CN102341919B - 太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明讨论了一种太阳能电池。该太阳能电池包含基板、在基板上的第一电极、第二电极和位于第一电极与第二电极之间的至少一个光电转换单元。所述至少一个光电转换单元包含p-型半导体层、本征(i-型)半导体层、n-型半导体层和位于p-型半导体层与i-型半导体层之间的缓冲层。缓冲层的氢含量高于i-型半导体层的氢含量。

Description

太阳能电池
技术领域
本发明的实施方式涉及太阳能电池。
背景技术
太阳能电池是能够将光能转化为电能的元件,其包含p-型半导体层和n-型半导体层。
太阳能电池一般如下运行。当来自外部的光线入射在太阳能电池上时,在太阳能电池的半导体层的内部形成电子-空穴对。太阳能电池的半导体层内部产生的电场使得电子向n-型半导体层移动,并且空穴向p-型半导体层移动。由此产生电力。
根据所使用的材料,太阳能电池可以主要分为硅类太阳能电池、化合物半导体类太阳能电池和有机类太阳能电池。根据半导体的相,硅类太阳能电池可以分为晶体硅(c-Si)太阳能电池和非晶硅(a-Si)太阳能电池。
发明内容
问题的解决方案
在一个方面中,提供了一种太阳能电池,所述太阳能电池包含基板、在所述基板上的第一电极、第二电极和位于所述第一电极与所述第二电极之间的至少一个光电转换单元,所述至少一个光电转换单元包含p-型半导体层、本征(i-型)半导体层、n-型半导体层和位于所述p-型半导体层与所述i-型半导体层之间的缓冲层,所述缓冲层的氢含量高于所述i-型半导体层的氢含量。
i-型半导体层可以由非晶硅形成。i-型半导体层可以由微晶硅形成。
缓冲层的厚度可以小于i-型半导体层的厚度。缓冲层的厚度可以小于p-型半导体层的厚度。
缓冲层的氢含量可以高于p-型半导体层的氢含量。
i-型半导体层可以由微晶硅形成。在缓冲层与i-型半导体层之间的结位置中的i-型半导体层的结晶度可以大于或等于在i-型半导体层与n-型半导体层之间的结位置中的i-型半导体层的结晶度的50%。
在缓冲层与i-型半导体层之间的结位置中的i-型半导体层的结晶度可以大于或等于在i-型半导体层与n-型半导体层之间的结位置中的i-型半导体层的结晶度的75%。
在另一个方面中,提供了一种太阳能电池,所述太阳能电池包含基板、在所述基板上的第一电极、第二电极、位于所述第一电极与所述第二电极之间的第一光电转换单元和位于所述第一光电转换单元与所述第二电极之间的第二光电转换单元,所述第一光电转换单元包含第一p-型半导体层、由非晶硅形成的第一本征(i-型)半导体层、第一n-型半导体层和位于所述第一p-型半导体层与所述第一i-型半导体层之间的第一缓冲层,所述第一缓冲层的氢含量高于所述第一i-型半导体层的氢含量,所述第二光电转换单元包含第二p-型半导体层、由微晶硅形成的第二本征(i-型)半导体层、第二n-型半导体层和位于所述第二p-型半导体层与所述第二i-型半导体层之间的第二缓冲层,所述第二缓冲层的氢含量高于所述第二i-型半导体层的氢含量。
第一缓冲层的厚度可以小于第一i-型半导体层的厚度,第二缓冲层的厚度可以小于第二i-型半导体层的厚度。
在第二缓冲层与第二i-型半导体层之间的结位置中的第二i-型半导体层的结晶度可以大于或等于在第二i-型半导体层与第二n-型半导体层之间的结位置中的第二i-型半导体层的结晶度的50%。
在第二缓冲层与第二i-型半导体层之间的结位置中的第二i-型半导体层的结晶度可以大于或等于在第二i-型半导体层与第二n-型半导体层之间的结位置中的第二i-型半导体层的结晶度的75%。
第二i-型半导体层的厚度可以大于第一i-型半导体层的厚度,第二缓冲层的厚度可以大于第一缓冲层的厚度。
第二i-型半导体层的厚度可以大于第一i-型半导体层的厚度。第一缓冲层的氢含量可以高于第二缓冲层的氢含量。
第一缓冲层的氢含量可以高于第一p-型半导体层的氢含量,第二缓冲层的氢含量可以低于第二p-型半导体层的氢含量。
在又一个方面中,提供了一种太阳能电池,所述太阳能电池包含基板、在所述基板上的第一电极、第二电极、位于所述第一电极与所述第二电极之间的第一光电转换单元和位于所述第一光电转换单元与所述第二电极之间的第二光电转换单元,所述第一光电转换单元包含第一p-型半导体层、由非晶硅形成的第一本征(i-型)半导体层、第一n-型半导体层和位于所述第一p-型半导体层与所述第一i-型半导体层之间的第一缓冲层,所述第二光电转换单元包含第二p-型半导体层、由微晶硅形成的第二本征(i-型)半导体层、第二n-型半导体层和位于所述第二p-型半导体层与所述第二i-型半导体层之间的第二缓冲层。所述第二i-型半导体层的氢含量与所述第二缓冲层的氢含量之差大于所述第一i-型半导体层的氢含量与所述第一缓冲层的氢含量之差。
第一缓冲层的氢含量可以高于第一i-型半导体层的氢含量,第二缓冲层的氢含量可以高于第二i-型半导体层的氢含量。
在另一个方面中,提供了一种太阳能电池,所述太阳能电池包含基板、在所述基板上的第一电极、第二电极和位于所述第一电极与所述第二电极之间的至少一个光电转换单元,所述至少一个光电转换单元包含p-型半导体层、本征(i-型)半导体层和n-型半导体层,所述i-型半导体层包含各自具有不同氢含量的第一部分和第二部分。
所述第一部分的氢含量可以高于所述第二部分的氢含量。所述第一部分可以位于所述第二部分与p-型半导体层之间。
所述第一部分的厚度可以小于所述第二部分的厚度。
附图说明
图1~5涉及根据本发明的实施方式的太阳能电池;
图6~10涉及根据本发明的实施方式的双结太阳能电池;
图11和12说明的是根据本发明的实施方式的太阳能电池的其他结构;
图13~16说明的是根据本发明的实施方式的太阳能电池的其他结构;和
图17~32涉及根据本发明的实施方式将本征半导体层掺杂杂质的实例。
具体实施方式
图1~5涉及根据本发明的实施方式的太阳能电池。图1所示的太阳能电池的结构可以称作pin结构。
如图1所示,根据本发明的实施方式的太阳能电池10包含基板100、在基板100上的前电极110、背电极140和光电转换单元120。
光电转换单元120位于前电极110与背电极140之间,以利用来自外部的光产生电力。此外,光电转换单元120可以包含由微晶硅形成的本征(称作i-型)半导体层122。
基板100可以为其他功能层提供空间。此外,基板100可以由如玻璃和塑料等透明材料形成,以使来自外部的光有效入射在光电转换单元120上。
前电极110可以由具有导电性的透明材料形成,以提高入射光的透射率。例如,前电极110可以由具有高透射率和高导电性的材料形成,所述材料选自氧化铟锡(ITO)、锡类氧化物(例如SnO2)、AgO、ZnO-Ga2O3(或Al2O3)、氟锡氧化物(FTO)及其组合,以使前电极110透射大部分入射光并且使电流在前电极110中流动。前电极110的比电阻可以为约10-2Ωcm~10-11Ωcm。
前电极110可以形成在基板100的整个表面上,并可与光电转换单元120电连接。因此,前电极110可以收集入射光所产生的载流子中的一种(例如空穴)以输出空穴。
可以在前电极110的上表面上形成多个具有不平坦角锥结构的不平坦图案。换言之,前电极110可以具有纹构化表面。如上所述,当前电极110的表面纹构化后,光的反射率会降低,光的吸收率会提高。由此太阳能电池10的效率会提高。
虽然图1显示的是前电极110的纹构化表面,但光电转换单元120可具有纹构化表面。在本发明的实施方式中,将在下文中描述前电极110的纹构化表面,以便于进行说明。
背电极140可以由具有高导电性的金属形成,以便提高光电转换单元120所产生的电力的回收效率。此外,与光电转换单元120电连接的背电极140可以收集由入射光产生的载流子中的一种(例如电子)以输出电子。
光电转换单元120可以将来自外部的光转换为电能。光电转换单元120可以是使用微晶硅、例如氢化微晶硅(mc-Si:H)的硅电池。光电转换单元120可以包含按指定顺序形成在前电极110上的p-型半导体层121、本征(i-型)半导体层122、n-型半导体层123和缓冲层124。
p-型半导体层121可以利用气体形成,所述气体通过向含Si的原料气中添加如硼(B)、镓(Ga)和铟(In)等III族元素的杂质而获得。
i-型半导体层122可以减少载流子的重组并可以吸收光。i-型半导体层122可以吸收入射光以产生如电子和空穴等载流子。i-型半导体层122可以由微晶硅、例如氢化微晶硅(mc-Si:H)形成。
n-型半导体层123可以利用气体形成,所述气体通过向含Si的原料气中添加如磷(P)、砷(As)和锑(Sb)等V族元素的杂质而获得。
光电转换单元120可以利用如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法等化学气相沉积(CVD)法形成。
在光电转换单元120中,p-型半导体层121和n-型半导体层123可以形成i-型半导体层122夹在p-型半导体层121与n-型半导体层123之间的p-n结。换言之,i-型半导体层122位于p-型半导体层121(即,p-型掺杂层)与n-型半导体层123(即,n-型掺杂层)之间,以形成pin结构。
在这种太阳能电池10的结构中,当光入射在p-型半导体层121上时,因p-型半导体层121和n-型半导体层123各自具有较高掺杂浓度而在i-型半导体层122内部形成耗尽区,由此产生电场。作为光吸收层的i-型半导体层122中产生的电子和空穴因光伏效应引起的接触电位差而分离,并沿不同方向移动。例如,空穴通过p-型半导体层121移向前电极110,电子通过n-型半导体层123移向背电极140。由此产生电力。
缓冲层124位于i-型半导体层122与p-型半导体层121之间。缓冲层124的氢含量可以高于i-型半导体层122的氢含量。更具体而言,由微晶硅形成的i-型半导体层122的氢含量可以为约3%~5%,缓冲层124的氢含量可以为约12%~30%。如上所述,当缓冲层124位于i-型半导体层122与p-型半导体层121之间时,i-型半导体层122的结晶度可以是均匀的。由此可改善太阳能电池10的效率。
图2说明的是在不包含缓冲层的比较例和根据本发明的实施方式的实施例1~5中结晶度与i-型半导体层的深度之间的关系。假定图2中在位置P3处i-型半导体层的结晶度为100,图2图示了比较例和实施例1~5中在位置P1和P2各处i-型半导体层的结晶度。在图2中,位置P3指示的是i-型半导体层与n-型半导体层之间的结位置,位置P2指示的是i-型半导体层的中间位置,位置P1指示的是i-型半导体层与p-型半导体层之间的结位置。
根据实施例1~5的太阳能电池的结构与图1中所示的太阳能电池10的结构基本相同,不同之处在于缓冲层124的氢含量。更具体而言,在实施例3和5中,缓冲层的氢含量与i-型半导体层的氢含量存在较小的差异。此外,在实施例1、2和4中,缓冲层的氢含量与i-型半导体层的氢含量存在较大的差异。
如图2中所示,在不包含缓冲层的比较例中,相对于在位置P3处i-型半导体层的结晶度,在位置P1处i-型半导体层的结晶度为约40%。此外,在该比较例中,相对于在位置P3处i-型半导体层的结晶度,在位置P2处i-型半导体层的结晶度为约98%。
在该比较例中,i-型半导体层在i-型半导体层的初始形成阶段具有类似于非晶硅的性质,并在i-型半导体层的形成过程基本完成时具有类似于微晶硅的性质。
换言之,在该比较例中,在初始形成阶段i-型半导体层的结晶度与在i-型半导体层的形成过程基本完成时i-型半导体层的结晶度之间存在较大的差异。这表明,在初始形成阶段难以实现i-型半导体层的结晶化。所称的i-型半导体层的初始形成阶段可以由位置P1(或接近位置P1处的i-型半导体层的部分)表示或与其对应,所称的i-型半导体层的完成形成阶段可以由位置P3(或接近位置P3处的i-型半导体层的部分)表示或与其对应。
另一方面,在缓冲层的氢含量较高的实施例1中,相对于在位置P3处i-型半导体层的结晶度,在位置P1处的i-型半导体层的结晶度为约85%。此外,在实施例1中,相对于在位置P3处i-型半导体层的结晶度,在位置P2处i-型半导体层的结晶度为约95%。
在i-型半导体层的初始形成阶段,实施例1中的结晶度大于比较例中的结晶度。换言之,这表示在初始形成阶段,实施例1中的i-型半导体层具有类似于微晶硅的性质。在实施例1中,缓冲层中含有的大量氢可以形成i-型半导体层初始形成阶段用于晶体生长的晶种,由此在i-型半导体层初始形成阶段可以形成大量晶体。
在缓冲层的氢含量较高的实施例2中,相对于在位置P3处i-型半导体层的结晶度,在位置P1处的i-型半导体层的结晶度为约80%。此外,在实施例2中,相对于在位置P3处i-型半导体层的结晶度,在位置P2处i-型半导体层的结晶度为约93%。
在缓冲层的氢含量较高的实施例4中,相对于在位置P3处i-型半导体层的结晶度,在位置P1处的i-型半导体层的结晶度为约75%。此外,在实施例4中,相对于在位置P3处i-型半导体层的结晶度,在位置P2处i-型半导体层的结晶度为约95%。
实施例1中缓冲层的氢含量高于实施例2和4中缓冲层的氢含量,实施例2中缓冲层的氢含量高于实施例4中缓冲层的氢含量。
在缓冲层的氢含量较低的实施例3中,相对于在位置P3处i-型半导体层的结晶度,在位置P1处的i-型半导体层的结晶度为约53%。此外,在实施例3中,相对于在位置P3处i-型半导体层的结晶度,在位置P2处i-型半导体层的结晶度为约97%。
如上所述,在缓冲层的氢含量低于实施例1、2和4的缓冲层的氢含量的实施例3中,在初始形成阶段i-型半导体层的结晶度小于实施例1、2和4中在初始形成阶段i-型半导体层的结晶度。然而,在初始形成阶段实施例3中的i-型半导体层的结晶度大于在初始形成阶段比较例中的i-型半导体层的结晶度。这表示,即使在缓冲层中添加少量氢,也可以改善初始形成阶段i-型半导体层的结晶度。当然,在实施例3中,缓冲层的氢含量高于i-型半导体层的氢含量。
在缓冲层的氢含量较低的实施例5中,相对于在位置P3处i-型半导体层的结晶度,在位置P1处的i-型半导体层的结晶度为约50%。此外,在实施例3中,相对于在位置P3处i-型半导体层的结晶度,在位置P2处i-型半导体层的结晶度为约88%。
实施例3中缓冲层的氢含量高于实施例5中缓冲层的氢含量。
图3图示了根据本发明的比较例和实施例各自的电特性。在图3中,比较例与图2的比较例基本相同,实施例与图2的实施例1基本相同。
如图3所示,在比较例中,短路电流Jsc为约12.60mA/cm2,开路电压Voc为约0.911V,填充因子FF为约0.72%,效率Eff为约8.29%。另一方面,在根据本发明的实施例中,短路电流Jsc为约12.80mA/cm2,开路电压Voc为约0.943V,填充因子FF为约0.73%,效率Eff为约8.70%。
如上所述,本发明的实施例的效率Eff与比较例相比提高了约4.9%。在根据本发明的实施例中,在初始形成阶段i-型半导体层的结晶度可以通过添加含氢缓冲层而提高,由此i-型半导体层的结晶度可以是均匀的。因此,太阳能电池10的效率会提高。
如上所述,由于在缓冲层与i-型半导体层之间的结部分中i-型半导体层的结晶度提高,因此太阳能电池10的效率可得到提高。根据图2和3中的描述以及太阳能电池10的效率,优选的可以是,在缓冲层与i-型半导体层之间的结部分中的i-型半导体层的结晶度大于或等于在i-型半导体层与n-型半导体层之间的结部分中的i-型半导体层的结晶度的50%或者75%。
缓冲层的氢含量不受特别限制,只要缓冲层的氢含量高于i-型半导体层的氢含量即可。例如,缓冲层的氢含量可以基本等于或低于p-型半导体层的氢含量。此外,缓冲层的氢含量可以高于p-型半导体层的氢含量。
如以上参照图2所述的,因为难以在i-型半导体层的初始形成阶段形成晶体生长,所以i-型半导体层的结晶度很低。因此,随着i-型半导体层的厚度的降低,i-型半导体层的结晶度可以较低。就i-型半导体层的厚度而言,随着邻近缓冲层的i-型半导体层厚度的减小,可以优选的是,有助于i-型半导体层晶体生长的缓冲层的氢含量增加。随着邻近缓冲层的i-型半导体层厚度的增加,可以优选的是,有助于i-型半导体层晶体生长的缓冲层的氢含量降低。
当缓冲层的氢含量高于i-型半导体层的氢含量时,可以优选的是,缓冲层的氢含量可以低于或高于p-型半导体层的氢含量而不管i-型半导体层的厚度如何,这是因为i-型半导体层的结晶度会增加。更优选的是,缓冲层的氢含量可以高于p-型半导体层的氢含量。
图2中,在实施例1、2和4中,缓冲层的氢含量高于i-型半导体层的氢含量和p-型半导体层的氢含量。在实施例3和5中,缓冲层的氢含量高于i-型半导体层的氢含量并低于p-型半导体层的氢含量。
图1中,含有较大量氢的缓冲层124有助于i-型半导体层122的晶体生长,从而可使i-型半导体层122的结晶度均匀。然而,当缓冲层124的厚度t2过大时,缓冲层124会阻碍载流子在p-型半导体层121和i-型半导体层122之间移动。由此太阳能电池10的效率会降低。因此,可以优选的是,缓冲层124的厚度t2要足够小。更优选的是,缓冲层124的厚度t2可以小于i-型半导体层122的厚度t1。
此外,缓冲层124的厚度t2可以基本大于或等于p-型半导体层121的厚度t3。然而,可以优选的是,缓冲层124的厚度t2小于p-型半导体层121的厚度t3,以提高太阳能电池10的效率。
缓冲层124可以包含彼此邻近设置且各自具有不同氢含量的多个亚缓冲层。例如,如图4所示,缓冲层124可以包含邻近p-型半导体层121的第一亚缓冲层300和邻近i-型半导体层122的第二亚缓冲层310。
第一亚缓冲层300的氢含量可以高于第二亚缓冲层310的氢含量,第二亚缓冲层310的氢含量也可以高于第一亚缓冲300的氢含量。然而,可以优选的是,第二亚缓冲层310的氢含量高于第一亚缓冲层300的氢含量,以便形成有助于i-型半导体层122晶体生长的大量晶种。缓冲层124的上述结构可以通过使在第一亚缓冲层300的形成过程中注入的氢气量不同于在第二亚缓冲层310的形成过程中注入的氢气量来实现。
图5显示利用由非晶硅、例如氢化非晶硅(a-Si:H)形成的硅电池的光电转换单元130。在图5的光电转换单元130中,i-型半导体层132可以由非晶硅、例如氢化非晶硅(a-Si:H)形成。
如图5所示,当i-型半导体层132由非晶硅形成时,缓冲层134可以位于p-型半导体层131与i-型半导体层132之间。在此情况下,缓冲层134使得由非晶硅形成的i-型半导体层132的结构更加紧密,由此可以提高太阳能电池10的效率。
由非晶硅形成的i-型半导体层132的结晶度小于由微晶硅形成的i-型半导体层122的结晶度。但是,i-型半导体层132包含少量晶体材料。因此,当缓冲层134位于p-型半导体层131与i-型半导体层132之间时,i-型半导体层132的少量晶体材料可以均匀分布。
此外,因为当由非晶硅形成的i-型半导体层132生长时缓冲层134中所包含的氢提高了由非晶硅形成的层的密度,所以i-型半导体层132的密度会得到提高。优选的是,由非晶硅形成的i-型半导体层132的氢含量可以为约10%~11%,缓冲层134的氢含量可以为约10%~11%。
下面简述制造缓冲层的方法。
制造缓冲层的方法可与制造i-型半导体层的方法基本相同,不同之处在于在制造过程中注入的氢气量不同。更具体而言,在缓冲层制造过程中注入腔室的氢气量高于在制造i-型半导体层的方法中注入腔室的氢气量。由此,缓冲层的氢含量高于i-型半导体层的氢含量。
就上述制造方法而言,缓冲层的氢含量不同于i-型半导体层的氢含量,但是缓冲层的电性质可以相似于i-型半导体层的电性质。
换言之,i-型半导体层可以包含各自具有不同氢含量的第一部分和第二部分。此外,第一部分的氢含量高于第二部分的氢含量,并且第一部分位于第二部分与p-型半导体层之间。第一部分的厚度低于第二部分的厚度,并且第一部分可以是缓冲层。
下面简述另一种制造缓冲层的方法。
另一种制造缓冲层的方法可与制造p-型半导体层的方法基本相同或相似,不同之处在于在制造过程中注入的氢气量不同。更具体而言,在缓冲层制造过程中注入腔室的氢气量高于在制造p-型半导体层的方法中注入腔室的氢气量。由此,缓冲层的氢含量高于i-型半导体层和p-型半导体层各自的氢含量。
就上述制造方法而言,缓冲层的氢含量不同于p-型半导体层的氢含量,但是缓冲层的电性质可以相似于p-型半导体层的电性质。
换言之,p-型半导体层可以包含各自具有不同氢含量的第三部分和第四部分。此外,第四部分的氢含量高于第三部分的氢含量,并且第四部分位于第三部分与i-型半导体层之间。第四部分的厚度大于第三部分的厚度,并且第四部分可以是缓冲层。
此外,第四部分的杂质量可以不同于第三部分的杂质量。优选的是,第四部分的p-型半杂质量可低于第三部分的p-型杂质量。在此情况下,p-型半导体层与i-型半导体层之间的界面特性可得到改善,由此可提高太阳能电池的效率。
图6~10涉及根据本发明的实施方式的双结太阳能电池。图6~10所示的太阳能电池可以是双结太阳能电池或pin-pin太阳能电池。对与图1~5中所示相同或等同的结构和组件的进一步描述,将简要进行或者完全省略。
如图6中所示,根据本发明的实施方式的太阳能电池10可以包含第一光电转换单元220和第二光电转换单元230,所述第一光电转换单元220包含含有非晶硅的第一i-型半导体层222,所述第二光电转换单元230包含含有微晶硅的第二i-型半导体层232。
如图6所示,在根据本发明的该实施方式的太阳能电池10中,第一p-型半导体层221、第一缓冲层224、第一i-型半导体层222、第一n-型半导体层223、第二p-型半导体层231、第二缓冲层234、第二i-型半导体层232和第二n-型半导体层233以所述顺序堆叠在光入射表面上。
在第一光电转换单元220中,第一p-型半导体层221、第一缓冲层224、第一i-型半导体层222和第一n-型半导体层223全都可以含有非晶硅。在第二光电转换单元230中,第二p-型半导体层231、第二缓冲层234、第二i-型半导体层232和第二n-型半导体层233全都可以含有微晶硅。作为另外一种选择,第一光电转换单元220的第一n-型半导体层223可以含有微晶硅。
第一i-型半导体层222可以主要吸收短波波段的光以产生电子和空穴。第二i-型半导体层232可以主要吸收长波波段的光以产生电子和空穴。
如上所述,因为双结太阳能电池吸收短波波段和长波波段的光以产生载流子,所以双结太阳能电池的效率很高。
此外,第二i-型半导体层232的厚度t10可以大于第一i-型半导体层222的厚度t20,以充分吸收长波波段的光。
第一光电转换单元220可以包含第一p-型半导体层221、第一缓冲层224、第一i-型半导体层222和第一n-型半导体层223。第一缓冲层224的氢含量可以高于第一i-型半导体层222的氢含量。第一缓冲层224的氢含量可以不同于第一p-型半导体层221的氢含量。第一缓冲层224的氢含量、第一i-型半导体层222的氢含量和第一p-型半导体层221的氢含量将在下文中详细描述。
此外,可以优选的是,第一缓冲层224的厚度t21小于第一i-型半导体层222的厚度t20。
第二光电转换单元230可以包含第二p-型半导体层231、第二缓冲层234、第二i-型半导体层232和第二n-型半导体层233。第二缓冲层234的氢含量可以高于第二i-型半导体层232的氢含量。第二缓冲层234的氢含量可以不同于第二p-型半导体层231的氢含量。第二缓冲层234的氢含量、第二i-型半导体层232的氢含量和第二p-型半导体层231的氢含量将在下文中详细描述。
在第二光电转换单元230中,可以优选的是,在第二缓冲层234与第二i-型半导体层232之间的结部分中的第二i-型半导体层232的结晶度大于或等于在第二i-型半导体层232与第二n-型半导体层233之间的结部分中的第二i-型半导体层232的结晶度的约50%,或者大于或等于在第二i-型半导体层232与第二n-型半导体层233之间的结部分中的第二i-型半导体层232的结晶度的约75%。
此外,可以优选的是,第二缓冲层234的厚度t11小于第二i-型半导体层232的厚度t10。
第一缓冲层224的厚度t21可以等于或不同于第二缓冲层234的厚度t11。鉴于第一i-型半导体层222的厚度t20小于第二i-型半导体层232的厚度t10,第二缓冲层234的厚度t11可以大于第一缓冲层224的厚度t21。
第一缓冲层224的氢含量可以等于或不同于第二缓冲层234的氢含量。
由非晶硅形成的第一i-型半导体层222的结晶度可以低于由微晶硅形成的第二i-型半导体层232的结晶度。因为氢帮助晶体生长提高结晶度,所以邻近第二i-型半导体层232的第二缓冲层234的氢含量可以高于邻近第一i-型半导体层222的第一缓冲层224的氢含量。
随着i-型半导体层厚度的降低,i-型半导体层的密度和均匀性可由于制造过程的特征而降低。在此情况下,氢可以提高i-型半导体层的密度和均匀性。因此,第一缓冲层224的氢含量可以高于第二缓冲层234的氢含量。优选的是,当第一i-型半导体层222的厚度t20比第二i-型半导体层232的厚度t10足够小时,第一缓冲层224的氢含量可以高于第二缓冲层234的氢含量。在此情况下,第一缓冲层224的氢含量可以高于第一p-型半导体层221的氢含量,第二缓冲层234的氢含量可以低于第二p-型半导体层231的氢含量。
由非晶硅形成的第一i-型半导体层222的氢含量可以高于由微晶硅形成的第二i-型半导体层232的氢含量。该差异是由非晶硅与微晶硅之间性质的差异引起的。
图7是比较第一i-型半导体层222、第二i-型半导体层232、第一缓冲层224和第二缓冲层234的氢含量的图。
如图7所示,第一和第二缓冲层224和234各自的氢含量为最大值,第二i-型半导体层232的氢含量为最小值,并且第一i-型半导体层222的氢含量低于第一和第二缓冲层224和234的氢含量并且高于第二i-型半导体层232的氢含量。
第一缓冲层224的氢含量可以不同于第二缓冲层234的氢含量。但是,由于第一缓冲层224的氢含量与第二缓冲层234的氢含量之差远低于第一i-型半导体层222的氢含量与第二i-型半导体层232的氢含量之差,因此第一缓冲层224的氢含量和第二缓冲层234的氢含量在图7中未进行区分。
例如,由非晶硅形成的第一i-型半导体层222的氢含量可以为约11.4%,由微晶硅形成的第二i-型半导体层232的氢含量可以为约4.8%。因此,二者之差可能为约7%~8%。此外,第一缓冲层224的氢含量可以为约18.7%,第二缓冲层234的氢含量可以为约17.9%。因此,二者之差是个较低的值。如上所述,第二i-型半导体层232的氢含量与第二缓冲层234的氢含量之差可以大于第一i-型半导体层222的氢含量与第一缓冲层224的氢含量之差。
因为由微晶硅形成的第二i-型半导体层232的结晶度可以大于第一i-型半导体层222的结晶度,所以在第二缓冲层234中可以包含较大量的氢,以产生大量有助于硅晶体生长的晶种。此外,由于图7的微晶硅因微晶硅的性质而含有较少量的氢,因此第二i-型半导体层232的氢含量与第二缓冲层234的氢含量之差较大。
另一方面,如图7所示,第一i-型半导体层222的氢含量可以因非晶硅的性质而高于第二i-型半导体层232的氢含量。因此,即使第一缓冲层224的氢含量升高,第一i-型半导体层222的氢含量与第一缓冲层224的氢含量之差也可以小于第二i-型半导体层232的氢含量与第二缓冲层234的氢含量之差,以提高第一i-型半导体层222的密度。
如果第一i-型半导体层222的氢含量与第一缓冲层224的氢含量之差大于第二i-型半导体层232的氢含量与第二缓冲层234的氢含量之差,则第一缓冲层224的氢含量可能被过度提高。由此太阳能电池10的效率可能降低。
此外,第一光电转换单元220和第二光电转换单元230可以如图6所示各自包含第一缓冲层224和第二缓冲层234。但是,如图8所示,在第一光电转换单元220中可以省略第一缓冲层224。此外,如图9所示,在第二光电转换单元230中可以省略第二缓冲层234。
图10是说明比较例和实施例A、B和C各自的电特性的表。在图10中,比较例是在双结太阳能电池中未形成缓冲层的实例,实施例A是图9所示的太阳能电池的实例,实施例B是图8所示的太阳能电池的实例,实施例C是图6中所示的太阳能电池的实例。
如图10所示,在比较例中,短路电流Jsc为约11.06mA/cm2,开路电压Voc为约1.36V,填充因子FF为约0.705%,效率Eff为约10.60%。
另一方面,在本发明的实施例A中,短路电流Jsc为约11.31mA/cm2,开路电压Voc为约1.37V,填充因子FF为约0.704%,效率Eff为约10.93%。如上所述,本发明的实施例A中的效率Eff与比较例相比提高了约3.1%。因为第一i-型半导体层222的密度通过如图9中所示向第一光电转换单元220中增加第一缓冲层224而提高,所以实施例A的效率Eff得到提高。
此外,在本发明的实施例B中,短路电流Jsc为约11.30mA/cm2,开路电压Voc为约1.35V,填充因子FF为约0.720%,效率Eff为约10.96%。如上所述,本发明的实施例B中的效率Eff与比较例相比提高了约3.4%。在本发明的实施例B中,第二i-型半导体层232的结晶度可以通过向第二光电转换单元230中增加第二缓冲层234而在第二i-型半导体层232的初始形成阶段提高,由此第二i-型半导体层232的结晶度可以是均匀的。由此太阳能电池的效率可得到提高。
此外,在本发明的实施例C中,短路电流Jsc为约11.34mA/cm2,开路电压Voc为约1.37V,填充因子FF为约0.712%,效率Eff为约11.07%。如上所述,本发明的实施例C中的效率Eff与比较例相比提高了约4.4%。实施例C中的效率Eff还通过如图6所示在第一光电转换单元220中形成第一缓冲层224和在第二光电转换单元230中形成第二缓冲层234而得到进一步提高。
此外,如图4所示,第一缓冲层224和第二缓冲层234中的至少一个可以彼此邻近地设置并可包含各自具有不同氢含量的多个亚缓冲层。
例如,当第二缓冲层234的厚度t11大于第一缓冲层224的厚度t21时,可以优选的是,第二缓冲层234可以包含多个亚缓冲层,并且第一缓冲层224具有如图4所示的单层结构。
图11和12图示了本发明的实施方式的太阳能电池的其他结构。对与以上所述相同或等同的结构和组件的进一步描述,将简要进行或者完全省略。
图11图示了本发明的一个实施方式的三结太阳能电池10。图11中所示的太阳能电池可以具有pin-pin-pin结构。
如图11所示,本发明的该实施方式的太阳能电池10可以包含以下述顺序堆叠在光入射表面(即,基板100)上的第一光电转换单元420、第二光电转换单元430和第三光电转换单元440。
第一光电转换单元420可以包含第一p-型半导体层421、第一缓冲层424、第一i-型半导体层422和第一n-型半导体层423。第一缓冲层424的氢含量可以高于第一i-型半导体层422的氢含量。
第二光电转换单元430可以包含第二p-型半导体层431、第二缓冲层434、第二i-型半导体层432和第二n-型半导体层433。第二缓冲层434的氢含量可以高于第二i-型半导体层432的氢含量。
第三光电转换单元440可以包含第三p-型半导体层441、第三冲层444、第三i-型半导体层442和第三n-型半导体层443。第三缓冲层444的氢含量可以高于第三i-型半导体层442的氢含量。
第一光电转换单元420可以是使用非晶硅(a-Si)、例如氢化非晶硅(a-Si:H)的非晶硅电池。第一光电转换单元420的第一i-型半导体层422可以由氢化非晶硅(a-Si:H)形成,并可以吸收短波波段的光以产生电力。
第二光电转换单元430可以是使用非晶硅(a-Si)、例如氢化非晶硅(a-Si:H)的非晶硅电池。第二光电转换单元430的第二i-型半导体层432可以由氢化非晶硅(a-Si:H)形成,并可以吸收短波波段与长波波段之间的中波波段的光以产生电力。
第三光电转换单元440可以是使用微晶硅(mc-Si)、例如氢化微晶硅(mc-Si:H)的非晶硅电池。第三光电转换单元440的第三i-型半导体层442可以由氢化微晶硅(mc-Si:H)形成,并可以吸收长波波段的光以产生电力。
第三i-型半导体层442的厚度可以大于第二i-型半导体层432的厚度,并且第二i-型半导体层432的厚度可以大于第一i-型半导体层422的厚度。
如图12所示,基板1200可以位于与光入射表面相对的位置。更具体而言,第二n-型半导体层233、第二i-型半导体层232、第二缓冲层234、第二p-型半导体层231、第一n-型半导体层223、第一i-型半导体层222、第一缓冲层224和第一p-型半导体层221可以以所述顺序设置在基板1200的表面上。
在图12所示的这种结构中,因为光入射在基板1200的对侧即在前电极110上,所以基板1200不需要是透明的。因此,基板1200除了玻璃和塑料之外还可以由金属形成。具有图12中所示结构的太阳能电池10可以称作nip-型太阳能电池。此外,虽然未在图12中显示,但本发明的太阳能电池还可以包含能够使透射光反射的反射层。
此外,虽然未示出,但在本发明的太阳能电池包含多个光电转换单元的情况下(例如,双结太阳能电池或三结太阳能电池的情况下),可在两个相邻的光电转换单元之间设置夹层。夹层可以降低i-型半导体层的厚度从而提高稳定性的效率。
图13~16图示了本发明的实施方式的太阳能电池的其他结构。对与以上所述相同或等同的结构和组件的进一步描述,将简要进行或者完全省略。
如图13中所示,本发明的该实施方式的太阳能电池10可以包含第一光电转换单元220和第二光电转换单元230,所述第一光电转换单元220包含含有非晶硅的第一i-型半导体层222,所述第二光电转换单元230包含含有非晶硅的第二i-型半导体层235。换言之,第一i-型半导体层222和第二i-型半导体层235都可以含有非晶硅。
作为另外一种选择,如图14中所示,本发明的该实施方式的太阳能电池10可以包含第一光电转换单元220和第二光电转换单元230,所述第一光电转换单元220包含含有微晶硅的第一i-型半导体层225,所述第二光电转换单元230包含含有微晶硅的第二i-型半导体层232。换言之,第一i-型半导体层225和第二i-型半导体层232都可以含有微晶硅。
作为另外一种选择,如图15中所示,本发明的该实施方式的太阳能电池10可以包含第一光电转换单元420、第二光电转换单元430和第三光电转换单元440,它们各自含有非晶硅。换言之,第一i-型半导体层422、第二i-型半导体层432和第三i-型半导体层445全都可以含有非晶硅。
作为另外一种选择,如图16中所示,本发明的该实施方式的太阳能电池10可以包含由非晶硅形成的第一光电转换单元420、由微晶硅形成的第二光电转换单元430和由微晶硅形成的第三光电转换单元440。换言之,第一i-型半导体层422可以含有非晶硅,第二i-型半导体层435和第三i-型半导体层442可以含有微晶硅。
图17~32涉及根据本发明的实施方式将本征半导体层掺杂杂质的实例。对与以上所述相同或等同的结构和组件的进一步描述,将简要进行或者完全省略。
如图17中所示,本发明的该实施方式的太阳能电池10的光电转换单元1200和1300可以包含掺杂有作为杂质的碳(C)和氧(O)中的至少一种的第一i-型半导体层1220和掺杂有锗(Ge)的第二i-型半导体层1320(掺杂微晶硅(mc-Si(Ge))),以通过调整其带隙来提高太阳能电池10的效率。
优选的是,光电转换单元1200和1300可以包含第一光电转换单元1200和第二光电转换单元1300。
第一光电转换单元1200可以是使用非晶硅(a-Si)、例如氢化非晶硅(a-Si:H)的非晶硅电池。
因为第一i-型半导体层1220可以掺杂有作为杂质的碳和氧中的至少一种,所以第一i-型半导体层1220的带隙可以因掺杂的碳和氧而增加。因此,第一i-型半导体层1220对于短波波段的光的吸收会增加,并且太阳能电池10的效率会得到提高。
在第一光电转换单元1200中,在第一i-型半导体层1220掺杂有碳(C)和氧(O)中的至少一种的条件下,第一p-型半导体层1210和第一n-型半导体层1230中的至少一个可以掺杂有碳(C)和氧(O)中的至少一种。优选的是,第一p-型半导体层1210可以掺杂有碳(C)和氧(O)中的至少一种。
鉴于第一缓冲层224可以在第一i-型半导体层1220的制造过程中形成,第一缓冲层224可以含有碳(C)和氧(O)中的至少一种。
第二光电转换单元1300可以是使用微晶硅(mc-Si)、例如氢化微晶硅(mc-Si:H)的硅电池。
第二光电转换单元1300的第二i-型半导体层1320可以掺杂有作为杂质的Ge。锗可以降低第二i-型半导体层1320的带隙。因此,第二i-型半导体层1320对于长波波段的光的吸收会增加,由此太阳能电池10的效率会得到提高。
例如,可以使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法来以锗对第二i-型半导体层1320进行掺杂。在PECVD法中,可以对充满Ge气的腔室施加极高频(VHF)、高频(HF)或射频(RF)。
在第二光电转换单元1300中,在第二i-型半导体层1320掺杂有Ge的条件下,第二p-型半导体层1310和第二n-型半导体层1330中的至少一个可以掺杂有Ge。优选的是,第二p-型半导体层1310和第二n-型半导体层1330可全都掺杂有Ge。
鉴于第二缓冲层234可以在第二i-型半导体层1320的制造过程中形成,第二缓冲层234可以含有Ge。
图18说明的是其中第一和第二i-型半导体层未掺杂有碳(C)、氧(O)和Ge的1型太阳能电池,和其中第一i-型半导体层掺杂有作为杂质的碳(C)和氧(O)中的至少一种并且第二i-型半导体层掺杂有Ge的2型太阳能电池。
如图18中所示,在1型太阳能电池中,第一i-型半导体层由氢化非晶硅(a-Si:H)形成,并且第二i-型半导体层由氢化微晶硅(mc-Si:H)形成。在2型太阳能电池中,如在本发明的该实施方式中所示,第一i-型半导体层由掺杂有碳(C)和氧(O)中的至少一种的氢化非晶硅(a-Si:H(C,O))形成,第二i-型半导体层由Ge掺杂氢化微晶硅(mc-Si:H(Ge))形成。
在1型太阳能电池中,第一i-型半导体层的带隙为1.75eV,第二i-型半导体层的带隙为1.1eV。
此外,在1型太阳电池中,开路电压Voc为约1V,短路电流Jsc为约1mA/cm2,填充因子FF为约1,并且效率Eff为约1。设定1型太阳能电池的特征Voc、Jsc、FF和Eff,以便将1型太阳能电池和2型太阳能电池相互比较。
另一方面,在2型太阳能电池中,第一i-型半导体层的带隙为1.9eV,比1型太阳能电池的带隙高约0.15eV。第二i-型半导体层的带隙为0.8eV,比1型太阳能电池的带隙低约0.3eV。
此外,在2型太阳电池中,开路电压Voc为约1.05V,短路电流Jsc为约1.1mA/cm2,填充因子FF为约1.0,并且效率Eff为约1.15。
如上所述,在2型太阳能电池中,因为第一i-型半导体层由掺杂有碳(C)和氧(O)中的至少一种的氢化非晶硅(a-Si:H(C,O))形成,并且第二i-型半导体层由Ge掺杂氢化微晶硅(mc-Si:H(Ge))形成,所以在提高第一i-型半导体层的带隙的同时第二i-型半导体层的带隙会被降低。由此可改善太阳能电池10的效率。
图19是说明太阳能电池的效率与第二i-型半导体层Ge含量的关系的图。
如图19所示,当第二i-型半导体层的Ge含量为0原子%~1原子%时,太阳能电池的效率为约1.06~1.07。在此情况下,第二i-型半导体层的带隙因Ge量少而不被充分降低。
另一方面,当第二i-型半导体层的Ge含量为3原子%~20原子%时,太阳能电池的效率具有约1.12~1.15的非常高的值。在此情况下,第二i-型半导体层的带隙会因足够的Ge含量而充分降低。因此,第二i-型半导体层对于长波波段的光的吸收会增加。
另一方面,当第二i-型半导体层的Ge含量为25原子%时,太阳能电池的效率具有约1.05的较低值。在此情况下,因Ge量过大,一部分Ge会起到第二i-型半导体层内部缺陷的作用。结果,尽管Ge含量提高,但是太阳能电池的效率会降低。
根据图19所示,可以优选的是,第二i-型半导体层的Ge含量为约3原子%~20原子%。
锶(Sr)可以代替第二i-型半导体层中所含的Ge。换言之,即使第二i-型半导体层掺杂有Sr,第二i-型半导体层的带隙也可以得到充分降低。
如图20中所示,第一i-型半导体层1220可以掺杂有作为杂质的Ge。在此情况下,第一i-型半导体层1220的带隙会因Ge而降低。因此,第一i-型半导体层1220对于长波波段的光的吸收会增加,并且与现有技术的太阳能电池相比,太阳能电池10的效率会得到提高。
如图20中所示,本发明的实施方式的太阳能电池包含位于前电极110与背电极140之间的由非晶硅形成的i-型半导体层(即,第一i-型半导体层1220)和位于前电极110与背电极140之间的由微晶硅形成的i-型半导体层(即,第二i-型半导体层1320)。由非晶硅形成的i-型半导体层和由微晶硅形成的i-型半导体层可以掺杂有相同物质,即Ge。
在此情况下,在第一光电转换单元1200中,在第一i-型半导体层1220掺杂有Ge的条件下,第一p-型半导体层1210和第一n-型半导体层1230中的至少一个可以掺杂有Ge。优选的是,第一p-型半导体层1210和第一n-型半导体层1230可均掺杂有Ge。
此外,如图21中所示,第一光电转换单元1200和第二光电转换单元1300可以都是使用非晶硅(a-Si)、例如氢化非晶硅(a-Si:H)的非晶硅电池。在此情况下,第一i-型半导体层1220和第二i-型半导体层1321都可以含有非晶硅并可以掺杂有Ge。
此外,如图22中所示,第一光电转换单元1200和第二光电转换单元1300都可以是使用非晶硅(a-Si)、例如氢化非晶硅(a-Si:H)的非晶硅电池。在此情况下,由非晶硅形成的第一i-型半导体层1221可以掺杂有碳(C)和氧(O)中的至少一种,并且由非晶硅形成的第二i-型半导体层1321可以掺杂有Ge。
如图23中所示,本发明的实施方式的太阳能电池10包含第一、第二和第三光电转换单元6200、6300和6000。第一光电转换单元6200包含由掺杂有作为杂质的碳(C)和氧(O)中的至少一种的非晶硅(a-Si(C,O))形成的第一i-型半导体层6221。第二光电转换单元6300包含由Ge掺杂非晶硅(a-Si(Ge))形成的第二i-型半导体层6321。第三光电转换单元6000包含由Ge掺杂微晶硅(mc-Si(Ge))形成的第三i-型半导体层6020。
第一光电转换单元6200可以是使用掺杂有作为杂质的碳(C)和氧(O)中的至少一种的非晶硅(a-Si(C,O))、例如氢化非晶硅(a-Si:H(C,O))的非晶硅电池。
第二光电转换单元6300可以是使用Ge掺杂非晶硅(a-Si(Ge))、例如氢化Ge掺杂非晶硅(a-Si:H(Ge))的非晶硅电池。
第三光电转换单元6000可以是使用Ge掺杂微晶硅(mc-Si(Ge))、例如氢化Ge掺杂微晶硅(mc-Si:H(Ge))的微晶硅硅电池。
第三i-型半导体层6020的厚度t3可以大于第二i-型半导体层6320的厚度t2,并且第二i-型半导体层6320的厚度t2可以大于第一i-型半导体层6220的厚度t1。
图24是说明太阳能电池的特性与光电转换单元的结构的关系的表。
在图24中,1型太阳能电池具有双结结构,所述双结结构包含由氢化非晶硅(a-Si:H)形成的第一i-型半导体层和由氢化微晶硅(mc-Si:H)形成的第二i-型半导体层。2型太阳能电池具有三结结构,所述三结结构包含由氢化非晶硅(a-Si:H)形成的第一i-型半导体层、由氢化非晶硅(a-Si:H)形成的第二i-型半导体层和由氢化微晶硅(mc-Si:H)形成的第三i-型半导体层。3型太阳能电池具有三结结构,所述三结结构包含由掺杂有作为杂质的碳(C)和氧(O)中的至少一种的氢化非晶硅(a-Si:H(C,O))形成的第一i-型半导体层、由氢化非晶硅(a-Si:H)形成的第二i-型半导体层和由氢化微晶硅(mc-Si:H)形成的第三i-型半导体层。4型太阳能电池具有三结结构,所述三结结构包含由氢化非晶硅(a-Si:H)形成的第一i-型半导体层、由Ge掺杂氢化非晶硅(a-Si:H(Ge))形成的第二i-型半导体层和由氢化微晶硅(mc-Si:H)形成的第三i-型半导体层。5型太阳能电池具有三结结构,所述三结结构包含由掺杂有作为杂质的碳(C)和氧(O)中的至少一种的氢化非晶硅(a-Si:H(C,O))形成的第一i-型半导体层、由Ge掺杂氢化非晶硅(a-Si:H(Ge))形成的第二i-型半导体层和由氢化微晶硅(mc-Si:H)形成的第三i-型半导体层。本发明实施方式的6型太阳能电池具有三结结构,所述三结结构包含由掺杂有作为杂质的碳(C)和氧(O)中的至少一种的氢化非晶硅(a-Si:H(C,O))形成的第一i-型半导体层、由Ge掺杂氢化非晶硅(a-Si:H(Ge))形成的第二i-型半导体层和由Ge掺杂氢化微晶硅(mc-Si:H(Ge))形成的第三i-型半导体层。
在图24中,设定1型太阳能电池的特征Voc、Jsc、FF和Eff,以便将1型太阳能电池和2型~6型太阳能电池进行相比。具有双结结构的1型太阳能电池的效率Eff为1,各自具有三结结构的2型~5型太阳能电池的效率Eff为约0.65~1.18。
此外,6型太阳能电池的效率Eff为约1.24,远高于1型~5型太阳能电池的效率Eff。更具体而言,在6型太阳能电池中,第一i-型半导体层的带隙为约1.9eV,由此第一i-型半导体层对于短波波段的光的吸收会增加。此外,第二i-型半导体层的带隙为约1.5eV,由此第二i-型半导体层对于中波波段的光的吸收会增加。此外,第三i-型半导体层的带隙为约0.8eV,由此第三i-型半导体层对于长波波段的光的吸收会增加。结果,可以改善6型太阳能电池的效率。
图25是图示太阳能电池的效率与第三i-型半导体层Ge含量的关系的图。更具体而言,图25是图示当第二i-型半导体层的Ge含量为约20原子%且第一i-型半导体层的碳含量为约20原子%时太阳能电池的效率与第三i-型半导体层Ge含量的关系的图。
如图25所示,当第三i-型半导体层的Ge含量为0原子%~1原子%时,太阳能电池的效率为约1.12。在此情况下,第三i-型半导体层的带隙会因少量Ge而不被充分降低。
另一方面,当第三i-型半导体层的Ge含量为3原子%~20原子%时,太阳能电池的效率具有约1.19~1.25的足够高的值。在此情况下,第三i-型半导体层的带隙会因足够的Ge含量而充分降低。因此,第三i-型半导体层对于长波波段的光的吸收可增加。
另一方面,当第三i-型半导体层的Ge含量为25原子%时,太阳能电池的效率具有约1.10的较低值。在此情况下,因Ge量过大,一部分Ge会起到第三i-型半导体层内部缺陷的作用。结果,尽管Ge含量提高,但是太阳能电池的效率会降低。
根据图25所示,可以优选的是,第三i-型半导体层的Ge含量为约3原子%~20原子%。
图26是图示太阳能电池的效率与第二i-型半导体层Ge含量的关系的图。更具体而言,图26是图示当第三i-型半导体层的Ge含量为约15原子%且第一i-型半导体层的碳含量为约20原子%时太阳能电池的效率与第二i-型半导体层Ge含量的关系的图。
如图26中所示,当第二i-型半导体层未掺杂有Ge时,太阳能电池的效率为约1.14。
另一方面,当第二i-型半导体层的Ge含量为5原子%~30原子%时,太阳能电池的效率具有约1.21~1.25的足够高的值。在此情况下,第二i-型半导体层对于中波波段的光的吸收会增加。
另一方面,当第二i-型半导体层的Ge含量为35原子%时,太阳能电池的效率具有约1.12的较低值。在此情况下,因Ge量过大,一部分Ge会起到第二i-型半导体层内部缺陷的作用。结果,尽管Ge含量提高,但是太阳能电池的效率会降低。
根据图26所示,可以优选的是,第二i-型半导体层的Ge含量为约5原子%~30原子%。
如上所述,在掺杂有作为杂质的Ge的第二和第三i-型半导体层中,由Ge掺杂微晶硅形成的第三i-型半导体层的Ge含量低于由Ge掺杂非晶硅形成的第二i-型半导体层的Ge含量。这是因为,微晶硅的掺杂度低于非晶硅的掺杂度,并且微晶硅的Ge的缺陷产生可能性高于非晶硅的Ge的缺陷产生可能性。
在该实施方式中,Ge含量指单位体积含量,因此可以由浓度表示。
图27是图示太阳能电池的效率与第一i-型半导体层所含杂质的含量的关系的图。更具体而言,图27是图示当第三i-型半导体层的Ge含量为约15原子%且第二i-型半导体层的Ge含量为约20原子%时太阳能电池的效率与第一i-型半导体层所含杂质含量的关系的图。可以使用碳(C)和氧(O)作为杂质,利用它们掺杂第一i-型半导体层。图27图示了其中将碳(C)用作杂质的一个实例。将氧(O)用作杂质时获得的结果可与将碳(C)用作杂质时获得的结果相似。
如图27中所示,当第一i-型半导体层未掺杂有碳时,太阳能电池的效率为约1.02。
另一方面,当第一i-型半导体层的碳含量为10原子%~50原子%时,太阳能电池的效率具有约1.18~1.25的足够高的值。在此情况下,第一i-型半导体层对于短波波段的光的吸收会增加。
另一方面,当第一i-型半导体层的碳含量为60原子%时,太阳能电池的效率具有约1.05的较低值。在此情况下,因碳含量过大,一部分碳会起到第一i-型半导体层内部缺陷的作用。结果,尽管碳含量提高,但是太阳能电池的效率会降低。
根据图27的描述,可以优选的是,第一i-型半导体层的碳含量为约10原子%~50原子%。
如图28中所示,本发明的该实施方式的太阳能电池10可以包含第一光电转换单元6200、第二光电转换单元6300、第三光电转换单元6000,所述第一光电转换单元6200包含由掺杂有作为杂质的碳(C)和氧(O)中的至少一种的非晶硅(a-Si(C,O))形成的第一i-型半导体层6221,所述第二光电转换单元6300包含由Ge掺杂微晶硅(mc-Si(Ge))形成的第二i-型半导体层6320,所述第三光电转换单元6000包含由Ge掺杂微晶硅(mc-Si(Ge))形成的第三i-型半导体层6020。
在此情况下,第三i-型半导体层6020的厚度t3可以大于第二i-型半导体层6320的厚度t2,并且第二i-型半导体层6320的厚度t2可以大于第一i-型半导体层6220的厚度t1。
此外,如图29中所示,本发明的该实施方式的太阳能电池10可以包含下述第一光电转换单元6200、第二光电转换单元6300、第三光电转换单元6000,所述第一光电转换单元6200包含由掺杂有作为杂质的碳(C)和氧(O)中的至少一种的非晶硅(a-Si(C,O))形成的第一i-型半导体层6221,所述第二光电转换单元6300包含由Ge掺杂非晶硅(a-Si(Ge))形成的第二i-型半导体层6321,所述第三光电转换单元6000包含由Ge掺杂非晶硅(a-Si(Ge))形成的第三i-型半导体层6021。换言之,第一、第二和第三i-型半导体层6221、6321和6021都可以含有非晶硅。
此外,如图30中所示,本发明的该实施方式的太阳能电池10可以包含第一光电转换单元6200、第二光电转换单元6300、第三光电转换单元6000,所述第一光电转换单元6200包含由掺杂有作为杂质的碳(C)和氧(O)中的至少一种的非晶硅(a-Si(C,O))形成的第一i-型半导体层6221,所述第二光电转换单元6300包含由微晶硅(mc-Si)形成的第二i-型半导体层6322,所述第三光电转换单元6000包含由Ge掺杂微晶硅(mc-Si(Ge))形成的第三i-型半导体层6020。换言之,由微晶硅形成的第三i-型半导体层6020可以掺杂有Ge,并且由微晶硅形成的第二i-型半导体层6322不需掺杂有Ge。
在本发明的该实施方式的太阳能电池10是单结太阳能电池的情况下,i-型半导体层可以掺杂有杂质。
例如,如图31中所示,当作为单结太阳能电池的太阳能电池10包含由微晶硅形成的i-型半导体层125时,i-型半导体层125可以掺杂有Ge。
作为另外一种选择,如图32中所示,当作为单结太阳能电池的太阳能电池10包含由非晶硅形成的i-型半导体层135时,i-型半导体层135可以掺杂有Ge。
在本发明的实施方式中,虽然总体而言大多数相同附图标记指相同元件,但并非必须如此,应当理解相同附图标记可用于太阳能电池中的相似结构。
在本发明的实施方式中,关于电极、基板表面或其他元件的前或背的基准是不具有限制性的。例如,提供所述基准是为了便于描述,因为作为第一或第二电极、基板表面或其他元件的实例,前或背很容易被理解。
虽然已经结合目前视为实例的实施方式描述了本发明,但是应当理解,本发明不限于所公开的实施方式,相反,其涵盖在所附权利要求的精神和范围内所包含的各种修改和等同设置。

Claims (27)

1.一种太阳能电池,所述太阳能电池包含:
基板;
在所述基板上的第一电极;
第二电极;和
位于所述第一电极与所述第二电极之间的至少一个光电转换单元,所述至少一个光电转换单元包含p-型半导体层、本征(称作i-型)半导体层、n-型半导体层和位于所述p-型半导体层与所述i-型半导体层之间的缓冲层,所述缓冲层的氢含量高于所述i-型半导体层的氢含量,
其中,所述i-型半导体层由微晶硅形成,并且
邻近所述缓冲层与所述i-型半导体层之间的结位置的所述i-型半导体层的结晶度大于或等于在所述i-型半导体层与所述n-型半导体层之间的结位置中的所述i-型半导体层的结晶度的50%,
其中所述缓冲层的厚度小于所述p-型半导体层的厚度,并且
其中所述i-型半导体的氢含量为3%~5%,且所述缓冲层的氢含量为12%~30%。
2.如权利要求1所述的太阳能电池,其中所述缓冲层的厚度小于所述i-型半导体层的厚度。
3.如权利要求1所述的太阳能电池,其中所述缓冲层的氢含量高于所述p-型半导体层的氢含量。
4.如权利要求1所述的太阳能电池,其中在所述缓冲层与所述i-型半导体层之间的所述结位置中的所述i-型半导体层的结晶度大于或等于在所述i-型半导体层与所述n-型半导体层之间的所述结位置中的所述i-型半导体层的结晶度的75%。
5.如权利要求1所述的太阳能电池,其中所述i-型半导体层含有锗(Ge)或含有碳(C)和氧(O)中的至少一种。
6.如权利要求1所述的太阳能电池,其中所述缓冲层含有锗(Ge)或含有碳(C)和氧(O)中的至少一种。
7.如权利要求1所述的太阳能电池,其中所述p-型半导体层的p-型杂质的量高于所述缓冲层的p-型杂质的量。
8.一种太阳能电池,所述太阳能电池包含:
基板;
在所述基板上的第一电极;
第二电极;
位于所述第一电极与所述第二电极之间的第一光电转换单元,所述第一光电转换单元包含第一p-型半导体层、由非晶硅形成的第一本征(称作i-型)半导体层、第一n-型半导体层和位于所述第一p-型半导体层与所述第一i-型半导体层之间的第一缓冲层,所述第一缓冲层的氢含量高于所述第一i-型半导体层的氢含量;和
位于所述第一光电转换单元与所述第二电极之间的第二光电转换单元,所述第二光电转换单元包含第二p-型半导体层、由微晶硅形成的第二本征(称作i-型)半导体层、第二n-型半导体层和位于所述第二p-型半导体层与所述第二i-型半导体层之间的第二缓冲层,所述第二缓冲层的氢含量高于所述第二i-型半导体层的氢含量,
其中在所述第二缓冲层与所述第二i-型半导体层之间的结位置中的所述第二i-型半导体层的结晶度大于或等于在所述第二i-型半导体层与所述第二n-型半导体层之间的结位置中的所述第二i-型半导体层的结晶度的50%,
其中所述第一缓冲层和第二缓冲层的厚度分别小于所述第一p-型半导体层和第二p-型半导体层的厚度,并且
其中所述第一i-型半导体和第二i-型半导体各自的氢含量为3%~5%,且所述第一缓冲层和第二缓冲层各自的氢含量为12%~30%。
9.如权利要求8所述的太阳能电池,其中所述第一缓冲层的厚度小于所述第一i-型半导体层的厚度,并且所述第二缓冲层的厚度小于所述第二i-型半导体层的厚度。
10.如权利要求8所述的太阳能电池,其中在所述第二缓冲层与所述第二i-型半导体层之间的所述结位置中的所述第二i-型半导体层的结晶度大于或等于在所述第二i-型半导体层与所述第二n-型半导体层之间的所述结位置中的所述第二i-型半导体层的结晶度的75%。
11.如权利要求8所述的太阳能电池,其中所述第二i-型半导体层的厚度大于所述第一i-型半导体层的厚度,并且所述第二缓冲层的厚度大于所述第一缓冲层的厚度。
12.如权利要求8所述的太阳能电池,其中所述第二i-型半导体层的厚度大于所述第一i-型半导体层的厚度,并且
所述第一缓冲层的氢含量高于所述第二缓冲层的氢含量。
13.如权利要求12所述的太阳能电池,其中所述第一缓冲层的氢含量高于所述第一p-型半导体层的氢含量,并且所述第二缓冲层的氢含量低于所述第二p-型半导体层的氢含量。
14.如权利要求8所述的太阳能电池,其中所述第一和第二i-型半导体层各自含有锗(Ge)。
15.如权利要求8所述的太阳能电池,其中所述第一i-型半导体层含有碳(C)和氧(O)中的至少一种,并且所述第二i-型半导体层含有锗(Ge)。
16.如权利要求8所述的太阳能电池,其中所述第一和第二缓冲层各自含有锗(Ge)。
17.如权利要求8所述的太阳能电池,其中所述第一缓冲层含有碳(C)和氧(O)中的至少一种,并且所述第二缓冲层含有锗(Ge)。
18.如权利要求8所述的太阳能电池,其中所述第一p-型半导体层的p-型杂质的量高于所述第一缓冲层的p-型杂质的量,并且
所述第二p-型半导体层的p-型杂质的量高于所述第二缓冲层的p-型杂质的量。
19.一种太阳能电池,所述太阳能电池包含:
基板;
在所述基板上的第一电极;
第二电极;
位于所述第一电极与所述第二电极之间的第一光电转换单元,所述第一光电转换单元包含第一p-型半导体层、由非晶硅形成的第一本征(称作i-型)半导体层、第一n-型半导体层和位于所述第一p-型半导体层与所述第一i-型半导体层之间的第一缓冲层;和
位于所述第一光电转换单元与所述第二电极之间的第二光电转换单元,所述第二光电转换单元包含第二p-型半导体层、由微晶硅形成的第二本征(称作i-型)半导体层、第二n-型半导体层和位于所述第二p-型半导体层与所述第二i-型半导体层之间的第二缓冲层,其中,所述第二i-型半导体层的氢含量与所述第二缓冲层的氢含量之差大于所述第一i-型半导体层的氢含量与所述第一缓冲层的氢含量之差,
其中在所述第二缓冲层与所述第二i-型半导体层之间的结位置中的所述第二i-型半导体层的结晶度大于或等于在所述第二i-型半导体层与所述第二n-型半导体层之间的结位置中的所述第二i-型半导体层的结晶度的50%,
其中所述第一缓冲层和第二缓冲层的厚度分别小于所述第一p-型半导体层和第二p-型半导体层的厚度,并且
其中所述第一i-型半导体和第二i-型半导体各自的氢含量为3%~5%,且所述第一缓冲层和第二缓冲层各自的氢含量为12%~30%。
20.如权利要求19所述的太阳能电池,其中所述第一和第二i-型半导体层各自含有锗(Ge)。
21.如权利要求19所述的太阳能电池,其中所述第一i-型半导体层含有碳(C)和氧(O)中的至少一种,并且所述第二i-型半导体层含有锗(Ge)。
22.如权利要求19所述的太阳能电池,其中所述第一和第二缓冲层各自含有锗(Ge)。
23.如权利要求19所述的太阳能电池,其中所述第一缓冲层含有碳(C)和氧(O)中的至少一种,并且所述第二缓冲层含有锗(Ge)。
24.如权利要求19所述的太阳能电池,其中所述第一缓冲层的氢含量高于所述第一i-型半导体层的氢含量,并且所述第二缓冲层的氢含量高于所述第二i-型半导体层的氢含量。
25.如权利要求19所述的太阳能电池,其中所述第一p-型半导体层的p-型杂质的量高于所述第一缓冲层的p-型杂质的量,并且
所述第二p-型半导体层的p-型杂质的量高于所述第二缓冲层的p-型杂质的量。
26.如权利要求1所述的太阳能电池,其中所述缓冲层形成用于邻近所述缓冲层与所述i-型半导体层之间的结位置的i-型半导体层的晶体生长的晶种。
27.如权利要求8或19所述的太阳能电池,其中所述第一缓冲层形成用于邻近所述第一缓冲层与所述第一i-型半导体层之间的结位置的第一i-型半导体层的晶体生长的晶种。
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