表面密封材料116和表面膜117)的例子前后空因数变化度的图；
图8是表示在设有本发明保护件(表面密封材料116和表面膜117)的例子前后转换效率变化度的图；
图9是表示在设有本发明保护件(表面密封材料116和表面膜117)的例子后的占空因数图；
图10是表示在设有本发明保护件(表面密封材料116和表面膜117)的例子后的转换效率图；
图11是表示根据本发明的发电装置图。
具体实施方式
以示意图图1示意说明本发明光电转换元件的横截面的例子。
通过从水溶液溅射或电结晶把可透射保护层103淀积在基底101上的反射层102上。可透射保护层103的表面最好有几百nm的不均匀度，这因为它能散射光增加转换效率。不均匀度可由制造条件形成，或通过平坦表面的湿蚀刻增加不均匀度。
在图2所示的真空装置中基底设成例如由207表示。传输室201、淀积室202、203、204、205和恢复室206由闸门阀相互分离并且它们里面由未示出的真空泵抽真空到预定压力。传输室201和淀积室202之间的闸门阀首先打开并且基底207传送到基底支承电极212下面。然后基底支承电极212向下移动接触基底。然后基底由加热器208加热并保持在预定温度下。然后关闭闸门阀并通过供气管220供给源气硅烷、磷化氢和氢。通过调节未示出的排气阀的阀移动把压力调节到预定压力。在此状态下把高频功率供给电极216一预定时段产生n型非晶(此后称“α-”)Si层104。源气一旦被抽空，那么闸门阀被打开。该基底输送到下一淀积室并且又供给源气硅烷、锗烷和氢。压力调节到预定压力后把预定功率供给波导管和偏压电极217一预定时间段，从而产生i型α-SiGe层105。通过以同样方式重复此过程，在淀积室204中产生P型微晶(此后称作“μc-”Si层，因此上述步骤完成最靠近基底的半导体结。以同样次序制造下一nip结107、108、109，因此制造中间半导体结。而且，以同样方式在淀积室202中制得n型α-Si110，此后在淀积室205中制造i型α-Si层111，同时这次只供给硅烷和氢。最后，在淀积室204中制造P型μc-Si层112，从而完成表面侧半导体结。对上述方法制造的样品进行光退化试验并得到半导体层的光电流的退化率。而且，用上述同样方法相互独立地制造半导体结并且也测量它们的占空因数。另外，以在相同条件下只淀积更厚的三个i层的结构制造另一样品，用电子自旋共振测量自旋密度以及用行程的时间法测量载流子的迁移率。结果全部列在下表1中并且表面侧半导体结显示最好特性。这认为是由于实现快速淀积速率的微波功率的影响和硅与硅锗之间的差异。
表1
退化率   占空因数   自旋密度   载流子迁移率
  顶 -1 to -2％   0.73-0.75   1-2×1015/cm3   0.5-1×10-7cm2/v
  中间 -1 to -3％   0.65-0.68   2-3×1015/cm3   0.3-0.6×10-7cm2/v
  底 -4 to -5％   0.64-0.66   2-3×1015/cm3   0.2-0.5×10-7cm2/v
因此，在制造发明的样品中，在没有保护件的情况下为了顶部i型α-Si111的光电流变得大于其它半导体结中的至少一个，增加源气浓度、提高基底的温度、改变带隙、改变硅与锗的比率或者延长淀积时间。为制造半导体结除上述微波和高频率外还能使用范围从微波到高频的例如2.45GHz、500MHz或105MHz的各种频率功率。
半导体结的表面经常反射可透射保护层的不均匀率。
也用作可透射电极的抗反射层113在另一真空装置中进一步形成在半导体结的表面上。
梳形电极114设在抗反射层113上并且输出电极固定到此。底表面材料115是钢片。进一步地，作为表面膜117的氟化物聚合物薄膜和作为表面密封材料116的热塑性、可透射有机树脂粘结到顶表面的光入射表面118上。这些构件116和117构成保护件，从而完成光电转换元件。作为表面密封材料116的该热塑性、可透射有机树脂包含具有图5所示透射率特性51的紫外吸收材料。在图5中透射率1.0以上的波长范围存在于紫外吸收剂的透射率特性中的原因是：透射率特性是紫外吸收剂设在抗反射层113上处的那些51，该抗反射层113是折射率2.0的可透射导电层，以及因为保护件自身的折射率是约1.5就能实现抗反射作用。
图4表示在设置由上述表面密封材料116和表面膜117构成的保护件之前获得的光电转换元件的吸收光谱。在图中，数字41代表顶半导体结的吸收光谱，42代表中间半导体结的吸收光谱，43代表底半导体结的吸收光谱，以及44代表层叠此三个半导体结的三电池总的吸收光谱。
在图4中，可见该光电转换元件利用从300nm到900nm宽范围内的光。此时由表面侧半导体结(顶半导体结)、中间半导体结(中半导体结)、和基底侧半导体结(底半导体结)产生的光电流(JSC)分别是7.63mA/cm2、7.45mA/cm2和7.78mA/cm2。
图6表示上述表面密封材料116和表面膜117的保护件设在上述光电转换元件上，即设在光入射表面118上后实施的类似上述测量的结果。
在图6中，数字61代表顶半导体结的吸收光谱，其中350nm和更小波长范围中的光被有效削减，从而抑制中间半导体结和底半导体结的光退化。在本发明的优选实施例中，表面密封材料116优选含有紫外吸收剂，其数量足以抑制中间半导体结和底半导体结的光退化并且吸收剂具有基本不降低顶半导体结的吸收光谱的吸收特性。数字62代表中间半导体结的吸收光谱数字63代表底半导体结的吸收光谱，能及64代表层叠此三个半导体结的三电池总的吸收光谱。此时顶、中间、和底半导体结产生的光电流分别是7.33mA/cm2、7.60mA/cm2和7.97mA/cm2。
在设置上述保护件后变成光电转换元件的太阳能电池具有10.2％的初始转换效率以及在退化试验后具有8.7％的转换效率。
图7表示各样品的测量结果图，各样品包括通过改变淀积条件、设计厚度等并选择各种条件使顶半导体结中产生的光电流变成最小而得到的许多样品(顶控制电池)以及通过选择淀积条件等使中间半导体结中产生的光电流也变成最小而得到的许多样品(中间控制电池)。
在图7中，横标表示各样品JSC(顶)/JSC(中间)-1(％)的图，JSC(顶)/JSC(中间)-1(％)是在上述保护件形成之前从表面侧半导体结(顶半导体结)的光电流[JSC(顶)]与中间半导体结(中半导体结)的光电流[JSC(中间)]之比中减去1而得到的值。
在图7中，纵标表示各样品FF(没有保护件)/FF(有保护件)-1(％)的图，FF(没有保护件)/FF(有保护件)-1(％)是从保护件形成后光电转换元件的占空因数[FF(有保护件)]与上述保护件形成前光电转换元件的占空因数[FF(没有保护件)之比中减去1而得到的值。在图中，“顶控制”电池指在顶半导体结中产生的光电流设成最小的太阳能电池以及“中间控制”电池指在中间半导体结中产生的光电流设成最小的太阳能电池。而且，“FF提高”指沿箭头方向FF提高方面的进步。图7表示在形成保护件后空因数的变化。
图8的横标表示在形成保护之前的光电转换元件中从顶半导体结的光电流[JSC(顶)]与中间半导体结的光电流[JSC(中间)]之比中减去1而得到的值。
因此，JSC(顶)/JSC(中间)-1(％)的值绘在横标上；Eff(有保护件)/Eff(没有保护件)-1(％)的各样品的值绘在纵标上，Eff(有保护件)/Eff(没有保护件)-1(％)是从保护件形成后光电转换元件的转换效率[Eff(有保护件)]与保护件形成前光电转换元件的转换效率[Eff(没有保护件)]之比中减去1而得到的值。相应地，图8表示转换效率的变化，从图中可见当以顶半导体结的光电流比中间半导体结的光电流大0到6％的状态，特别是以顶半导体结的光电流大3-5％的状态设置保护件时，占空因数(FF)最好并且转换效率降低相对较小。
如上所述，使用含紫外吸收剂的保护件的光电转换元件有高的占空因数和增加的光电转换效率。光电转换元件在长期内特性很少变化并且可靠性极大改善。
图9的横标表示在由表面密封材料116和表面膜117构成的保护件形成后在顶半导体结中产生的光电流(顶JSC)与在中间半导体结中产生的光电流(中间JSC)之比，以及纵标表示保护件形成后的占空因数(FF)。
在图7、8和9中的黑点是在各种条件下试验的不同光电转换元件在上述图形坐标轴上的测量结果图。
将逐个描述本发明的构成元件。
(基底101)
基底101也用作下电极，通过半导体层与另一电极相对，它能从金属、合金、该金属或合金的叠层、反射层形成在其上的碳片、导电层形成在其上的树脂膜等中选择。因为这些材料能以卷的形式使用，它们适合于连续制造。该基底依据其用途也能从通过给硅或类似物的晶体基底、或玻璃、或陶瓷片设有反射层或导电层而获得的基底中选择。可抛光或清洗该基底的表面，但该基底可像原来一样使用。可使基底的表面粗糙。如果基底是如不锈钢(SUS430)的磁性材料，在通过包括磁铁的辊精确控制其位置的同时传送该基底。
(反射层102)
当基底有高反射率时，不必单独提供高反射层102。当基底101是不锈钢或碳片时由溅射或类似法形成铝层。
(可透射保护层103)
通过溅射、真空蒸气淀积、化学蒸气淀积、离子镀、离子束处理、或离子束溅射就能制得可透射保护层103。也能通过电结晶或从硝酸盐、乙酸盐和铵基与金属离子组成的水溶液中浸镀制得可透射保护层103。该保护层所要特性是使光透射到基底的高透光度。希望保护层有适宜的电阻，足以阻止电流流过半导体层的缺陷。具体地，透射率最好大于9％。以及导电率是在10-8(1/Ωcm)到10-1(1/Ωcm)的范围内。保护层的材料能从氧化锌、氧化铟、氧化锡和含这些氧化物的材料中选择。
通过控制制造条件使保护层的表面粗糙度在几百纳米的尺寸内。如果表面是平整的，可由一乙酸溶液或类似物湿蚀刻使表面粗糙。例如，在溅射的情况下，通过提高基底温度、降低淀积速率以及增加厚度使表面粗糙度变得更大。在从水溶液中电结晶的情况下，通过增加锌浓度和增加厚度使粗糙度变得更大。
(半导体结)
利用从高频到微波范围的能量的CVD系统能用于制造半导体层。如SiH4、PH3和H2的源气供给到真空室中并供给能量，从而制得n型α-Si层104、107或110.而且，当使用如SiH4、GeH4和H2的源气时就能制得i型α-SiGe层105或108。当使用如SiH4和H2的源气时能制得i型α-Si层111。而且，使用SiH4、BF3和H2能制得P型μc(微晶)-Si层106。从而，如上述能制得多个nip半导体结。该半导体层不必限制成非晶和微晶半导体，只要它们是非单晶的。也能用Pin结构替代nip结构。
半导体结的数目能是两个或更多而不必限制成上述例子中的三个。
该半导体层能由一字排列式装置连续地制得。
在图1中，数字104代表n型半导体层，105代表i型半导体层，以及106代表P型半导体层。这些半导体层104、105和106组成底Pin(nip)半导体结11。数字107代表n型半导体层，108代表i型半导体层，以及109代表P型半导体层。这些半导体层107、108和109组成中间Pin(nip)半导体结12。数字110代表n型半导体层，111代表i型半导体层，以及112代表P型半导体层。这些半导体层110、111和112组成顶Pin(nip)半导体结13。
在本发明的优选实施例中，顶Pin半导体结是具有最小退化率和位于短波长侧的吸收光谱的半导体结以及底Pin半导体结是具有最大退化率和位于长波长侧的吸收光谱的半导体结。在本例子中，具有最小退化率的半导体结的吸收光谱峰值设在不大于500nm的波长处以及具有最大退化率的半导体结的吸收光谱峰值设在不小于700nm的波长处。
具有中间退化率的另一半导体结能设置成在具有最小退化率的半导体结和具有最大退化率的半导体结之间的中间pin半导体结12。具有中间退化率的该半导体结的吸收光谱峰值设在500nm到700nm的波长范围中。
在本发明的优选实施例中，顶pin半导体结的i型半导体层最好通过具有如射频的高频能量的等离子体增强CVD，利用相对低的淀积速率淀积制得；以及底pin半导体结的i型半导体层通过使用微波的等离子体增强CVD，利用相对快的淀积速率淀积制得。
(抗反射层113)。
抗反射层113也用作上电极，通过上述半导体层104-112与基底相对。抗反射层113通过电阻加热或电子束的真空蒸气淀积、溅射、CVD、喷镀、浸镀或类似方法由从氧化铟、氧化锡、氧化钛、氧化锌和它们的混合物中选择的原材料制成。作为光入射表面118为了实现良好的抗反射效果，抗反射层的厚度最好大约是把主要希望防止反射的光的波长除以抗反射膜的4倍折射率而得到的值。例如，折射率是2以及最希望透过的波长是500nm，厚度最好约63nm。抗反射层可是不同折射率材料的叠层。
在本发明的优选例子中，光电转换元件由下电极、半导体结和上电极的整体结构构成，但本发明的光电转换元件不局限于上述结构。
(电极114)
为有效地收集电流，栅图形的电极114可设在抗反射层113上。形成电极114的方法包括：使用掩膜图形的溅射，电阻加热，CVD，在整个表面上蒸发金属膜以及此后通过蚀刻除去不必要的部分来对膜构图的方法，通过光辅助CVD直接形成栅电极图形的方法，形成栅电极图形的负图形掩膜以及此后在其上镀敷的方法，以及印制导电胶的方法。
此后，如果需要，为了取出电动势，输出端子可连接到基底101和电极114。
(表面密封材料116)
为了用树脂覆盖光电转换元件的不均匀，为了防止光电转换元件受例如温度变化、潮湿和冲出的恶劣外部环境影响，以及为了确保表面膜和光电转换元件之间的粘结，表面密封材料116是必须的。因此，它必须在耐气候、粘附力、填充特性、耐热、耐低温和耐冲出方面性能优良。满足这些要求的树脂包括：如乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-甲基丙烯酸脂共聚物(EMA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)和聚乙烯醇缩丁醛树脂这样的聚烯烃基树脂、氨基甲酸乙酯树脂、硅氧烷树脂和氟树脂。在它们中，优选使用EVA，因为它供太阳能电池之用时具有很好的平衡物理特性。然而，如果不是交联的，由于它的低热变形温度在高温下使用时它易变形成蠕变。因此，为增加耐热性，它最好是交联的。在EVA的情况下，它经常与有机过氧化物交联。以从有机过氧化物中产生的自由基吸引树脂中的氢和卤原子来形成C-C键的方式实现与有机过氧化物的交联。激活有机过氧化物的已知方法包括热分解，氧化还原分解和离子分解。一般最适合采用分解法。有机过氧化物的具体例子包括过氧化氢、二烃基过氧化物、二酰基过氧化物、过氧缩酮、过氧酯、过氧碳酸酯、酮过氧化物等。每100份重量密封树脂所加有机过氧化物的数量是0.5-5份重量。
当上述有机过氧化物用在密封材料116中时，在真空中受热和压力下实现交联和热压键合。依据各有机过氧化物的分解温度特性确定加热温度和时间。一般地，在热分解进行90％，更优选地，不小于95％的温度和时间处停止加热和压力。通过测量凝胶百分比就能检测密封树脂的交联度。为防止高温下密封树脂变形，最好使密封树脂交联，从而凝胶百分比变得不小于70wt％。
为有效进行上述交联反应，也能使用称作交联助剂的异氰脲酸烯丙脂(triallyl isocyanurate)(TAIC)。每100份重量密封树脂所加交联助剂量通常在1份到5份重量的范围内。
本发明中所用密封材料耐气候性优良，但是为了进一步增强耐气候性或为了保护位于密封材料下面的层也能加入紫外吸收剂。紫外吸收剂能从公知化合物中选择并且考虑太阳能电池组件的使用环境最好从低挥发紫外吸收剂中选择。这种吸收剂的具体例子是包括水杨酸基化合物、二苯酮基化合物、苯并三唑基化合物和腈基丙烯酸酯基化合物的各种有机化合物。
如果与紫外吸收剂一同也加入光稳定剂，密封材料将对光更稳定。光稳定剂的具体例子是受阻胺基光稳定剂。受助胺基光稳定剂与紫外吸收剂不同，它不吸收紫外光，但是当与紫外吸收剂使用时它们显示大的协合效应。
对于密封树脂，所加上述紫外吸收剂和光稳定剂的含量最好分别在0.1和1.0wt％之间以及0.05和1.0wt％之间。
而且为改善耐热性和热加工性可添加热氧化抑制剂。热氧化抑制剂的化学结构可是一元酚基、双酚基、聚合物型酚基、硫基、或磷酸基。对密封树脂，所加热氧化抑制剂的含量最好在0.05和1.0wt之间。
如果假设光电转换元件在更坏环境下使用，最好增加密封树脂与光电转换元件或表面树脂膜之间的粘结强度。为进一步提高粘结强度，把硅烷偶合剂或有机钛酸酯化合物加入密封树脂中。每100份重量密封树脂添加的数量优选在0.1与3份重量之间，更优选在0.25与1份重量之间。
另一方面，为尽量防止到达光电转换元件的光量降低，表面密封材料116必须是可透射的。具体地，在400nm-800nm的可见光波长范围内光透射率优选是80％或更多，更优选是90％或更多。为使光从大气中容易入射，密封材料的折射率在25℃最好是1.1-2.0，更优选是1.1到1.6。透射光谱的具体例子如图5所示并且透射率在300nm到400nm的波长范围中理想地是0-90％。
(表面膜117)
因为本发明中采用的表面树脂膜117是设置成太阳能电池组件的最外层，它必须具有保证太阳能电池组件在户外暴露中的长期可靠性的性能，包括耐气候性、抗污染性和机械强度。适合用于本发明表面膜的材料是例如氟树脂和丙烯酸树脂。在它们中，最好使用氟化物聚合物，这因为它们在耐气候和抗污染方面性能优良。具体例子包括聚偏氟乙烯树脂、聚氟乙烯树脂和四氟乙烯一乙烯共聚物。聚偏氟乙烯树脂在耐气候方面优良，同时四氟乙烯一乙烯共聚物在耐气候与机械强度的相容性和透光度方面优良。
表面树脂膜117必须具有一定厚度来保证机械强度，但从成本的观点，不希望厚度太大。具体地，厚度优选在20μm-200μm，更优选在30μm-100μm。
为提高表面树脂膜117和密封材料116之间的粘附力，应该最好对表面树脂膜的一个表面进行如电晕处理、等离子体处理、臭氧处理、UV照射、电子束照射或火焰处理这样的表面处理。它们之中，最好使用电晕放电处理，这因为它的处理速率快并且通过相对简单的装置它能极大地增加粘附强度。
不均匀度形成在表面树脂膜117和表面密封材料116中。该不均匀度可在覆盖形成步骤期间形成或通过例如覆盖形成后加压的方法形成。
(底表面材料115)
用作底表面材料的具体例子的覆盖膜必须用于保持光电转换元件的导电基底和外面之间的电绝缘。优选材料是对导电基底101能保证充分的电绝缘，在长期耐用性，耐热膨胀和热收缩及挠性方面优良的材料。适合应用的膜是聚酰胺和聚对苯二甲酸乙二醇酯的膜。
为增强太阳能电池组件的机械强度或为防止由于温度变化而引起的变形或翘曲，底表面材料可以例如钢片，塑料片和FRP(玻璃纤维加强塑料)片、及上述覆盖膜中选择。当底表面材料具有高机械强度时，太阳能电池组件能应用于如房顶材料的建筑材料。
图11表示使用本发明的能量控制方法的发电装置的一个例子。太阳能电池1101的dc输出输入到能量转换装置1102，然后供给负载1103。
前述图1的太阳能电池组件能用于太阳能电池1101。此组件串联或并联连接形成太阳能电池阵列，从而得到想要的电压和电流。
能量转换装置1102可是使用如功率晶体管、功率FEF或IGBT这样的自关断切换装置的DC/DC转换器或自激DC/AC逆变器或类似物。当能量转换装置是它们中任何一个时，由开/关占空率(所谓导通率)和栅脉冲的频率就能控制潮流、输入/输出电压、输出频率等。
负载1103可包括各种负载，包括电加热负载电动机负载等，但在交流的情况下它可是商用ac系统。当负载是商用ac系统时，该系统称作“系统互连太阳能发电系统”。因为这种情况下负载是能源系统，没有对输入其中的能量的限制。用于从太阳能电池或类似物中供给最大能量的本发明控制方法特别适合该系统。类似地，二次电池也能用作dc负载。在情况中所要的布置是二次电池的容量设计成尽可能大并且控制该电池的充电状态。当负载是dc的，能量转换装置1102是DC/DC转换器。
电压检测装置1104和电流检测装置1105检测太阳能电池1101的输出电压和输出电流并把所检测信号供给用于设定太阳能电池输出电压的输出电压设定装置1106。
电压检测装置1104通过电阻器分割来自太阳能电池输出电压的电压并进行A/D转换把分压转换成数字值。然后，电压检测装置1104发送数字值给输出电压设定装置1106的控制装置1107。在这个时候，为防止噪声或类似物的混合，太阳能电池的输出电路最好例如通过在输入和输出之间能很好隔离的光耦合器与所检测信号的发送电路隔离。在优选布置中，电流检测装置1105通过Hall效应装置或标准电阻器把电流转换成电压，类似于电压检测装置1104把检测信号转化成数字值并传送数字值给电压设定装置1106。用在这些检测装置中A/D转换器最好是具有足够高速度和高精度的那些。具体地，它们最好是具有不小于10比特的分辨率和不小于50KH2的抽样率的A/D转换器。这样A/D转换器能构成误差不大于0.1％并且响应不大于1秒的控制系统。
输出电压设定装置1106依据上述检测信号进行计算来确定输出电压的设定值并控制能量转换装置的门电路的导通率或类似物，从而太阳能电池的输出电压变成设定值。输出电压设定装置1106具体成用于控制的微计算机，该微计算机带有CPU、RAM、ROM、I/O接口、数字计算单元等。
能量转换装置的控制装置1107是所谓的门驱动电路，并通过瞬时电流比较、正弦波/三角波比较法或类似法产生栅脉冲。据此，控制能量转换装置1102的导通率使太阳能电池的输出电压变成等于输出电压设定装置1106的输出。此控制装置1107可构造成模拟电路或数字电路，但是多数最新控制单元是数字单元，它具有CPU或具有是高速CPU的DSP(数字信号处理器)。
当控制装置1107是数字单元时，它具有类似于上述输出电压设定装置1106的结构，因此控制装置1107也能布置成用作输出电压设定装置1106。
将用例子进一步描述本发明。
例子
(例子1)
在如下详述的本例子中，具有图1的横截面示意图的结构的光电转换元件以分批方法制造并且设有吸收紫外光的保护件。具有最好特性的半导体结是制造在顶表面侧上并与紫外光相对应的半导体结，以及其i层111由RF-CVD法制备。中间和底结的i层(105，108)由微波-CVD法制备。
基底101是具有45mm长×45mm宽×0.15mm厚的形状并且具有通常称作毛面光洁度的粗糙表面的SUS430片。以相同方式制备8个基底。这8个基底同时放置在市场上能买到的dc磁控溅射系统中并且其内部抽真空到低于10-5乇的压力。此后，以30sccm供给氩气并且压力保持在2毫乇。不用加热基底，通过给直径6英寸铝靶施加120W的dc功率90秒钟，在其上形成厚70nm铝反射层。接着，把基底加热到300℃，电连接切换到直径6英寸的氧化锌靶，对此施加500W的dc功率10分钟，从而制造厚约1000nm的氧化锌保护层。在保护层的表面中形成约300nm的不均匀度。
这些样品的每个放置在图2示意表示装置的输送室201中，输送室由真空泵抽真室到10-4乇，此后打开闸门阀，然后基底移至n层淀积室202。降低基底夹持器212并且由加热器208把基底的表面温度控制在250℃。在充分抽真空完成后，以1sccmSi2H6、0.5sccmPH3/H2(用1％H2稀释)和40sccmH2把源气通过进气管220引入。控制节气阀的阀行程，反应室的内压保持在1乇。一旦压力变得稳定后就立刻从高频电源供给3W功率。等离子体保持180秒。这导致在可透射保护层103上形成n型α-Si层104。又对该室抽真空，此后把基底移至微波i层淀积室203。基底温度设定在250℃并且以40sccm SiH4、50sccmGeH4和200sccmH2把源气通过进气管221引入。控制节气阀的阀行程，反应室的内压保持在1.5毫乇。一旦压力变得稳定后，从105MHz一微波电源供给150W功率，同时把13.56MHz的高频功率800W加至偏压电极15秒钟。这导致形成i型α-SiGe层105。又对该室抽真空，然后基底移至P层淀积室204。基底温度设在250℃并且在0.5sccmSiH4/H2(用10％H2稀释)，1sccmBF3/H2(用1％H2稀释)和50sccmH2下把源气通过进气管222引入。控制节气阀的阀行程，反应室的内压保持在1乇，一旦压力变得稳定后就从高频电源供给200W功率。等离子体保持120秒钟。这导致形成P型μc-Si层106。
然后基底又移到n层淀积室202。基底的表面温度被加热器208控制在230℃。在里内被充分抽真空后，在1sccmSi2H6、0.5sccmPH3/H2(用1％H2稀释)和40sccmH2下把源气通过进气管220引入。控制节气阀的阀行程，反应室内压保持在1乇。一旦在压力稳定后就从高频电源供给3W功率。等离子体保持180秒。这导致形成n型α-Si层107。又对室的里面抽真空，此后基底移至微波i型淀积室203。基底温度设置在230℃并且在40sccmSiH4、40sccmGeH4和200sccmH2下把源气通过进气管221引入。控制节气阀的阀行程，反应室的内压保持在1.5毫乇。一旦压力稳定后，立即从微波电源供给150W功率，同时800W高频功率加至偏压电极15秒钟。这导致形成i型α-SiGe层108。对该室又抽真空，此后基底移至P层淀积室204。基底温度设置在230℃并且在0.5sccmSiH4/H2(用10％H2稀释)、1sccmBF3/H2(用1％H2稀释)和50sccmH2下把源气通过进气管222引入。控制节气阀的阀行程，反应室内压保持在1乇。一旦压力稳定后从高频电源供给200W功率。等离子体保持120秒钟。这导致形成P型μc-Si层109。
然后基底又移至n层淀积室202。基底表面温度由加热器208控制在200℃。在对内部充分抽真空后，在1sccmSi2H6、0.5sccmPH3/H2(用1％H2稀释)和40sccmH2下把源气通过进气管220引入。控制节气阀的阀行程，反应室内压保持在1乇。基底一旦压力稳定后，从高频电源立即供给3W功率。等离子体保持180秒钟。这导致形成n型α-Si层110.对该室内又抽真空，此后基体移至高频i层淀积室205。基底温度设置在200℃并且在1sccmSiH6和40sccmH2下把源气通过进气管223引入。控制节气阀的阀行程，反应室内压保持在1乇。一旦压力稳定后，从高频电源立即供给2W功率并且保持放电600秒钟。这导致形成i型α-Si层111。又对该室抽真空，此后基底移至P层淀积室204。基底温度设置在200℃并且在0.5sccmSiH4/H2(用10％H2稀释)、1sccmBF3/H2(用1％H2稀释)和50sccmH2下把源气通过进气管222引入。控制节气阀的阀行程，反应室内压保持在1乇。一旦压力稳定后从高频电源立即供给200W功率。保持等离子体2分钟，这导致形成P型μc-Si层112。
然后从图2的装置中取出样品并固定到DC磁控溅射装置的阳极表面。不锈钢掩膜用作包围样品的掩护层并且用10wt％氧化锡和90wt％氧化铟的靶通过溅射在中间区域40mm×40mm中制得可透射导电层113。在如下条件下进行淀积：基底温度200℃；作为惰性气体的氩流速50sccm；氧气流速0.5sccm；淀积室中压力3毫乇；每单位靶面积的输入能量为0.2W/cm2；在淀积约100秒钟后该层厚70nm。以在同样条件下预先校准厚度和淀积时间之间的关系的方式来确定该层厚度并且在达到预定厚度的时间时终止淀积。
银胶丝印在上述制造的每个样品上，从而在该面积的2％范围内形成电极。最后，作为负极端子的铜接片用不锈钢焊剂粘结到不锈钢基底，以及作为正极端子的锡箔带用导电粘合剂粘结到电极114，从而形成输出端子。正极端子通过绝缘体通到底表面，从而通过在底覆盖材料中的孔就能取出输出，如下所述。
对于直到形成光电转换元件的输出电极所制造的8个样品中的4个样品，测量没有保护件的特性并且如下所述它们称作对比例子1-1。在本例子中，用下面方法覆盖4个剩余样品。
EVA片(商标：PHOTOCAP，厚460μm，从SPRINGBORNLABORATORIES INC。购买)和其中一个表面被电晕放电处理的无定向ETFE膜(商标：TEFZEL膜，厚50μm，从Dupont Inc.购买)层叠在光电转换部分的光接收表面侧上以及EVA片(商标：PHOTOCAP，厚460μm，从SPRINGBORN LABORATORIES INC.购买)、聚酰胺膜(商标：Dertec，厚63.5μm，从Dupont Inc，购买)和Galvalume(镀锌铁片，厚0.27mm)层叠在底侧上。它们依ETFE/EVA/光电转换部分/EVA/聚酰胺/EVA/，钢片的次序层叠。在这种情况下为释放过量EVA到ETFE外面通过碳氟膜(商标：Teflon PFA膜，厚50μm，从Dupont Inc.购买)安放铝网(16×18网目，线直径0.011英寸)。此层叠体在150℃下加热30分钟，同时用真空层压机在压力下脱气，从而获得由铝网使其表面粗糙的光电转换元件。在此所用EVA片是广泛用作太阳能电池密封材料的EVA片，其中每100份重量EVA树脂(乙烯基乙酸酯含量：33％)掺和1.5份重量交联剂、0.3份重紫外吸收剂、0.1份重量光稳定剂、0.2份重量热氧化抑制剂和0.25份重量硅烷偶合剂。输出端子预先通到光电元件的底表面，从而在层叠处理后通过预先形成在Galvalume片中的端子输出口就能取出输出。然后保护树脂粘结到样品，从而完成光电转换元件。
由此完成的四个光电转换元件的吸收光谱如图6所示。可见由于保护件的吸收，吸收光谱在300nm到370nm的范围中降低。此时由顶、中间和底半导体结产生的光电流分别是7.3±0.1mA/cm2、7.6±.01mA/cm2和8.0±0.1mA/cm2。在AM1.5(100mw/cm2)的照射下从电压-电流特性得到的占空因数是0.72±0.01，以及初始转换效率是10.2±0.1％，它比形成保护件前样品(对比例子1-1)的10.4±0.1稍低。然而，在AM1.5(100mw/cm2)下在4000小时退化试验后转换效率是8.7±0.1％，它高于没有保护件的(对比例子1-1)的83％。退化试验后的光电流如下：顶7.2±0.1mA/cm2；中间7.3±0.1mA/cm2；底7.8±0.1mA/cm2。因此，顶半导体结的光电流变化最小，所以顶半导体结是具有最好特性的一个。在该变化后，具有最好特性的顶半导体结也保持最小光电流。
也制造每个只有一个单个半导体结的样品以及只有i层更厚的样品，并且也测量它们的占空因数、自旋密度和载流子迁移率。它们是同上述值相同的。
而且，这些样品在保持在温度85℃和湿度85％的环境试验箱中进行1000小时环境试验。转换效率变化是仅0.02％降低，因此毫无问题。
(对比例子1-1)
对于例子1中直到形成输出电极所制造的8个样品中的4个样品，测量没有保护件的特性并且它们的吸收光谱如图4所示。利用在300nm-900nm宽范围内的光。此时由顶、中间和底半导体结产生的光电流分别是7.6±0.1mA/cm2、7.4±0.1mA/cm2和7.8±mA/cm2。在AM1.5(100mw/cm2)照射下从电压-电流特性得到的占空因数是0.70±0.01并且初始转换效率是10.4±0.1％。没有保护件在AM1.5(100mW/cm2)下在4000小时退化试验后的转换效率是8.3±0.1％。几乎没有取决于基底的差别，并因此认为4个剩余样品也显示同样的特性。
没有保护件的光电转换元件在户外使用容易断裂，并且特别是当它们被雨水浸泡时，它们由于电极漏电而断裂。
(对比例子1-2)
除了为了在高频i层淀积室205中形成i型α-Si层111，在本对比例子中放电保持660秒，不同于例子1中的600秒外，以例子1中的同样方法制造光电转换元件。
在形成保护件前能从吸收光谱测量的顶、中间和底半导体结的光电流分别是7.9mA/cm2、7.4mA/cm2和7.8mA/cm2。
保护件形成后对应结的光电流是7.6mA/cm2、7.6mA/cm2和8.0mA/cm2。在AM1.5(100mA/cm2)照射下从电压-电流特性得到的占空因数是0.67。初始转换效率是9.9％并且在AM1.5(100mw/cm2)下在400小时退化试验后的转换效率是7.4％。因为在本例子中顶和中间半导体结两个的光电流相等，占空因数大大降低。在退化试验后各结的光电流是7.5mA/cm2、7.2mA/cm2和7.7mA/cm2。因此中间半导体结的光电流最小。
(例子2)
在本例子中制造中间控制的三重电池。即，中间i层108由RF-CVD法制得而其它i层105和111由微波-CVD法制得。直到中间半导体结中的n型α-Si层107的层由与例子1相同的方法制造。
此后，基底移至高频i层淀积室205。基底温度设置在230℃并且在2sccmSiH4、2sccmGeH4和40sccmH2下把源气通过进气管223引入。控制节气阀的阀行程，反应室内压保持中1乇。一旦压力稳定后，从高频电源供给2W功率并且保持放电600秒。这导致形成i型α-SiGe层108。又对该室抽真空，此后把基底移至P层淀积室204。基底温度设置在230℃并且在0.5sccmSiH4/H2(用10％H2稀释)、1sccmBF3/H2(1％H2稀释)和50sccmH2下把源气通过进气管222引入。控制节气阀的阀行程，反应室内压保持在1乇。一旦压力稳定后从高频电源供给200W功率。保持等离子体120秒。这导致形成P型μc-Si层109。
然后基底又移至n层淀积室202。加热器208把基底表面温度控制在200℃。在里面被充分抽真空后，在1sccmSi2H6、0.5sccmPH3/H2(用1％H2稀释)和40sccmH2下把源气通过进气管220引入。控制节气阀的阀行程，反应室内压保持在1乇。一旦压力稳定后从高频电源供给3W功率。保持等离子体180秒。这导致形成n型α-Si层110.又对该室里面抽真空，此后基底移至微波i型淀积室203。基底温度设置在200℃下并且在60sccmSiH4、10sccmGeH4和200sccmH2下把源气通过进气管221引入。控制节气阀的阀行程，反应室内部压力保持在1.5毫乇。一旦压力稳定后从105MHz微波电源供给150W功率，同时800W的13.56MHz高频功率加至偏压电极15秒钟。这导致形成i型α-SiGe层111。又对该室抽真空，此后基底移至P层淀积室204。基底温度设置在200℃并且在0.5sccmSiH4/H2(用1％H2稀释)、1sccmBF3/H2(用1％H2稀释)和50sccmH2下把源气通过进气管222引入。控制节气阀的阀行程，反应室内压保持在1乇。一旦压力稳定后从高频电源供给200W功率。保持等离子体120秒。这导致形成P型μc-Si层112。
在上述之后，以例子1同样的方法制造光电转换元件。
在形成保护件之前从吸收光谱能测量顶、中间和底半导体结的光电流分别是7.9mA/cm2、7.5mA/cm2和7.6mA/cm2。
在形成保护件后各结的光电流是7.6mA/cm2、7.3mA/cm2和7.8mA/cm2。在AM1.5(100mA/cm2)照射下从电压-电流特性得到的占空因数是0.70.初始转换效率是10.3％并且在AM1.5(100mW/cm2)下在4000小时退化试验后转换效率是8.6％。退化试验后光电流如下：顶7.2mA/cm2；中间7.1mA/cm2；底7.4mA/cm2。因此，中间半导体结的光电流变化最小，所以中间半导体是具有最好特性的一个。在该变化后，具有最好特性的中间半导体结的光电流也最小。
而且，该样品在保持在温度85℃和湿度85％的环境试验箱中进行环境试验1000小时。转换效率的变化仅是0.01％降低，因此毫无问题。
(对比例子2)
除为了在微波i层淀积室203中形成i型α-SiGe层111，放电时间从例子2中的15秒降低到本对比例子中的13秒外，以例子2的同样方法制造光电转换元件。
在形成保护件前能从吸收光谱测量的顶、中间和底半导体结的光电流分别是7.5mA/cm2、7.5mA/cm2和7.7mA/cm2
在形成保护件后各半导体结的光电流是7.2mA/cm2、7.6mA/cm2和7.8mA/cm2。在AM1.5(100mA/cm2)照射下从电压-电流特性获得的占空因数是0.68。初始转换效率是9.8％并且在AM1.5(100mW/cm2)下在4000小时退化试验后的转换效率是7.3％，它远远低于例子2。
(例子3)
在一些情况下，因为对外观的鉴赏，使房顶材料产生包括红色的色调。在这种情况下，保护件可是彩色的，但更易的方法是通过可透射导电层的厚度控制色调。本例子是降低可透射导电层的厚度来增加长波长光的反射，从而由此调节半导体结中的光电流。在本例子中也同例子1制造顶控制3重电池。
以底半导体结的i层105的制造时间是15秒，中间半导体结的i层108的制造时间也是15秒，顶半导体结的i层111的制造时间是600秒，并且以制造时间100秒制造厚70nm的可透射导电层的方式制造例子1中的光电转换元件；从而除底半导体结的i层105的制造时间是17秒，中间半导体结的i层108的制造时间也是17秒，顶半导体结的i层111的制造时间是570秒，以及以制造时间71秒制造厚50nm的可透射导电层外以例子1的同样方法制造本例子中的光电转换元件。
从形成保护件前的吸收光谱能测量顶、中间和底半导体结的光电流分别是7.8mA/cm2、7.2mA/cm2、和7.6mA/cm2。
形成保护件后各结的光电流是7.2mA/cm2、7.5mA/cm2和7.9mA/cm2，因此电池是顶控制电池。从AM1.5(100mA/cm2)照射下电压-电流特性得到的占空因数是0.72。初始转换效率是10.3％以及在AM1.5(100mW/cm2)下4000小时退化试验后的转换效率是8.7％。退化试验后的光电流如下：顶7.1mA/cm2；中间7.2mA/cm2；底7.7mA/cm2。因此，顶半导体结的光电流变化最小，所以顶半导体结是具有最好特性的一个。在该变化后，具有最好特性的顶半导体结的光电流也最小。
而且，该样品在保持在温度85℃和湿度85％的环境试验箱中进行1000小时环境试验。转换效率的变化仅是0.01％降低，因此毫无问题。
(对比例子3)
除经制造时间71秒制造厚50nm的可透射导电层外以例子1的同样方式制造光电转换元件。
从形成保护件前的吸收谱能测量预、中间和底半导体结的光电流分别是7.9mA/cm2、7.0mA/cm2和7.4mA/cm2。
在形成保护件后各结的光电流是7.3mA/cm2、7.3mA/cm2和7.7mA/cm2。从在AM1.5(100mA/cm2)照射下的电压-电流特性得到的占空因数是0.66。初始转换效率是9.5％并且在AM1.5(100mW/cm2)下4000小时退化试验后的转换效率是7.2％。退化试验后光电流如下：顶7.2mAm2；中间6.9mA/cm2；底7.5mA/cm2。因此，顶半导体结的光电流变化最小，所以顶半导体结是具有最好特性的一个。然而，中间半导体结显示最小光电流，从而极大降低效率。
(例子4)
该基底是24cm×35cm的大基底。除使用尺寸达到加工大基底的装置来制造元件外以同例子1的方法制造光电转换元件。在这种情况下，因为在用高频法制造顶半导体结的i层淀积室中反电极的定位偏离，在纵向边缘处观察厚度分布。通过调节装置能消除该分布，但不用调节装置来制造该层。
当形成保护件时，其中间部分的1/2是凸形的冲压板放置其上，从而使保护件的两端更厚，约500μm。
从保护件形成前的吸收光谱能测量的顶、中间和底半体结的光电流分别是7.4mA/cm2、7.2mA/cm2和7.6mA/cm2。
保护件形成后各结的光电流是7.1mA/cm2、7.4mA/cm2和7.9mA/cm2。从AM1.5(100mA/cm2)照射下的电压-电流特性得到的占空因数是0.71。初始转换效率是10.2％以及在AM1.5(100mW/cm2)下4000小时退化试验后的转换效率是8.6％。退化试验后的光电流如下：顶7.1mA/cm2；中间7.2mA/cm2；底7.7mA/cm2。因此，顶半导体结的光电流变化最小，所以顶半导体结是具有最好特性的一个。在此变化后，具有最好特性的顶半导体结的光电流也是最小。
而且，该样品在保持在温度85℃和湿度85％的环境试验箱中进行1000小时环境试验。转换效率的变化仅0.03％降低，因此毫无问题。
(对比例子4)
基底是24cm×35cm的大基底。除使用尺寸达到加工该大基底的装置来制造元件外以同例子1的方法制造光电转换元件。在这种情况下，因为在由高频方法制造顶半导体结的i层的淀积室中反电极的定位偏离，在纵向边缘处观察厚度的分布。通过调节装置能消除该分布，但不用调节装置来制造该层。当形成保护件时，以例子1的同样方法形成均匀厚度的保护件。
从保护件形成前吸收光谱能测量的顶、中间和底半导体结的光电流每个依据位置的不同，分别是7.4-7.6mA/cm2、7.0-7.2mA/cm2和7.4-7.6mA/cm2。
在保护件形成后各结的光电流是7.1-7.3mA/cm2、7.2-7.4mA/cm2和7.7-7.9mA/cm2。从AM1.5(100mA/cm2)照射下的电压-电流特性得到的占空因数是0.68。初始转换效率是9.8％以及在AM1.5(100mW/cm2)下在4000小时退化试验后的转换效率是7.7％。这可能因为：依据位置存在具有最好特性的顶半导体结的光电流不是最小的区域并且这些区域使全部特性降低。
对于本发明制造结构中的光电转换元件，占空因数高且光电转换效率增加。在长期内性能几乎没有变化并且可靠性高。
当光电转换元件用作房顶材料时，在一些情况下外观和色调也是重要因素。在这种情况下，通过故意反射特定波长的光来产生色调，光退化能抑制到不极大降低转换效率的低水平。
此外，因为使厚度变化，有降低如不能覆盖基底形状这样的缺陷的效果。在电压下断裂程度改善，从而得到具有高可靠性的光电转换元件。
而且，此外，通过调节不透过特定波长范围中的光的保护件厚度和分布，半导体结的制造条件能有宽的许可范围。
本发明在长期例如10～20年的使用中成功保持转换效率几乎恒定。

Claims (10)

1.一种光电转换元件，其中含有可透射导电层和保护件、并且对特定波长范围内的光具有低透射率的表面材料被设置在包括多个非单晶半导体结的光电转换部分的光入射表面上，并且其中在长期使用期间，在通过所述表面材料的光照射下，由所述多个半导体结中具有低退化率的半导体结产生的光电流总是小于由其它半导体结产生的光电流，所述多个半导体结包含i层，其中具有低退化率的半导体结的i层淀积速率小于其它半导体结的i层淀积速率。
2.根据权利要求1的光电转换元件，其中具有低退化率的半导体结的i层由非单晶硅构成并且其它半导体结的i层由非单晶硅锗构成。
3.根据权利要求1的光电转换元件，其中具有低退化率的半导体结的i层是由高频功率制造以及其它半导体结的i层由微波功率制造。
4.根据权利要求1的光电转换元件，其中具有低退化率的半导体结的光退化小于其它半导体结的光退化。
5.根据权利要求1的光电转换元件，其中具有低退化率的半导体结的i层的自旋密度小于其它半导体结的i层的自旋密度。
6.根据权利要求1的光电转换元件，其中具有低退化率的半导体结的占空因数大于其它半导体结的占空因数。
7.根据权利要求1的光电转换元件，其中具有低退化率的半导体结的i层的载流子迁移率大于其它半导体结的i层的载流子迁移率。
8.根据权利要求1的光电转换元件，其中至少部分表面材料对波长350nm的光具有低透射率。
9.一种光电转换元件，其中当包括多个非单晶半导体结、并且其上具有可透射导电层的光电转换部分的光入射表面没有保护件地暴露在光下时，由具有低退化率的半导体结产生的光电流大于由其它半导体结中至少一个产生的光电流，并且其中当具有对特定波长范围内的光有低透射率的保护件的光入射表面暴露在光下时，在长期使用期间，由具有低退化率的半导体结产生的光电流总小于由其它半导体结产生的光电流，所述多个半导体结包含i层，其中具有低退化率的半导体结的i层淀积速率小于其它半导体结的i层淀积速率。
10.一种光电转换元件，其中由具有低退化率的半导体结产生的光电流比其它半导体结中至少一个产生的光电流大0-6％，并且其中在存在对特定波长范围内的光有低透射率的保护件的状态下光照射时，在长期使用期间，具有低退化率的半导体结产生的光电流总小于其它半导体结产生的光电流，所述多个半导体结包含i层，其中具有低退化率的半导体结的i层淀积速率小于其它半导体结的i层淀积速率。
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