TWI453928B

TWI453928B - 太陽能模組及製造具有串聯半導體層堆疊之太陽能模組之方法

Info

Publication number: TWI453928B
Application number: TW099117657A
Authority: TW
Inventors: Kevin Coakley; Sam Rosenthal; Jason Stephens; Guleid Hussen; Gurotra Kunal
Original assignee: Solarbase Group Inc
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2010-06-01
Publication date: 2014-09-21
Also published as: TW201104889A

Description

太陽能模組及製造具有串聯半導體層堆疊之太陽能模組之方法

本發明有關於一種太陽能模組及一種製造具有串聯(tandem)半導體層堆疊之太陽能模組之方法。

本發明為一種太陽能裝置，習知技術之太陽能裝置包括：在矽薄膜中具有活性部份之太陽能模組，於在此種裝置中，照射於模組上之光線會進入活性矽薄膜中，在矽薄膜吸收光線後，光線之能量會使得矽中產生電子與電洞，這些電子與電洞可以產生電位與電流，使得此模組得以將電位與電流提供給外部電性負載，以進行所需動作。

入射光線之光子會激發矽薄膜中電子，使得在此矽薄膜中電子與原子分開，為了使光子能夠激發電子且造成薄膜中電子與原子分開，光子所具有能量必須超過矽薄膜能帶間隙，光子之能量與入射於薄膜上之光線波長有關；因此，矽薄膜是依據薄膜能帶間隙與光線波長以吸收光線。

另一種習知太陽能裝置具有串聯層堆疊，其包括沉積在彼此之頂上且在下電極與上電極間的兩個或多組矽薄膜，不同組薄膜具有不同能帶間隙，可以提供具有不同能帶間隙之不同組薄膜，以增加此裝置之光電轉換效率，因為此裝置可以吸收更多種波長之入射光線，例如，第一組薄膜之能帶間隙可以大於第二組薄膜者，入射光線中能量超過第一組薄膜能帶間隙者，會由第一組薄膜吸收以產生電子-電洞對；入射光線中能量未能超過第一組薄膜能帶間隙者，當通過第一組薄膜時，並不會產生電子-電洞對(pair)；此時如果第二組薄膜具有較低能帶間隙，則通過第一組薄膜光線中至少一部份會被第二組薄膜吸收，以產生電子-電洞對。

為了提供各組薄膜不同能帶間隙，可以將矽薄膜與鍺製成合金，以改變薄膜之能帶間隙，然而，將矽薄膜與鍺製成合金會降低在製造過程中之沉積率，此外，將矽薄膜與鍺製成合金較矽薄膜沒有與鍺製成合金會更容易受到光線所導致之退化。再者，進行沉積矽鍺合金所使用氣體四氫化鍺(germane)不但昂貴而且有害。

作為一種替代性使用，可以藉由沉積矽薄膜作為微晶體矽薄膜而並不是非晶矽薄膜達成，藉此可以降低太陽能裝置中矽薄膜之能帶間隙，非晶矽薄膜之能帶間隙典型地大於在微晶體狀態中所沉積矽薄膜之能帶間隙。一些目前太陽能裝置包括半導體層堆疊，其非晶矽薄膜與微晶體矽薄膜串聯堆疊，在這些裝置中，是以相對小厚度沉積非晶矽薄膜，以減少在接面中與載子傳輸有關之損失，例如，可以用小的厚度沉積非晶矽薄膜，以減少入射光線從矽原子所激發電子與電洞之數量，這些電子與電洞在抵達頂部或底部電極之前會與其他矽原子或其他電子與電洞重新組合；這些未能抵達電極之電子與電洞並不會使得太陽能裝置所產生之電壓與電流，但是，當非晶矽接面之厚度減少時，由非晶矽接面會吸收光線會減少，且在矽薄膜中流動之光電流亦會減少，因此，太陽能裝置將入射光線轉換成電流之效率會受到此裝置堆疊中之非晶矽接面厚度之限制。

在具有厚度相對薄非晶矽薄膜之太陽能裝置中，此裝置中太陽能電池表面區域所具有活性非晶矽薄膜會相對於此太陽能電池非活性區域增加。此活性區域包括矽薄膜，其將入射光線轉換成電力；非活性區域所包括太陽電池並不存在矽薄膜之部份，因而並不會將入射光線轉換成電力。太陽能裝置所產生電功率可以藉由以下方式增加，即相對於裝置中非活性區域，增加太陽能電池之活性區域，例如，增加具有活性非晶矽薄膜之單體整合式薄膜太陽能模組中電池之寬度，會增加此曝露於太陽光線之模組中活性太陽能材料之百分比或比率，當此活性太陽能材料之比率增加時，則此裝置所產生之總光電流會增加。

增加太陽電池之寬度亦會導致太陽能裝置光線透射電極之尺寸或面積之增加，此種光線透射電極會傳導在太陽電池中所產生之電子與電洞，在太陽能裝置中產生電流或電壓。當光線透射電極之尺寸或面積增加時，亦會造成光線透射電極之電阻(R)增加，更會使得流經光線透射電極之電流(I)隨之增加。當電流流經光線透射電極且此光線透射電極之電阻增加時，在太陽能裝置中之能量損耗例如I² R會增加；當能量損耗增加時，此太陽能裝置操作效率降低且產生較少電力；因此，在單體整合式薄膜太陽能裝置中，此裝置中活性太陽能材料之比率，與此裝置透明導電電極所產生能量損耗之間存在一種抵換關係。

因此，對於太陽能裝置存在一種需求，使其能提高將入射光線轉換成電流之效率及/或降低能量損耗。

本發明之主要目的為提供一種單體整合式薄膜太陽能模組，其包括：一絕緣基板，以及在此基板上之下電極；此模組亦包括在此下電極上微晶體矽層之下堆疊、在此下堆疊上非晶矽層之上堆疊、以及在此上堆疊上之上電極，這些矽層之上堆疊與下堆疊具有不同之能帶間隙。此模組亦包括一內建式旁路二極體，其在這些矽層之上堆疊與下堆疊中垂直延伸，從下電極延伸至上電極；此內建式旁路二極體包括上堆疊與下堆疊部份，其所具有結晶體部份較上堆疊與下堆疊之其餘部份為大。

本發明之另一目的為提供一種太陽能模組之製造方法，其包括以下步驟：提供一基板，以及在此基板上沉積一下電極。此方法亦包括以下步驟：在下電極上沉積微晶體矽層之下堆疊、在微晶體矽層之下堆疊上沉積非晶體矽層之上堆疊、以及在非晶體矽層之上堆疊上沉積一上電極。上堆疊與下堆疊之至少之一包括矽層之N-I-P堆疊，其具有n-掺雜矽層、本質矽層(intrinsic silicon layer)、以及p-掺雜矽層；當在至少250℃之溫度沉積本質矽層時，此本質矽層之能帶間隙會減少。

本發明還有另一目的為提供另一種太陽能模組之製造方法，其包括以下步驟：提供一基板與下電極，以及在此下電極上沉積微晶體矽層之下堆疊；此方法亦包括：在此下堆疊上沉積非晶矽層之上堆疊，以及在非晶矽之上堆疊上提供一上電極；此方法更包括：藉由移除上電極之一部份，以增加下堆疊與上堆疊之結晶度，藉以形成一內建式旁路二極體，其經由下堆疊與上堆疊而從下電極延伸至上電極。

以上之總結以及以下說明技術實施例之詳細說明，將由閱讀以下說明並參考所附圖式獲得更佳瞭解，為了解釋目前所說明技術之目的，將某些實施例顯示於圖式中。然而，應瞭解，目前所說明技術並不受限於附圖中所顯示配置與設備。此外，應瞭解，圖中之組件並無須依據比例繪製，且一個組件對於另一組件之相對尺寸不應被設想或解釋為實際上需要此種相對尺寸。

第1圖為根據一實施例之太陽能電池100之示意圖，其中，電池100包括：基板102、與光線透射覆蓋層104，此電池具有設置在上與下電極層110與112(或電極110與112)間之上與下活性矽層堆疊106與108；上與下電極層110與112以及上與下活性矽層堆疊106與108是位於基板102與光線透射覆蓋層104之間。電池100為一種基板組態太陽能電池，例如，光線入射於電池100上會進入基板102所相對之光線透射覆蓋層104中，且藉由電池100之活性矽層堆疊106與108將光線能量轉換成電位。光線通過光線透射覆蓋層104以及電池100之其他層與組件，抵達上與下層堆疊106與108，會由上與下堆疊106與108吸收。

此由上與下層堆疊106與108所吸收入射光線中之光子，會激發在上與下層堆疊106與108中之電子，且造成電子從上與下層堆疊106與108中之原子分開。當電子從原子分開時，會產生互補之正電荷或電洞，因為此上與下層堆疊106與108具有不同能帶間隙，可以吸收入射光線中不同頻譜部份之波長，所以這些經由此上與下層堆疊106與108漂移或擴散之電子會集中於上與下電極層110與112之一中，這些經由上與下層堆疊106與108漂移或擴散之電洞會集中於上與下電極層110與112之另一個中，此在上與下電極層110與112所收集之電子與電洞，會在電池100中產生電位差。此在電池100中所產生電位差可以加至在其他電池(未圖式)中所產生電位差，可以將複數個彼此串聯電池100所產生電位差加在一起，以增加由這些電池100所產生總電位差。在相鄰電池100間之電子與電洞流會產生電流，可以將由電池100所取得之電流提供給外部電性負載以進行所需之動作。

在第1圖中概要說明電池100之層與組件，這些層與組件之形狀、方向、以及相對尺寸之用意並非對各層與組件造成限制。基板102位於電池100之底部，基板102對於電池100之其他層與組件提供機械性支持。基板102包括介電材料例如非導電材料，或由介電材料形成；基板102可以由具有相對低軟化點之介電材料所形成，其例如為具有大約750℃以下軟化點(softening point)之一或多個介電材料。僅作為舉例，基板102可以由鈉鈣平板玻璃、低鐵平板玻璃、或包括至少10%重量百分比氧化鈉(Na₂ O)之玻璃所形成。在另一例中，基板102可以由另一種形式玻璃例如平板玻璃或硼矽玻璃所形成。另外，基板102可以由陶瓷所形成，例如：由氮化矽(Si₃ N₄ )、或氧化鋁(礬土、或Al₂ O₃ )所形成。在另一實施例中，基板102是由導電材料例如金屬所形成。僅作為舉例，基板102可以由不銹鋼、鋁、或鈦所形成。

基板102所具有厚度足以機械地支持電池100之其餘層，同時在電池100之製造與處理期間對電池100提供機械與熱穩定性。在一實施例中，基板102至少大約0.7至5.0毫米厚。僅作為舉例，基板102可以為大約2毫米厚之平板玻璃層。另外，基板102可以為大約1.1毫米厚之硼矽玻璃層。在另一實施例中，基板102可以大約3.3毫米厚之低鐵或標準平板玻璃。

可以將粗化模片層114沉積在基板102上。另外，在電池100中可以不包括模片層114。模片層114具有經控制且預定之三度空間紋理，且將此紋理給予在電池100中被沉積在模片層114上之一或多層與組件。在一實施例中，粗化模片層114可以根據下列共同待審之美國非臨時專利案之實施例之一沉積而形成。此案為於2010年4月19日提出專利申請案號12/762,880(以下稱為880申請案)，標題為「Photovoltaic Cells And Methods To Enhance Light Trapping In Thin Film Silicon」，該880申請案之整個內容在此併入作為參考。關於該880申請案，在此所說明模片層114類似於在880申請案中所說明模片層136，且包括在該880申請案中所描述與說明一或多個結構300、400、以及500之陣列。

在所說明實施例中模片層114之粗化，可以藉由模片層114之一或多個結構200、300、400(於第2至4圖中顯示)之形狀與尺寸決定。模片層114是沉積在基板102上，例如，模片層114可以直接沉積在基板102上。

第2圖概要說明根據一實施例在模片層114中之尖峰結構200。此尖峰結構200產生於模片層114中，使得在模片層114上之這些層可以具有預定紋理。此結構200稱為尖峰結構200，因為結構200顯示為延著模片層114之上表面202之尖銳尖峰，尖峰結構200由一或多參數界定，其包括：尖峰高度(Hpk)204、間距206、移轉形狀208、以及基底寬度(Wb)210。如同於第2圖中所顯示，尖峰結構200所形成之形狀，其寬度隨著離基板102距離增加減少，例如，尖峰結構200距離位於或靠近基板102之基底212之尺寸減小至數個尖峰214。尖峰結構200在第2圖中呈現為兩度空間之三角形，但替代地可以具有在三度空間中金字塔或圓錐形之形狀。

尖峰高度(Hpk)204代表在兩個尖峰結構200之間，移轉形狀208至尖峰214距離之平均值或中間值；例如，可以沉積模片層114為大約平坦層，一直至尖峰214之基底212、或至移轉形狀208之區域，可以繼續沉積模片層114，使其形成尖峰214。基底212間之距離、或移轉形狀208至尖峰214之距離可以為尖峰高度(Hpk)204。

間距206代表尖峰結構200之兩個尖峰214間距離之平均值或中間值。間距206可以在兩個或多個方向中大約相同；例如，間距206可以在平行於基板102延伸之兩個垂直方向中相同。在另一實施例中，間距206可以沿著不同方向有所不同。另外，間距206可以代表在相鄰尖峰結構200上其他類似點之間距離之平均值或中間值。移轉形狀208為在尖峰結構200之間模片層114上表面202之一般形狀。如同在所說明實施例中顯示，移轉形狀208可以採取平坦“面”之形式。另外，當於三度空間角度觀之時，平坦面形狀可以為圓錐形或金字塔形狀。基底寬度(Wb)210為，在此等尖峰結構200之間且在模片層114之基底212之介面跨尖峰結構200之平均或中間距離。基底寬度(Wb)210可以在兩個或多個方向中大致相同，例如，基底寬度(Wb)210可以在平行於基板102延伸之兩個垂直方向中相同。另外，基底寬度(Wb)210可以沿著不同方向有所不同。

第3圖說明根據一實施例模片層114之凹陷結構300。凹陷結構300之形狀與第2圖中顯示尖峰結構200之形狀不同，但可以由與上述第2圖有關一或多個參數界定；例如，凹陷結構300可以由尖峰高度(Hpk)302、間距304、移轉形狀306、以及基底寬度(Wb)308所界定，凹陷結構300形成凹陷或穴，且從凹陷結構300上表面310延伸進入模片層114中。在第3圖之兩度空間角度中，凹陷結構300顯示具有拋物線形狀，但在三度空間角度中其可以具有圓錐體、金字塔、或拋物體形狀。在實施上，凹陷結構300可以對理想拋物線形狀稍微改變。

通常，凹陷結構300包括穴狀結構，其從上表面310朝向基板102向下延伸進入模片層114中，凹陷結構300向下延伸至模片層114之低點312(或最低點)，其位於移轉形狀306之間。尖峰高度(Hpk)302代表上表面310與低點312間距離之平均值或中間值。間距304代表凹陷結構300之相同或共同點間距離之平均值或中間值，例如，間距304可以為在凹陷結構300間延伸移轉形狀306中點間之距離。間距304可以在兩個或多個方向中大致相同，例如，間距304可以在平行於基板102延伸之兩個垂直方向中相同。在另一實施例中，間距304可以沿著不同方向不同。另外，間距304可以代表凹陷結構300之低點312間之距離。此外，間距304可以代表相鄰凹陷結構300上其他類似點間距離之平均值或中間值。

移轉形狀306為在凹陷結構300之間上表面310之一般形狀，如同在所說明之實施例中顯示，移轉形狀306可以採取平坦“面”之形式。另外，當以三度空間角度觀之時，平坦面形狀可以為圓錐或金字塔。基底寬度(Wb)308代表相鄰凹陷結構300之低點312間距離之平均值或中間值。另外，基底寬度(Wb)308可以代表移轉形狀306中點間之距離。基底寬度(Wb)308可以在兩個或多個方向中大致相同，例如，基底寬度(Wb)308可以在平行於基板102延伸之兩個垂直方向中相同。另外，基底寬度(Wb)308可以沿著不同方向不同。

第4圖說明根據一實施例模片層114之圓形結構400。在本實施例中，圓形結構400之形狀與第2圖中所顯示尖峰結構200之形狀，以及第3圖中所顯示凹陷結構300之形狀有所不同，但可以由與上述第2與3圖有關之一或多個參數所界定，例如，圓形結構400可以由尖峰高度(Hpk)402、間距404、移轉形狀406、以及基底寬度(Wb)408所界定。圓形結構400形成為模片層114上表面414之突出，其從模片層114之基底薄膜410向上延伸；圓形結構400可以具有大致拋物線或圓形之形狀。在實施上，圓形結構400可以對理想拋物線形狀稍微改變。在第4圖之兩度空間角度之圖中，圓形結構400呈現為拋物線。另外，圓形結構400在三度空間角度中可以具有拋物體、金字塔、或錐圓體之形狀，其由基板102向上延伸。

一般而言，圓形結構400自基底薄膜410且遠離基板102向上突出至圓形高點412或圓形頂點。尖峰高度(Hpk)402代表在基底薄膜410與圓形高點412間距離之平均值或中間值。間距404代表圓形結構400之相同或共同點間距離之平均值或中間值，例如，間距404可以為在兩個高點412間之距離。間距404可以在兩個或多個方向中大致相同，例如，間距404可以在平行於基板102延伸之兩個垂直方向中相同。另外，間距404可以沿著不同方向不同。在另一例中，間距404可以代表在兩圓形結構400之間延伸移轉形狀406之兩中點間之距離；此外，間距404可以代表在相鄰圓形結構400上其他類似定點間距離之平均值或中間值。

移轉形狀406為在圓形結構400間上表面414之一般形狀。如同在所說明之實施例中顯示，移轉形狀406可以採取平坦“面”之形式。另外，當以三度空間角度觀之時，平坦面形狀可以為圓錐或金字塔。基底寬度(Wb)408代表兩個圓形結構400相對側上兩個移轉形狀406間距離之平均值或中間值；另外，基底寬度(Wb)408可以代表移轉形狀406兩個中點間之距離。

根據一實施例，結構200、300、400之間距204、302、402及/或基底寬度(Wb)210、308、408大約為400奈米至大約1500奈米。另外，結構200、300、400之間距204、302、402可以小於大約400奈米、或大於大約1500奈米。結構200、300、400之平均或中間尖峰高度(Hpk)204、302、402大約為相對應結構200、300、400之間距206、304、404之25%至80%。另外，平均尖峰高度(Hpk)204、302、402可以為間距206、304、404之不同比例。基底寬度(Wb)210、308、408可以與間距206、304、404大約相同。在另一實施例中，基底寬度(Wb)210、308、408可以與間距206、304、404不同。基底寬度(Wb)210、308、408可以在兩個或多個方向中大致相同，例如，基底寬度(Wb)210、308、408可以在平行於基板102延伸之兩個垂直方向中相同。另外，基底寬度(Wb)210、308、408可以沿著不同方向不同。

在模片層114中結構200、300、400之參數可以根據PV電池100(於第1圖中顯示)是否為雙或三接面電池100、及/或在上及/或下層堆疊106與108(於第1圖中顯示)那一些半導體薄膜或層為電流限制層而改變。例如，上及/或下矽層堆疊106與108可以包括：掺雜非晶或掺雜微晶體矽層之兩個或多個N-I-P堆疊或P-I-N堆疊。以上所說明一或多個參數可以取決於在N-I-P及/或P-I-N堆疊中那一個半導體層為電流限制層；例如，當光線擊中PV電池100時，N-I-P及/或P-I-N堆疊中一或多層可以限制由PV電池100所產生電流之數量。結構200、300、400之一或多個參數可以取決於這些層之那一個為電流限制層。

在一實施例中，如果PV電池100(於第1圖中顯示)包括設置在上及/或下矽層堆疊106與108(於第1圖中顯示)中之微晶體矽層，且微晶體矽層為上及/或下矽層堆疊106與108之電流限制層，則在微晶體矽層下之模片層114中之結構200、300、400之間距206、304、404可以介於大約500奈米至1500奈米之間。微晶體矽層所具有之能帶間隙對應於紅外線光之波長是介於大約500至1500奈米之間；例如，如果間距206、404、504大約匹配其波長，則結構200、300、400可以反射紅外線光之數量增加，其波長為介於500至1500奈米之間。結構200、300、400之移轉形狀208、306、406可以為平坦面，且其基底寬度(Wb)210、308、408可以為間距206、304、404之60%至100%。尖峰高度(Hpk)204、302、402可以為間距206、304、404之25%至75%。例如，尖峰高度(Hpk)204、302、402對於間距206、304、404之比率可以提供在結構200、300、400中之散射角，其可以相對於其他比率，將更多光線反射回上及/或下矽層堆疊106與108中。

在另一例中，如果PV電池100(於第1圖中顯示)包括：一個層堆疊106、108為非晶矽層，以及另一個層堆疊106、108為微晶體半導體層，則用於模片層114之間距206、304、404之範圍可以根據上與下層堆疊106或108之那一個為電流限制堆疊改變。如果此上矽層堆疊106包括微晶體N-I-P或P-I-N掺雜半導體層堆疊，下矽層堆疊108包括非晶N-I-P或P-I-N掺雜半導體層堆疊，且上矽層堆疊106為電流限制層，則間距206、304、404可以為大約500與1500奈米之間。反之，如果下矽層堆疊108為電流限制層，則間距206、304、404可以設定在大約350至1000奈米之間。

現在回頭討論在第1圖中所顯示之電池100，可以根據在上述880申請案中所說明一或多個實施例形成模片層114；例如，可以藉由將非晶矽層沉積在基板102上形成模片層114，接著藉由設置在非晶矽上表面上之二氧化矽球體，使用反應性離子蝕刻將非晶矽粗化。另外，模片層114可以藉由在基板102上濺鍍鋁與鉭雙層形成，且然後將模片層114陽極化。在另一實施例中，模片層可以使用常壓化學氣相沉積藉由沉積粗化氟掺雜二氧化錫薄膜形成。模片層114之一或多個薄膜可以由銷售商例如Asahi Glass Company或Pilkington Glass獲得。在一替代實施例中，模片層114可以藉由將靜電電荷施加至基板102，以及然後將帶電基板102置於具有相反帶電粒子之環境中形成。靜電力將帶電粒子吸引至基板102以形成模片層114，然後，可以藉由在一隨後沉積步驟中將一黏著“膠”層(未圖示)沉積在粒子上，或將基板102與粒子退火，將粒子永久地附著於基板102上。這些粒子材料之例包括：平面陶瓷；與鑽石似材料粒子，例如碳化矽、礬土、氮化鋁、鑽石、以及CVD鑽石。

下電極層112沉積在模片層114上，此下電極層112是由導電反射層116與導電緩衝層118所構成。反射層116沉積在模片層114上，例如，反射層116可以直接沉積在模片層114上。反射層116具有由模片層114所決定之粗化上表面120，例如，反射層116可以沉積在模片層114上，以致於此反射層116包括結構(未圖示)之尺寸及/或形狀類似於，模片層114之結構200、300、400之尺寸及/或形狀(於第2至4圖中顯示)。

反射層116可以包括反射導電材料例如銀，或由其所形成。另外，反射層116可以包括：鋁、或包含銀或鋁之合金，或此反射層116可以由鋁、或包含銀或鋁之合金所形成。反射層116之厚度大約100至300奈米，且可以藉由將反射層116材料濺鍍於模片層114上沉積形成。

反射層116提供一導電層與一反射表面，用於將光線向上反射至上及/或下活性矽層堆疊106與108中，例如，此入射於覆蓋層104上光線之一部份通過上及/或下活性矽層堆疊106與108可以不被其所吸收，此光線之部份由反射層116反射回上及/或下層堆疊106與108中，以致於所反射之光線可以由上及/或下層堆疊106與108吸收，反射層116之粗化上表面120會增加此被吸收或“捕捉”光線之數量，光線經由部份或全散射進入上及/或下活性矽層堆疊106與108中。可以改變尖峰高度(Hpk)204、302、402、間距206、304、404、移轉形狀208、306、406、及/或基底寬度(Wb)210、308、408(於第2至4圖中所示)，以增加在上及/或下層堆疊106與108中所捕捉入射光線中所想要或預定範圍波長光線之數量。

緩衝層118沉積在反射層116上，且可以直接沉積在反射層116上。緩衝層118提供至下活性矽層堆疊108之電性接觸；例如，緩衝層118可以包括透明導電氧化物(TCO)材料，或由此材料所形成，此材料與下活性矽層堆疊108電性耦接。在一實施例中，緩衝層118包括鋁掺雜氧化鋅、氧化鋅及/或氧化銦錫。緩衝層118可以沉積成大約50至500奈米之厚度，雖然可以使用不同厚度。

在一實施例中，緩衝層118提供在反射層116與下活性矽層堆疊108之間之化學緩衝，例如，在電池100之處理與製造期間，緩衝層118藉由反射層116可以防止對於下活性矽層堆疊108之化學攻擊。緩衝層118阻止或防止發生在下活性矽層堆疊108中之矽污染，且減少在下活性矽層堆疊108中之電漿子(Plasmon)吸收損失。

緩衝層118可以在反射層116與下活性矽層堆疊108之間提供光學緩衝，例如，緩衝層118可以為光線透射層，其根據由反射層116所反射光線預定範圍之波長以決定沉積之厚度。緩衝層118之厚度可以允許光線某些波長通過緩衝層118，由反射層116反射回，經由緩衝層118傳送回且進入於下層堆疊108中。僅作為例子，緩衝層118之沉積厚度可以在大約75至80奈米之間。

下活性矽層堆疊108沉積在緩衝層118之上，或直接沉積在緩衝層118上。在一實施例中，將下層堆疊108沉積為大約1至3微米之厚度，雖然此下層堆疊108可以沉積成不同厚度。此下層堆疊108包括三個矽次層122、124、126。在一實施例中，這些次層122、124、126各為n-掺雜、本質、以及p-掺雜微晶體矽薄膜，其使用電漿增強化學氣相沉積(PECVD)以相當低的溫度沉積，例如，這些次層122、124、126可以在大約攝氏160至250度範圍中之溫度沉積。此在相當低沉積溫度次層122、124、126之沉積可以降低從一次層122、124、126至另一次層122、124、126之掺雜物之互相擴散。此外，在一給定次層122、124、126中使用低的沉積溫度，可以協助防止氫從下面次層122、124、126進入上與下層堆疊106與108中。

另外，可以在相當高的溫度沉積下層堆疊108，例如，可以在大約250℃至350℃範圍中之溫度沉積下層堆疊108。當沉積溫度增加時，此在下層堆疊108中結晶體結構之平均晶粒尺寸會增加，且會導致在下層堆疊108中所吸收紅外光線之增加；因此，可以在較高的溫度沉積下層堆疊108，以便增加在下層堆疊108中矽晶體之平均晶粒尺寸。此外，在較高的溫度沉積下層堆疊108，可以使得下層堆疊108在隨後上層堆疊106沉積期間更為熱性穩定。如同以下說明，下層堆疊108之頂部次層126可以為p-掺雜矽薄膜。在此種實施例中，可以在大約250℃至350℃範圍之相當高沉積溫度沉積下層堆疊108之底部與中間次層122與124，同時在大約150℃至250℃範圍之相當低溫度沉積頂部次層126。另外，可以在至少160℃之溫度沉積頂部次層126，在較低溫度沉積p-掺雜次層126，以減少在p-掺雜頂部次層126與本質中間次層124之間互相擴散之數量。另外，可以在例如大約250℃至350℃範圍之較高沉積溫度沉積p-掺雜次層126。

次層122、124、126可以具有至少大約10奈米(nm)之平均顆粒尺寸。在另一實施例中，此在次層122、124、126中之平均顆粒尺寸至少大約20nm；另外，這些次層122、124、126之平均顆粒尺寸至少為大約50nm。在另一實施例中，平均顆粒尺寸至少大約為100nm；以選擇方式，平均顆粒尺寸至少為大約1微米。在次層122、124、126中之平均顆粒尺寸可以由各種方法決定，例如，可以使用透射式電子顯微鏡(“TEM”)以測量平均顆粒尺寸。在此種例中，可以獲得次層122、124、126薄的樣本，例如，可以獲得一或多個次層122、124、126之樣本，其厚度為小於等於大約1微米。電子射束穿過此樣本，此電子射束可以跨樣本之全部或一部份掃瞄。當電子通過樣本時，電子與樣本之結晶體結構交互作用，電子之傳輸路徑可以藉由樣本改變，在電子通過樣本之後收集電子，且根據所收集電子產生影像，此影像提供樣本之二度空間呈現。在樣本中之結晶體顆粒可能與樣本之非晶體部份顯得不同，根據此影像可以測量樣本中結晶體顆粒之尺寸；例如，可以測量在影像中所出現數個結晶體顆粒之表面積，且將其平均。此平均為在獲得樣本位置中樣本之平均結晶體顆粒尺寸，例如，此平均可以為所獲得樣本之次層122、124、126中之平均結晶體顆粒尺寸。

此底部次層122可以為n-掺雜矽之微結晶體層。在一實施例中，在以下條件在於PECVD室中沉積底部次層122：在大約2至3托耳(torr)真空壓力、大約500至1000瓦能量、大約13.56 MHz操作頻率、使用氫(H)、矽烷(SiH₄ )與膦(phosphine)、或磷化三氫(PH₃ )之來源氣體組合。此使用於沉積底部次層122之來源氣體比例可以為，大約200至300部份之氫氣對大約1部份矽烷對大約0.01部份膦。

中間次層124可以為本質矽之微晶體層，例如，中間次層124可以包括未經掺雜矽、或具有小於10¹⁸ /cm³ 之掺雜物濃度。在一實施例中，在以下條件在於PECVD室中沉積中間次層124：在大約9至10托耳真空壓力、大約2至4千瓦能量、大約13.56 MHz操作頻率、使用氫(H)、矽烷(SiH₄ )與之來源氣體組合。此使用於沉積中間次層124之來源氣體比例可以為，大約50至65部份之氫氣對大約1部份矽烷。

此頂部次層126可以為p-掺雜矽之微結晶體層，另外，頂部次層126可以為p-掺雜矽之原晶體層。在一實施例中，在以下條件中在於PECVD室中沉積頂部次層126：在大約2至3托耳真空壓力、大約500至1000瓦能量、大約13.56 MHz操作頻率、使用氫(H)、矽烷(SiH₄ )、以及三甲基硼(B(CH₃ )₃ 或TMB)之來源氣體組合。此使用於沉積頂部次層126之來源氣體比例可以為：大約200至300部份之氫氣對大約1部份矽烷、以及對大約0.01部份磷化氫。可以使用TMB將矽掺雜於具有硼之頂部次層126中，使用TMB將矽掺雜於頂部次層126中，可以較使用不同型式掺雜物例如三氟化硼(BF₃ )或二硼烷(B₂ H₆ )提供較佳熱穩定，例如，使用TMB以掺雜矽會在隨後層沉積期間當與三氟化硼或二硼烷比較時，導致較少的硼從頂部次層126擴散至相鄰層例如中間次層124中。僅作為例子，使用TMB以掺雜頂部次層126會在沉積上層堆疊106期間當使用三氟化硼或二硼烷以掺雜頂部次層126時，導致較少的硼擴散至中間次層124中。

三個次層122、124、以及126形成活性矽層之N-I-P接面或N-I-P堆疊。如同此下層堆疊108，三個次層122、124、126具有大約1.1eV之能帶間隙；另外，下層堆疊108可以具有不同能帶間隙。如同以下說明，下層堆疊108具有與上層堆疊106所不同之能帶間隙，此上與下層堆疊106與108之不同能帶間隙允許上與下層堆疊106與108吸收不同波長之入射光線。

在一實施例中，在上與下層堆疊106與108之間沉積中間反射層128，例如，可以將中間反射層128直接沉積於下層堆疊108上。另外，中間反射層128並未包括於電池100中，且上層堆疊106沉積在下層堆疊108上。中間反射層128將光線部份地反射於上層堆疊106中，以及允許一些光線通過中間反射層128且進入於下層堆疊108中，例如，中間反射層128可以反射此入射於電池100上光線波長頻譜之子集合，反射回進入上層堆疊106中。

中間反射層128包括一種部份反射材料，或由此種部份反射材料所形成；例如，中間反射層128可以由二氧化鈦(TiO₂ )、氧化鋅(ZnO)、鋁掺雜氧化鋅(AZO)、氧化銦錫(ITO)、掺雜氧化矽或掺雜氮化矽所形成。在一實施例中，中間反射層128為大約10至200nm厚，雖然於實際應用時，可以使用不同厚度。

此上活性矽層堆疊106沉積在下活性矽層堆疊108上，例如，可以將上層堆疊106直接沉積在中間反射層128或下層堆疊108上。在一實施例中，所沉積上層堆疊106之厚度為大約200至400nm，雖然可以不同厚度沉積上層堆疊106，此上層堆疊106包括矽之三個次層130、132、134。

在一實施例中，這些次層130、132、134可以各為n-掺雜本質矽薄膜、以及p-掺雜非晶矽(a-Si:H)薄膜，其使用電漿增強化學氣相沉積(PECVD)以相當低之沉積溫度沉積，例如，次層130、132、134可以大約185至250℃之溫度沉積。在另一例中，次層130、132、134可以185至225℃之溫度沉積。另外，p-掺雜次層134可以低於沉積n-掺雜與本質次層130與132之溫度而沉積，例如，p-掺雜次層134可以大約120至200℃之溫度沉積，本質及/或n-掺雜次層132與130可以至少200℃之溫度沉積。僅作為例子，可以大約250至350℃之溫度沉積。

在相對較低沉積溫度沉積一或多個次層130、132、134可以減少掺雜物在下層堆疊108中次層122、124、126之間互相擴散，及/或掺雜物在上層堆疊106中次層130、132、134之間互相擴散。次層122、124、126、130、132、134所承受加熱溫度，會影響在次層122、124、126之中與之間掺雜物之擴散，以及次層130、132、134之中與之間掺雜物之擴散；例如，次層122、124、126、130、132、134之間掺雜物之互相擴散可以隨著曝露於增加之溫度增加。使用較低之掺雜溫度可以減少在次層122、124、126及/或次層130、132、134中掺雜物擴散之數量。在所給定次層122、124、126、130、132、134中使用較低掺雜溫度可以減少氫從下面之次層122、124、126、130、132、134各自進入上與下層堆疊106與108中。

在相對較低溫度沉積次層130、132、134，可以增加上層堆疊106相對於在較高溫度沉積之非晶矽層之能帶間隙，例如，在大約185至250℃間之溫度沉積作為非晶矽層之次層130、132、134，可以造成上層堆疊106之能帶間隙大約為1.85至1.95eV。增加上層堆疊106之能帶間隙會導致次層130、132、134吸收入射光線中波長頻譜之較小子集合，但可以增加在電池100中所產生之電位差。

另外，可以在相對較高溫度沉積上層堆疊106，例如，可以在大約250至350℃範圍中之溫度沉積上層堆疊106。當非晶矽之沉積溫度增加時，矽之能帶間隙減小，例如，在大約250至350℃間之溫度，沉積含有相對少量或不含鍺之非晶矽層作為次層130、132、134，會造成上層堆疊106之能帶間隙為至少1.65eV。在一實施例中，以在矽中鍺含量為0.01%或更少之非晶矽所形成上層堆疊106之能帶間隙為1.65至1.80eV。鍺之含量可以代表在上層堆疊106中相對於其他材料例如矽之鍺之比例或百分比。減少此上層堆疊106之能帶間隙會造成次層130、132、134吸收較寬頻譜之入射光線，且會導致由複數個電性串聯電池100產生較大電流。

此在相對高溫度沉積上層堆疊106之結果可以藉由測量在上層堆疊106氫之含量確認。在一實施例中，如果上層堆疊106是在大約250℃以上溫度沉積，則上層堆疊106中氫之最後含量為大約8原子百分比。可以使用此二次離子質譜儀(SIMS)以測量上層堆疊106中氫之最後含量。可以將上層堆疊106之樣本置入於SIMS中，然後以離子射束濺鍍此樣本，此離子射束造成由此樣本射出二次離子。使用質譜儀以收集與分析這些二次離子，然後質譜儀可以判斷樣本中分子成份，以判斷出樣本中氫原子百分比。

另外，可以使用傅立葉轉換紅外線光譜術(spectroscopy)(FTIR)以測量在上層堆疊106中氫之最後濃度。在FTIR中，紅外光線之射束經由上層堆疊106之樣本射出，在樣本中不同結構與種類之分子可以不同地吸收紅外光線。根據在樣本中不同種類分子之相對濃度，可以獲得樣本中分子種類之頻譜，可以由此頻譜判斷樣本中氫原子百分比。另外，可以獲得數個頻譜，且可以從此組頻譜判斷樣本中氫原子百分比。

如同以下說明，頂部次層134可以為p-掺雜矽薄膜。在此種實施例中，底部與中間次層130與132可以在大約250℃至350℃範圍中相對高的溫度沉積，頂部次層134可以在大約150℃至200℃範圍中相對較低的溫度沉積；此p-掺雜頂部次層134以比較低的溫度沉積，以減少p-掺雜頂部次層134與本質中間次層132間互相擴散之數量。在較低溫度沉積p-掺雜頂部次層134，可以增加次層134之能帶間隙及/或使得此次層134能夠透射更多可見光線。

底部次層130可以為n-掺雜非晶矽層。在一實施例中，在以下條件中在於PECVD室中沉積底部次層130：在大約2至3托耳真空壓力、大約500至1000瓦能量、大約13.56 MHz操作頻率、使用氫(H₂ )、矽烷(SiH₄ )與膦(phosphine)、或磷化三氫(PH₃ )之來源氣體組合。此使用於沉積底部次層130之來源氣體比例可以為，大約200至300部份之氫氣對大約1部份矽烷對大約0.01部份膦。

此中間次層132可以為本質非晶矽層，另外，中間次層132可以為本質矽之多形性(polymorphous)層。在一實施例中，在以下條件中在於PECVD室中沉積中間次層132：在大約1至3托耳真空壓力、大約200至400瓦能量、大約13.56 MHz操作頻率、使用氫(H)、與矽烷(SiH₄ )之來源氣體組合。此使用於沉積中間次層132之來源氣體比例可以為：大約4至12部份之氫氣對大約1部份矽烷。

在一實施例中，此頂部次層134可以為p-掺雜原晶矽層，另外，頂部次層134可以為p-掺雜之非晶矽層。在一實施例中，在以下條件中在於PECVD室中沉積頂部次層134：在大約2至3托耳真空壓力、大約500至1000瓦能量、大約13.56 MHz操作頻率、使用氫(H)、矽烷(SiH₄ )、三氟化硼(BF₃ )、TMB、或二硼烷(B₂ H₆ )(此後三者為掺雜氣體)之來源氣體組合。此使用於沉積頂部次層134之來源氣體比例可以為，大約200至300部份之氫氣比大約1部份矽烷、以及比大約0.01部份掺雜氣體。

三個次層130、132、134形成活性矽層之NIP接面，三個次層130、132、134之能帶間隙與下層堆疊108之能帶間隙不同，例如，上層堆疊106能帶間隙可以較下層堆疊108之能帶間隙多出至少約50%。在另一例中，上層堆疊106能帶間隙可以較下層堆疊108之能帶間隙多出至少約60%。另外，上層堆疊106能帶間隙可以較下層堆疊108之能帶間隙多出至少約40%，上與下層堆疊106與108之不同能帶間隙允許上與下層堆疊106與108吸收不同波長入射光線之能量，且可以增加電池100之效率將入射光線轉換成電位與電流。

可以使用橢圓光度法(ellipso-metry)測量上與下層堆疊106與108之能帶間隙。另外，可以使用外部量子效率(EQE)測量法，以獲得上與下層堆疊106與108之能帶間隙。此EQE測量法是以下列方式達成：改變入射於半導體層或層堆疊上光線之波長、且測量層或層堆疊將入射光線之光子轉變成電子以抵達外部電路之效率。根據上與下層堆疊106與108將不同波長入射光線轉換成電子之效率，可以推導出上與下層堆疊106與108之能帶間隙；例如，各上與下層堆疊106與108可以將具有一種能量入射光線轉換，此光線能量大於上與下層堆疊106與108之能帶間隙，其較轉換不同能量入射光線為更有效率。

上電極層110沉積在上層堆疊106上，例如，上電極層110可以直接沉積在上層堆疊106上。上電極層110包括導電與光線透射材料，或由導電與光線透射材料所形成，例如，上電極層110可以透明導電氧化物所形成。此種材料之例包括：氧化鋅(ZnO)、二氧化錫(SnO₂ )、氟掺雜二氧化錫(SnO₂ :F)、錫掺雜氧化銦錫、二氧化鈦(TiO₂ )及/或鋁掺雜氧化鋅(Al:ZnO)。上電極層110可以沉積成各種厚度，在一些實施例中，上電極層110之厚度為大約為50nm至2μm。

在一實施例中，上電極層110可以由60至90nm厚之ITO或Al:ZnO層所形成；上電極層110可以作用為導電材料與光線透射材料層，且其所具有厚度在電池100之上電極層110中產生抗反射(AR:Anti-Reflection)效應。例如，上電極層110可以允許入射光線之一或多個波長之相對大百分比通過上電極層110傳送，同時將入射光線波長之相對小百分比由上電極層110反射離開電池100之活性層。僅作為例子，上電極層110可以反射大約5%或以下之入射光線。在另一例中，上電極層110可以反射大約3%或以下之入射光線。在另一實施例中，上電極層110可以反射大約2%或以下之入射光線。在還有另一例中，上電極層110可以反射大約0.5%或以下之入射光線。

可以調整上電極層110之厚度，以增加由上電極層110向下傳送至上與下層堆疊106與108中入射光線之數量。雖然，此相對薄之上電極層110之片電阻可能相對地高，例如大約20至50歐姆/平方公分，此上電極層110相對高之片電阻，可以藉由減少上電極層110之寬度補償，如同以下說明。

將黏著層136沉積在上電極層110上，例如，黏著層136可以直接沉積在上電極層110上。另外，黏著層136可以不包括於電池100中，黏著層136將覆蓋層104固定於上電極層110上，以防止濕氣進入電池100中。黏著層136可以包括下列材料，例如：聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、沙林(Surlyn)、或乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)共聚物。

覆蓋層104設置於黏著層136上，另外，覆蓋層104設置於上電極層110上，覆蓋層104包括光線透射材料或由光線透射材料所形成。在一實施例中，覆蓋層104為一片強化玻璃。在覆蓋層104中使用強化玻璃可以幫助保護電池100防止受到物理損害，例如，強化玻璃覆蓋層104可以協助保護電池100防止受到冰雹或其他環境損害。在另一實施例中，覆蓋層104為一片鈉鈣玻璃、低鐵強化玻璃、或低鐵退火玻璃。使用高度透明低鐵玻璃覆蓋層104可以改善至上與下層堆疊106與108之光線傳送。選擇性地，可以在覆蓋層104之頂上提供抗反射(AR)塗層(未圖示)。

第5圖為根據一實施例之太陽能裝置500之示意圖以及此裝置500之放大圖502。此裝置500包括複數個彼此電性串聯之太陽能電池504。這些電池504類似於電池100(顯示於第1圖中)，例如，各電池504可以具有串聯配置之上與下層堆疊106與108，其各吸收入射光線波長頻譜之不同子集合。第1圖之示意圖可以為第5圖中沿著線1-1之橫截面圖。裝置500可以包括許多彼此電性串聯之電池504。僅作為例子，裝置500可以具有25個、50個、100個或多個彼此串聯之電池504。各最外電池504亦可以電性連接至複數個導線506、508之一，這些導線506、508在裝置500之相對終端510與520之間延伸。這些導線506與508與外部電性負載510連接，將由裝置500所產生電流供應至外部負載510。

如同以上說明，各電池504包括一種多層結構，例如，各電池504包括基板512，其類似於基板102(於第1圖中顯示)；一下電極層514，其類似於下電極層112(於第1圖中顯示)；一串聯矽層堆疊516；一上電極層518，其類似於上電極層110(於第1圖中顯示)；黏著層520，其類似於黏著層136(於第1圖中顯示)；以及一覆蓋層522，其類似於覆蓋層104(於第1圖中顯示)。此串聯矽層堆疊516包括活性矽層之上與下堆疊，其各吸收與捕捉入射於裝置500上光線波長頻譜之不同子集合；例如，串聯矽層堆疊516可以包括：上層堆疊，其類似於上活性矽層堆疊106(於第1圖中顯示)；以及下層堆疊，其類似於下活性矽層堆疊108(於第1圖中顯示)。此在串聯矽層堆疊516中之上與下層堆疊可以藉由一中間反射層彼此分開，此中間反射層類似於中間反射層128(於第1圖中顯示)。

電池504之上電極層518相鄰電池100之下電極層514電性耦接，如同以上說明，在上與下電極層518與514電子與電洞之收集，會在各電池504中產生電位差，在電池504中電位差可以跨此裝置500中多個電池504相加。這些電子與電洞流經電池504之上與下電極層518與514，至相鄰電池504中之相對上與下電極層518與514；例如，如果當光線擊中串聯層堆疊516時，在第一電池504中電子流至第一電池504之下電極層514，則電子會流經第一電池504之下電極層514，至相鄰第一電池504之第二電池504上電極層518。類似地，如果電洞流至第一電池504之上電極層518，則電洞會從第一電池504之上電極層518流至第二電池504下電極層514，此流經上與下電極層518與514之電子與電洞會產生電流與電壓，將電流提供給外部負載510。

裝置500可以為單體整合式太陽能模組，其類似於下列共同待審之美國非臨時申請案中所說明之一或多個實施例。此案為2009年9月29日提出申請，第12/569,510案(以下稱為“510申請案”)「單體整合式太陽能模組」(Monolithically-Integrated Solar Module)，該案之整個內容在此併入作為參考。例如，為了產生裝置500中上與下電極層518與514以及串聯層堆疊516之形狀，則如同於該510申請案中說明，可以將裝置500製成單體整合式模組。在一實施例中，將下電極層514之部份去除，以產生下分隔間隙524。可以將圖案化技術(patternig technique)使用於下電極層514上，將下電極層514之部份去除，例如，可以使用雷射光線在下電極層514中劃線以劃出產生下分隔間隙524。在去除下電極層514之部份產生下分隔間隙524後，將下電極層514之其餘部份配置成在橫過放大圖502平面之方向中延伸之線性條。

將串聯層堆疊516沉積在下電極層514上，以致於將串聯層堆疊516填入於下分隔間隙524之空間中，然後，將串聯層堆疊516曝露於聚焦之能量射束例如雷射射束將串聯層堆疊516之部份去除，且在串聯層堆疊516中提供層間間隙526，此層間間隙526將相鄰電池504之串聯層堆疊516隔開。在去除串聯層堆疊516之部份且產生層間間隙526之後，將串聯層堆疊516之其餘部份配置成在橫過放大圖502平面之方向中延伸之線性條。

將上電極層518沉積在層間間隙526中串聯層堆疊516上且在下電極層514上。在一實施例中，可以藉由沉積一厚度相當薄之上電極層518，以增加裝置500之光電轉換效率；可以調整此厚度，以產生抗反射效應，例如，可以調整上電極層518之厚度538，以增加此經由上電極層518傳送且進入串聯層堆疊516中可見光之數量。此經由上電極層518傳送可見光之數量可以根據入射光線之波長與上電極層518之厚度改變，上電極層518之厚度可以允許一個波長之光線較其他波長之光線更多地經由上電極層518傳送。僅作為例子，上電極層518可以沉積為大約60至90nm之厚度。

關於太陽能裝置500所產生總功率之增加，此所增加之功率輸出是由於薄的上電極層518所提供抗反射效應所產生，其足以克服至少一些如果並非全部上電極層518中所產生之能量損失；例如，此由電池504所產生光電流之一些I² R損失可能是由於上電極層518之電阻在此相對薄的上電極層518中產生。但是，此所增加光電流之數量可能是由於上電極層518之厚度根據入射光線之波長，增加入射光線之數量而通過上電極層518，此所增加光電流之數量可能是由於通過上電極層518光線數量增加，此所增加之光電流可以克服或至少部份補償與此薄的上電極層518相當高片電阻有關之I² R功率損失。

僅作為例子，在一電池504中，其具有非晶矽接面層堆疊、微晶體矽接面，在串聯層堆疊516中串聯堆疊，則其輸出電壓可以達成大約1.25至1.5V之範圍，以及其電流密度可以達成大約10至15mA/cm² 之範圍間。電池504之薄的上電極層518中I² R損失為足夠小，以致於即使上電極層518具有相當高的片電阻，可以增加電池504之寬度540；例如，即使上電極層518之片電阻為至少10 ohm/cm² ，此電池504之寬度540可以增大至大約0.4至1公分，以致於其片電阻至少為大約15至30 ohm/cm² 。因為可以控制裝置500中電池504之寬度540，因此可以減少上電極層518中I² R功率損失，無需在薄的上電極層518之頂上使用或增加導電柵。

藉由將上電極層518之一些部份去除，以產生上分隔間隙528，此上分隔間隙528電性間隔在相鄰電池504中上電極層518之一些部份，上分隔間隙528可以藉由將上電極層518曝露於聚焦能量射束例如雷射光線產生。此聚焦能量射束可以局部增加此靠近上分隔間隙528之串聯層堆疊516之結晶度，例如，在垂直部份530中串聯層堆疊516之結晶部份，其在上電極層518與下電極層514之間延伸，可以藉由曝露於聚焦能量射束增加。此外，經聚焦能量射束會造成串聯層堆疊516中掺雜物之擴散。串聯層堆疊516之垂直部份530設置在上與下電極層518與514之間，且在上電極層518之左邊緣534之下。如同在第5圖中所示，上電極層518中各間隙528是由相鄰電池504中上電極層518之左邊緣534與相對右邊緣536所圍繞。

可以藉由各種方法判斷串聯層堆疊516與垂直部份530之結晶體部份；例如，可以使用Raman光譜術(spectroscope)，以獲得串聯層堆疊516與垂直部份530之非結晶體材料對結晶體材料相對體積之比較結果；亦可以將要檢驗之一或多個串聯層堆疊516與垂直部份530曝露於來自例如雷射之單色光。根據串聯層堆疊516與垂直部份530之化學成份與晶體結構，此單色光會散射；當光線散射時，光線之頻率(以及波長)會改變，例如，散射光線之頻率會移動。所以，可以測量與分析此散射光線之頻率，且根據此散射光線之強度及/或頻率移動，以判斷所檢驗串聯層堆疊516與垂直部份530之非晶體與結晶體材料之相對體積。根據此相對體積可以測量此被檢驗串聯層堆疊516與垂直部份530中結晶體之部份。如果被檢驗串聯層堆疊516與垂直部份530有數個樣本，則其結晶部份可以為數個樣本所測量結晶體部份之平均值。

在另一例中，可以獲得串聯層堆疊516與垂直部份530之一或多個TEM影像，以判斷串聯層堆疊516與垂直部份530之結晶體之部份。可以獲得所檢驗一或多片之串聯層堆疊516與垂直部份530，對於各TEM影像，測量此代表結晶體材料之各TEM影像中表面區域之百分比，然後，可以將TEM影像中結晶體材料之百分比平均，以判斷所檢驗串聯層堆疊516與垂直部份530中結晶體部百分比。

如同於第5圖中所示，在一實施例中，垂直部份530相對於串聯層堆疊516之其餘部份之所增加結晶度及/或擴散形成內建式旁路二極體532，其經由串聯層堆疊516之厚度垂直延伸，例如，在垂直部份530中串聯堆疊516之結晶體部份及/或互相擴散，可以大於串聯層堆疊516之其餘部份中之結晶體部份及/或互相擴散。藉由控制此聚焦能量射束之能量與脈衝期間，可以經由個別電池504形成內建式旁路二極體532，不會在個別電池504中產生電性短路。此內建式旁路二極體532在裝置500中提供經由電池504之電性旁路。

如果不具有此內建式旁路二極體532，則當電池504被遮蔽或不再曝露於光線而其他電池504繼續曝露於光線時，則由於此曝露電池504所產生電位變成逆向偏壓，例如，由此曝露於光線電池504所產生電位可以在被遮蔽電池504之上電極層518與下電極層514跨被遮蔽電池504建立；因此，被遮蔽電池504之溫度會增加，如果被遮蔽電池504之溫度大幅增加，則此被遮蔽電池504會變為永久損壞及/或燒毀。此外，此被遮蔽電池504並不具有內建式旁路二極體532，可以防止由此整個裝置500產生電位或電流。

如果具有此內建式旁路二極體532，則由曝露電池504所產生之電位可以經由此旁路二極體532繞過此被遮蔽電池504，此旁路二極體532形成於此被遮蔽電池504之上間隔間隙528之邊緣。此在串聯層堆疊516之部份530所增加之結晶度，及/或在串聯層堆疊516之上電極層518與部份530間所增加之互相擴散，在當此被遮蔽電池504被逆向偏壓時，提供電流通過之路徑；例如，跨遮蔽電池504之逆向偏壓可以經由旁路二極體532消散，因為旁路二極體532在逆向偏壓下具有較此整個遮蔽電池504為低之電阻特徵。

此內建式旁路二極體532之存在，可以藉由比較個別電池504遮蔽之前與之後裝置500之電性輸出加以判斷，例如，可以光線照射裝置500，且測量由裝置500所產生之電位。可將一或多個電池504對光線遮蔽，同時以光線照射其餘電池504。可以藉由將導線506與508接在一起使得裝置500短路，然後，將此裝置500曝露於光線一段預定時間期間(例如一小時)，然後，將此經遮蔽與未經遮蔽之電池504再度以光線照射，且測量由裝置500所產生之電位。如果在將電池504遮蔽之前與之後之電位差是在大約100毫伏之內，則裝置500可能包括此內建式旁路二極體532。另外，如果電池504被遮蔽後電位是低於電池504被遮蔽前電位大約200至1500毫伏，則裝置500可能不包括內建式旁路二極體532。在另一實施例中，此對於特定電池504內是否設置建式旁路二極體532，可以藉由電性探測電池504判斷。如果當電池504被逆向偏壓未被照射光線時，電池504顯示可逆非永久性二極體崩潰時，則此電池504包括內建式旁路二極體532；例如，如果當將大約-5至-8伏特之逆向偏壓跨電池504之上與下電極層514與518施加且並未照射光線時，電池504顯示大於大約10mA/cm² 漏電流時，則電池504包括內建式旁路二極體532。

第6圖為流程圖，其顯示根據一實施例製造太陽能裝置之過程600°在步驟602提供一基板，例如，此所提供之基板為基板102(於第1圖中顯示)。在步驟604，將模片層沉積於基板上，例如，模片層114(於第1圖中顯示)沉積於基板102上。另外，過程600可以沿著路徑606繞過步驟604進行，以致於太陽能裝置中不包括模片層114。在步驟608中將下電極層沉積在模片層或基板上，例如，下電極層112(於第1圖中顯示)可以沉積在模片層114或基板102上。

在步驟610中，將下電極層之一部份去除，此使得裝置中各電池之下電極層彼此分隔，如同以上說明，可以使用聚焦能量射束例如雷射射束，將下電極層之一部份去除。在步驟612，沉積下活性矽層堆疊，例如，可以將下層堆疊108(於第1圖中顯示)沉積在下電極層112(於第1圖中顯示)上。在步驟614中，將中間反射層沉積在下層堆疊上，例如，可以將中間反射層128(於第1圖中顯示)沉積在下層堆疊108上。另外，過程600可以沿著路徑616，繞過在步驟614之沉積中間反射層而進行。在步驟618中，將上活性矽層堆疊沉積在中間反射層或下層堆疊上，例如，在一實施例中，將上層堆疊106(於第1圖中顯示)沉積於中間反射層128上。另外，可以將上層堆疊106沉積在下層堆疊108上。

在步驟620中，可以將上與下層堆疊之一部份，從此裝置中相鄰電池間去除，例如，如同以上說明，可以將上與下層堆疊106與108(於第1圖中顯示)之區段從相鄰電池504(於第5圖中顯示)間去除。在步驟622中，可以將上電極層沉積在上與下層堆疊上，例如，上電極層110沉積在上與下層堆疊106與108上。在步驟624中，將上電極層110之一些部份去除，例如，將上電極層110之一些部份去除，將裝置500中相鄰電池504間之上電極層110彼此分開(於第5圖中顯示)。如同以上說明，這些上電極層110一些部份之去除，會造成於上層堆疊106中形成內建式旁路二極體。

在步驟626，將導線電性接合至裝置中最外面電池，例如，將導線506與508(於第5圖中顯示)與裝置500中最外面電池504(於第5圖中顯示)電性耦接。在步驟628，將黏著層沉積於上電極層上，例如，可以將黏著層136(於第1圖中顯示)沉積於上電極層110(於第1圖中顯示)上。在步驟630，將覆蓋層固定於黏著層，例如，可以藉由黏著層136將覆蓋層104(於第1圖中顯示)接合至下面之層與與電池100之組件(於第1圖中顯示)。在步驟632，將接線盒安裝至此裝置，例如，可以將接線盒組態將電位及/或電流從裝置500傳送至一或多個連接器，這些連接器可以安裝至裝置500且與其電性耦接。

應瞭解，以上說明之用意在於說明且並非限制，例如，上述實施例(及/或其觀點)可以彼此組合使用。此外，可以對本發明所揭示內容可以作許多修正，以適用於特定情況或材料，且不會偏離本發明之範圍。在此所說明之尺寸、材料型式、各種組件之方向、以及各種組件之數目與位置，其用意在於界定某些實施例之參數且並非為限制，且僅為典範實施例。在閱讀以上說明之後，對於熟習此技術人士為明顯，許多其他實施例與修正是在申請專利範圍之精神與範圍中；因此，本發明之範圍應參考所附申請專利範圍、與此等申請專利範圍等同物之整個範圍決定。

100．．．電池

102．．．基板

104．．．覆蓋面

106．．．上活性層堆疊

108．．．下活性層堆疊

110．．．上電極層

112．．．下電極層

114．．．模片層

116．．．反射層

118．．．緩衝層

120．．．上表面

122．．．次層

124．．．次層

126．．．次層

128．．．中間反射層

130．．．次層

132．．．次層

134．．．次層

136．．．黏著層

200．．．結構

202．．．上表面

204．．．尖峰高度

206．．．間距

208．．．移動形狀

210．．．基底寬度

212．．．基底

214．．．尖峰

300．．．結構

302．．．尖峰高度

304．．．間距

306．．．移動形狀

308．．．基底寬度

310．．．上表面

312．．．低點

400．．．結構

402．．．尖峰高度

404．．．間距

406．．．移動形狀

408．．．基底寬度

410．．．基底薄膜

412．．．圓形高點

414．．．上表面

500．．．裝置

502．．．放大圖

504．．．電池

506．．．導線

508．．．導線

510．．．終端

512．．．基板

514．．．下電極層

516．．．串聯矽層堆疊

518．．．上電極層

520．．．終端

522．．．覆蓋層

524．．．下分隔間隙

526．．．層間間隙

528．．．上分隔間隙

530．．．垂直部份

532．．．內建式旁路二極體

534．．．左邊緣

536．．．右邊緣

538．．．厚度

540．．．寬度

第1圖為根據一實施例之太陽能電池之示意圖；

第2圖概要說明根據一實施例在第1圖中所顯示模片層之結構；

第3圖概要說明根據另一實施例在第1圖中所顯示模片層之結構；

第4圖概要說明根據還有另一實施例在第1圖中所顯示模片層之結構；

第5圖為根據一實施例之太陽能裝置之示意圖以及此裝置之一部份之放大圖；以及

第6圖為根據一實施例之用於製造太陽能裝置之過程之流程圖。