TWI438904B - 薄膜式太陽能電池及其製造方法 - Google Patents

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Description

薄膜式太陽能電池及其製造方法
本發明是有關於一種薄膜式太陽能電池，特別是有關於一種加入至少一抗穿透導電氧化物層於太陽能電池中，以改善元件效率之薄膜式太陽能電池，此外係揭露一種太陽能電池之製造方法。
通常，薄膜式太陽能電池沉積於具有穿透性導電氧化物層之基板上，可作為一光伏電池(photovoltaic cell，PV)之電極，穿透性導電氧化物層(Transparent Conductive Oxide layer，TCO layer)其具有其紋理性，以漫射(diffuse scattering)光進入薄膜吸收層中。吸收層將光轉換成電能，且漫射來自紋理化穿透性導電氧化物層的光進入吸收層中，以增強光路徑的強度導致高吸收，因此藉由一種改良的光阱(light trapping)，可導致光伏電池效率增加。
一種經改良的光阱，此者可供以減少主動吸收層的疊層厚度，而該電池內的光電流仍維持於高度(high)狀態。吸收層厚度的減少又會直接地影響到沉積時間，此外並可降低非晶矽太陽能電池的光誘導降解(light-induced degradation)。因此，由於光散射能力會與該基板的表面紋理和粗糙度相關聯，因此高度地希望能夠增加該TCO的表面紋理。
在本專利申請案文情境中的「紋理化TCO」應獲瞭解為TCO對週遭環境具有一表面或是對一鄰近材料具有一介面，獲致一光線散射以及一媒介霧化而在該光主動層中微弱地吸收至少10%的光線。此紋理化可按如下列方式所獲得，即(a)依成長而生，即一所選擇之沉積製程的自然效應；(b)獲自經特殊設計的製程環境及參數而產生相較於(a)的較高紋理性；(c)一根據(a)及/或(b)之製程的後處理。
然而，傳統的沉積製程經常會因該吸收層而導致不完美地覆蓋該紋理化TCO基板。尤其，現已知藉由經電漿強化之化學氣相沉積(PECVD)技術所沉積的疊層之同形覆蓋(conformal coverage)並不高，並且由PECVD所沉積之吸收層的疊層會首先覆蓋該紋理TCO的最高尖峰，同時在該等高度紋理化TCO層之凹谷的深度內並非良好沉積，而這些會造成局部的光主動層厚度變異性。因此，後續的TCO接觸沉積會導致該等未經覆蓋之TCO區部間的電性接觸，即如第1圖所示者。此直接電性接觸會在該元件中產生所不欲的電流竭耗，造成元件效能損失。
此外，其他像是粒子或不完美雷射切割(laser scribing)的分路(shunt)來源亦可能同樣地造成此直接電性接觸，且因而獲得不佳的模組效能。
本發明之一目的在於提供一種薄膜式太陽能電池，其中該等TCO區部之間並無直接的電性接觸，且其中亦能較佳地消除其他的分路來源。
可藉由一種薄膜式太陽能電池以達到此一目的，其中該電池含有一具一紋理化TCO層的基板、一吸收層以及一第二TCO層，其中一抗TCO層係經沉積於該紋理化TCO層與該吸收層之間，且/或一抗TCO層係經沉積於該吸收層與該第二TCO層之間。
因此，本發明的基本概念在於將至少一進一步抗TCO層引入至該薄膜式太陽能電池之內，如此可藉由至少一阻抗材料層以分離兩個作為該太陽能電池之電極的導電TCO。藉由這些裝置即可降低或消除電流竭耗，從而獲致一種具有經改善效能水準的太陽能電池。
所有的太陽能電池皆需將一光吸收材料納入在該電池結構之內，藉以吸收光子並透過光伏效應而產生電子。薄膜式太陽能電池現正獲開發，而如一能夠大幅降低製造一太陽能電池過程中所需之光吸收材料的量值之裝置。相較於晶圓式電池，薄膜式太陽能電池可為利用少於約1%之昂貴原料(例如Si或其他的光吸收半導體)所生產，從而能夠顯著地降低每瓦特(Watt)尖峰產能的價格。在薄膜式太陽能電池中，所沉積的光吸收材料通常為強度光吸收體，且厚度僅需約為1μm。
薄膜層可為藉由各種熟諳該項技藝之人士已知的沉積技術所沉積。即如一範例，可述及物理氣相沉積技術(像是濺鍍)或化學氣相沉積技術(像是經電漿強化之化學氣相沉積，即PECVD；或者低壓化學氣相沉積，即LPCVD)。在本發明的特定具體實施例裡，該薄膜式太陽能電池的光吸收材料係自含有下列物項的群組之中所選定，即包含非晶矽(a-Si)、微晶矽(μc-Si)、奈米晶矽(nc-Si)、多晶材料、碲化鎘(CdTe)、銦化銅(鎵)、聯硒化物(CIS或CIGS)，及/或GaAs。CdTe較易於沉積且較適於大尺寸生產，CIS/CIGS半導體則因其高光吸收係數以及多用途的光和電性特徵之故而對於薄膜式太陽能電池應用來說特別具有吸引力。
尤其，相較於純CIS，使用鎵質可增加CIGS層的光能帶間隙。因此可提高開放電路電壓。GaAs式多接面(multijunction)元件為目前最有效率的太陽能電池。最好，該薄膜式太陽能電池包含非晶矽(a-Si)、微晶矽(μc-Si)、奈米晶矽(nc-Si)或其組合。在進一步的特定具體實施例裡，該矽質為氫化矽質(Hydrogenated Silicon，(Si:H))，例如a-Si:H、μc-Si:H或nc-Si:H。矽質可為大規模地遞送，同時與Cd元素不同之處在於不具有毒性。
在由該吸收層吸收入射光之後，需要將所產生的電荷導離於該吸收層。因此，可運用位於該吸收層兩側之上的穿透導電氧化物(TCO)層。從而，這些TCO是用以作為該光伏電池的電極。此外，面向該太陽能電池之前方，亦即光線經此穿透而進入該太陽能電池之一側，其TCO係經紋理化。故在此一太陽能電池之內的所有後續疊層/疊層介面皆經同樣地紋理化。
若光線撞擊穿過一紋理化/粗糙表面，則會出現散射。在該太陽能電池之中的穿透與反射光線漫射可在該吸收層中產生一經延長的有效光路徑，從而顯著地提高太陽能電池的量子效率性。理想上，入射光線係經散射，並在該太陽能電池之內重複地反射，且於多次通過該i型層之後被該吸收層所吸收而產生光電流。在粗糙表面上的光散射係根據光線的波長、介面的粗糙度、晶態、相對媒介的折射指數以及光入射角度而定。
一根據本發明的示範性薄膜式太陽能電池包含一基板，而其上既經沉積有一紋理化TCO層。此紋理化TCO後隨以一吸收層，此層含有例如至少一PIN半導體(即正性摻質、本質性、負性摻質半導體)的堆疊。該吸收層負責將光線轉換為電能。該吸收層後隨以一第二TCO層，而即如該紋理化TCO般是用以作為該太陽能電池的一電極。此外亦具有至少一阻抗薄層，藉以分離兩個作為電極的TCO。
在本發明的特定具體實施例裡，該基板係一可受於氣相沉積技術之處理的半透明基板。最好，該基板係自含有如下物項之群組中所選定，即玻璃、安全玻璃、石英玻璃、浮法玻璃、彈性半透明材料及/或塑膠。在本發明之另一具體實施例裡，該基板包含一抗反射(Antireflexion)鍍層，因此能夠增加觸抵該吸收層之入射光的量值。
根據本發明之太陽能電池的吸收層可具有任何運用於熟諳本項技藝之人士所已知的薄膜式太陽能電池之設計。基本上，目前已知在薄膜式電池中有三種吸收層設計：異質接面(heterojunction)元件、PIN與NIP元件以及多接面(multijunction)元件。
該異質接面元件通常係經選用於製造由吸收光線而遠優於矽質之薄膜材料所製成的電池。在異質接面元件裡，接面點是由兩個不同半導體，即如CdS和CuInSe2 ，的接觸所構成。一異質接面元件的頂部層，或「窗口」層，是一種具有高能帶間隙而為其透光性所選定的材料。因而可供幾乎所有的入射光皆觸抵該底部層，此底部層是由一具有低能帶間隙的材料所製成而隨可吸收光線。然後，此光線在非常靠近該接面點處產生電子及電洞，故可在電子及電洞重新合併之前將該等有效地加以分離。一異質接面元件之範例為一CIS或CIGS電池。
PIN(正性摻質、本質性、負性摻質半導體)及NIP(負性摻質、本質性、正性摻質半導體)元件係經建構如一三層三明治，而在一n型層與一p型層之間具有一中間本質(i型或未經摻質)層。由於此一幾何性之故，因此可在該等p型與n型範圍之間產生一電場，此電場係跨於該中間本質阻抗範圍而拉展。入射光在該本質範圍內產生自由電子及電洞，然後這些又由該電場所分離。一PIN元件之一範例為一PIN非晶矽(s-Si)電池，其中含有一p型a-Si:H層、一中間本質Si:H層以及一n型a-Si:H層。一NIP元件之一範例為一CdTe電池，其結構類似於a-Si電池，除該疊層的次序為上下反置以外。在一典型CdTe電池中，頂部層為p型硫化鎘(CdS)，中間層為本質CdTe，而底部層為n型碲化鋅(ZnTe)。
多接面電池含有多個薄膜，這些通常是利用分子束磊晶及/或金屬有機氣相磊晶所產生。在一典型多接面元件中，具有不同能帶間隙的個別電池係經疊置於另一者的頂上，而其中個別電池係按一讓光線首先落降在具有最大能帶間隙之材料上的方式所疊置。並未被該第一電池所吸收的光子會被傳通至該第二電池，然後此第二電池吸收剩餘輻射的較高能量局部，而對較低能量光子則維持為通透。這些選擇性吸收程序繼續進行直到最終電池，此者具有最小的光能間隙。多接面元件又稱為串疊電池(tandem cell)。
在本發明的特定具體實施例裡，該太陽能電池的吸收層為一異質接面元件、一PIN元件、一NIP元件或一多接面元件。在本發明之一進一步具體實施例裡，該太陽能電池的吸收層含有至少一NIP或一PIN半導體堆疊。最好，該太陽能電池的吸收層包含至少一含有經摻質與未經摻質矽質的PIN半導體堆疊。更佳地，該吸收層含有一自含有如下物項之群組中所選定的材料：非晶矽(a-Si)；微晶矽(μc-Si)；奈米晶矽(nc-Si)；a-Si、μc-Si及nc-Si的組合；CdTe；以及CuIn(Ga)Se2 。在本發明之一較佳具體實施例裡，該吸收層包含μc-Si，此者不會展現或幾乎不會產生光引劣化(light-induced degradation)結果，同時亦可供捕捉具較長波長的光線，藉以獲致經強化的太陽能電池效率。在進一步的特定具體實施例裡，該矽質為氫化矽質(Si:H)，例如a-Si:H、μc-Si:H或nc-Si:H。該矽質可進一步含有碳質，即如SiC:H。
在本發明之一進一步具體實施例裡，該p型層係經摻以即如硼或鋁質的矽質。該p型層的厚度可為大於等於5nm且小於等於60nm，最好是大於等於10nm且小於等於50nm，而以大於等於15nm且小於等於40nm為佳。
在本發明之另一具體實施例裡，該i型層為本質性，亦即未經摻質，矽質，並且其厚度為大於等於50nm且小於等於600nm，最好是大於等於100nm且小於等於500nm，而以大於等於250nm且小於等於350nm為佳。
在本發明之一進一步具體實施例裡，該n型層係經摻質以即如磷質的矽質。該n型層的厚度可為大於等於5nm且小於等於50nm，最好是大於等於15nm且小於等於30nm，而以大於等於20nm且小於等於25nm為佳。
該等TCO層可用以作為該吸收層的電性接觸點。在本發明之一具體實施例裡，該TCO層含有ZnO、SnO2 、In2 O3 /SnO3 (ITO)。最好該等TCO層係經摻質。在本發明之一具體實施例裡，該SnO2 TCO係經摻質以氟質。在本發明之另一具體實施例裡，該ZnO TCO層係經摻質以硼或鎵質。在本發明之一較佳具體實施例裡，該ZnO TCO層係經摻質以鋁質(ZnO:Al,or ZnO(:Al))。
在本發明之一進一步具體實施例裡，該紋理化TCO層對於ZnO具有一大於等於20nm且小於等於1000nm的均方根粗糙度，且以大於等於30nm且小於等於600nm為宜，而以大於等於50nm且小於等於300nm為佳。最好，該紋理化TCO層係一高度紋理化TCO層。一高度紋理化TCO層的粗糙度為大於等於50nm，而霧化度為大於等於15%且小於等於80%，最好是大於等於20%且小於等於60%。即如前述，較高度紋理化的TCO可獲致經改良的太陽能電池效率性，這是由於將光線更有效率地散射至該吸收層之中。
在本發明之另一具體實施例裡，該紋理化TCO層的穿透度可大於等於60%、大於等於70%、大於等於80%，而最好是大於等於85%，且以大於等於90%為佳。
該紋理化TCO及/或第二TCO比起該抗TCO而言具有較低的阻抗性。在本發明之一具體實施例裡，該紋理化TCO及/或第二TCO的阻抗性為小於等於10-2 Ωcm，最好是小於等於10-3 Ωcm，而以小於等於5x10-3 Ωcm為佳。
在本發明之另一具體實施例裡，位於該前側TCO之相對處的第二TCO層進一步含有一反射表面。如此可具備的有利效應，並未被該吸收層所吸收的光線會被反射回到該吸收層之中，且因而提高太陽能電池的效率。
在一傳統薄膜式太陽能電池裡，兩個未經覆蓋之TCO區部的直接電性接觸會導致低電阻路徑以及該太陽能電池內的電流竭耗。本發明係基於一未經預期之發現結果，即一經沉積於該紋理化TCO層與該吸收層之間，及/或位於該吸收層與該第二TCO，的抗TCO層可獲致一效率水準提高而獲顯著改善的太陽能電池。
在本發明之一具體實施例裡，該額外的抗TCO層係經沉積於該紋理化TCO層與該吸收層之間。如此可提供有利技術效應，即因可由一阻抗材料薄層阻斷連接兩個作為該太陽能電池電極之導電TCO層的低電阻路徑。因此，將能減少太陽能電池的電流竭耗並且提升太陽能電池的效能水準。
在一甚為更佳的具體實施例中，該額外的抗TCO層係經沉積於該吸收層與該第二導電TCO層之間。該具體實施例擁有一進一步優點，即兩個導電TCO層係由一具有較大維度的高電阻路徑所分離，而因此能夠更有效率地消除所不欲的電流竭耗與效能損失。
在本發明之另一甚為更佳具體實施例裡，一第一抗TCO層係經沉積於該紋理化TCO層與該吸收層之間，而一第二抗TCO層則為沉積於該吸收層與該第二導電TCO層之間。此具體實施例擁有一甚可更佳地分離兩個TCO層的優點，而這又會獲致甚更為改善且更具效率的太陽能電池。
最好，該(等)抗TCO層為藉由低壓化學氣相沉積(LPCVD)製程或PVD或其他的方式所沉積。且更佳地ZnO係藉該LPCVD所沉積。LPCVD對於在小型結構上的同形沉積作業(conformal deposition)，且甚至對於底層沉積，具有高度的潛力。而未經預期地，既已發現到特別是藉由LPCVD方式進行ZnO沉積可提供極度同形的沉積結果。因此可運用藉由LPCVD的沉積，尤其是對於ZnO而言，以填滿因高度紋理化TCO層所生的極深凹谷。
該抗TCO層需要展現一高於這兩個導電TCO層之阻抗性的阻抗性。在本發明之特定具體實施例裡，該抗TCO層的阻抗性為大於等於10-2 Ωcm且小於等於106Ωcm，最好是大於等於102Ωcm且小於等於106Ωcm，而以大於等於104Ωcm且小於等於106Ωcm為宜，特別是約105Ωcm為最佳。
在本發明之進一步特定具體實施例裡，該抗TCO層的厚度為大於等於20nm且小於等於2000nm，最好是大於等於100nm且小於等於1000nm，而以大於等於200nm且小於等於500nm為佳。
在另一具體實施例中，該等薄型抗TCO層之其一或二者含有ZnO或SnO2 。最好，該ZnO或SnO2 為未經摻質。
本發明之另一特點為一種具有至少二個根據本發明之薄膜式太陽能電池的陣列。該等太陽能電池可為按串聯或並聯或是該等方式的組合所連接。最好該等太陽能電池為串聯。
本發明之另一特點為一種用以製造一薄膜式太陽能電池的方法，此方法包含下列步驟，即沉積至少一抗TCO層，其中該所沉積抗TCO層係位於該薄膜式太陽能電池的紋理化TCO層與第二TCO層之間。因此，至少一抗(即如未經摻質)TCO層係經沉積以電性分離這兩個作為根據本發明之薄膜式太陽能電池的電極之導電(即如經摻質)TCO層。
在本發明之一具體實施例裡，包含下列步驟：a)提供一具有一紋理化TCO層的基板；b)沉積一吸收層；以及c)沉積一第二TCO層，其中至少一進一步的抗TCO層係經沉積而使得該抗TCO層係位於該薄膜式太陽能電池的紋理化TCO層與第二TCO層之間。
用以沉積一薄膜式太陽能電池之疊層的技術為熟諳本項技藝之人士所已知。用於此等沉積技術的範例可特別如US 6,309,906專利中所揭示者，茲將該案依其整體按參考方式併入本案。在一具體實施例中，該薄膜式太陽能電池的疊層沉積作業是藉由CVD或PVD技術進行，而以藉由濺鍍、LPCVD、PECVD遠端電漿CVD，或「熱線」技術者為佳。在一進一步特定具體實施例中，該吸收層係藉由PECVD所沉積。
最好，該(等)抗TCO層為藉由一化學氣相沉積(CVD)製程所沉積，且尤以藉由一低壓化學氣相沉積(LPCVD)製程為佳。且更佳地，ZnO係藉由此一製程所沉積。LPCVD對於在小型結構上的同形沉積作業，且甚至對於底層沉積，具有高度的潛力。而未經預期地，既已發現到尤其是藉由LPCVD方式進行ZnO沉積可提供極度同形的沉積結果。因此，可運用藉由LPCVD的沉積，尤以對於ZnO者，以填滿因高度紋理化TCO層所生的極深凹谷。
藉由一CVD製程，且最好是一LPCVD製程，來進行該等抗TCO層的沉積作業具有一優點，即可藉由在構成該太陽能電池電極之摻質TCO材料的一般沉積前，先對該製程中的摻質氣體進行壓制以簡易地獲得。從而能夠在一單一製程中，並運用一單一設備，以獲致一抗TCO層及一後續的導電TCO層(作為該太陽能電池的背側電極)。因此，本發明揭示一種簡易且省時的薄膜式太陽能電池製造程序。
在一進一步特定具體實施例裡，該沉積作業係於一沉積室中執行，且最好是一真空沉積室，而尤以一超高真空沉積室為佳。
在進一步的特定具體實施例裡，該LPCVD製程的工作溫度為大於等於100℃且小於等於1000℃，最好是大於等於100℃且小於等於500℃，而以大於等於130℃且小於等於300℃為佳。
在另一具體實施例裡，該沉積室係經配備以一熱平板，該基板則經放置於其上。對於沉積該(等)抗TCO層，該熱平板的溫度為大於等於100℃且小於等於500℃，最好是大於等於150℃且小於等於250℃，而以大於等於185℃且小於等於185℃為佳。然對於沉積該導電，即如經摻質，TCO層來說，該熱平板的溫度為大於等於100℃且小於等於500℃，最好是大於等於150℃且小於等於250℃，而以大於等於170℃且小於等於200℃為宜，尤以約185℃為佳。
在一進一步特定具體實施例裡，該LPCVD製程過程中的工作壓力為大於等於0.01mbar且小於等於20mbar，大於等於0.01mbar且小於等於2mbar，最好是大於等於0.1mbar且小於等於1mbar，而以大於等於0.3mbar且小於等於0.5mbar為宜，尤以約0.5mbar為佳。
在本發明之另一具體實施例中，一抗TCO層係藉由一出現有二乙基鋅、H2 O及H2 的LPCVD製程所沉積。最好，二乙基鋅的流率大於等於50sccm且小於等於500sccm，最好是大於等於150sccm且小於等於300sccm，而以約220sccm為佳；H2 O的流率為大於等於50sccm且小於等於500sccm，最好是大於等於150sccm且小於等於300sccm，而以約190sccm為佳；同時H2 的流率為大於等於40sccm且小於等於400sccm，最好是大於等於100sccm且小於等於250sccm，而以約150sccm為佳。沉積時間是按照該抗TCO層的目標層厚度以及該系統的沉積速率而定。該抗TCO層的典型沉積時間是在1到100秒的範圍內。
在本發明之另一具體實施例中，一導電TCO層係藉由一出現有二乙基鋅、H2 O、H2 及B2 H6 (Ar中為2%)的LPCVD製程所沉積。最好，二乙基鋅的流率為大於等於50sccm且小於等於500sccm，最好是大於等於150sccm且小於等於300sccm，而以約220sccm為佳；H2 O的流率為大於等於50sccm且小於等於500sccm，最好是大於等於150sccm且小於等於300sccm，而以約190sccm為佳；H2的流率為大於等於40sccm且小於等於400sccm，最好是大於等於100sccm且小於等於250sccm，而以約150sccm為佳；同時，B2 H6 的流率為大於等於20sccm且小於等於400sccm，最好是大於等於60sccm且小於等於120sccm，而以約60sccm為佳。
在一進一步具體實施例裡，一抗TCO層及一導電TCO層係於相同沉積作業運行中所沉積，其中在一單一LPCVD沉積製程之過程裡沉積一抗TCO層，然工作氣體中並未出現即如B2 H6 的摻入物。然後，在相同的沉積製程裡，再將該摻入物加入該工作氣體中以沉積該導電TCO層。在本發明之另一具體實施例裡，該TCO層及一導電TCO層沉積作業是在兩個連續的CVD，最好是LPCVD，步驟中執行。
可藉由熟諳本項技藝之人士已知的各種方式來提供具一紋理化TCO層的基板。在一具體實施例裡，一TCO層係藉濺鍍、藉一LPCVD或一PECVD製程之方式所沉積於該基板上，隨後為一蝕刻製程，即如在0.5%的HCl中及/或藉由一雷射的方式，藉此產生一紋理化表面。在一進一步較佳具體實施例裡，該紋理化表面是在LPCVD-ZnO的沉積過程中所產生。在本發明的另一具體實施例裡，提供一具有紋理化TCO層之基板的步驟包含藉由PVD、LPCVD或PECVD以在一基板上沉積一導電TCO層，並且藉由蝕刻及/或一雷射以將一紋理選擇性地引入至該層內。
吸收層可為藉由各種熟諳該項技藝之人士已知的製程所沉積。在本發明之一具體實施例裡，一具PIN結構的矽質式吸收層係藉由一PECVD製程方式所沉積，其中會沉積出至少一含有一微晶或奈米晶氫化矽質的氫化層。該層包含一第一正性摻質氫化矽質子層，隨後為一未經摻質氫化矽質子層，再者為一負性摻質氫化矽質子層。最好，在該沉積製程過程之中使用矽烷(SiH4 )及H2 氣體。
在本發明之一具體實施例裡，會在沉積該吸收層之前或之後沉積有一單一抗TCO層。因此，所獲太陽能電池含有一抗TCO層，此者是位於該導電紋理化TCO層與該吸收層之間，或者位於該吸收層與該第二導電TCO層之間。最好，該單一抗TCO層是在沉積該吸收層之後所沉積，因為如此可藉由一具有較大維度之高電阻路徑而獲以較佳地分離兩個未被該吸收層所覆蓋的導電TCO。此較佳具體實施例的一額外優點為能夠在一單一製程內，並運用一單一設備，以獲得一抗TCO層以及一經沉積於該阻抗層上且作為該太陽能電池之背側電極的後續導電TCO層。
在一較佳具體實施例裡，一第一抗TCO層是在沉積該吸收層之前所沉積，並且一第二抗TCO層是在沉積該吸收層之後所沉積。如此可有利地獲以甚為更佳地分離兩個未被該吸收層所覆蓋的導電TCO。此較佳具體實施例的一額外優點為能夠在一單一製程內，並運用一單一設備，以獲得一抗TCO層以及一經沉積於該阻抗層上且作為該太陽能電池之背側電極的後續導電TCO層。
在一進一步特點中，本發明係針對於一種藉由本發明方法所製造或獲致的太陽能電池。
第1圖顯示一劃經一具PIN結構吸收層之傳統基本薄膜式太陽能電池的截面圖。一紋理化導電TCO層2係經沉積於一基板1上。一吸收層3係經沉積於此TCO層的頂上，該者含有一p型層7，亦即一正性摻質半導體層；隨後為一i型層8，亦即一本質性半導體層；再隨後以一n型層9，亦即一負性摻質半導體層。一第二導電TCO層4係經沉積於該吸收層之上。光線透過該基板1以進入該太陽能電池，進入該紋理化TCO層2並散射至該吸收層3中，而在此處進行光至電能的轉換作業。該等TCO層(2、4)是用以作為該太陽能電池的電性接觸點。由於該吸收層並非良好沉積於該紋理化TCO層的凹谷中，因此該等TCO層2及4構成一直接電性接觸，然此將產生一低電阻路徑10，如此導致該元件內的電流竭耗從而造成效能損失。
第2圖顯示一根據本發明之一較佳具體實施例的薄膜式太陽能電池之截面圖。該薄膜式太陽能電池包含即如一約90x50cm的玻璃基板1，其上既經沉積以一經摻硼質之ZnO 2的導電紋理化TCO。在沉積該吸收層之後(再度地包含一PIN結構)沉積出一抗TCO層6。由於，相比於這兩個導電TCO層2及4的材料，該抗TCO層之材料具有較高的阻抗性，因此會在這兩個TCO層之間構成一高電阻路徑11。
該導電紋理化TCO係藉由LPCVD方式並利用一經設定為約0.5mbar且配備有經加熱至約190℃之熱平板的沉積室所沉積於該玻璃基板上。二乙基鋅(DEZ)係用來作為該ZnO 2沉積的先質(presursor)。在該LPCVD製程過程中的流率如下：DEZ 220sccm、H2 O 190sccm、H2 150sccm、B2 H6 (Ar中為2%)80sccm。
沉積作業進行約900秒，獲致一厚度約2000nm的覆層。該紋理化TCO層2的粗糙度約為60nm。該紋理化TCO層2的阻抗性約為2 x 10-3 Ωcm。
在該紋理化導電ZnO TCO 2的頂上沉積出一具有PIN結構的吸收層3。該吸收層包含三個氫化非晶矽(a-Si:H)子層。被直接地沉積於該紋理化TCO 2之上的底部子層7係經正性摻質(p型層)，隨後為一未經摻質的中間層8(i型層)，再來是一經負性摻質(n型層)層9。該等p型、i型及n型層的厚度分別地約為30nm、250nm及25nm。
該吸收層的沉積作業是利用一PECVD製程所進行，其中該氫化矽質係利用RF電力以產生電漿且出現有H2 而自SiH4 所沉積而得。
在該吸收層3的沉積作業之後，即於一單一LPCVD製程中沉積出該抗TCO層6和該第二導電TCO層4。該沉積室係經設定為0.5mbar並配備有一經加熱至185℃的熱平板。
首先，該抗TCO層6係利用DEZ、H2 O及H2 而按下列流率所沉積：DEZ 220sccm；H2 O 190sccm；H2 150sccm。沉積作業進行約1至100秒，而獲得約1至100nm的厚度。該抗TCO層6的阻抗性約為105Ωcm。該抗TCO層的沉積作業可獲以構成一分離這兩個導電TCO層2及4的高電阻路徑11。
在完成該抗TCO層6的沉積作業之後，將B2 H6 (Ar中為2%)加入至工作氣體中而流率約為80sccm，藉以在相同的LPCVD製程裡沉積出該導電TCO層4。沉積作業進行約600秒，而獲得厚度約1600nm的TCO層4。該導電TCO層4的阻抗性約為2 x 10-3 Ωcm。
所獲之薄膜式太陽能電池具有一約860mV的開放電路電壓(VOC )以及一約72%的填入因數(Filling Factor，FF)。相較於其他等同薄膜式太陽能電池而無一具有約860mV開放電路電壓(VOC )及約72%填入因數(FF)的抗TCO層6，轉換係數可獲改善約4%。
第3圖顯示一劃經一根據本發明之薄膜式太陽能電池的進一步具體實施例截面圖，其中在沉積該PIN吸收層之前及之後沉積出一抗TCO層。因此，一第一阻抗層5出現在該紋理化導電TCO層2與該吸收層3之間，並且一第二抗TCO層6出現在該吸收層3與該第二導電TCO層4之間。如此既已引入兩個導電TCO層5、6。該等導電、阻抗TCO層以及該吸收層，其沉積作業是利用前述參數與製程所進行。
尤其，該薄膜式太陽能電池包含一玻璃基板1，而其上既已藉由LPCVD方式沉積一經摻硼質ZnO 2的導電紋理化TCO 2。同樣地，利用DEZ作為該ZnO沉積的先質。所使用的摻入物為B2 H6 (Ar中為2%)。該導電紋理化TCO層2具有約1700nm的厚度。粗糙度約為60nm，且該紋理化TCO層2的阻抗性約為2 x 10-3 Ωcm。
在完成該導電紋理化TCO層2的沉積作業之後，即進行一進一步LPCVD製程以沉積一抗TCO層5。該抗TCO層5係利用DEZ、H2 O及H2 而按下列流率所沉積：DEZ 220sccm；H2 O 190sccm；H2 150sccm。沉積作業進行約20秒，獲致一厚度約100nm的覆層。該抗TCO層5的阻抗性約為105Ωcm。在該抗ZnO TCO 5之上，按如前述方式沉積出一具有一PIN結構的吸收層3。
最後，按如前述在一單一LPCVD製程之中沉積出一抗TCO層6及該第二導電TCO層4。再次地，該抗TCO層6係利用DEZ、H2 O及H2 所沉積，而對於該導電TCO層4的沉積則會將B2 H6 (Ar中為2%)加入工作氣體中。該抗TCO層6的厚度約為100nm，該抗TCO層6的阻抗性約為105Ωcm。該導電TCO層4的厚度約為1600nm，其阻抗性約為2 x 10-3 Ωcm。
即如可自第3圖看出，這兩個抗TCO層5、6的沉積可獲以構成一分離該等兩個導電TCO層2及4的高電阻路徑11。
在圖式及前揭說明中雖既已詳細列明且描述本發明，然此等列明與描述應被視為例述性和示範性而非限制性質；本發明並不受限於本揭具體實施例。熟諳本項技藝之人士於實作所主張發明時確能自研讀該等圖式、揭示與後載之申請專利範圍以瞭解並進行該等所揭示具體實施例的其他變化項目。在該申請專利範圍中，該詞彙「包含」並不排除其他的構件或步驟，同時數詞「一」並不排除複數個。在彼此互異之相關請求項中陳述出某些措施的事實，並不表示不能基於有利目的而使用該等措施之組合。該申請專利範圍中的任何參考符號皆不應被詮釋為對專利範疇造成限制。
1．．．基板
2．．．紋理化導電TCO層
3．．．吸收層
4．．．第二導電TCO層
5．．．抗TCO層
6．．．第二抗TCO層
7．．．p型層
8．．．i型層
9．．．n型層
10．．．低電阻路徑
11．．．高電阻路徑
第1圖　係顯示一劃經一具PIN結構吸收層之傳統基本薄膜式太陽能電池的截面圖；
第2圖　係顯示一根據本發明之一較佳具體實施例的薄膜式太陽能電池之截面圖；以及
第3圖　係顯示一劃經一根據本發明之薄膜式太陽能電池的進一步具體實施例截面圖。
1．．．基板
2．．．紋理化導電TCO層
3．．．吸收層
4．．．第二導電TCO層
6．．．第二抗TCO層
7．．．p型層
8．．．i型層
9．．．n型層
11．．．高電阻路徑

Claims (13)

  1. 一種薄膜式太陽能電池，其包含：一半透明之基板；一紋理化穿透性導電氧化物層，設置於該基板上；一吸收層，設置於該紋理化穿透性導電氧化物層上；一抗穿透性導電氧化物層，設置於該吸收層上；以及一第二穿透性導電氧化物層，設置於該抗穿透性導電氧化物層上，其中該吸收層在該第二穿透性導電氧化物層及該紋理化穿透性導電氧化物層之間延伸，其中該抗穿透性導電氧化物層係設置於該吸收層和該第二穿透性導電氧化物層之間，使得高電阻路徑形成於該吸收層中，其中該抗穿透性導電氧化物層之材料之電阻係數係大於該紋理化穿透性導電氧化物層之材料之電阻係數及該第二穿透性導電氧化物層之材料之電阻係數。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜式太陽能電池，更包含：一第二抗穿透性導電氧化物層，設置於該紋理化穿透性導電氧化物層及該吸收層之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜式太陽能電池，其中該紋理化穿透性導電氧化物層之紋理粗糙度係大於等於30奈米且小於等於600奈米。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜式太陽能電池，其中該吸收層係包含至少一PIN(p-i-n)結構，該至少一PIN結構係包含氫化非晶型矽(amorphous hydrogenated silicon)。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜式太陽能電池，其中該抗穿透性導電氧化物層之電阻係數係大於該紋理化穿透性導電氧化物層之電阻係數和該第二穿透性導電氧化物層之電阻係數。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之薄膜式太陽能電池，其中該第二抗穿透性導電氧化物層之電阻係數係大於該紋理化穿透性導電氧化物層之電阻係數及該第二穿透性導電氧化物層之電阻係數。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜式太陽能電池，其中該抗穿透性導電氧化物層係包含未摻雜之氧化鋅(ZnO)。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之薄膜式太陽能電池，其中該第二抗穿透性導電氧化物層係包含未摻雜之氧化鋅(ZnO)。
  9. 一種至少兩個如申請專利範圍第1項至第8項任一項所述之薄膜式太陽能電池之陣列。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜式太陽能電池，其中該紋理化穿透性導電氧化物層接觸該基板。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜式太陽能電池，其中該吸收層在該紋理化穿透性導電氧化物層及該抗穿透性導電氧化物層之間延伸。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜式太陽能電池，其中該吸收層直接接觸該紋理化穿透性導電氧化物層及該抗穿透性導電氧化物層。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜式太陽能電池，其中該吸收層具有一PIN(p-i-n)結構。
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