[发明专利]用于为具有降低的光致衰退的光伏器件淀积非晶硅膜以改进稳定性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于依赖所谓非晶的多结或单结结构的薄膜、硅基太阳能电池或模块的整体制造工艺的改进。

背景技术

光伏器件，光电转换器件或太阳能电池是将光，特别是太阳光转换成直流(DC)电力的器件。对于低成本大量生产，薄膜太阳能电池为人们所感兴趣，因为其允许使用玻璃、玻璃陶瓷或其他刚性或柔性衬底来代替单晶或多晶硅作为基底材料(衬底)。太阳能电池结构，即，负责或能够有光伏效应的层顺序被淀积在薄层上。这个淀积可以在大气或真空条件下进行。淀积技术为现有技术所公知，例如PVD、CVD、PECVD、APCVD……，所有的都用在半导体技术中。

薄膜太阳能电池通常包括第一电极、一个或多个半导体薄膜p-i-n或n-i-p结，以及第二电极，它们被顺序地堆叠在衬底上。每个p-i-n结或薄膜光电转换单元包括夹在p型层和n型层(p型＝正掺杂，n型＝负掺杂)间的i型层。作为基本本征半导体层的i型层，占据薄膜p-i-n结的大部分厚度。光电转换最初发生在该i型层中。

现有技术图1示出了基本、简单的光伏电池40，包括透明衬底41，例如，具有淀积其上的透明导电氧化物(TCO)层42的玻璃。这个层还称为前接触F/C并且作为光伏元件的第一电极。下一层43作为有源光伏层并且包括三个“子层”，形成p-i-n结。所述层43包括氢化微晶、纳米晶或非晶硅，或者其组合。子层44(邻近TCO前接触42)正掺杂，邻近的子层45是本征的，并且最后的子层46是负掺杂的。在可替换实施例中，如所表述的层顺序p-i-n可反转成n-i-p，然后层44被标识为n层，层45还为本征的，层46为p层。最后，电池包括可由氧化锌、氧化锡或ITO制成的后部接触层47(也称为后接触，B/C)和反射层48。可替换地，可实现金属化后接触，其可以组合后反射器48和后接触47的物理性质。为了示意目的，箭头指示冲击光。

根据i型层的结晶度，太阳能电池或光电(转换)器件可表征为非晶(a-Si)或微晶(μc-Si)太阳能电池，而与邻近的p和n层的结晶度种类无关。微晶层在本领域中通常被理解为包含至少15％的喇曼结晶度的非晶基体内的微晶晶体的层。

现今，太阳能电池效率和低成本生产日益受到关注。具有一个堆叠在另一个上的至少两个薄膜光电转换单元的多结太阳能电池是高效率的；然而需要制造设备上增加投入。并且，在串联(双结)太阳能电池中使用PECVD方法的微晶硅淀积速率远低于非晶层(在其他类似条件下)的速率。因此，需要低成本高效率非晶硅太阳能电池。

如今，薄膜太阳能电池向大量生产迈进。这样大量生产的需要是整合的制造工艺，允许高效且有效地制造这样的电池。产率、生产量、运行时间、质量是要在这样的工艺中观察的要素。另一方面，明确的目标是为了增加太阳能电池的电池效率和其他电性质。然而，所谓的光致衰退效应表述了非晶硅光伏器件在初始暴露到光后它们的电转化效率衰退(下降)的趋势。国际已接受的光浸透试验，包括在AM1.5类似照明下在50℃的控制温度下经历1000小时暴露测试器件。在标准条件(AM1.51000W/m²，25℃)下评估稳定性能并且相对效率衰退由初始(在光浸透暴露前)和归一化到初始效率的衰退效率(1000小时之后)间的差异给出。因此效率不仅作为初始值是重要的而且作为稳定值也是重要的。对于i层厚度大于200nm的单结非晶硅电池的如本领域中所知的相对衰退来说，约20％或更大的值对于这样的PV电池商业化是严重困扰。

发明内容

本发明涉及用于薄膜光伏器件的制造工艺，所述薄膜光伏器件例如用在建筑应用中。虽然本发明不限于特定类型的薄膜光伏器件，本发明特别适合包括生产包括a-Si本征层厚度大于200nm的非晶电池结构的薄膜光伏器件，其显示低于20％的，并且对于发明的一个实施例甚至低于16.5％的相对效率衰退。

通常，薄膜光伏器件包括衬底，优选透明玻璃状衬底，通常具有0.4mm至5mm的厚度，优选2mm至4mm；在衬底上的导电接触；暴露在光中后产生电荷分离的一个或多个半导体层；以及第二导电接触。一个或多个半导体层位于导电接触之间。半导体层以提供结的方式淀积，优选根据本发明的光伏器件展示至少一个p-i-n结或至少一个n-i-p结，尽管可利用其他类型的半导体结。在包括p、i和n区域或层的半导体中实现p-i-n结。i区域是本征区域，p区域是典型的正掺杂区域，并且n区域是典型的负掺杂区域。区域，在本发明的上下文中，意思是包括具有至少一个共同性质的至少一个层。