專利名稱：薄膜太陽能電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜太陽能電池及其制造方法，尤其涉及一種電極具有漸變摻質(zhì)濃度的薄膜太陽能電池及其制造方法。
背景技術(shù)：
由于工業(yè)的快速發(fā)展，石化燃料逐漸耗竭與溫室效應(yīng)氣體排放的問題日益受到全球關(guān)切，能源的穩(wěn)定供應(yīng)儼然成為全球性的重大課題。相較于傳統(tǒng)燃煤、燃?xì)馐交蚝四馨l(fā)電，太陽能電池(solar cell)是利用光電或熱電轉(zhuǎn)換效應(yīng)，直接將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，因而不會(huì)伴隨產(chǎn)生二氧化碳、氮氧化物以及硫氧化物等溫室效應(yīng)氣體及污染性氣體，并可用以降低對石化燃料的依賴，而提供安全自主的電力來源?，F(xiàn)今已知有許多太陽能電池的技術(shù)，是利用太陽輻射光通過太陽能電池材料的轉(zhuǎn)換后，成為可利用的電力來源。硅基太陽能電池是為業(yè)界常見的一種太陽能電池，其主要是將高純度的半導(dǎo)體材料(例如硅)加入摻雜物(dopants)而呈現(xiàn)不同的性質(zhì)，例如在四族原子中摻雜三族原子以形成P型半導(dǎo)體，或在四族原子中摻雜五族原子以形成N型半導(dǎo)體， 并將P-N兩型半導(dǎo)體相接合，如此即可形成一 P-N接面(junction)。因此，當(dāng)太陽光照射到具有P-N接面的半導(dǎo)體時(shí)，光子提供的能量可將半導(dǎo)體中的電子激發(fā)出來，而產(chǎn)生電子 (electron)空穴(hole)對。電子與空穴續(xù)受到內(nèi)建電位的影響，而各自往電場的兩相對方向移動(dòng)，若以導(dǎo)線將此太陽能電池與負(fù)載(load)連接起來，則會(huì)形成一電流回路，藉此，太陽能電池即可用以發(fā)電并供給負(fù)載電力來源。現(xiàn)有具有堆棧式(tandem)的太陽能電池，在光線的受光面上，主要會(huì)依序包括有基板、前電極、光電轉(zhuǎn)換層與背電極等結(jié)構(gòu)。其中，當(dāng)太陽光由基板外側(cè)照射至太陽能電池時(shí)，由于自然界中電極層材料多屬于N型半導(dǎo)體(如氧化鋅、氧化錫、氧化銦等)，當(dāng)光電轉(zhuǎn)換層中的P型半導(dǎo)體層與N型半導(dǎo)體的電極相接時(shí)，會(huì)在此P-N接面形成接面能障(Schottcky barrier)，減弱電子空穴的流動(dòng)而增加載子再結(jié)合率(Recombination)，如此將造成太陽能電池的串聯(lián)電阻上升等問題，更進(jìn)一步地影響到太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。另一方面而言，若太陽能電池中的電極是為摻雜有三族原子的透明導(dǎo)電層，并且若此電極是與光電轉(zhuǎn)換層中含五族原子摻雜的N型半導(dǎo)體層接觸時(shí)則當(dāng)電極通過高溫且長時(shí)間地制作于光電轉(zhuǎn)換層中的N型半導(dǎo)體層上時(shí)，電極材料所含有的三族原子容易因載子的內(nèi)部擴(kuò)散效應(yīng)而進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換層中摻雜有五族原子的N型半導(dǎo)體層。這樣的擴(kuò)散效應(yīng)會(huì)減弱光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)五族原子建立的電場，進(jìn)而影響到太陽能電池的開路電位(Voc)、填滿因子(filledfactor)與光電轉(zhuǎn)換效率等。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上，本發(fā)明的目的在于提供一種薄膜太陽能電池及其制造方法，使其電極區(qū)具有漸變的摻質(zhì)濃度，藉以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，并維持太陽能電池一定的光電轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明揭露一種薄膜太陽能電池，包括一基板、一第一電極區(qū)、一光電轉(zhuǎn)換層以及一第二電極區(qū)。第一電極區(qū)配置于基板上，光電轉(zhuǎn)換層配置于第一電極區(qū)上，且第二電極區(qū)配置于光電轉(zhuǎn)換層上。其中，第一電極區(qū)與第二電極區(qū)其中的至少一個(gè)含有一 N型摻雜物， 且N型摻雜物的濃度是往光電轉(zhuǎn)換層的方向遞減。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第一電極區(qū)含有N型摻雜物，第一電極區(qū)包括有一第一電極層以及至少一緩沖電極層。其中第一電極層位于基板上，且緩沖電極層位于該第一電極層上。第一電極層所含N型摻雜物的濃度高于緩沖電極層所含N型摻雜物的濃度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第二電極區(qū)含有N型摻雜物，第二電極區(qū)包括有一第二電極層以及至少一緩沖電極層。其中緩沖電極層位于光電轉(zhuǎn)換層上，且第二電極層位于緩沖電極層上。第二電極層所含N型摻雜物的濃度高于緩沖電極層所含N型摻雜物的濃度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第一電極區(qū)與第二電極區(qū)均含有N型摻雜物，第一電極區(qū)包括一第一電極層與至少一第一緩沖電極層，第二電極區(qū)包括一第二電極層與至少一第二緩沖電極層，第一電極層配置于基板上，第一緩沖電極層配置于第一電極層上，第一電極層所含N型摻雜物的濃度高于第一緩沖電極層所含N型摻雜物的濃度，第二緩沖電極層配置于光電轉(zhuǎn)換層上，第二電極層配置于第二緩沖電極層上，第二電極層所該N型摻雜物的濃度高于第二緩沖電極層所含N型摻雜物的濃度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，其中光電轉(zhuǎn)換層包括有鄰近于第一電極區(qū)的一 P型半導(dǎo)體層；以及鄰近于第二電極區(qū)的一N型半導(dǎo)體層。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，其中N型摻雜物選自由硼、鋁、鎵及銦所組成的群組。本發(fā)明不揭露一種薄膜太陽能電池的制造方法，包括以下步驟在一基板上形成一第一電極區(qū)；在第一電極區(qū)上形成一光電轉(zhuǎn)換層；以及在光電轉(zhuǎn)換層上形成一第二電極區(qū)。其中，第一電極區(qū)與第二電極區(qū)其中的至少一個(gè)含有一 N型摻雜物，且N型摻雜物的濃度是往光電轉(zhuǎn)換層的方向遞減。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，形成第一電極區(qū)的步驟可包括于基板上依序形成(R+1) 層電極材料層，其中第R層電極材料層的N型摻雜物的濃度高于第(R+1)層電極材料層的 N型摻雜物的濃度，R為正整數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，形成第一電極區(qū)的步驟可包括于基板上形成一透明導(dǎo)電氧化物層；以及對該透明導(dǎo)電氧化物層摻雜N型摻雜物。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，形成第二電極區(qū)的步驟可包括于光電轉(zhuǎn)換層上依序形成 (S+1)層電極材料層，其中第S層電極材料層的N型摻雜物的濃度低于第(S+1)層電極材料層的N型摻雜物的濃度，S為正整數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，形成第二電極區(qū)的步驟可包括于光電轉(zhuǎn)換層上形成一透明導(dǎo)電氧化物層；以及對該透明導(dǎo)電氧化物層摻雜N型摻雜物。所以，本發(fā)明提出的薄膜太陽能電池及其制造方法，通過使第一電極區(qū)與第二電極區(qū)其中的至少一個(gè)，具有濃度往光電轉(zhuǎn)換層方向遞減的N型摻雜物，藉此增進(jìn)太陽能電池的效率表現(xiàn)。并且，本發(fā)明的薄膜太陽能電池及其制造方法能夠與現(xiàn)有的太陽能電池工藝相整合，可有助于簡化工藝并降低成本。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的限定。


圖1為根據(jù)本發(fā)明提出的薄膜太陽能電池的制造方法的步驟流程圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明提出的薄膜太陽能電池的剖視結(jié)構(gòu)圖；圖3A為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的薄膜太陽能電池的剖視結(jié)構(gòu)圖；圖;3B為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的薄膜太陽能電池的剖視結(jié)構(gòu)圖；圖4A為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的薄膜太陽能電池的剖視結(jié)構(gòu)圖；圖4B為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的薄膜太陽能電池的剖視結(jié)構(gòu)圖；圖5A為根據(jù)圖3A與圖的薄膜太陽能電池的剖視結(jié)構(gòu)圖；圖5B為根據(jù)圖4A與圖4B的薄膜太陽能電池的剖視結(jié)構(gòu)圖。其中，附圖標(biāo)記100,100，102104104_(1)104_(2)104_(R+1)106106a106b106c108108_(1)108_(2)108_(S+1)200，200，202204206208
具體實(shí)施例方式以下在實(shí)施方式中詳細(xì)敘述本發(fā)明的詳細(xì)特征以及優(yōu)點(diǎn)，其內(nèi)容足以使任何本領(lǐng)域技術(shù)人員了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，且根據(jù)本說明書所揭露的內(nèi)容、權(quán)利要求范圍及附圖，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員可輕易地理解本發(fā)明相關(guān)的目的及優(yōu)點(diǎn)。圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的薄膜太陽能電池的制造方法的步驟流程圖，此種制造方法適于在太陽能電池中形成具有漸變摻質(zhì)濃度的前電極或背電極，藉此維持太陽能電池較佳的光電轉(zhuǎn)換效率。有關(guān)本發(fā)明提出的薄膜太陽能電池的制造方法，主要包括以下步驟
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薄膜太陽能電池基板
第一電極區(qū)電極材料層電極材料層電極材料層光電轉(zhuǎn)換層 P型半導(dǎo)體層本質(zhì)層 N型半導(dǎo)體層第二電極區(qū)電極材料層電極材料層電極材料層薄膜太陽能電池基板
第一電極區(qū)光電轉(zhuǎn)換層第二電極區(qū)
步驟S102 在一基板上形成一第一電極區(qū)；步驟S104 在第一電極區(qū)上形成一光電轉(zhuǎn)換層；以及步驟S106 在光電轉(zhuǎn)換層上形成一第二電極區(qū)。其中，第一電極區(qū)與第二電極區(qū)其中的至少一個(gè)含有N型摻雜物，且N型摻雜物的濃度是往光電轉(zhuǎn)換層的方向遞減。請一并參考圖2所示，其為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的薄膜太陽能電池的剖視結(jié)構(gòu)圖。 從圖2可以看出，薄膜太陽能電池100包括一基板102以及配置于基板102上的第一電極區(qū)104、光電轉(zhuǎn)換層106以及第二電極區(qū)108。其中，第一電極區(qū)104是配置于基板102上， 光電轉(zhuǎn)換層106是配置于第一電極區(qū)104上，且第二電極區(qū)108是配置于光電轉(zhuǎn)換層106 上。在本實(shí)施例中，第一電極區(qū)104與第二電極區(qū)108其中的至少一個(gè)含有N型摻雜物，且 N型摻雜物的濃度是往光電轉(zhuǎn)換層106的方向遞減。在下述的實(shí)施例中，第一電極區(qū)104與第二電極區(qū)108其中的至少一是在含有兩價(jià)鋅的氧化鋅(SiO)中摻雜三族(或稱為三價(jià)) 的N型摻雜物，其例如為硼、鋁、鎵及銦。然而，下述實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明，在其它的實(shí)施例中，也可以經(jīng)由其它種類的施體(Donors)與受體(Acceptors)之間所衍伸的能階 (Energy Level)而形成成份相異于下述實(shí)施例的電極。在一實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝浑姌O區(qū)104含有N型摻雜物時(shí)，第一電極區(qū)104與光電轉(zhuǎn)換層106的接觸界面是為整個(gè)第一電極區(qū)104中含有N型摻質(zhì)濃度最低處；在一實(shí)施例中，當(dāng)?shù)诙姌O區(qū)108含有N型摻雜物時(shí)，第二電極區(qū)108與光電轉(zhuǎn)換層106的接觸界面是為整個(gè)第二電極區(qū)108中含有N型摻質(zhì)濃度最低處；在另一實(shí)施例中，第一電極區(qū)104與第二電極區(qū)108當(dāng)然可同時(shí)含有N型摻雜物，而此時(shí)第一電極區(qū)104與第二電極區(qū)108中的N型摻質(zhì)濃度均會(huì)往朝向光電轉(zhuǎn)換層106的方向遞減。換言之，本發(fā)明提出的薄膜太陽能電池的制造方法，是通過控制第一電極區(qū)104 與第二電極區(qū)108中N型摻質(zhì)濃度，來達(dá)到“接近光電轉(zhuǎn)換層106處摻雜濃度較低”而“遠(yuǎn)離光電轉(zhuǎn)換層106處摻雜濃度較高”的摻雜結(jié)構(gòu)。有關(guān)此一濃度梯度變化的制作方法，請配合參閱本發(fā)明提出的第一實(shí)施例，其是為分層式摻雜結(jié)構(gòu)(multi-layer structure)，以及第二實(shí)施例，其是為漸層式摻雜結(jié)構(gòu)(gradient structure)，茲詳細(xì)說明如后。請參見圖3A所示，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，一般而言，基板102可以是透明基板，其材質(zhì)例如但不限為玻璃或透明樹脂。以此實(shí)施例為例，基于光電轉(zhuǎn)換層106的光電轉(zhuǎn)換用途，基板102所稱的透明是指可供光電轉(zhuǎn)換層106轉(zhuǎn)換的光線通過，而非僅供可見光通過方屬透明。同時(shí)，此處的透明并非100%供該光線穿透，而是能使大部分的光線穿透，即應(yīng)屬本發(fā)明的范圍。之后，于基板102上形成可作為前電極(Front Contact)的第一電極區(qū)104的方法例如是于基板102上依序形成(R+1)層電極材料層，R為任意正整數(shù)。上述電極材料層的材料例如是摻雜有N型摻雜物的透明導(dǎo)電氧化物(Transparent Conductive Oxide, TC0), 其中透明導(dǎo)電氧化物的材料例如為含有兩價(jià)鋅的氧化鋅(ZnO)、氧化銦(In203)、氧化鋁鋅 (Al doped Ζη0，ΑΖ0)、銦鋅氧化物(indium zinc oxide，IZ0)，使其在摻雜三族(三價(jià))原子(例如硼)之后形成N型半導(dǎo)體的透明導(dǎo)電材質(zhì)。值得注意的是，在沉積(R+1)層電極材料層時(shí)，第R層電極材料層的N型摻雜物的濃度是高于第(R+1)層電極材料層的N型摻雜物的濃度；也就是說，在第一電極區(qū)104中，N型摻雜物的摻雜濃度會(huì)往接近光電轉(zhuǎn)換層106的方向遞減。具體而言，第一電極區(qū)104的形成方法是先于基板102的上表面上形成第1層電極材料層104_(1)，接著再于第1層電極材料層104_(1)上形成第2層電極材料層104_(2)， 之后依序形成第3、4、...至(R+1)層電極材料層104_(R+1)，其中最靠近基板102的第1層電極材料層104_(1)的N型摻雜物濃度是高于第2層電極材料層104_(幻的N型摻雜物濃度。由此可知，第(R+1)層電極材料層104_(R+1)為第一電極區(qū)104中N型摻雜物濃度最低處，而N型摻雜物的濃度會(huì)由第1層電極材料層104_(1)往第(R+1)層電極材料層104_ (R+1)遞減。如此一來，第2、3、4、...至(R+1)層電極材料層104_(R+1)可視作第一電極區(qū)104中第1層電極材料層104_(1)的緩沖電極層，以逐層降低N型摻雜物的摻雜濃度。通過堆棧多層具有不同N型摻雜物濃度的緩沖電極層，第一電極區(qū)104即可具有往光電轉(zhuǎn)換層106方向遞減的漸變N型摻雜濃度。在一實(shí)施例中，N型摻雜物的摻雜濃度例如是約介于OcnT3至IO2tlCnT3之間。當(dāng)緩沖電極層中的N型摻雜物濃度為OcnT3時(shí)，緩沖電極層的厚度例如為50納米(nanometer)；至于當(dāng)緩沖電極層中N型摻雜物濃度為102°cm_3 時(shí)，緩沖電極層的厚度例如可為200納米(nanometer)。在此說明的是，雖然圖3A所示的實(shí)施例是以大于2層的電極材料層為例來進(jìn)行說明，但本發(fā)明并不限于此。于此技術(shù)領(lǐng)域具有通常知識(shí)者可依照產(chǎn)品需求及工藝條件設(shè)計(jì)自行調(diào)整第一電極區(qū)104中緩沖電極層的總層數(shù)及各層的厚度與材料，只要使得(R+1)層電極材料層中各層之間的N型摻雜物濃度關(guān)系是往光電轉(zhuǎn)換層106方向遞減，均屬于本發(fā)明所保護(hù)的范圍。因此，在完成第一電極區(qū)104的制作后，再依序在第一電極區(qū)104上形成光電轉(zhuǎn)換層106以及第二電極區(qū)108，以完成薄膜太陽能電池100的制作。在本實(shí)施例中，光電轉(zhuǎn)換層106例如是由P型半導(dǎo)體層106a、本質(zhì)層106b與N型半導(dǎo)體層106c所構(gòu)成，其可以通過射頻等離子增長型化學(xué)氣相沉積法(Radio Frequency Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, RF PECVD)、超高頻等離子增長型化學(xué)氣相沉禾只法(Very High Frequency Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition, VHF PECVD) 或者是微波等離子增長型化學(xué)氣相沉積法(Microwave Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,MW PECVD)所實(shí)現(xiàn)。P型半導(dǎo)體層106a、本質(zhì)層10 與N型半導(dǎo)體層106c是依序形成于第一電極區(qū)104上。P型半導(dǎo)體層106a的材料例如為非晶硅或微晶硅，而P型半導(dǎo)體層106a中所摻雜的材料例如是選自元素周期表中IIIA族元素的群組，其可以是硼 (B)、鋁(Al)、鎵(Ga) JB (In)或鉈(Tl)。本質(zhì)層106b的材料例如為未經(jīng)摻雜的非晶硅或微晶娃，以作為光產(chǎn)生電子-空穴對的主要區(qū)域。N型半導(dǎo)體層106c的材料例如為非晶硅或微晶硅，而N型半導(dǎo)體層106c中所摻雜的材料例如是選自元素周期表中VA族元素的群組，其可以是磷(P)、砷(As)、銻(Sb)或鉍(Bi)。當(dāng)然，在另一實(shí)施例中，光電轉(zhuǎn)換層106也可以是由依序形成于第一電極區(qū)104上的N型半導(dǎo)體層、本質(zhì)層與P型半導(dǎo)體層構(gòu)成。另外，在其它實(shí)施例中，光電轉(zhuǎn)換層106也可以是多個(gè)由N型半導(dǎo)體層、本質(zhì)層與P型半導(dǎo)體層所組成的堆棧結(jié)構(gòu)堆棧而成。本發(fā)明并不限制光電轉(zhuǎn)換層106中所使用的光電轉(zhuǎn)換材料層的數(shù)目或結(jié)構(gòu)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員當(dāng)可視需要自行設(shè)計(jì)之。之后，第二電極區(qū)108再形成于光電轉(zhuǎn)換層106上，以作為薄膜太陽能電池100的背電極(Back Contact)，而完成薄膜太陽能電池100的制作。第二電極區(qū)108的材料包括透明導(dǎo)電氧化物，其可以為銦錫氧化物、氧化鋁鋅、銦鋅氧化物或其它透明導(dǎo)電材料。因此，在薄膜太陽能電池100中，由于第一電極區(qū)104是為含有N型摻雜物以呈N 型半導(dǎo)體的透明導(dǎo)電材質(zhì)，為了避免此一 N型半導(dǎo)體與P型半導(dǎo)體層106a在其P-N接面 (junction)上形成接面能障，減弱光生電子空穴的流動(dòng)，本發(fā)明的第一實(shí)施例是在第一電極區(qū)104中形成至少一 N型摻雜物濃度小于第1層電極材料層104_(1)中的N型摻雜物濃度的緩沖電極，藉此降低第一電極區(qū)104與光電轉(zhuǎn)換層106界面上的N型摻雜物濃度，以避免第一電極區(qū)104與光電轉(zhuǎn)換層106界面上載子再結(jié)合的問題，而維持光電轉(zhuǎn)換層106 — 定的光電轉(zhuǎn)換效率。除此之外，本發(fā)明提出的薄膜太陽能電池更可通過前電極區(qū)中N型摻雜物具有往光電轉(zhuǎn)換層遞減的漸變濃度，而同時(shí)具備了與光電轉(zhuǎn)換層低接面能障(contact barrier) 以及電極底部低電阻的雙重特性，藉此進(jìn)一步地增進(jìn)太陽能電池的效率表現(xiàn)。其次，上述的分層式摻雜結(jié)構(gòu)也可應(yīng)用在薄膜太陽能電池100的背電極區(qū)，以在第二電極區(qū)108形成N型摻雜物的濃度梯度分布。請參見圖:3B所示，薄膜太陽能電池100 所包含的基板102、第一電極區(qū)104與光電轉(zhuǎn)換層106是同前述，故在此不在贅述，唯值得說明的是，如圖3B所示，形成第二電極區(qū)108的步驟例如是于光電轉(zhuǎn)換層106上依序形成 (S+1)層電極材料層，S為任意正整數(shù)。該些電極材料層的材料例如是摻雜有N型摻雜物的透明導(dǎo)電氧化物 (Transparent Conductive Oxide，TC0)，其中透明導(dǎo)電氧化物的材料例如為氧化鋅(ZnO)、 氧化銦 Gn203)、氧化鋁鋅(Al doped ZnO, ΑΖ0)、銦鋅氧化物(indium zinc oxide, IZ0)， 使其在摻雜高價(jià)數(shù)原子(例如三價(jià)硼摻雜于含兩價(jià)鋅的氧化鋅中)之后形成N型半導(dǎo)體的透明導(dǎo)電材質(zhì)。值得注意的是，在沉積(S+1)層電極材料層時(shí)，第S層電極材料層的N型摻雜物的濃度是低于第(S+1)層電極材料層的N型摻雜物的濃度；也就是說，在第二電極區(qū) 108中，N型摻雜物的摻雜濃度會(huì)往接近光電轉(zhuǎn)換層106的方向遞減，使得最靠近光電轉(zhuǎn)換層106的第1層電極材料層108_(1)的N型摻雜物濃度為第二電極區(qū)108中N型摻雜物濃度最低處。如此一來，第1、2、3、...至S層電極材料層108_汾可視作第二電極區(qū)108中第(S+1)層電極材料層108_(S+1)的緩沖電極層，以逐層降低N型摻雜物的摻雜濃度。舉例而言，本實(shí)施例可以在一系列溫度由高到低的工藝腔體中，以依序地在基板102上成長出(S+1)層電極材料層，其中基板102是由高溫的工藝腔體逐漸地被運(yùn)送至低溫的工藝腔體。如此一來，前期成長的電極材料層的摻雜量會(huì)較高，后期成長的電極材料層的摻雜量會(huì)降低。通過這種控制不同工藝腔體溫度的方式，便可以使透明導(dǎo)電氧化物層中N型摻雜物的濃度朝向光電轉(zhuǎn)換層逐漸地變淡。在一實(shí)施例中，N型摻雜物的摻雜濃度例如是約介于OcnT3至102°cm_3之間。當(dāng)緩沖電極層中的N型摻雜物濃度為OcnT3時(shí)，緩沖電極層的厚度例如為50納米(nanometer)； 至于當(dāng)緩沖電極層中P型摻雜物濃度為IO2tlCnT3時(shí)，緩沖電極層的厚度例如可為200納米 (nanometer)0因此，在薄膜太陽能電池100中，由于第二電極區(qū)108是為含有N型摻雜物的透明導(dǎo)電材質(zhì)，為了避免界面的載子擴(kuò)散(diffusion)而降低薄膜太陽能電池100開路電位 (Voc)、填滿因子(filled factor)與光電轉(zhuǎn)換效率，因此本發(fā)明還可在第二電極區(qū)108中形成至少一 N型摻雜物濃度小于第(S+1)層電極材料層108_(S+1)中的N型摻雜物濃度的緩沖電極，藉此降低第二電極區(qū)108與N型半導(dǎo)體層106c界面上的N型摻質(zhì)濃度。由于本實(shí)施例的第二電極區(qū)108的N型摻雜物(例如為三價(jià)硼)的價(jià)數(shù)相異于N型半導(dǎo)體層106c 的N型摻雜物(例如為五價(jià)磷)的價(jià)數(shù)，所以這種逐漸降低第二電極區(qū)108的N型摻雜物的濃度的作法能夠避免因界面的載子擴(kuò)散(diffusion)，而造成光電轉(zhuǎn)換層106的光電轉(zhuǎn)換效率降低的問題。同樣地，雖然圖:3B所示的實(shí)施方式是以大于2層的電極材料層為例來進(jìn)行說明， 但本發(fā)明并不限于此。于此技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員可依照產(chǎn)品需求及工藝條件設(shè)計(jì)自行調(diào)整第二電極區(qū)108中緩沖電極層的總層數(shù)及各層的厚度與材料，只要使得(S+1)層電極材料層中各層之間的N型摻雜物濃度關(guān)系是往光電轉(zhuǎn)換層106方向遞減，均屬于本發(fā)明所保護(hù)的范圍。承前所述，此種濃度梯度變化的制作方法并不以本發(fā)明第一實(shí)施例提出的分層式摻雜結(jié)構(gòu)為限。換言之，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，分別如圖4A與圖4B所示，具有漸變摻質(zhì)濃度的前電極或背電極可以是僅為單層的漸層式摻雜結(jié)構(gòu)。薄膜太陽能電池200包括一基板202以及配置于基板202上的第一電極區(qū)204、光電轉(zhuǎn)換層206以及第二電極區(qū)208。其中各層的材料構(gòu)件與組成第一實(shí)施例的薄膜太陽能電池100大致相同，然而二者的差異主要是在于第一電極區(qū)204與第二電極區(qū)208的形成
方法與結(jié)構(gòu)。如圖4A所示，形成第一電極區(qū)204的方法例如是先通過化學(xué)氣相沉積法(CVD)、物理氣相沉積法(PVD)或是噴涂法在基板202表面上形成一層透明導(dǎo)電氧化物層(TCO)。之后，再對該透明導(dǎo)電氧化物層摻雜N型摻雜物。其中，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，可通過控制植入N型摻雜物時(shí)的植入能量、濃度或擴(kuò)散等參數(shù)來調(diào)整透明導(dǎo)電氧化物層中N型摻雜物的濃度分布，使得分布在透明導(dǎo)電氧化物層中的N型摻雜物實(shí)質(zhì)上能夠隨著厚度改變， 而往光電轉(zhuǎn)換層206的方向遞減。同樣地，如圖4B所示，形成第二電極區(qū)208的方法例如是通過化學(xué)氣相沉積法 (CVD)、物理氣相沉積法(PVD)或是噴涂法在光電轉(zhuǎn)換層206上形成一層透明導(dǎo)電氧化物層 (TCO)。之后，再對該透明導(dǎo)電氧化物層摻雜N型摻雜物。其中，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例， 可通過控制植入N型摻雜物時(shí)的植入能量、濃度或擴(kuò)散等參數(shù)來調(diào)整透明導(dǎo)電氧化物層中 N型摻雜物的濃度分布，使得分布在透明導(dǎo)電氧化物層中的N型摻雜物實(shí)質(zhì)上能夠隨著厚度改變，而往光電轉(zhuǎn)換層206的方向遞減。其次，本發(fā)明提出的薄膜太陽能電池及其制造方法當(dāng)然也可同時(shí)將第一電極區(qū)與第二電極區(qū)制作為具有上述漸變摻質(zhì)濃度的摻雜結(jié)構(gòu)。請參閱圖5A與圖5B所示，其分別為根據(jù)本發(fā)明圖3A與圖;3B、以及圖4A與圖4B同時(shí)在第一電極區(qū)與第二電極區(qū)形成漸變摻質(zhì)濃度的剖視結(jié)構(gòu)圖。因此，如圖5A所示，薄膜太陽能電池100’含有N型摻質(zhì)濃度往光電轉(zhuǎn)換層106的方向遞減的第一電極區(qū)104與第二電極區(qū)108，薄膜太陽能電池200’含有N 型摻質(zhì)濃度往光電轉(zhuǎn)換層206的方向遞減的第一電極區(qū)204與第二電極區(qū)208。并且，第二電極區(qū)108與208和與的接觸的光電轉(zhuǎn)換層106與206的半導(dǎo)體層形態(tài)相同(其例如均為 N型半導(dǎo)體)，并且光電轉(zhuǎn)換層106與206的此半導(dǎo)體層的的摻雜物的價(jià)數(shù)不同于第二電極區(qū)108與208的摻雜物的價(jià)數(shù)。藉此，相較于現(xiàn)有技術(shù)而言，太陽能電池100’與200’具有較佳的光電轉(zhuǎn)換效率。
所以，綜上所述，本發(fā)明提出的薄膜太陽能電池及其制造方法，是通過具有漸變摻質(zhì)濃度的第一電極區(qū)或第二電極區(qū)，使得二者在與光電轉(zhuǎn)換層接觸界面上的摻質(zhì)濃度降低，進(jìn)而提升太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。此種制造方法包括圖3A、圖;3B與圖5A所示的分層式摻雜結(jié)構(gòu)，以及圖4A、圖4B與圖5B所示的單層漸層式摻雜結(jié)構(gòu)，均可用以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的發(fā)明目的。除此之外，當(dāng)與P型半導(dǎo)體層接觸的電極區(qū)的靠近光電層的表面的N型摻質(zhì)濃度低時(shí)，可以使得材料具有較低的接面能障(contact barrier)；當(dāng)與N型半導(dǎo)體層接觸的電極區(qū)的靠近光電層的表面的N型摻質(zhì)濃度低時(shí)，可以降低載子擴(kuò)散的狀況；另外當(dāng)與P型或 N型半導(dǎo)體層接觸的電極區(qū)底部所摻雜的N型摻質(zhì)濃度高時(shí)，則可以使得電極區(qū)具有較低的電阻值。因此，本發(fā)明的部分實(shí)施例提出的薄膜太陽能電池另通過其與P型半導(dǎo)體層接觸的電極區(qū)與光電轉(zhuǎn)換層界面的摻雜濃度設(shè)計(jì)達(dá)到低接觸能障與低電阻的雙重特性，進(jìn)一步地增進(jìn)太陽能電池的效率表現(xiàn)。另外，在本發(fā)明的部分實(shí)施例提出，與N型半導(dǎo)體層接觸的電極區(qū)與光電轉(zhuǎn)換層界面的摻雜濃度設(shè)計(jì)達(dá)到低載子擴(kuò)散與低電阻的雙重特性，進(jìn)一步地增進(jìn)太陽能電池的效率表現(xiàn)。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)明作出各種相應(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
1.一種薄膜太陽能電池，其特征在于，包括一基板；一第一電極區(qū)，配置于該基板上；一光電轉(zhuǎn)換層，配置于該第一電極區(qū)上；以及一第二電極區(qū)，配置于該光電轉(zhuǎn)換層上；其中，該第一電極區(qū)與該第二電極區(qū)其中的至少一個(gè)含有一 N型摻雜物，且該N型摻雜物的濃度是往該光電轉(zhuǎn)換層的方向遞減。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，該第一電極區(qū)含有該N型摻雜物，該第一電極區(qū)包括一第一電極層，配置于該基板上；以及至少一緩沖電極層，配置于該第一電極層上，該第一電極層所含該N型摻雜物的濃度高于該至少一緩沖電極層所含該N型摻雜物的濃度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，該第二電極區(qū)含有該N型摻雜物，該第二電極區(qū)包括至少一緩沖電極層，配置于光電轉(zhuǎn)換層上；以及一第二電極層，配置于該至少一緩沖電極層上，該第二電極層所含該N型摻雜物的濃度高于該至少一緩沖電極層所含該N型摻雜物的濃度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，該第一電極區(qū)與該第二電極區(qū)均含有該N型摻雜物，該第一電極區(qū)包括一第一電極層與至少一第一緩沖電極層，該第二電極區(qū)包括一第二電極層與至少一第二緩沖電極層，該第一電極層配置于該基板上，該第一緩沖電極層配置于該第一電極層上，該第一電極層所含該N型摻雜物的濃度高于該第一緩沖電極層所含該N型摻雜物的濃度，該第二緩沖電極層配置于該光電轉(zhuǎn)換層上，該第二電極層配置于該第二緩沖電極層上，該第二電極層所含該N型摻雜物的濃度高于該第二緩沖電極層所含該N型摻雜物的濃度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，該光電轉(zhuǎn)換層包括一 P型半導(dǎo)體層，鄰近于該第一電極區(qū)；以及一 N型半導(dǎo)體層，鄰近于該第二電極區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，該N型摻雜物選自由硼、鋁、鎵及銦所組成的群組。
7.一種薄膜太陽能電池的制造方法，其特征在于，包括在一基板上形成一第一電極區(qū)；在該第一電極區(qū)上形成一光電轉(zhuǎn)換層；以及在該光電轉(zhuǎn)換層上形成一第二電極區(qū)；其中，該第一電極區(qū)與該第二電極區(qū)其中的至少一個(gè)含有一 N型摻雜物，且該N型摻雜物的濃度是往該光電轉(zhuǎn)換層的方向遞減。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的薄膜太陽能電池的制造方法，其特征在于，形成該第一電極區(qū)的步驟包括于該基板上依序形成R+1層電極材料層，其中第R層電極材料層的該N型摻雜物的濃度高于第R+1層電極材料層的該N型摻雜物的濃度，R為正整數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的薄膜太陽能電池的制造方法，其特征在于，形成該第一電極區(qū)的步驟包括于該基板上形成一透明導(dǎo)電氧化物層；以及對該透明導(dǎo)電氧化物層摻雜該N型摻雜物。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的薄膜太陽能電池的制造方法，其特征在于，形成該第二電極區(qū)的步驟包括于該光電轉(zhuǎn)換層上依序形成S+1層電極材料層，其中第S層電極材料層的該N型摻雜物的濃度低于第S+1層電極材料層的該N型摻雜物的濃度，S為正整數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的薄膜太陽能電池的制造方法，其特征在于，形成該第二電極區(qū)的步驟包括于該光電轉(zhuǎn)換層上形成一透明導(dǎo)電氧化物層；以及對該透明導(dǎo)電氧化物層摻雜該N型摻雜物。
全文摘要
一種薄膜太陽能電池及其制造方法，使其電極區(qū)具有漸變的摻質(zhì)濃度。此種太陽能電池包含有一基板、一第一電極區(qū)、一光電轉(zhuǎn)換層與一第二電極區(qū)。其中，第一電極區(qū)配置于基板上，光電轉(zhuǎn)換層配置于第一電極區(qū)上，且第二電極區(qū)配置于光電轉(zhuǎn)換層上。第一電極區(qū)與第二電極區(qū)其中的至少一個(gè)含有N型摻雜物，且N型摻雜物的濃度是往光電轉(zhuǎn)換層的方向遞減。利用此種薄膜太陽能電池及其制造方法，可增進(jìn)太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，并可與現(xiàn)有的太陽能電池工藝相整合，有助于簡化工藝并降低成本。
文檔編號(hào)H01L31/0224GK102544125SQ20111022551
公開日2012年7月4日 申請日期2011年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者張志雄, 李岳勛, 林志雄, 林昆志, 簡毓蒼 申請人:宇通光能股份有限公司