[发明专利]光电池基板和包括此光电池基板的光电池

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在2010年2月19日递交的韩国专利申请第10-2010-0015150号的优先权，此申请的全部内容通过引用并入本文，以用于所有目的。

技术领域

本发明涉及光电池基板和包括所述光电池基板的光电池。

背景技术

光电池是将太阳能直接转化为电能的太阳能发电中的关键部件。光电池用在包括电气和电子装置、住宅和建筑物的供电和工业发电的各种领域。光电池的最主要的基本结构为p-n结二极管。根据光吸收层中所用的材料，光电池可分为使用硅作为光吸收层的硅光电池；使用二硒化铜铟(CIS:CuInSe₂)、碲化镉(CdTe)等作为光吸收层的化合物光电池；染料敏化光电池，其中通过吸收可见光来激活电子的光敏染料颗粒被吸收在多孔膜的纳米颗粒表面上；串叠型光电池。此外，光电池可被分为大体积光电池和薄膜光电池。

目前，大体积多晶硅光电池占据市场90％或更高。然而，使用大体积多晶硅光电池发电是现有的发电如热发电、原子能发电或水力发电价格的三至十倍。这主要归因于昂贵的多晶硅和制造工艺复杂的大体积多晶硅光电池的高制造成本。因此，最近，薄膜非晶硅(a-Si:H)光电池和薄膜微晶硅(μc-Si:H)光电池正在被积极研究且在商业上经销。

图1是显示现有技术的光电池110的结构的截面图，其使用非晶硅作为光吸收层。

如图1所示，常规非晶硅(如a-Si:H)光电池110包括透明基板111、透明导电膜112、掺杂有掺杂剂的p型非晶硅(a-Si:H)层113、未掺杂有掺杂剂的本征非晶硅(a-Si:H)层114、掺杂有掺杂剂的n型非晶硅(a-Si:H)层115和背反射器116。在此p-i-n型非晶硅(a-Si:H)结构中，本征非晶硅(a-Si:H)层114受到p型和n型非晶硅(a-Si:H)层113和115的损耗，使得其中产生电场。当电子-空穴对响应于入射光(hν)在本征非晶硅(a-Si:H)层114中形成时，其因内部电场而移动，并随后被p型非晶硅(a-Si:H)层113和n型非晶硅(a-Si:H)层115所收集，以此产生电流。

微晶硅(μc-Si:H)为介于单晶硅和非晶硅之间的中间物，且具有数十至数百纳米的粒径。在晶界处，非晶相经常存在，且在大多数情况下，由于其高缺陷密度导致载流子结合发生。微晶硅(μc-Si:H)具有约1.6eV的能带隙，这与单晶硅的能带隙(约1.12Ev)差别不显著，且未显示出非晶硅(a-Si:H)光电池中发生的那种降低。除了光吸收层外，微晶硅(μc-Si:H)光电池的结构与非晶硅(a-Si:H)光电池的结构极为相似。

使用非晶硅(a-Si:H)、微晶硅(μc-Si:H)等作为光吸收层的单p-i-n结薄膜光电池具有低的光转换效率，这对其实际应用产生很多限制。因此，引入通过多重堆叠非晶硅(a-Si:H)光电池单元、微晶硅(μc-Si:H)光电池单元等制造的串叠型(多结)光电池。串叠型光电池具有使光电池单元串联连接的结构，因此可增加开路电压和改进光转化效率。

图2为显示现有技术的串叠型光电池210的结构的截面图。

如图2所示，现有技术的串叠型光电池210通常包括透明基板211、透明导电膜212、第一p-n结层213、隧道p-n结层214、第二p-n结层215和背反射器216。

在现有技术的串叠型光电池210中，具有预定带隙(如Eg＝1.6eV)的第一p-n结层213被布置在具有较低带隙(如Eg＝1.1eV)的第二p-n结层215之上，使得具有1.1eV＜hν＜1.6eV的能量的光子能通过第一p-n结层213，但被第二p-n结层215所吸收。可通过增加串叠型光电池中堆叠的p-n结层的数量实现较高的光转化效率。

要求光电池中所用的透明导电膜呈现优异的透光率、导电率和光俘获效率。特别地，在串叠型薄膜光电池的情况中，要求透明导电膜对400nm至1100nm的宽波长带显示出高透光率和高混浊值。此外，当沉积透明导电膜时，还需要耐受氢等离子体。

光电池应用所用的流行透明导电膜包括氧化锡(SnO₂)作为主要成分。然而，当其通过等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)沉积时，此类型的透明导电膜因氢等离子体而受损。此外，现有透明导电膜常用的铟锡氧化物(ITO)具有与主要成分稀有元素铟(In)价格持续上涨、氢等离子体加工期间铟的高还原性和所得物的化学不稳定性等相关的问题。