TW200950114A - Tandem thin-film silicon solar cell and method for manufacturing the same - Google Patents

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200950114 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及串聯薄膜珍太陽能電池及其製造方法。 【先前技術】 近年來’由於co2的過度排放所導致的地球暖化以及 油價的持〖續上漲，使得能源左右人類未來五十年的生存， 這一問題越來越成爲最重要的問題。雖然存在風力發電、 生物能源、氫燃料電池等报多新的可再生能源技術，但是 作爲所有能源基礎的太陽能是無限綠色能源，因此利用太 陽光的太陽能電池（Solar cell)備受目。 入射到地球表面的太陽光相當於120,000TW，因此， 在理論上只要由光電轉換效率（conversion efficiency)爲 10%的太陽能電池覆蓋地球陸地面積的0.16%，就可以産 生相當於一年全球能源消耗量兩倍的20TW電力。 實際上，在過去的十年，全球太陽能電池市場每年以 40%的速度高速成長。目前’太陽能電池市場的90〇/〇是由 單晶矽（Single-crystalline)或者多晶矽（p0|y-crysta||ine) 等塊型（bulk)太陽能電池佔有。但是，由於太陽能級梦 片（Solar-grade smcon wafer)的生産滿足不了爆發性的 需求’因此在全球範圍内發生缺貨現象，這成爲降低生産 成本的一大障礙。 與此相反’使用氫化非晶矽（a-Si:H )吸光層的薄膜 (thin-film)矽太陽能電池，相對於塊型太陽能電池，其厚 度可以減少至小於塊型太陽能電池之厚度的百分之一，因 此可以大面積低償生産。 200950114 但是，光輻射引致性能衰退效應（Staebler-Wronski effect)阻礙薄膜矽太陽能電池的商用化。光輻射引致性能 衰退效應（Staebler-Wronski effect)是指當光照射時，由 於伴隨在非晶妙吸光層上生成的電子（electron )-空穴 (hole)對非輕射結合（non-radiative recombination) ^ 懸空鍵的光生成（photocreation)而産生的劣化 (degradation)。 ❹ 在過去的三十多年，爲了減少由光照射引起的純非晶 矽吸光層的劣化進行了廣泛溧入的研究。結果指出，存在 於非晶梦-微晶珍相界（phase boundary)的兩種物質爲對 光照射的劣化程度小的純吸光層《其中一個物質是存在於 從非晶矽向微晶矽相變（phase transition)之前的氫化純 原晶（protocrystalline)破（i-pc-Si:H)。另外一個物質 是具有30%-50%結晶體體積分率（crystal volume fraction)的氫化純微晶（microcrystalline )破（i-私 c_Si:H ) » φ 另一方面’即使最大限度地減少由光照射引起的劣化， 但是由於單一接合（Single-junction)薄膜矽太陽能電池具 有性能極限，因此開發將非晶矽上層電池（top cell)和微 晶矽下層電池（bottom cell )層壓的雙重接合（double junction)薄膜矽太陽能電池或者把上述雙重接合太陽能電 池進一步發展成爲三重接合（trip丨e junction)薄膜梦太陽 能電池，以達到高穩定效率（Stabilized efficiency)。 雙重接合或者三重接合薄膜矽太陽能電池被稱之爲串 聯太陽能電池。上述串聯太陽能電池的開路電壓爲各單元 電池的電壓之和’短路電流爲各單元電池短路電流中的最 200950114 小值。 製造串聯太陽能電池時，利用各單元電池之間的雙重 接合，從光入射的上層電池到下層電池純吸光層的光學能 隙（optical band gap)逐漸減少，同時進行光分離》各種 各樣光譜光被各單元電池吸收，因此提高量子效率 (quantum efficiency) 〇 另外，可以將光照射劣化程度相對嚴重的非晶矽上層 電池的純吸光層厚度變薄，由此可以降低劣化率 (degradation ratio)，以獲得高穩定效率。 這種串聯太陽能電池對於光照射的穩定性（Stability)， 不僅取決於各單元電池純吸光層對於光照射的穩定性，還 取決於對於光照射敏感的上層電池的純吸光層厚度。 因此’如果雙重接合薄膜矽太陽能電池的上層電池和 下層電池之間，或者三重接合薄膜矽太陽能電池的上層電 、池和中間層電池（middle cell )之間插入能強化内反射 (internal reflection )的中間反射膜，則能狗使對於光照 射敏感的上層電池的氫化純非晶矽吸光層厚度變小，同時 也能夠提高或者維持所需的短路電流。因此可以減少對於 光照射的劣化’獲得高穩定效率。 在此’作爲串聯太陽能電池的中間反射膜，需要一種 吸收光少並且具有高垂直（vertical)導電率以及與矽薄膜 之間的折射率（reflective index)相差大的透明材料。 妙薄膜的折射率爲3.5~4·0，因此作爲中間反射膜，開 發折射率爲大約1.9的氧化鋅（ΖηΟ)薄膜（S· Y. Myong et al" APP,ied Physics Letters, 2007, Vol. 90, p.3026-3028, 200950114 Y. Akano et al_, EP 1 650 814 A1, Y. Akano et al·, EP 1 650 813 A1)或者折射率爲大約2.0的氫化n型混合相 (mixed-phase)氧化矽薄膜（n-SiOx:H) ( C. Das et al., Applied Physics Letters, 2008，Vol. 92，p.053509, p.

Buehlmann et al_, Applied Physics Letters, 2007, Vol. 91, P.143505)。 這裡的混合相是指在氫化非經氧化妙（a_Si〇x:H)組 織（tissue)内嵌入晶矽晶粒（grain)的結構，通常稱之 為奈米結晶 （nanocrystalline ) 或者微結晶 (microcrystalline) ° 在薄膜拉曼（Raman)光譜上的520nm附近存在橫向 光頻（Transverse Optic, TO)模式的晶矽峰（peak)。 由於氧化鋅中間反射膜的透射率和垂直導電率很出 色，這對於提高串聯太陽能電池效率方面產生很大的作用， 但是在批量生産大面積太陽能電池模組時，藉由雷射劃線 (laser scribing)法刻槽時氧化鋅發生很多分流（shunt) 等問琿’因此具有產量（yield )大幅下降的缺點。 另外，氫化η型混合相氧化矽薄膜屬於矽薄膜系列， 可以用相同波長的雷射同時對上層電池和下層電池進行刻 槽，因此具有太陽能電池的批量生産效率高以及大規模生 產線的設計（layout)簡單的優點》但是，難然氧氣含量越 高折射率越低因而增加内反射，但是由於結晶體體積分率 和導電率下降導致串聯電阻（Series resistance )增大， 因此具有填充因數減少的缺點。 【發明内容】 200950114 本發明的串聯薄琪發太陽能電池，包括：透明基板； 第一單元電池，位於上述透明基板上，且包括p型窗層、i 型光電轉換層以及η型層；中間反射膜，位於上述第一單 元電池上，且包括氧濃度逐漸増大的方式剖面分佈的氩化 η型微晶氧化矽；第二單元電池，位於上述中間反射膜上， 且包括Ρ型窗層、i型光電轉換層以及η型層。 上述中間反射膜的厚度可以爲i〇nm至1〇〇nm。 上述中間反射膜的折射率可以爲2.〇 » 上述中間反射膜的電阻率可以爲1〇2Ω ·咖至1〇5Ω · cm。 上述第一單元電池的η型層可以包括氫化n型微晶矽。 上述第一單元電池可以包括氫化非晶矽。 上述第二單元電池可以包括氫化非晶矽或者氩化微晶 本發明的串聯薄膜梦太陽能電池可以包括兩個或者三 個單元電池》 本發明的串聯薄膜矽太陽能電池的製造方法，包括： 將透明正面電極層被覆在透明基板上的步驟；藉由第一刻 槽程序去除上述透明正面電極層的一部分，並形成分離槽， 以形成多個正面透明電極的步驟；在上述多個正面透明電 極上以及上述分離槽内，形成包括Ρ型窗層、j型光電轉換 層以及η型層的第一單元電池層的步称；包括氧濃度逐漸 增大的方式剖面分佈的氫化η型微晶氧化矽的中間反射膜 形成在上述第一單元電池層上或者將上述第一單元電池層 氧化而形成中間反射膜的步驟；在上述中間反射膜上形成 200950114 第單元電池層的步碌；藉由第二刻槽程序去除上述第一 單兀電池層和上述第二單元電池層的一部分，並形成分離 槽的步驟；在藉由上述第二刻槽程序形成的分離槽内和上 述第二單元電池層上層愿金屬内電極層的步称；藉由第三 刻槽程序去除上述金屬内電極層的一部分，並形成分離槽 的步驟。 上述中間反射膜藉由將丨述第一單元電池層氧化而形 Q 成時，形成上述中間反射膜所需的氧原料氣體可以包括二 氧化碳或者氧氣。 上述中間反射膜的折射率可以爲2.〇。 上述中間反射膜的厚度可以爲i〇nm至100nm。 上述中間反射膜的電阻率可以爲1〇2Ω ·⑽至1〇5Ω · cm 〇 本發明的串聯薄膜矽太陽能電池的製造方法可以形成 兩個或者三個單元電池層。 ❹ 上述中間反射膜形成在上述第一單元電池層上時，上 述第一單元電池層的η型層厚度爲30ηη1至5〇nm ,可以包 括氫化η型微晶矽。 上述中間反射膜藉由將述第一單元電池層的η型屠氧 化而形成時，上述第一單元電池層的η型層厚度爲4〇nm 至150nm，可以包括氫化n型微晶矽。 上述中間反射膜形成在上述第一單元電池廣上時，可 以在形成上述中間反射膜時維持用於層壓上述第一單元電 池層的η型層的沈積溫度和沈積壓力。 上述第一單元電池層的η型層和上述中間反射膜可以 200950114 在同一個反應腔室内形成》 上述中間反射膜形成在上述第一單元電池層上時，爲 了形成上述中間反射膜的氧原料氣體的分壓可以先增加後 再維持在特定值，或者上述氧原料氣體的流量可以分多個 步驟增加。 上述中間反射膜藉由將上述第一單元電池層氧化而形 成時，在關閉用於形成上述第一單元電池層的η型層的等 離子體後，流入用於形成上述中間反射膜所需的氧原料氣 體’然後再將等離子艎開啓。 【實施方式】 下面結合附圖詳細說明本實施例。 串聯薄膜矽太陽能電池具有雙重接合或者三重接合結 構’第一圖中以雙重接合串聯薄膜矽太陽能電池爲舉例說 明。 如第一圖所示，根據本發明一實施例的串聯薄膜矽太 ρ 陽能電池包括，透明絕緣基板（1 〇)、透明正面電極（20)、第 一單元電池（30)、中間反射膜（40)、第二單元電池（5〇)以及 金屬内電極（70)。 該透明正面電極（20)形成在透明絕緣基板（1〇)上，並包 括透明導電氧化物（TCO; Transparent Conducting Oxide)。 該第一單元電池（30)位於透明絕緣基板（10)和透明正面 電極（20)上，並包括藉由等離子體增強化學氣相沈積（pecvD， Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法形成的 P型窗層（30p)、i型光電轉換層（30i)以及n型層（30η)。 200950114 該中間反射膜（40)位於該第一單元電池（30)上，並包括 氫化π型微晶氧化矽。這時，中間反射膜（4〇)的氧濃度以 逐漸增大的方式剖面分佈（prof j|ed ) » 該第二單元電池（50)位於該中間反射膜（40)上，並包括 藉由PECVD法形成的ρ型窗層（5〇ρ)、|型光電轉換層（5〇j) 以及η型層（50η)。這時，第二單元電池（50)可以包括氫化 非晶砍或者氫化微晶梦。 該金屬内電極(70)層係壓在該第二單元電池（50)上。 如第一圖所示’根據本發明實施例的薄膜矽太陽能電 、池還可以包括藉由化學氣相沈積（CVD )法成膜的背面反 射膜（60)’以使第二單元電池（5〇)的η型層（50η)和金屬内 電極（70)之間的光捕捉效果（|jght trapping effect)達到最 好0 以薄膜矽太陽能電池的情況下，該透明絕緣基板（彳〇) 作爲光入射的部分，可以包括光透射率高並且能防止薄膜 矽太陽能電池内部産生短路的透明絕緣性材料。 該透明正面電極（20)應將入射的光向不同的方向散射 (light scattering)，並對用於形成微晶矽薄膜的氫等離子 體具有耐久性。因此，該透明正面電極（20)可以包含氧化 鋅（ZnO)。 另外，在本發明的實施例中，藉由使用頻率爲13 56 MHz的射頻等離子體增強化學氣相沈積（rf PECVD; Radio Frequency Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法或者使用頻率大於13_56 MHz的甚高頻 (VHF ; Very High Frequency) PECVD 法形成包括 p 型 200950114 窗層（30p)、i型光電轉換層（30i)以及η型層（30η)的第一單 元電池（30)。由於RF或者VHF頻率高，因此沈積速度快 且提高膜質。這時，第一單元電池（30)可以包括氫化非晶 ψ 0 該中間反射膜（40)包括氧剖面分佈（profiled)的氫化 η型微晶氧化矽或者藉由後續氧化製程形成的氩化n型微 晶氧化矽。中間反射膜（40)形成在氫化η型微晶矽（η-仁c-Si:H)薄膜（30η)上。

® 該第二單元電池（50)可以藉由RF PECVD法或者VHF PECVD法在中間反射膜（40)上形成，並包括p型窗層 (50p)、i型光電轉換層（50i)以及η型層（50η)。這時，該第 二單元電池（50)由微晶矽或者非晶矽構成。 該背面反射膜（60)藉由CVD法在第二單元電池（50)上 成膜’並包含氧化辞（ΖηΟ)，以使光捕捉效果（light trap ping effect)達到最好。 @ 該金屬内電極（70)將透過第二單元電池的光反射出 去’並用作内電極。金屬内電極（7〇)可以包括氧化辞（ζηΟ) 或者銀（Ag)，可以藉由CVD法或者濺射（Sputtering) 法成膜。 在矽薄膜太陽能電池的批量生産過程中，爲了使其串 聯’藉由雷射劃線（Scribing)法等刻槽方法完成刻槽程序。 這種刻槽在透明正面電極（2〇)、第二單元電池（50)和金屬内 電極（70)上進行。 下面結合第二a圖、第二b圖、第三a圖和第三b囷 詳細說明中間反射膜的形成。第二a圖和第二b圖爲根據 11 200950114 本發明一實施例的串聯薄膜矽太陽能電池的製造方法流程 囷。 如第二a圖所示，在透明絕緣基板（10)上被覆透明正 面電極層（S210)。 藉由第一刻槽程序（S220)去除被覆在透明絕緣基板（1〇) 上的透明正面電極層的一部分，並形成分離槽，由此形成 相互分離的多個透明正面電極（20)。 在多個透明正面電極（20)和透明正面電極（20)之間的分 . .· . '.· - 離槽内以及透明正面電極（20)上形成第一單元電池層 (S230)，包括p型窗層（30p)、i型光電轉換層（30i)以及 η 型層（30η)。 在第一單元電池層上形成中間反射膜（40) ( S240 )， 其包括氫化η型微晶氧化梦（n-yc-SiOx:H)。中間反射 膜（40)的氧濃度藉由調節向腔室内流入的二氧化碳的流量 以其濃度逐漸增大的方式剖面分佈。 在中間反射膜（40)上形成第二單元電池層（S250 )， 其包括p型窗層（50p)、i型光電轉換層（50I)以及η型層 (50η)。 藉由第二刻槽程序（S260 )去除第一單元電池層和第 二單元電池層的一部分，並形成分離槽，由此形成第一單 元電池（30)和第二單元電池（50)。 在第二單元電池（50)上和藉由第二刻槽程序形成的分 離槽内層塵金屬内電極層（S280)。因此金屬内電極層與 透明正面電極（2〇)相連接。 藉由第三刻槽程序（S290 )去除金屬内電極層的一部 12 200950114 分，並形成分離槽，進而形成多個金屬内電極（7〇)。 第二刻槽程序後爲了使光捕捉效果（丨ight trapping effect)達到最好，可以藉由CVD法在第二單元電池層的 π型層（50η)上形成背面反射膜（6〇)(s270)。 爲了長:尚初始效率，在形成第一單元電池層（S23〇 ) 的步驟，p型窗層（30p)和i型光電轉換層（3〇丨）之間可以插 入緩衝層（bu行er |aye「）。初始效率是指根據本發明剛製 造出的太陽能電池效率。 談在形成第一單元電池層（S230)的步驟中，包含ρ_μη 型薄膜矽的第一單元電池層，該第一單元電池層藉由RF PECVD法或者VHF PECVD法形成。第一單元電池層的n 型層（30η)厚度爲30nm至50nm，並包括氫化0型微晶矽 (n-私c-Si.H)薄膜。如果第一單元電池層的n型層（3〇n) 厚度爲30nm以上時，n型層（30n)具有高導電率。如果厚 度爲50nm以下時，可防止由於n型層（3〇n)厚度增加而 造成的過度光吸收。 象 這時爲了形成η型微晶矽（n_#c_Si:H)薄膜所需的原 料氣體可以包含矽烷（Sih)、氫CD和磷烷（Ph3)。 在形成包括氫化η型微晶矽（n_MC_Si:H)薄膜的η 型層（30 η)後，如第二b囷所示，維持原料氣體的流量、 沈積溫度以及沈積壓力等，並將二氧化碳（c〇2)等氧原料 氣體流入到反應腔室内（S241a )。由於維持原料氣體的 流量、沈積溫度以及沈積壓力等，並將包含原料氣體和氧 原料氣體的混合氣體流入到反應腔室，因此第一單元電池 層的η型層（30η)和中間反射膜（4〇)可以在同一個反應 13 .200950114 腔室内形成。 這時，氧原料氣體的流量被流量控制器（mfc; Mass Flow Controller)控制。即，將反應腔室内的混合氣體設 定爲一定的流量時，流量控制器藉由調節使混合氣體中的 氧原料氣體的分壓（pressure fraction)先上升德真給姓 特定值。因此，中間反射膜（40)在第一單元電池層上形 成。 這時’中間反射膜（40)包括η型微晶氧化矽（n_# 響 c-Si〇x:H)，並η型微晶氧化矽（^//()_引〇)(:^〇的氧濃 度以逐漸增大的方式剖面分佈。例如，如果η型微晶氧化 矽（mc-SiOx:H)内的第一位置和透明絕緣基板（1〇) 之間的距離大於η型微晶氧化矽内的第 二位置和透明絕緣基板（1 〇 )之間的距離，則第一位置上 的氧濃度大於第二位置上的氧濃度。 流量控制器將氧原料氣趙的流量分步驟增加 ❹ （S242a) ’因此可以形成氫化η型微晶氧化矽

SiOx:H )中間反射膜（40 ) ( S243a )。因此，门型微晶 氧化矽（n_#c-SiOx:H)的氧濃度以逐漸增大的方式剖面 分佈。 中間反射膜（40 )的厚度可以爲1 〇nrn至1 〇〇nm、如 果中間反射膜（40)的厚度爲i〇nm以上，可以充分進行 光的内反射。如果中間反射膜（40)的厚度爲i〇〇nm以下， 可以從第一單元電池（30)向第二單元電池提供充分的光， 並防止中間反射膜（40)的光吸收以及第一單元電池（3〇) 和第二單元電池（50)之間的串聯電阻不必要地增大。 14 200950114 另外’根據本發明實施例的中間反射膜（40 )的電阻 率可以爲1〇2Ω·αη至105Ω·αη，折射率可以爲2.0。因此， 中間反射膜（40 )具有高垂直導電率。 因此，可防止結晶艘體積分率急劇下降，進而防止垂 直導電率的下降’並且在η型層（30η )和中間反射膜（40 ) 之間的介面上折射率或者光學能隙的變化是連貫的。 因此’可防止第一單元電池的η型層（30η)和中間反 射膜（40)之間雙重接合的介面上缺陷密度（defect © density)急劇增加’使中間反射膜（40)的光吸收變得最 〇 第三a圖和第三b囷爲根據本發明另一實施例的串聯 薄膜矽太陽能電池製造方法的流程圖。 如第三a圖和第三b圓所示，透明絕緣基板（1〇)上 被覆透明正面電極層（S310)。 藉由第一刻槽程序（S320 )，去除正面透明電極層的 一部分，並形成分離槽，由此形成多個正面透明電極（2〇)。 在透明正面電極（20)上形成第一單元電池層（S330)， 並在藉由第一刻槽程序形成的分離槽内形成。第一單元電 池層包括P型窗層（30p) 、i型光電轉換層（30i)以及η 型層（30η)。 氧原子被等離子鱧從氧氣或者二氧化碳等氧原料氣體 分解出來，且氧原子向η型層（30η)的微晶矽（η-μ c-Si:H) 擴散。由此，形成中間反射膜（40) ( S340 )，其包括氫化 π型微晶氧化發（η-从c-SiOx:H )。即，在本發明的另一實 施例申’中間反射膜（40 )是藉由將第一單元電池層的n 15 200950114 型層（30η)氧化而形成。 在中間反射膜（40)上形成第二單元電池層（S35〇)， 其包括p型窗層（50p) 、i型光電轉換層（5〇丨）以及〇型 層（50η)。 藉由第二刻槽程序（S360 )，去除第一單元電池層、 中間反射膜（40)和第二單元電池層的一部分，並形成分 離槽，由此形成第一單元電池（30)和第二單元電池（5〇)。 在第二單元電池（50 )上和藉由第二刻槽程序形成的 分離槽内層壓金屬内電極層（S380 )。由此，金屬内電極 層和透明正面電極（20)相連接。 藉由第三刻槽程序（S390)，去除金屬内電極層的一 部分，並形成分離槽，由此形成相互分離的多個金屬内電 極（70)。 在第二刻槽程序後’爲了使光捕捉效果（light trapping effect)達到最好’在第二單元電池層的门型層（5〇n)上， ◎ 可以藉由CVD法形成背面反射膜（60) (S370)。 爲了提高初始效率，在形成最初的多個單元電池層的 步驟（S330)，在ρ型窗層和i型光電轉換層之間可以插 入緩衝層（buffer layer)。 第一單元電池層藉由RF PECVD法或者VHF PECVD 法形成時（S330)，第一單元電池層的η型層（30η)厚 度可以爲40nm至I50nm，並包括氫化η型微晶矽（η_μ c-Si:H)。形成第一單元電池層的η型層（30η)所需的原 料氣體可以包含矽烷（SihU)、氩氣（Ηζ)和磷烷（Ρη3)。 另一方面’如第三b圖所示，關閉等離子體（S341b)， 16 •200950114 則氫化η型微晶矽（n-# c-si: Η)薄膜的沈積隨等離子體的 關閉而結束，即隨等離子體的生成終止而結束。在氫化η 型微晶矽（η-从c-Si:H)薄膜的沈積結束後，在維持沈積溫 度的情況下從反應腔室中排出原料氣體（S342b)，即將上述三 種原料氣體從反應腔室排出》 在排出原料氣體後，沈積腔室内後續製程的基準壓力 可以爲1〇·5 Torr至10·7 Torr。沈積腔室内的壓力達到後 續製程基準壓力後，將氧氣（〇2)或者二氧化碳（C〇2) 等氧原料氣體流入到反應腔室内（S343b) ^藉由與反應 腔室連接的壓力控制器（pressure controller)和角閥（angle valve)使反應腔室的後續製程壓力維持在特定值。 這時，流入到反應腔室的氧原料氣體流量可以爲 10sccm至500sccm，反應腔室的壓力可以爲〇 5T〇rr。如 果氧原料氣體流量爲10sccm以上，氧氣擴散速度會增加。 如果氧原料氣艘流量爲500sccm以下，可防止氣艘费用不 ❹ 必要地增加。另外，反應腔室的壓力爲〇_5Torr時，確保 氧氣擴散速度的同時可防止氣體費用的增加。 之後’開啓等離子體（S344b )，即，藉由等離子體 的生成，氧原料氣鱧被分解，並産生氧原子。如果n型層 (30η)的氫化n型微晶矽（n_#c_Si:H)薄膜表面被氧原 子氧化（S345b) ’在n型層（3㈣的〇型微晶矽 c-Si:H)薄膜上形成氫化0型微晶氧化矽（n从c S丨〇χ:Η) 薄膜的中間反射膜（40) (S346b) » 另外，藉由調節氧化製程時間，在氧化製程結束後， 氫化η型微晶矽薄膜的厚度減少至3〇nm至 17 200950114 50nm。氫化n型微晶矽（n_从c_Sj:H)薄膜越厚結晶艘 趙積分率也越大’因此垂直導電率也增大。在本發明的實 施例中’以結晶艘體積分率大的氫化η型微晶梦（n_eC_

ShH )薄膜的情況下，利用氧氣向晶粒間滲透，容易後氧 化（post-oxidation)的特性。 藉由後氧化製程，氮化η型微晶矽（…仁心⑴汨）薄膜 表面轉換成包括氫化η型微晶氧化矽（η_私c-Sj〇x:H)薄 膜的中間反射膜（40 )。因此，可防止垂直導電率的急劇 Θ 下降，進而減少折射率。 另一方面，根據第二a圖至第三b圖所示的串聯薄膜 發太陽能電池的製造方法，爲了使其串聯，藉由雷射劃線 (Scribing)法等方法完成第一至第三刻槽程序。 因此，爲了形成大面積太陽能電池模組，用相同波長 的雷射光束同時對各單元電池和中間反射膜進行刻槽，因 此提高串聯薄膜矽太陽能電池的生產效率（yje|d )，並且 • 可以簡化大規模生產線的設計（layout)。 在本發明中’p型窗層（30p、50p)是摻雜諸如三族 物質的雜質的層，i型光電轉換層（30i、5〇i)是純矽層， η型層（30η、50η)是摻雜諸如五族物質的雜質的層。 另一方面，根據本發明實施例的串聯薄膜矽太陽能電 池及其製造方法’主要考慮多個單元電池p_l_n_p i n型雙 重接合薄膜發太陽能電池和p-j-n-p-j-n-p-卜η型三重接合薄 膜矽太陽能電池的情況。 如上所述’以雙重接合薄膜矽太陽能電池的情況下， 在第一單元電池和第二單元電池之間形成包括折射率爲2·〇 18 200950114 的氫化η型微晶氧化矽（n_# c_s丨〇χ:Η)的中間反射膜。 另外’以雙重接合薄膜矽太陽能電池的情況下，第一 單元電池（30)的i型光電轉換層（3〇丨）可以包括，氫化 純非晶矽（丨-a_s丨：H)、氫化純原晶矽（i-pc-Si:H)、氫化 純原晶發多層膜（i_pc_Sj:H mu|tilayer)、氩化純非晶矽碳 化物（i-pc-SiC:H)、氫化純原晶矽碳化物（卜pc_S|C:H)、 氫化純原晶矽碳化物多層膜a_pc_siC:H multilayer)、氩 化純非晶氧化矽（i-a_Si〇:H)、氫化純原晶氧化發（i_pc_ ® Si0:H)、氫化純原晶氧化矽多層膜（i-pc-SiO:H multilayer) · ο 另外’以雙重接合薄膜矽太陽能電池的情況下，第二 單元電池（50)的j型光電轉換層（5〇|)可以包括，氫化 純非晶矽（i-a-Si:H)、氫化純非晶矽鍺（j_a_SjGe:H)、 氫化純原晶矽鍺（i-pC-SiGe:H )、氫化純奈米晶矽（卜nc_

Si.H)、氫化純微晶發（j_#c_sj:H)、氩化純微晶石夕錯（卜 // c-SiGe:H)之一》 另一方面，以P_i-n-P-i-n_p_i_n型三重接合薄膜矽太陽 能電池的情況下’三個單元電池中位於中間的單元電池相 當於在本發明實施例中說明的第一單元電池或者第二單元 電池。 即’如果位於中間的單元電池是第一單元電池，第二 單元電池與三重接合薄膜矽太陽能電池的金屬内電極相接 觸或者相鄰。另外，如果位於中間的單元電池是第二單元 電池’第一早元電池與二重接合薄膜梦太陽能電池的透明 正面電極相接觸或者相鄰。 19 •200950114 另外，如果位於中間的單元電池是第二單元電池，在 第一單元電池和第二單元電池之間形成包括氫化n型微晶 氧化矽（n-#C-S|0x:H)的中間反射膜。 另外’三個單元電池中各相鄰的兩個單元電池之間可 以形成折射率爲2.0、且包括氩化n型微晶氧化矽（n·^ c_ SiOx:H)的中間反射膜。 另外’以三重接合薄膜矽太陽能電池的情況下，與透 明正面電極接觸或者相鄰的單元電池的I型光電轉換層可 ® 以包括’氫化純非晶發（卜a-Si:H )、氫化純原晶梦（j_pC_ Si:H)、氫化純原晶矽多層膜（j_pc_S|:H multilayer)、氫 化純非晶發碳化物（i-pc-SiC:H )、氫化純原晶矽碳化物 (i-pc-SiC:H)、氫化純原晶矽碳化物多層膜（i_pc_siC:H multilayer)、氫化純非晶氧化矽（i-a-SiO:H)、氩化純原 晶氧化矽（i-pc-SiO:H)、氫化純原晶氧化矽多層膜（i-pc-SiC:H multilayer)之一。 另外，位於三重接合薄膜矽太陽能電池中間的單元電 〇 池的i型光電轉換層可以包括氫化純非晶矽鍺（i-a-SiGe:H)、氫化純原晶矽鍺（i-pc-SiGe:H)、氫化純奈米 晶梦（i-nc-Si:H)、氮化純微晶碎、氣化纯 微晶矽鍺碳（i-# c-SiGeC:H)等’下層電池的純吸光層可 以包括，氫化非晶矽鍺（i-a-SiGe:H )、氫化純原晶矽鍺 (i_pc-SiGe:H)、氫化純奈米晶矽（i-nc-s丨:H)、氩化純 微晶矽（i-仁c-Si:H)、氫化純微晶矽鍺（卜仁c_SiGe:H) 之一。 【圖式簡單說明】 20 200950114 第一圖爲根據本發明一實施例的串聯薄膜矽太陽能電 池結構的剖面圖。 第二a圖和第二b圖爲根據本發明一實施例的串聯薄 膜矽太陽能電池的製造方法流程圖。 第三a圖和第三b圖爲根據本發明另一實施例的串聯 薄膜矽太陽能電池的製造方法流程圖。 【主要元件符號說明】 (10)透明絕緣基板 〇 (20)透明正面電極 (30)第一單元電池 (30p) p型窗層 (30i) i型光電轉換層 (30η) η型層 (40)中間反射膜 (50)第二單元電池 g (50ρ) ρ型窗層 (50i) i型光電轉換層 (50η) η型層 (60)背面反射膜 (70)金屬内電極 (S210)被覆透明正面電極層 (S220)第一刻槽程序 (S230)形成第一單元電池層（p-i-n) (S240)形成中間反射膜 (S250)形成第二單元電池層（p-i-n) 21 .200950114 (S260)第二刻槽程序 (S270)形成背面反射膜 (S280)層壓金屬内電極層 (S290)第三刻槽程序 (S230)形成第一單元電池層 (S241a)將氧原料氣體流入到反應腔室内 (S242a)調節氧原料氣體的流量 (S243a)形成氫化η型微晶氧化矽中間反射膜 (S300)形成單元電池層 (S341b)關閉等離子髏 (S342b)從反應腔室中排出原料氣體 (S343b)將氧原料氣體流入到反應腔室内 (S344b)開啟等離子體 (S345b)對氫化η型矽薄膜表面被氧原子氧化 (S346b)形成氫化η型微晶氧化矽薄膜的中間反射膜

G 22

Claims (1)

1. 200950114 卡、申請專利範圍： 1、一種串聯薄膜矽太陽能電池，包括： 透明基板； 第一單元電池，位於上述透明基板上，且包括p型窗 層、i型光電轉換層以及η型層； 中間反射膜，位於上述第一單元電池上，且包括氧淚 度以逐漸增大方式剖面分佈的氫化η型微晶氧化梦； ，第二單元電池，位於上述中間反射膜上，且包括ρ型 窗層、i型光電轉換層以及η型層。 2如申請專利範園第1項所述的串聯薄膜梦太陽能電 池’其中上述中間反射膜的厚度爲10nm至1〇〇nm。 3、 如申請專利範圍第1項所述的串聯薄膜矽太陽能電 池’其中上述中間反射膜的折射率爲2〇。 4、 如申請專利範圍第1項所述的串聯薄膜矽太陽能電 池，其中上述中間反射膜的電阻率爲1〇2Ω ·⑽至1〇5 Ω · | cm ° 5、 如申請專利範圍第1項所述的串聯薄膜矽太陽能電 池，其中上述第一單元電池的n型層包含氫化n型微晶矽。 6、 如申請專利範圍第1項所述的串聯薄膜矽太陽能電 池，其中上述第一單元電池包含氫化非晶梦。 7、 如申請專利範圍第彳項所述的串聯薄膜矽太陽能電 池，其中上述第二單元電池包含氫化非晶矽或者氫化微晶 石夕。 8、 如申請專利範圍帛1項所述的串聯薄膜矽太陽能電 池’其中包含兩個或者三個單元電池。 23 200950114 9、 一種串聯薄膜矽太陽能電池的製造方法，包括： 將透明正面電極層被覆在透明基板上的步驟； 藉由第一刻槽程序去除上述透明正面電極層的一部 分，並形成分離槽，以形成多個正面透明電極的步称； 在上述多個正面透明電極上以及上述分離槽内，形成 包括P型窗層、i型光電轉換層以及n型層的第一單元電池 層的步驟； φ 將包括氧濃度以逐漸增大的方式剖面分佈之氫化η型 微晶氧化矽的中間反射膜形成在上述第一單元電池層上戋 者將上述第一單元電池層氧化而形成中間反射膜的步驟·， 在上述中間反射膜上形成第二單元電池層的步驟； 藉由第二刻槽程序去除上述第一單元電池層和第二單 元電池層的一部分，並形成分離槽的步驟； 在藉由上述第二刻槽程序形成的分離槽内和上述第二 單元電池層上層壓金屬内電極層的步驟； G 犖由第三刻槽程序去除上述金屬内電極層的一部分， 並形成分離槽的步驟。 10、 如申請專利範圍第9項所述的串聯薄膜矽太陽能 電池的製造方法，其中當上述中間反射膜係藉由上述第一 單π電池層氧化而形成時，形成上述中間反射膜所需的氧 原料氣體包含二氧化碳或者氧氣。 11、 如申請專利範圍第9項所述的串聯薄膜矽太陽能 電池的製造方法，其中上述中間反射膜的折射率爲2 〇。 12、 如申請專利範圍第9項所述的串聯薄膜矽太陽能 t池的製造方法’其中上述中間反射膜的厚度爲1〇nm至 24 200950114 10Onm 〇 _ ο 電池的製造方：專項所述的串聯薄膜梦太陽能 cm至ΙΟ% .咖。 中間反射膜的電阻率爲购· 14、如申請專利範圍第9 電池的製造方法，其係形成述的串聯薄膜發太陽能 具係形成兩個或者三個單元電池層。 如申請專利範圍第9箱路、 ο ❹ 電地的製造方法，其中上述^所㈣串聯薄膜發太陽能 元電池層上時，上射膜形成在上述第一單 至5〇nm，並包括氪化^電池廣的〇型層厚度爲30⑽ 亚岜括氫化η型微晶矽。 16、如申請專利範圍第9項所 電池的製造方法，干唧浔胰矽太陽能 -^_ 、中上述中間反射膜藉由將上述第一單 疋電池層的η型層惫仆而五，上、 示早 η型層厚度“η 成時，上述第-單元電池層的 H，並包括氫化η型微晶梦。 申請專利_第9項所 電池的製造方法，其中上·…β 甲聯溥膜矽太陽能 元電池層上時，在形成上膜形成在上述第一單 述第-單元電池層的反射膜時維持用於層塵上 以：！ 型層的沈積溫度和罐力。 申請專利範圍第17項所述的串聯薄膜矽太陽能 電池的製造方法，其中卜” 4的申聯薄膜矽太陽能 ^第一單元電池層的η型層和上 攻中間反射膜在同—個反應腔室内形成。 19、如申請專利範圈 Φ ^ ^ ^ 第9項所述的串聯薄膜矽太陽能 元電池房上時&中上述中間反射膜形成在上述第一單 八麼先辦加隻再維了形成上述中間反射膜的氧原料氣體的 刀磨先增加後再維持在特定值，或者上述氧原料氣嫌的流 25 .200950114 量分多個步驟增加。 20、如申請專利範圍第9項所述的串聯薄膜矽太陽能 電池的製造方法，其中當上述中間反射膜係藉由將上述第 一單元電池層氧化而形成時，在關閉用於形成上述第一單 元電池層的η型層的等離子體後，流入用於形成上述中間 反射膜所需的氧原料氣體，然後再將等離子體開啓。 ❿ 八、圖式：（如次頁) ❿ 26