專利名稱：一種具有多結(jié)結(jié)構(gòu)的硅基薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)及其工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種硅基薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)及其工藝，且特別有關(guān)于具 有多結(jié)結(jié)構(gòu)的硅基薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)及其工藝。
背景技術(shù)：
目前由于國際能源短缺，而世界各國一直持續(xù)研發(fā)各種可行的替代能源， 而其中又以太陽能發(fā)電的太陽電池最受到矚目，太陽電池具有使用方便、取 之不盡、用之不竭、無廢棄物、無污染、無轉(zhuǎn)動部分、無噪音、可阻隔輻射 熱、使用壽命長、尺寸可隨意變化、并與建筑物作結(jié)合及普及化等優(yōu)點(diǎn)，故 利用太陽電池作為能源的取得。
在20世紀(jì)70年代，由美國貝爾實(shí)驗(yàn)室首先研制出的硅太陽能電池逐步 發(fā)展起來。隨著太陽電池的發(fā)展，如今太陽能電池有多種類型，典型的有單 晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池、化合物太陽能電 池、染料敏化太陽能電池等。
硅(Silicon)為目前通用的太陽能電池的原料代表，而在市場上又區(qū)分 為1.單結(jié)晶硅；2.多結(jié)晶硅；3.非結(jié)晶硅。目前最成熟的工業(yè)生產(chǎn)制造 技術(shù)和最大的市場占有率乃以單晶硅和非晶硅為主的光電板。原因是一、 單晶效率最高；二、非晶價格最便宜，且無需封裝，生產(chǎn)也最快；三、多晶 的切割及下游再加工較不易，而前述兩種都較易于再切割及加工。為了降低 成本，現(xiàn)今主要以積極發(fā)展非晶硅薄膜太陽電池為主，但其效率上在實(shí)際應(yīng) 用中仍然過低。近來，為了保持輸出電壓， 一般須要采用P-I-N結(jié)構(gòu)，讓中 間能帶位于本征(intrinsic， I layer)區(qū)域。其中又以于I層中成長所謂的微晶硅 (Microcrystalline Si， ii c-Si: H)結(jié)構(gòu)最受到矚目。微晶硅薄膜，其薄膜的 載流子遷移率(Carrier mobility)比一般非晶硅薄膜高出1~2個數(shù)量級，而 暗電導(dǎo)值則介于10—s 10々(Sxm")之間，明顯高出非晶硅薄膜3 4個數(shù)量級。 然而，過去并無在多個P-I-N結(jié)構(gòu)中制作多能隙的硅基薄膜太陽能電池。因此，有必要提出一種具有多結(jié)結(jié)構(gòu)(multijunction structure)的硅基薄 膜太陽能電池結(jié)構(gòu)及其工藝，以堆疊不同形式的P-I-N結(jié)構(gòu)來提高其光波長 的吸收范圍，并增加太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種具有多結(jié)結(jié)構(gòu)的硅基薄膜太陽 能電池結(jié)構(gòu)與工藝。通過制作多個相互疊接的光電轉(zhuǎn)換層，該多個光電轉(zhuǎn)換 層利用不同的能隙與薄膜材料以提高其光波長的吸收范圍，并增加太陽能電 池的光電轉(zhuǎn)換效率。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種具有多結(jié)結(jié)構(gòu)的硅基薄膜太陽能電 池結(jié)構(gòu)，其包含一基板； 一透明導(dǎo)電膜； 一第一光電轉(zhuǎn)換層； 一第二光電轉(zhuǎn) 換層； 一第三光電轉(zhuǎn)換層以及一電極。該基板的一面為照光面，且該透明導(dǎo) 電膜形成于該基板上，用以取出電能與提升光電轉(zhuǎn)換的效率。該第一光電轉(zhuǎn) 換層形成于該透明導(dǎo)電膜上方，用以產(chǎn)生電子空穴對，并提供光電流，且該 第一光電轉(zhuǎn)換層的材料是選自于由碳化硅與非晶硅所組成的一族群。該第二 光電轉(zhuǎn)換層形成于該第一光電轉(zhuǎn)換層上方，用以產(chǎn)生電子空穴對，并提供光 電流，其中該第二光電轉(zhuǎn)換層的材料是選自于由納米晶硅、微晶硅與多晶硅 所組成的一族群，且該第二光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)的結(jié)晶材料占該第二光電轉(zhuǎn)換層的 整體的比例介于10%至80%之間。該第三光電轉(zhuǎn)換層形成于該第二光電轉(zhuǎn)換 層上方，用以產(chǎn)生電子空穴對，并提供光電流，且該第三光電轉(zhuǎn)換層的材料 是選自于由多晶硅、非晶硅鍺、微晶硅鍺與多晶硅鍺所組成的一族群。而該 電極形成于該第三光電轉(zhuǎn)換層上方，用以取出電能與提升光電轉(zhuǎn)換的效率。 其中，該第一光電轉(zhuǎn)換層的能隙大于該第二光電轉(zhuǎn)換層的能隙，而該第二光 電轉(zhuǎn)換層的能隙大于該第三光電轉(zhuǎn)換層的能隙。至于該第一光電轉(zhuǎn)換層的厚 度則不大于該第二光電轉(zhuǎn)換層的厚度，而該第二光電轉(zhuǎn)換層的厚度不大于該 第三光電轉(zhuǎn)換層。
根據(jù)本發(fā)明的具有多結(jié)結(jié)構(gòu)的硅基薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中該硅基薄 膜太陽能電池結(jié)構(gòu)還包含 一抗反射層，形成于該第三光電轉(zhuǎn)換層上方，用 以減少反射所造成的光能流失。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提出一種具有多結(jié)結(jié)構(gòu)的硅基薄膜太陽能電池的工藝，其包含下列步驟(A)提供一基板；(B)形成一透明導(dǎo)電膜； (Q以化學(xué)氣相沉積法形成一第一光電轉(zhuǎn)換層；(D)以化學(xué)氣相沉積法形成 一第二光電轉(zhuǎn)換層；(E)以化學(xué)氣相沉積法形成一第三光電轉(zhuǎn)換層；以及(F) 形成一電極。其中在步驟(A)中該基板用以作為承載主體。在步驟(B)中 該透明導(dǎo)電膜的材料是選自于由銦錫氧化層、二氧化錫與含雜質(zhì)的氧化鋅所 組成的一族群。在步驟(C)中該第一光電轉(zhuǎn)換層的材料是選自于由碳化硅與 非晶硅所組成的一族群。在步驟(D)中該第二光電轉(zhuǎn)換層的材料是選自于由 納米晶硅、微晶硅與多晶硅所組成的一族群，且該第二光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)的結(jié)晶 材料占該第二光電轉(zhuǎn)換層的整體的比例介于10%至80%之間。在步驟(E)中 該第三光電轉(zhuǎn)換層的材料是選自于由多晶硅、非晶硅鍺、微晶硅鍺與多晶硅 鍺所組成的一族群。在步驟(F)中該電極的材料是選自于由銦錫氧化層、二 氧化錫、氧化鋅、鎳、金、銀、鈦、銅、鈀與鋁所組成的一族群。
根據(jù)本發(fā)明的具有多結(jié)結(jié)構(gòu)的硅基薄膜太陽能電池的工藝，其中該工藝 還包含形成一抗反射層，該抗反射層形成于該N型半導(dǎo)體層上方，且形成 該反抗層的工藝選自于由等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法、熱絲化學(xué)氣相沉 積法與特高頻等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法所組成的一族群中。
根據(jù)本發(fā)明的具有多結(jié)結(jié)構(gòu)的硅基薄膜太陽能電池的工藝，其中該第一 光電轉(zhuǎn)換層、該第二光電轉(zhuǎn)換層與該第三光電轉(zhuǎn)換層在制作時，工藝溫度介
于20。C至30(TC之間。
本發(fā)明的具有多結(jié)結(jié)構(gòu)的硅基薄膜太陽能電池及其工藝，通過制作不同 的能隙與薄膜材料相互疊接的多個光電轉(zhuǎn)換層，該電池可以提高其光波長的 吸收范圍，并增加太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。


為了使本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯，本說明書中 特舉本發(fā)明較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明。相關(guān)附圖內(nèi)容說明 如下.-
圖1為本發(fā)明的具有多能級的硅基薄膜太陽能電池的側(cè)視剖面圖； 圖2a 圖2c分別為本發(fā)明的該第三光電轉(zhuǎn)換層、該第二光電轉(zhuǎn)換層、該 第一光電轉(zhuǎn)換層的側(cè)視剖面圖；圖3為本發(fā)明的該第二光電轉(zhuǎn)換層的X光繞射分析圖； 圖4為本發(fā)明的該第二光電轉(zhuǎn)換層的微拉曼光譜分析圖; 圖5為本發(fā)明的該第三光電轉(zhuǎn)換層的微拉曼光譜分析圖。
主要組件符號說明
100:一種具有多結(jié)結(jié)構(gòu)的硅基薄膜太陽能電池110:基板 120:透明導(dǎo)電膜130:第一光電轉(zhuǎn)換層
131:第一光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)的p型半導(dǎo)體層
132:第-一光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)的本征型(i型)半導(dǎo)體層
133:第-一光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)的N型半導(dǎo)體層
140:第-二光電轉(zhuǎn)換層
141:第—二光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)的p型半導(dǎo)體層
142:第-二光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)的本征型(i型)半導(dǎo)體層
143:第-二光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)的N型半導(dǎo)體層
150:第:三光電轉(zhuǎn)換層
151:第:三光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)的p型半導(dǎo)體層
152:第—三光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)的本征型(i型)半導(dǎo)體層
153:第:三光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)的N型半導(dǎo)體層
跳電極
具體實(shí)施例方式
雖然本發(fā)明可表現(xiàn)為不同形式的實(shí)施例，但附圖所示及在下文中說明為 本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并請了解本文所揭示考慮為本發(fā)明的一范例，且并非 用以將本發(fā)明限制在附圖及/或所描述的特定實(shí)施例中。
請參照圖1，其示出了本發(fā)明的一種具有多結(jié)結(jié)構(gòu)的硅基薄膜太陽能電
池100結(jié)構(gòu)的側(cè)視剖面圖。該一種具有多結(jié)結(jié)構(gòu)的硅基薄膜太陽能電池100
結(jié)構(gòu)包含一基板110; —透明導(dǎo)電膜120; —第一光電轉(zhuǎn)換層130; —第二光
電轉(zhuǎn)換層140; —第三光電轉(zhuǎn)換層150以及一電極160。該基板110的一面為 照光面，且透明導(dǎo)電膜120形成于該基板110上，用以取出電能與提升光電轉(zhuǎn)換的效率。該第一光電轉(zhuǎn)換層130形成于該透明導(dǎo)電膜120上方，用以產(chǎn) 生電子空穴對，并提供光電流，且該第一光電轉(zhuǎn)換層130的材料是選自于由 碳化硅與非晶硅所組成的一族群。該第二光電轉(zhuǎn)換層140形成于該第一光電 轉(zhuǎn)換層130上方，用以產(chǎn)生電子空穴對，并提供光電流。其中，該第二光電 轉(zhuǎn)換層140的材料是選自于由納米晶硅、微晶硅與多晶硅所組成的一族群， 且該第二光電轉(zhuǎn)換層140內(nèi)的結(jié)晶材料占該第二光電轉(zhuǎn)換層140的整體的比 例介于10%至80%之間。在另一實(shí)施例中，該第二光電轉(zhuǎn)換層140內(nèi)的結(jié)晶 材料的結(jié)晶尺寸介于10納米至500納米之間。該第三光電轉(zhuǎn)換層150形成于 該第二光電轉(zhuǎn)換層140上方，用以產(chǎn)生電子空穴對，并提供光電流，且該第 三光電轉(zhuǎn)換層150的材料是選自于由多晶硅、非晶硅鍺、微晶硅鍺與多晶硅 鍺所組成的一族群。該電極160形成于該第三光電轉(zhuǎn)換層150上方，用以取 出電能與提升光電轉(zhuǎn)換的效率。需注意的是，該第一光電轉(zhuǎn)換層130的能隙 (bandgap)大于該第二光電轉(zhuǎn)換層140的能隙，而該第二光電轉(zhuǎn)換層140 的能隙大于該第三光電轉(zhuǎn)換層150的能隙；以及該第一光電轉(zhuǎn)換層130的厚 度不大于該第二光電轉(zhuǎn)換層140的厚度，而該第二光電轉(zhuǎn)換層140的厚度不 大于該第三光電轉(zhuǎn)換層150。該硅基薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)還包含 一抗反射 層，抗反射層形成于該第三光電轉(zhuǎn)換層150，用以減少反射所造成的光能流 失。
請參照圖1，其中，該第一光電轉(zhuǎn)換層130、該第二光電轉(zhuǎn)換層140與該 第三光電轉(zhuǎn)換層150都由一 P型半導(dǎo)體層、 一本征型(I型)半導(dǎo)體層與一 N 型半導(dǎo)體層組合而成，該組合結(jié)構(gòu)的側(cè)示剖面圖如圖2a 圖2c所示。其中， P型半導(dǎo)體層是指在本征材料中加入的雜質(zhì)(Impurities)可產(chǎn)生多余的空穴， 以空穴構(gòu)成多數(shù)載流子的半導(dǎo)體，即稱之為P型半導(dǎo)體層。例如對硅和鍺 半導(dǎo)體的本征半導(dǎo)體摻入3價原子的雜質(zhì)時，會形成多余的空穴，電流將以 空穴做為主要的運(yùn)作。該第一光電轉(zhuǎn)換層、該第二光電轉(zhuǎn)換層與該第三光電 轉(zhuǎn)換層內(nèi)的各P型半導(dǎo)體層的摻雜濃度介于1018至1020原子/立方厘米之 間。該N型半導(dǎo)體層是指在本征材料中加入的雜質(zhì)可產(chǎn)生多余的電子，以電 子構(gòu)成多數(shù)載流子的半導(dǎo)體，即稱之為N型半導(dǎo)體層。就硅或鍺半導(dǎo)體而言， 若對本征半導(dǎo)體摻入5價原子的雜質(zhì)時，會形成多余的電子，并以電子流作 為主要的運(yùn)作。其中，該第一光電轉(zhuǎn)換層130內(nèi)的N型半導(dǎo)體層133，第二光電轉(zhuǎn)換層140內(nèi)的N型半導(dǎo)體層143與第三光電轉(zhuǎn)換層150內(nèi)的N型半導(dǎo) 體層153的摻雜方式可選用氣體摻雜、準(zhǔn)分子激光退火、固相結(jié)晶化、熱擴(kuò) 散法或離子注入法作為主要工藝方式。該第一光電轉(zhuǎn)換層、該第二光電轉(zhuǎn)換 層與該第三光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)的各N型半導(dǎo)體層的摻雜濃度介于1018至1020原 子/立方厘米之間。
在P小N結(jié)構(gòu)中，本征型(I型)半導(dǎo)體層對于薄膜型太陽能電池的電特 性影響最大，當(dāng)電子與空穴在材料內(nèi)部傳導(dǎo)，若該本征型(I型)半導(dǎo)體層 的厚度過厚，兩者重合機(jī)率極高，為避免該現(xiàn)象發(fā)生，本征型(I型)半導(dǎo) 體層不宜過厚。反之，本征型(I型)半導(dǎo)體層太薄，又易造成吸光不足。 其中，本征型(I型)半導(dǎo)體層一般以非晶硅薄膜(a-Si:H)為主。但非晶硅 薄膜先天上最大的缺失在于光照使用后，非晶硅薄膜在短時間內(nèi)，其性能將 大幅衰退，即所謂的性能衰退(Staebler-Wronski， SW)效應(yīng)，其衰減幅度 約15 % 35%。該SW效應(yīng)是由于材料中部分未飽和的硅原子(Dangling bond, DB)，因光照射所發(fā)生結(jié)構(gòu)變化之故。微晶硅薄膜的載流子遷移率比 一般非晶硅薄膜高出1 2個數(shù)量級，而暗電導(dǎo)值則介于1(T5~1(T7 (S.cm")之 間，明顯高出傳統(tǒng)非晶硅薄膜3~4個數(shù)量級，故在本征型(I型)半導(dǎo)體層 使用微晶硅的結(jié)晶薄膜可加以提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。
本發(fā)明的一種具有多結(jié)結(jié)構(gòu)的硅基薄膜太陽能電池100的工藝，其包含
下列步驟(A)提供一基板110; (B)形成一透明導(dǎo)電膜120; (C)以化學(xué)氣
相沉積法形成一第一光電轉(zhuǎn)換層130; (D)以化學(xué)氣相沉積法形成一第二光 電轉(zhuǎn)換層140;(E)以化學(xué)氣相沉積法形成一第三光電轉(zhuǎn)換層150;以及(F)形 成一電極160。
本發(fā)明的第一實(shí)施例的該步驟(A):該基板110用以作為承載主體，且該
基板110的材料選自于硅、玻璃、可撓性基板或不銹鋼板的其中一者。而為 了降低制作上的成本，該基板110可采用玻璃及不銹鋼來作為基板110。該
步驟(B):該透明導(dǎo)電膜120的工藝方式可選用常見的蒸發(fā)沉積法 (Evaporation)、濺射沉積法(Sputter)、電鍍法、印刷法工藝作為主要的 工藝方式。該透明導(dǎo)電膜120的材料可選自于由銦錫氧化物(Indiumtin oxide， ITO) 、 二氧化錫(Stannum dioxide, Sn02)、氧化鋅(Zinc oxide, ZnO)或 含雜質(zhì)的氧化鋅等所組成的一族群，且該透明導(dǎo)電膜120形成于該基板110之上。該步驟(C):該第一光電轉(zhuǎn)換層130是以化學(xué)氣相沉積法加以沉積而成，
且該第一光電轉(zhuǎn)換層130形成于該透明導(dǎo)電膜120上方，而該第一光電轉(zhuǎn)換 層130的材料是選自于由碳化硅與非晶硅所組成的一族群。該步驟(D):形成 該第二光電轉(zhuǎn)換層140的化學(xué)氣相沉積法以一混合物為反應(yīng)氣體的來源，其
中該混合物由硅烷氣體與氫氣，或硅垸氣體、氫氣與氬氣所組成。該第二光
電轉(zhuǎn)換層140形成于該第一光電轉(zhuǎn)換層130上方，且該第二光電轉(zhuǎn)換層140 的材料是選自于由納米晶硅、微晶硅與多晶硅所組成的一族群，且該第二光 電轉(zhuǎn)換層140內(nèi)的結(jié)晶材料占該第二光電轉(zhuǎn)換層140的整體的比例介于10% 至80%之間。該步驟(E):該第三光電轉(zhuǎn)換層150是以化學(xué)氣相沉積法加以沉 積而成。且該第三光電轉(zhuǎn)換層150形成于該第二光電轉(zhuǎn)換層140上方，該第 三光電轉(zhuǎn)換層150的材料是選自于由多晶硅、非晶硅鍺、微晶硅鍺與多晶硅 鍺所組成的一族群。其中，該第一光電轉(zhuǎn)換層130內(nèi)的P型半導(dǎo)體層131、 該第二光電轉(zhuǎn)換層140內(nèi)的P型半導(dǎo)體層141與該第三光電轉(zhuǎn)換層150內(nèi)的 P型半導(dǎo)體層151的工藝方式可選用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積工藝 (Plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD)、熱絲化學(xué)氣相沉禾只法 (Hot-wire chemical vapor deposition, HW-CVD)或特高頻等離子體增強(qiáng)型化學(xué) 氣相沉禾只(Very high frequency-plasma enhance chemical vapor deposition, VHF-PECVD)等工藝作為主要的工藝方式。在一實(shí)施例中，該第一光電轉(zhuǎn) 換層130內(nèi)的P型半導(dǎo)體層131、該第二光電轉(zhuǎn)換層140內(nèi)的P型半導(dǎo)體層 141與該第三光電轉(zhuǎn)換層150內(nèi)的P型半導(dǎo)體層151是由等離子體增強(qiáng)型化 學(xué)氣相沉積來形成，其機(jī)臺腔體的壓力為0.01托(torr)至0.5托(torr)，工藝溫 度為20。C至300°C，通入的氣體可選用硅化合物(Silicide)氣體如硅垸(silane, SH4)并混和氫氣(Hydrogen, H)、氬氣(Argon, Ar)等作為制作氣體。其 中，當(dāng)氫氣流量與硅垸流量比例為0.1倍至10倍時，可用以制作出非晶硅薄 膜，并做為該第一光電轉(zhuǎn)換層130內(nèi)的P型半導(dǎo)體層131;當(dāng)氫氣流量與硅 垸流量比例為10倍至30倍，可用以制作出微晶硅薄膜，并做為該第二光電 轉(zhuǎn)換層140內(nèi)的P型半導(dǎo)體層141;當(dāng)氫氣流量與硅垸流量比例為30倍至 50倍，可用以制作出多晶硅薄膜，并做為該第三光電轉(zhuǎn)換層150內(nèi)的P型半 導(dǎo)體層151。該第一光電轉(zhuǎn)換層130內(nèi)的P型半導(dǎo)體層131，該第二光電轉(zhuǎn) 換層140內(nèi)的P型半導(dǎo)體層141與該第三光電轉(zhuǎn)換層150內(nèi)的P型半導(dǎo)體層151的摻雜方式都可選用氣體摻雜、鋁誘導(dǎo)結(jié)晶硅(Aluminum induced crystalline, AIC)、擴(kuò)散法(Thermal diffosion)、固相結(jié)晶化(Solid phase crystalline, SPC)或準(zhǔn)分子激光退火(Excimer laser anneal, EL A)工藝作為主 要的工藝方式。該第一光電轉(zhuǎn)換層130內(nèi)的本征型(I型)半導(dǎo)體層132，該 第二光電轉(zhuǎn)換層140內(nèi)的本征型(I型)半導(dǎo)體層142與該第三光電轉(zhuǎn)換層 150內(nèi)的本征型(I型)半導(dǎo)體層152的工藝方式可選用于等離子體增強(qiáng)型化 學(xué)氣相沉積工藝、熱絲化學(xué)氣相沉積法或特高頻等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉 積工藝作為主要的工藝方式。
在一實(shí)施例中，該第一光電轉(zhuǎn)換層130內(nèi)的本征型(I型)半導(dǎo)體層132， 該第二光電轉(zhuǎn)換層140內(nèi)的本征型(I型)半導(dǎo)體層142與該第三光電轉(zhuǎn)換 層150內(nèi)的本征型(I型)半導(dǎo)體層152是由等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積 來形成，其機(jī)臺腔體的壓力為0.01托(torr)至0.5托(torr)，工藝溫度為2(TC至 30(TC，通入的氣體可選用硅化合物氣體如硅烷并混和氫氣、氬氣等作為制作 氣體。其中，當(dāng)氫氣流量與硅烷流量比例為0.1倍至10倍時，可用以制作出 非晶硅薄膜，并做為該第一光電轉(zhuǎn)換層130內(nèi)的本征型(I型)半導(dǎo)體層132; 當(dāng)氫氣流量與硅烷流量比例為10倍至30倍，可用以制作出微晶硅薄膜，并 做為第二光電轉(zhuǎn)換層140內(nèi)的本征型(I型)半導(dǎo)體層142;當(dāng)氫氣流量與硅 垸流量比例為30倍至50倍，可用以制作出多晶硅薄膜，并做為該第三光電 轉(zhuǎn)換層150內(nèi)的本征型(I型)半導(dǎo)體層152。該第一光電轉(zhuǎn)換層130內(nèi)的N 型半導(dǎo)體層133，第二光電轉(zhuǎn)換層140內(nèi)的N型半導(dǎo)體層143、第三光電轉(zhuǎn) 換層150內(nèi)的N型半導(dǎo)體層153的工藝方式可選用于等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣 相沉積工藝、熱絲化學(xué)氣相沉積法或特高頻等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積工 藝作為主要工藝方式。
在一實(shí)施例中，第一光電轉(zhuǎn)換層130內(nèi)的N型半導(dǎo)體層133，第二光電 轉(zhuǎn)換層140內(nèi)的N型半導(dǎo)體層143、第三光電轉(zhuǎn)換層150內(nèi)的N型半導(dǎo)體層 153是由等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積來形成，其機(jī)臺腔體的壓力為0.01托 (torr)至0.5托(torr)，工藝溫度為20。C至300°C，通入的氣體可選用硅化合物 氣體如硅烷并混和氫氣、氬氣等作為制作氣體。其中，當(dāng)氫氣流量與硅垸流 量比例為0.1倍至10倍時，可用以制作出非晶硅薄膜，并做為該第一光電轉(zhuǎn) 換層130內(nèi)的N型半導(dǎo)體層133;當(dāng)氫氣流量與硅烷流量比例為10倍至30倍，可用以制作出微晶硅薄膜，并做為該第二光電轉(zhuǎn)換層140內(nèi)的N型半導(dǎo)
體層143;當(dāng)氫氣流量與硅垸流量比例為30倍至50倍，可用以制作出多晶 硅薄膜，并做為該第三光電轉(zhuǎn)換層150內(nèi)的N型半導(dǎo)體層153。
在步驟(F)中該電極160形成于該第三光電轉(zhuǎn)換層150上方，且形成該 電極160的工藝選自于由蒸發(fā)沉積法、濺射沉積法、電鍍法或印刷法所組成 的一族群。該電極160的制作材料可選用銦錫氧化物(Indiumtin oxide， ITO)、 二氧化錫(Sta腿m dioxide, Sn02)、氧化鋅(Zinc oxide, ZnO)、含雜質(zhì)的 氧化鋅、鎳、金、銀、鈦、銅、鈀、及鋁等材料，該電極160的功效與該透 明導(dǎo)電膜120相同。以及本發(fā)明還包含形成抗反射層于該第三光電轉(zhuǎn)換層150 上方，且形成該抗反射層的工藝選自于由等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法、 熱絲化學(xué)氣相沉積法或特高頻等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法所組成的一族 群。在一實(shí)施例中，本發(fā)明的該抗反射層是由等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積 來形成，其機(jī)臺腔體的壓力為0.01托(torr)至0.5托(torr)，工藝溫度為室溫至 30(TC，通入的氣體可選用硅化合物氣體混合氨氣等作為該抗反射層的制作氣 體。
現(xiàn)請參照圖3，其示出了該第二光電轉(zhuǎn)換層140的X光繞射分析圖。利 用X光衍射分析儀的實(shí)作測量結(jié)果揭示，其X光衍射分析圖的峰值出現(xiàn) (111) 、 (220)、 (311)的硅結(jié)晶面。現(xiàn)請參照圖4，其示出了該第二光電轉(zhuǎn)換 層140的微拉曼光譜分析圖。利用微拉曼光譜分析儀(micro Raman spectra) 的實(shí)作測量結(jié)果揭示，其微拉曼光譜圖的峰值出現(xiàn)在510cm—、為一中等結(jié) 晶度的微晶硅薄膜。現(xiàn)請參照圖5，其示出了該第三光電轉(zhuǎn)換層150的微拉 曼光譜分析圖。利用微拉曼光譜分析儀(micro Raman spectra)的實(shí)作測量結(jié) 果揭示，其微拉曼光譜圖的峰值出現(xiàn)在515cm—1，為一高結(jié)晶度的多晶硅薄 膜。
需注意的是，本發(fā)明的第二實(shí)施例類似于該第一實(shí)施例。其主要差別在 于，本發(fā)明的第二實(shí)施例將該第一實(shí)施例的步驟(E)改為步驟(E1):摻雜鍺元 素于該第三光電轉(zhuǎn)換層150內(nèi)，其工藝方式可選用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相 沉積工藝、熱絲化學(xué)氣相沉積法或特高頻等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積等工 藝作為主要工藝方式。在另一實(shí)施例中，該第三光電轉(zhuǎn)換層150由等離子體 增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積來形成，其機(jī)臺腔體的壓力為0.01托(torr)至0.5托(torr)，工藝溫度為2(TC至300°C，通入的氣體可選用硅化合物氣體如硅垸與鍺烷 (GeH4)并混和氫氣、氬氣等作為硅鍺薄膜的制作氣體，其鍺元素占該第三 光電轉(zhuǎn)換層150的元素比例在5%至30%之間，可用以提高太陽能電池的光 吸收范圍。
綜上所述，本發(fā)明的第一實(shí)施例為較佳實(shí)施例。該具有多結(jié)結(jié)構(gòu)的硅基 薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)及其工藝，其特別是關(guān)于多個相互疊接的光電轉(zhuǎn)換層， 該多個光電轉(zhuǎn)換層利用不同的薄膜材料以提高其光波長的吸收范圍，并增加 太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的 情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明做出各種相應(yīng)的改變和變形， 但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種具有多結(jié)結(jié)構(gòu)的硅基薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，主要包含一基板，該基板的一面為照光面；一透明導(dǎo)電膜，形成于該基板上，該透明導(dǎo)電膜用以取出電能與提升光電轉(zhuǎn)換的效率；一第一光電轉(zhuǎn)換層，形成于該透明導(dǎo)電膜上方，該第一光電轉(zhuǎn)換層用以產(chǎn)生電子空穴對，并提供光電流，且該第一光電轉(zhuǎn)換層的材料是選自于由碳化硅與非晶硅所組成的一族群；一第二光電轉(zhuǎn)換層，形成于該第一光電轉(zhuǎn)換層上方，該第二光電轉(zhuǎn)換層用以產(chǎn)生電子空穴對，并提供光電流，且該第二光電轉(zhuǎn)換層的材料是選自于由納米晶硅、微晶硅與多晶硅所組成的一族群，且該第二光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)的結(jié)晶材料占該第二光電轉(zhuǎn)換層的整體的比例介于10％至80％之間；一第三光電轉(zhuǎn)換層，形成于該第二光電轉(zhuǎn)換層上方，該第三光電轉(zhuǎn)換層用以產(chǎn)生電子空穴對，并提供光電流，且該第三光電轉(zhuǎn)換層的材料是選自于由多晶硅、非晶硅鍺、微晶硅鍺與多晶硅鍺所組成的一族群；以及一電極，形成于該第三光電轉(zhuǎn)換層上方，該電極用以取出電能與提升光電轉(zhuǎn)換的效率；其中，該第一光電轉(zhuǎn)換層的能隙大于該第二光電轉(zhuǎn)換層的能隙，而該第二光電轉(zhuǎn)換層的能隙大于該第三光電轉(zhuǎn)換層的能隙；其中該第一光電轉(zhuǎn)換層的厚度不大于該第二光電轉(zhuǎn)換層的厚度，而該第二光電轉(zhuǎn)換層的厚度不大于該第三光電轉(zhuǎn)換層。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有多結(jié)結(jié)構(gòu)的硅基薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)，其 特征在于，該第一光電轉(zhuǎn)換層、該第二光電轉(zhuǎn)換層與該第三光電轉(zhuǎn)換層都是 由一P型半導(dǎo)體層、 一本征型半導(dǎo)體層與一N型半導(dǎo)體層組合而成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有多結(jié)結(jié)構(gòu)的硅基薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)，其 特征在于，該第二光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)的結(jié)晶材料的結(jié)晶尺寸在10納米至500納米 之間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有多結(jié)結(jié)構(gòu)的硅基薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，該硅基薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)還包含一抗反射層，形成于該第三光電轉(zhuǎn)換層上方，用以減少反射所造成的光 能流失。
5、 一種具有多結(jié)結(jié)構(gòu)的硅基薄膜太陽能電池的工藝，其特征在于，包含 下列步驟A、 提供一基板，用以作為承載主體；B、 形成一透明導(dǎo)電膜，該透明導(dǎo)電膜形成于該基板之上，且該透明導(dǎo) 電膜之材料是選自于由銦錫氧化物、二氧化錫與含雜質(zhì)的氧化鋅所組成的一 族群；C、 以化學(xué)氣相沉積法形成一第一光電轉(zhuǎn)換層，該第一光電轉(zhuǎn)換層形成 于該透明導(dǎo)電膜上方，該第一光電轉(zhuǎn)換層的材料是選自于由碳化硅與非晶硅 所組成的一族群；D、 以化學(xué)氣相沉積法形成一第二光電轉(zhuǎn)換層，該第二光電轉(zhuǎn)換層形成 于該第一光電轉(zhuǎn)換層上方，該第Z^t電轉(zhuǎn)換層的材料是選自于由納米晶硅、 微晶硅與多晶硅所組成的一族群，且該第二光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)的結(jié)晶材料占該第 二光電轉(zhuǎn)換層的整體的比例介于10%至80%之間；E、 以化學(xué)氣相沉積法形成一第三光電轉(zhuǎn)換層，該第三光電轉(zhuǎn)換層形成于該第二光電轉(zhuǎn)換層上方，該第三光電轉(zhuǎn)換層的材料是選自于由多晶硅、非晶硅鍺、微晶硅鍺與多晶硅鍺所組成的一族群；以及F、 形成一電極，該電極形成于該第三光電轉(zhuǎn)換層上方，且該電極的材 料是選自于由銦錫氧化層、二氧化錫、氧化鋅、鎳、金、銀、鈦、銅、鈀與 鋁所組成的一族群。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有多結(jié)結(jié)構(gòu)的硅基薄膜太陽能電池的工藝，其特征在于，該第一光電轉(zhuǎn)換層、該第二光電轉(zhuǎn)換層與該第三光電轉(zhuǎn)換層都是由一 P型半導(dǎo)體層、 一本征型半導(dǎo)體層與一 N型半導(dǎo)體層組合而成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有多結(jié)結(jié)構(gòu)的硅基薄膜太陽能電池的工藝，其特征在于，還包含形成一抗反射層，該抗反射層形成于該第三光電轉(zhuǎn)換層上方，且形成該 抗反射層的工藝是選自于由等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法、熱絲化學(xué)氣相 沉積法與特高頻等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法所組成的一族群。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有多結(jié)結(jié)構(gòu)的硅基薄膜太陽能電池的工藝， 其特征在于，該第一光電轉(zhuǎn)換層、該第二光電轉(zhuǎn)換層與該第三光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)的每一所述P型半導(dǎo)體層的摻雜濃度介于1018至1020原子/立方厘米之間。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有多結(jié)結(jié)構(gòu)的硅基薄膜太陽能電池的工藝， 其特征在于，該第一光電轉(zhuǎn)換層、該第二光電轉(zhuǎn)換層與該第三光電轉(zhuǎn)換層內(nèi) 的每一所述N型半導(dǎo)體層的摻雜濃度介于1018至1020原子/立方厘米之間。
10、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有多結(jié)結(jié)構(gòu)的硅基薄膜太陽能電池的工藝， 其特征在于，該第一光電轉(zhuǎn)換層、該第二光電轉(zhuǎn)換層與該第三光電轉(zhuǎn)換層在 制作時，其工藝溫度介于2(TC至30(TC之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有多結(jié)結(jié)構(gòu)的硅基薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)及其工藝，該結(jié)構(gòu)主要包含一基板；一透明導(dǎo)電膜；一第一光電轉(zhuǎn)換層；一第二光電轉(zhuǎn)換層；一第三光電轉(zhuǎn)換層以及一電極。其中，該第一光電轉(zhuǎn)換層的能隙大于該第二光電轉(zhuǎn)換層的能隙，而該第二光電轉(zhuǎn)換層的能隙大于該第三光電轉(zhuǎn)換層的能隙且該第二光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)具有嵌入式結(jié)晶的結(jié)構(gòu)。所述能隙的排列方式可用以提高光波長的吸收范圍，并增加太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H01L31/0352GK101567404SQ200810094620
公開日2009年10月28日 申請日期2008年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月24日
發(fā)明者張育綺, 楊茹媛, 簡永杰 申請人:東捷科技股份有限公司