[发明专利]光电元件的制造方法

说明书

本发明涉及制造高可靠光电元件的方法。本发明特别涉及通过把具有短路电流通路缺陷的光电元件用专门电解溶液进行电解处理以钝化在所述光电元件中存在的所述短路电流通路缺陷来制造具有优良特性的高可靠光电元件的方法。

近来，为研制可使用的大面积光电元件已进行各种研究，例如，用作发电的太阳能电池。特别是为了研制具有包括半导体材料的多层结构的大面积光电元件已做各种研究，该半导体材料由例如非晶硅(a-Si)材料的非晶材料组成。为生产这种大面积光电元件，象所谓卷到卷(roll-to-roll)成膜方法这样的连续成膜方法已引起普遍注意。

然而，难以有效而稳定地制造在整个区域内无例如短路缺陷这样的缺陷的多层结构大面积光电元件。例如，在在具有层叠的半导体结构的大面积薄膜光电元件中，层叠的半导体结构由例如层叠的a-Si这样的非晶材料形成的多层薄半导体膜构成的情况下，已知在形成层叠半导体结构时，由于象灰尘或类似物这样的异物掺杂在形成的膜中，如针孔这样的缺陷而出现，这些缺陷必然带有分流或短路缺陷，这导致光电元件在所需特性方面，特别是在电压产生特性(关于电压元件)方面明显低劣。

这里，将描述此缺陷出现原因。例如，在如不锈钢基片这样的金属基片表面上形成非晶硅光电元件(或非晶硅太阳能电池)的情况下，基片表面不是一完整光滑表面而是经常有裂纹、深孔或钉状形凸起的不均匀表面，用于散射光的具有不规则的不均匀表面的电极层(或背反射层)经常形成在基片表面。并且在这种不均匀基片表面或者电极层的不均匀表面上厚度几百埃的薄半导体膜构成的P型或n型半导体层形成，难以完全覆盖在基片表面或电极层表面存在的不平度，因此，如针孔的缺陷易出现在非晶硅光电元件中。在这种情况下，同样由于在成膜过程中的细小灰尘，针孔易于出现。

在以下电极层、包括层叠的多个非晶硅薄膜并有如上所述针孔的光电转换半导体层、以及透明的上电极层的所述次序在表面有基于如上所述钉状形凸起缺陷的基片上层叠而构成非晶硅光电元件的情况下，光电元件的问题在于由于光电转换半导体层的针孔缺陷使下电极层有直接接触透明的上电极层或接触基片表面的缺陷。还存在的问题在于光电转换半导体层不是整体有缺陷而是处于具有低电阻的分流或短路部分的状态。这样，当光照射光电转换半导体层时产生的电流有时平行于透明上电极层流动而流入分流或短路部分的低电阻部分，电流损失发生。当出现此种电流损失时光电元件(太阳能电池)的开路电压，即电压产生特性显著降低。在低照度条件下此现象更显著。这种情况对在各种气候环境条件下都要求有效发电的太阳能电池是严重问题。

对具有电流流入导致上述电流损失的上述短路部分的光电元件(或太阳能电池)，要求尽可能减少电流损失。为了达到此要求，已有建议直接排除上述缺陷(如针孔)或者排除或电绝缘短路部分的周围材料来减少电流损失的方法。

特别地，美国专利No.4,729,970(此后称作文件1)公开了使转化剂接触具有透明导电膜的光电装置中存在的短路缺陷部分来使在短路缺陷部分附近的透明导电膜部分具有高电阻，从而把短路缺陷部分与光电装置的电极电绝缘的方法。

美国专利No.5,084,400(此后称作文件2)公开了把导电膜形成在金属基片上并在其中具有短路缺陷部分的光电装置浸入在如H₂SO₄或类似物的无机酸溶液中，同时外加电压使在短路缺陷部分附近的部分导电膜具有高电阻，从而把短路缺陷部分与光电装置的电极电绝缘的方法。

美国专利No.5,320,723(此后称作文件3)公开了用含无机或有机酸、无机或有机碱、或者金属盐的电解质溶液进行电解处理来除去光电转换装置中存在的短路缺陷部分的方法。

除此以外，人们知道为了提高在基片上形成的光电转换半导体层构成的光电元件中光的利用效率，可通过光电转换半导体层到达基片的光由在基片和光电转换半导体层之间形成的作为背反射层的金属层反射回到光电转换半导体层。

已知金属材料由具有高反射系数象Ag这样的金属材料构成。然而，对用于这种情况中的Ag，人们知道Ag易与湿气反应产生Ag枝晶生长，在光电元件中必然导致分流。这样，作为背反射层的金属层经常由铝材料构成。

人们还知道为了通过光反射延长光在光电转换半导体层中的光程，包括ZnO或类似物并且具有粗糙表面的透明导电层设置在背反射层和光电转换半导体层之间。