專利名稱：光電元件以及由其組成的組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非單晶硅的光電元件以及由這種元件組成的組件，該元件得到改善的耐久性和滿意的光電轉(zhuǎn)換率。更特別地，本發(fā)明涉及由非單結(jié)晶硅半導(dǎo)體材料組成的光電元件，具有特殊截面、超強(qiáng)耐久性和顯示出滿意的光電轉(zhuǎn)換率的背反射器，以及由上說的光電元件組成的模組件(該模型在以下將被稱為光電元件模型)。本發(fā)明中的光電元件包括一個太陽能電池。本發(fā)明中的光電元件組件包括一個太陽能電池組件。
對具有由非單晶硅半導(dǎo)體材料組成的半導(dǎo)體層和具有至少一個針形結(jié)(這種光電元件在以下將被稱為非單晶硅光電元件)的光電元件(如太陽能電池)，這里提出一種通過用具有對可見光(即光的波長在可見區(qū)域)有較高反射率的金屬制做背反射層的方式，以改善光電轉(zhuǎn)換率，這種金屬如Ag(銀)，Cu(銅)或Al(鋁)。但眾所周知，象銀或銅這些對可見光有高反射率的金屬，它們在潮濕處和電場中，容易引起所謂的遷移現(xiàn)象。
為了避免發(fā)生這樣的遷移現(xiàn)象，已經(jīng)做了各種各樣的研究。例如，Katoh等報告了銀系列金屬的遷移機(jī)制的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(參看R.Katoh和T.Shimizu，日本電子材料技術(shù)協(xié)會會刊，Ag-Pd的抗遷移特性容許粉末”)。另外，在銅技術(shù)研究協(xié)會會刊，30卷第124-130頁，Tohe等“以銅為主的合金的電化學(xué)遷移的特性”文獻(xiàn)中有如下描述為了改善電子設(shè)備的可靠性，關(guān)于銅合金的遷移電阻作為檢查合金的構(gòu)成元素的種類和附加元素的總量，硅的加入在抗遷移特性方面提供了明顯的改善。在將鎳加入銅-硅合金時，老化性方面提供了更優(yōu)良的效果。
順便說，當(dāng)銀中加入銅，銦，鈀，或者銅中加入鎳或硅時，在一定范圍內(nèi)，防止遷移的發(fā)生是可能的。然而在任何情況下，不同元素的加入，容易引起降低主體金屬對可見光的反射率的問題。在這種連接中，光電元件的背反射層是由一個以鋁為主的金屬材料生成的薄膜層組成，這被認(rèn)為是有益的。
另外對于一個非單晶硅光電元件，眾所周知的技術(shù)是，透明導(dǎo)電層被設(shè)置在一個背反射層和一個半導(dǎo)體層之間，這種透明導(dǎo)電層被設(shè)計為具有不規(guī)則結(jié)構(gòu)的表面，或者紋理結(jié)構(gòu)，因而獲得一個改善的光吸收率。這種技術(shù)被解釋在，例如HamakawaAppl.Phys.Lett.,43,P.644(1983)；T.Tiedje等，Proc.16thIEEE Photovoltaic Specialist Conf.,P.1423(1982)；H.Deckman等Proc.16thIEEE Photovoltaic SpecialistConf.,P.1425(1982)；及日本待審查專利公開號84888/1986中。
對于透明導(dǎo)電層，眾所周知的是，在其生成中使用氧化鋅是有益的。
根據(jù)以上的描述，在非單晶硅光電元件由至少一個包括非單晶硅半導(dǎo)體材料和背反射層的半導(dǎo)體層組成時，背反射層由鋁構(gòu)成，透明導(dǎo)電層由氧化鋅構(gòu)成，并且在背反射層和半導(dǎo)體層之間被插入一個具有紋理結(jié)構(gòu)的表面，可以認(rèn)為是有益處的。
然而，即使如上文所述，在非單晶硅光電元件擁有這樣的背反射層和透明導(dǎo)電層時，非單晶硅光電元件仍然有難于滿足對高光導(dǎo)特性，高耐久性，以及低生產(chǎn)成本的要求的缺點(diǎn)。
除此而外，還有以下描述的缺點(diǎn)。在給定的金屬生成的金屬薄膜上生成氧化鋅薄膜時，氧化鋅薄膜的生成速度很大程度受到金屬薄膜的組成成分，表面形狀，以及表面清潔程度的影響。因此，使得生成的氧化鋅薄膜總是具有要求的，能有高光接收率的紋理結(jié)構(gòu)形狀是有困難的。所以，在由含有以鋁為背反射層的金屬材料(在以下，這種金屬材料將被稱為“鋁基金屬材料”)構(gòu)成的金屬薄膜上，總是生成具有要求的，能有高光接收率的紋理結(jié)構(gòu)形狀的氧化鋅薄膜，是有困難的。
為了在由鋁基金屬材料作為背反射層的金屬薄膜上，生成作為透明導(dǎo)電層的氧化鋅薄膜，使得它具有紋理結(jié)構(gòu)形狀，已知的一種生成所說的氧化鋅薄膜的方式所生產(chǎn)的薄膜具有相當(dāng)大的厚度，大約為3毫米，另一種生成所說的氧化鋅薄膜的方式是通過使用由Ar氣和H2O氣的氣體混合物進(jìn)行濺射的方法。但這兩種方式的每一種都有問題。即在前一種方式中，得到的光電元件的產(chǎn)品價格變得相當(dāng)高。在后一種方式中，容易引起使得關(guān)于氧化鋅薄膜的生成的沉積速度低的問題，包含氧化鋅薄膜和鋁薄膜的層結(jié)構(gòu)很難達(dá)到所要求的高反射率，并且對于光電元件來說，也難于獲得要求的高光電特性，特別是得到要求的高填充系數(shù)(F.F.)。
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有工藝中以上所述的問題，提供一種高質(zhì)量和高性能的光電元件。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有改進(jìn)了的背反射層的光電元件，這里的背反射層由一種金屬材料構(gòu)成，而該金屬材料對波長在可見光區(qū)域中的特殊光有高的反射率，即使在高濕度的條件下施加反偏壓，這種光電元件也能夠穩(wěn)定并持續(xù)地顯示所需的光電特性，而不會退化。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種重量輕且有彈性的光電元件，它能夠用作一種即使在戶外長期使用也能夠穩(wěn)定并持續(xù)地產(chǎn)生電能的太陽能電池。


圖1是用于說明根據(jù)本發(fā)明的光電元件(一個太陽能電池)的一個例子的結(jié)構(gòu)示意圖的截面。
圖2是用于說明根據(jù)本發(fā)明的光電元件(一個太陽能電池)的另一個例子的結(jié)構(gòu)截面示意圖。
圖3是用于說明根據(jù)本發(fā)明的光電元件(一個太陽能電池)的再一個例子的結(jié)構(gòu)截面示意圖。
圖4是用于說明根據(jù)本發(fā)明的光電元件(一個太陽能電池)的再一個例子的結(jié)構(gòu)截面示意圖。
圖5是用于說明根據(jù)本發(fā)明的光電元件(一個太陽能電池)的光入射側(cè)面例子結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖6是用于說明傳統(tǒng)的光電元件(一個傳統(tǒng)的太陽能電池)的例子的結(jié)構(gòu)截面示意圖。
圖7是用于說明根據(jù)本發(fā)明的光電元件(一個太陽能電池)上的集電極例子的結(jié)構(gòu)截面示意圖。
圖8(a)是用于說明根據(jù)本發(fā)明的光電元件組件(一個太陽能電池組件)例子的結(jié)構(gòu)截面示意圖。
圖8(b)是在圖8(a)中顯示的光電元件組件(太陽能電池組件)的光入射側(cè)面例子的結(jié)構(gòu)截面示意圖。
圖9是顯示根據(jù)本發(fā)明的光電元件(一個太陽能電池)中的半導(dǎo)體層例子的結(jié)構(gòu)截面示意圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的多個光電元件(一個太陽能電池)的圖表，其中的每一個都有多個透明導(dǎo)電層中的一個，每一個透明導(dǎo)電層都有光入射側(cè)面，此入射側(cè)面的截面具有多個被排成彼此互相連接的圓弧，所說的圓弧具有給定的曲率半徑和給定的從圓弧的曲率中心看的仰角，所說的圖表顯示了每一個具有所說的給定曲率半徑和給定的從圓弧的曲率中心看的仰角的透明導(dǎo)電層之間，與光電元件的光電轉(zhuǎn)換效率之間的關(guān)系。
圖11是關(guān)于具有不同導(dǎo)電率的透明導(dǎo)電層和每一個具有透明導(dǎo)電層之一的光電元件(太陽能電池)的圖表，顯示了透明導(dǎo)電層的導(dǎo)電率與光電元件(太陽能電池)的光電轉(zhuǎn)換效率之間的關(guān)系。
圖12是表示在根據(jù)本發(fā)明的光電元件(一個太陽能電池)的生產(chǎn)過程中，用于生成背反射層和透明導(dǎo)電層的成膜設(shè)備的例子的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖13是表示在根據(jù)本發(fā)明的光電元件(一個太陽能電池)的生產(chǎn)過程中，用于生成半導(dǎo)體層的成膜設(shè)備的例子的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖14(a)和14(b)是表示在根據(jù)本發(fā)明的光電元件(一個太陽能電池)的生產(chǎn)過程中，用于生成背反射層和透明導(dǎo)電層的滾動多腔成膜設(shè)備的例子的結(jié)構(gòu)示意圖。圖14(a)是從上面觀察成膜設(shè)備的示意圖，圖14(b)是從側(cè)面觀察成膜設(shè)備的截面示意圖。
圖15(a),15(b)和15(c)是表示在根據(jù)本發(fā)明的光電元件(一個太陽能電池)的生產(chǎn)過程中，用于生成半導(dǎo)體層的滾動多腔成膜設(shè)備的例子的結(jié)構(gòu)示意圖。其中圖15(a)是從上面觀察成膜設(shè)備的示意圖，圖15(b)是從側(cè)面觀察成膜設(shè)備的截面示意圖。圖15(c)是提供在成膜設(shè)備內(nèi)的真空室示意圖。
圖16是關(guān)于每一個都具有不同截面的一個光入射側(cè)面的多個透明導(dǎo)電層的，其中側(cè)面具有多個被排成彼此互相連接的圓弧，而每一個圓弧具有的曲率半徑范圍在500到3微米之間，從圓弧曲率中心看的仰角范圍在50°到150°之間，所說的截面具有多個分別基于圓弧的二等分上的區(qū)域，這些圓弧穿過曲率中心，并基本垂直于底層表面，而在這樣的底層上，透明導(dǎo)電層以給定比率(這個比率在后面將被稱做[二等分區(qū)域比率])生成，多個光電元件(一個太陽能電池)，每一個這樣的元件都具有透明導(dǎo)電層，這里所說的圖表表示了透明導(dǎo)電層的二等分區(qū)域比率，以及光電元件的光電轉(zhuǎn)換率。
本發(fā)明達(dá)到了以上所說的目標(biāo)。
根據(jù)本發(fā)明提供的光電元件(一個太陽能電池)的實(shí)施例包括，一個由鋁基金屬材料組成的背反射層，一個透明導(dǎo)電層，一個由非單晶硅并含有氫原子和至少一個半導(dǎo)體結(jié)(針形結(jié))的半導(dǎo)體材料(例如，非晶態(tài)硅(a-Si)半導(dǎo)體材料)組成的半導(dǎo)體層，一個由在底層上按材料敘述的先后次序的順序疊層起來的金屬氧化材料組成的上層透明電極層，以及一個在上層透明電極層上的集電極，這里所說的透明導(dǎo)電層包括氧化鋅材料，并且具有光入射側(cè)面區(qū)，此區(qū)有多個被排成彼此互相連接的圓弧的不同截面，每一個圓弧具有的曲率半徑范圍在300到6微米之間，從圓弧曲率中心看的仰角范圍是30°到155°，所述的截面包含由在截面的整個區(qū)域的80％或以上部分上的多個圓弧組成的區(qū)域。
上述的透明導(dǎo)電層具有以下將要描述的層結(jié)構(gòu)。典型地，這樣的透明導(dǎo)電層有第一透明導(dǎo)電層和第二透明導(dǎo)電層兩層按順序疊放在襯底上的結(jié)構(gòu)，其中所說的第一透明導(dǎo)電層包括縱向平行于氧化鋅的c軸的菱形氧化鋅晶體的聚合物，以及在整個區(qū)域的70％比例或以上處，菱形氧化鋅晶體在其中按垂直于底層的表面的方向徑向聚集的一系列區(qū)域。
整個透明導(dǎo)電層的厚度在5000到3微米之間。第一透明導(dǎo)電層有相應(yīng)于整個透明導(dǎo)電層的厚度的1～30％的厚度。
透明導(dǎo)電層(包括由第一透明導(dǎo)電層和第二透明導(dǎo)電層組成的情況)的導(dǎo)電率在10-9(1/Ωcm)到10-2(1/Ωcm)之間。
第一透明導(dǎo)電層和第二透明導(dǎo)電層最好用濺射法生成，其中每一層都要在不同的成膜溫度(即不同底層溫度)下生成。尤其是，第一透明導(dǎo)電層在底層溫度在50℃到200℃下生成，第二透明導(dǎo)電層在底層溫度在150℃到400℃下生成，其中，第二透明導(dǎo)電層生成的溫度必須比第一透明導(dǎo)電層生成的溫度高30℃。
通過濺射法進(jìn)行第一透明導(dǎo)電層的生成要求在在氧含量高于50％的環(huán)境中實(shí)施。
在根據(jù)本發(fā)明的光電元件中，由氧化鋁組成的中間層可以被置入背投射層和透明導(dǎo)電層之間。這樣的中間層可以通過反應(yīng)濺射生成，或者通過讓作為背投射層的金屬層的表面起氧化作用的背氧化層生成。
本發(fā)明包括一個光電元件組件(太陽能組件)，它是通過用灌封樹脂封裝上述的光電元件生成。
作為這樣的組件的一個特殊例子，值得一提的是通過樹脂灌封一個集成體得到的光電元件組件(太陽能組件)，其中的集成體由許多具有前述的結(jié)構(gòu)，并且由表面密封件和背面密封件彼此電學(xué)上連通的光電元件(太陽能電池)組成。
以下將根據(jù)附圖仔細(xì)描述本發(fā)明。
圖1是用于說明根據(jù)本發(fā)明的光電元件(一個太陽能電池)的一個例子的結(jié)構(gòu)示意圖的截面。
在圖1中，標(biāo)號101標(biāo)明的是一個由如不銹鋼，玻璃等材料組成的底層，它用于支撐在其上生成的元件。標(biāo)號102標(biāo)明的是一個背投射層。在本實(shí)施例中的背投射層102由含有鋁作為基體的材料構(gòu)造(這種材料在以下將被稱為鋁基金屬材料)。背投射層102用于返回未被半導(dǎo)體層105吸收到半導(dǎo)體層中去的光。
標(biāo)號103標(biāo)明的是一個透明導(dǎo)電層。本實(shí)施例中的透明導(dǎo)電層103由氧化鋅組成。透明導(dǎo)電層103的作用是散射光線，以及防止短路故障的出現(xiàn)。標(biāo)號104標(biāo)明的是透明導(dǎo)電層103的光線入射側(cè)面。
以上說明的半導(dǎo)體層105至少有一個象針形結(jié)或pn結(jié)的半導(dǎo)體結(jié)。
標(biāo)號106標(biāo)明的是一個頂層透明電極(或一個頂層透明電極層)，而標(biāo)號107標(biāo)明的是一個集電極。
正如以上所述，中間層(未被圖示)可以被置入背投射層102和透明導(dǎo)電層103之間。這樣的中間層可以通過反映濺射生成，或者是通過讓作為背投射層的金屬層的表面起氧化作用而生成的背氧化層生成。
以下是光電元件的每一個組成部分，底層底層101可以是導(dǎo)體，也可以是絕緣體，假如它有一個導(dǎo)電表面，元件就在該表面上生成。
這樣的導(dǎo)電底層可以由一個導(dǎo)電單體或一個擁有一個或一個以上的導(dǎo)電薄膜的導(dǎo)電底組成。
導(dǎo)電底層的組成成分可包括象鎳，鉻，鐵，鋁，鉬，鈮，鉭，釩，鈦和銠金屬；以及這些金屬的合金如不銹鋼等。在這些金屬和合金中，鋁和不銹鋼由于其易加工，強(qiáng)度高，化學(xué)穩(wěn)定性好和價格因素，所以特別地受歡迎。
絕緣底層的組成成分可包括象聚合酯，聚乙烯，聚碳酸酯，醋酸纖維素，聚丙烯，聚氯乙烯，聚偏二氯乙烯，聚苯乙烯和聚胺合成樹脂。此外，還有值得一提的是玻璃，陶瓷，紙等。
在底層由上述的絕緣體構(gòu)成的情況下，用于生成元件的表面，通過在其上提供一個必須是導(dǎo)電的導(dǎo)電薄膜形成。
在任何情況下，底層表面上的導(dǎo)電層的生成可以通過真空蒸鍍，濺射，絲網(wǎng)印刷，浸漬涂層或等離子CVD進(jìn)行。
底層101的外形可以是任意形狀，例如可以根據(jù)應(yīng)用的需要確定為圓盤形，薄膜形，帶形或者柱形。
底層101要求有粗糙的表面，例如，Ra在3.0微米或以下。這樣的粗糙表面可以通過諸如讓底層的表面經(jīng)受HNO3,HF,HCl或H2SO4酸溶液腐蝕形成。
關(guān)于底層101的厚度，它的確定原則是使得一個所要的光電元件(太陽能電池)能夠生成。
在要求光電元件具有柔性的場合，底層可以在足以提供支撐作用的范圍內(nèi)，做得盡可能地薄。但從底層的制造和加工或機(jī)械強(qiáng)度角度考慮，它的厚度一般應(yīng)在10毫米以上。還有，底層101的表面要求能通過用表面活性劑或有機(jī)物清洗的方法進(jìn)行清洗，以防止在底層上的背投射層和透明導(dǎo)電層脫落。
背投射層背投射層102一般由上述的鋁基金屬材料(包括鋁)構(gòu)造而成。
背投射層可以是單層結(jié)構(gòu)或者多層結(jié)構(gòu)。無論如何，它的厚度要求在100到5000范圍內(nèi)。
背投射層102可以通過真空鍍膜或?yàn)R射法生成。
背投射層的表面可以是一個平面，也可以是不規(guī)則且有紋理結(jié)構(gòu)的面(這種不規(guī)則表面在下文中將被稱為“紋理結(jié)構(gòu)表面”)。在背投射層的表面是平面時，要求背投射層在保證背投射層有足夠的反射率的范圍內(nèi)，做得盡量的薄。
在無論什么情況下，當(dāng)內(nèi)壓大到容易發(fā)生層脫落時，背投射層的厚度將要適當(dāng)?shù)赜枰钥刂啤?br> 為了使生成的背投射層有紋理結(jié)構(gòu)，例如，可以采用如下的方式作為背投射層的薄膜的生成在成膜溫度下進(jìn)行(即底層溫度)，范圍在150到500℃，其中生成的薄膜厚度被控制，以便使得薄膜有一個要求的不規(guī)則表面。
順便說，當(dāng)由氧化鋅組成的透明導(dǎo)電層在以上所說的，由鋁基金屬材料組成的背反射層的紋理結(jié)構(gòu)表面上生成時，與后層的紋理表面相連的前層表面變成與后層的紋理表面相對應(yīng)的一個紋理面，這就獲得了一個被稱為背反射器的疊層結(jié)構(gòu)。但在很多情況，這樣的背反射器的反射率，比疊層背反射器的反射率小，這里所說的疊層反射器是由含有氧化鋅的透明導(dǎo)電層組成，而且在鋁基金屬材料組成的背反射層的平的表面上生成，這里所說的前背反射器的反光性能較差。
這里所說的前背反射器的反光性能比后背反射器的反光性能差的原因，被認(rèn)為是由于在透明導(dǎo)電層的紋理表面中的氧化鋅和背反射層的紋理表面中的鋁基金屬材料之間，發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，其中的氧化鋅被還原。
因此，當(dāng)氧化鋅用做透明導(dǎo)電層時，一般不要用具有在成膜溫度超過150℃下生成的紋理結(jié)構(gòu)表面的鋁膜。
為了提高背反射層102的化學(xué)穩(wěn)定性，背反射層可以含有從以下規(guī)定的元素組中選出的一個或一個以上的元素，所占的重量在0.01到10％之間，這個元素組由鉈，錳，硅和鉬組成。但為了不降低背反射層的反射率，這些元素所占的比例應(yīng)該適當(dāng)?shù)丶右钥刂啤?br> 透明導(dǎo)電層如上所述的那樣，透明導(dǎo)電層103的特征是有一個光入射側(cè)面，此入射側(cè)面的截面具有多個被排成彼此互相連接的圓弧，每一個圓弧的曲率半徑在300到6微米之間，從弧度中心看的仰角在30到155°之間，而對所說的截面，在截面的整個區(qū)域的80％及以上的部分，具有多個分別基于圓弧的等分面的區(qū)域，它穿過圓弧的中心，并基本上垂直于底層的表面。
透明導(dǎo)電層的光入射側(cè)面具有這樣一個指定的截面，該截面有多個如上描述的，被排成彼此互相連接的圓弧。由于這個原因，透明導(dǎo)電層有極高的吸收光效率。
由于含氫非單晶硅半導(dǎo)體層(特別地，含氫非結(jié)晶硅(a-Si:H)半導(dǎo)體層)的折射率在大約3.3到3.8范圍內(nèi)，當(dāng)(以上所述的不規(guī)則部分的平均量)X(半導(dǎo)體層的折射率)近似等于入射光的波長時，入射光在半導(dǎo)體層和透明導(dǎo)電層之間的表面上，有效地受到散射(這里的表面與圖1中的光入射側(cè)面104相對應(yīng))。
進(jìn)一步地，氧化鋅(它是透明導(dǎo)電層的組成部分)的折射率在2.0左右。在這種連接中，(以上所述的不規(guī)則部分的平均量)X(氧化鋅的折射率)近似等于入射光的波長，入射光被背反射層102反射，然后按要求在入射側(cè)面104上散射。
本發(fā)明人實(shí)驗(yàn)研究的目的是建立一個具有光入射側(cè)面的透明導(dǎo)電層，其中的光入射側(cè)面的截面有多個被排成彼此互相連接的圓弧。在本實(shí)驗(yàn)中，一系列由氧化鋅組成的透明導(dǎo)電層，通過改變成膜條件生成，這些條件包括底層溫度和成膜時間。為了使用透明導(dǎo)電層，很多光電元件是按以后將要說明的例1中的方式進(jìn)行配置的。對合成的光電元件，仰角根據(jù)光電轉(zhuǎn)換率確定。因此，如圖10所示的結(jié)果可以得到。基于圖10所示的結(jié)果，將得到以下所要說明的結(jié)論。即是說，在使用具有光入射側(cè)面，該光入射側(cè)面的截面有多個被排成彼此互相連接的圓弧的透明導(dǎo)電層，而其中的圓弧曲率半徑在300到6微米之間，仰角在30到155°之間時，可以提供大的光電轉(zhuǎn)換率。當(dāng)圓弧的曲率半徑在500到3微米之間，仰角在50到150°之間時，光電轉(zhuǎn)換率被改進(jìn)，而當(dāng)圓弧的曲率半徑在900到2微米之間，仰角在70到135°之間時，光電轉(zhuǎn)換率被進(jìn)一步改善。
然后，通過考查在整個截面中所述的區(qū)域所占的比例，可以得到如圖16所示的結(jié)果?；趫D16所示的結(jié)果，將得到當(dāng)上限比例在80％及以上時，可提供滿意的光電轉(zhuǎn)換率的結(jié)論。圖16所示的是基于圓弧的曲率半徑在500到3微米之間，仰角在50到150°之間的結(jié)果。
有關(guān)“上限比例在80％及以上”指的是，在透明導(dǎo)電層具有光入射側(cè)面區(qū)域，該光入射側(cè)面區(qū)域的截面有多個被排成彼此互相連接的圓弧時，每一個圓弧的曲率半徑在300到6微米之間，仰角在30到155°之間，而在截面的整個區(qū)域的80％及以上的部分，所說的截面具有多個基于圓弧的等分區(qū)域，該區(qū)域穿過圓弧的中心，并基本垂直于底層的表面。
當(dāng)擁有這樣的截面形狀的透明導(dǎo)電層被從光的入射側(cè)面看時，基本上沒有脊線，不同于有金字塔形結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)氧化鋅膜，這里所說的金字塔形結(jié)構(gòu)是由互相連接的截面形狀組成，而且具有紋理結(jié)構(gòu)的表面。因?yàn)檫@個原因，使用透明導(dǎo)電層的光電元件有一個改進(jìn)的開路電壓。
在透明導(dǎo)電層具有一個脊線區(qū)域的情況下，在脊線區(qū)域中生成的層區(qū)域的厚度比其余區(qū)域上生成的層區(qū)域厚度容易變得更厚。對使用這樣的透明導(dǎo)電層的光電元件，只在局部增厚的區(qū)域開路電壓變低，這導(dǎo)致整個光電元件的開路電壓的降低。
另一方面，在本發(fā)明中，由于透明導(dǎo)電層基本上沒有以上所說的脊線，光電元件的整個開路電壓是足夠的高。
進(jìn)一步地，在本發(fā)明中，透明導(dǎo)電層比傳統(tǒng)的有很多凹線的透明導(dǎo)電層小。這也導(dǎo)致了改進(jìn)光電元件的開路電壓。
在凹形區(qū)域，一般難于發(fā)生膜的沉積。在本連接中，在凹區(qū)域中生成的膜有局部變薄，而漏電電流容易在這樣的薄小區(qū)域發(fā)生，以至于導(dǎo)致整個光電元件的開路電壓的降低。另一方面，在本發(fā)明中，這樣的凹區(qū)域很微小，由于這樣的凹區(qū)域而減少的開路電壓也很微小。
另外，在本發(fā)明中，對透明導(dǎo)電層進(jìn)行上述說明的紋理處理。因此，在半導(dǎo)體內(nèi)光的干涉現(xiàn)象基本不發(fā)生。在這種連接中，半導(dǎo)體層內(nèi)部有一部分是游離的，在這部分中光能被部分地吸收，因此光的空穴電子偶被重組的概率基本上不增加。這樣將使光電元件的填充系數(shù)(F.F.)得到改進(jìn)。由于光的空穴電子偶被重組的概率小，所以防止了由于光的原因而導(dǎo)致光電元件的退化。
由于使用具有這樣一個指定的有多個如上描述的，被排成彼此互相連接的圓弧的截面的透明導(dǎo)電層，因此光電元件有足夠的耐久能力去承受來自各個方向的外力。
還有，在生成一個作為透明導(dǎo)電層的氧化鋅膜時產(chǎn)生的外部壓力能被釋放，因此透明導(dǎo)電層不會脫落。
由于處在透明導(dǎo)電層中的背反射層由鋁構(gòu)成，它不同于容易引起遷移的金屬，如氬或銅，即使逆向偏壓加到光電元件時，也不會導(dǎo)致其特征惡化。
通過在5000到3微米范圍內(nèi)制造透明導(dǎo)電層，要求光電元件能防止短路故障是可能的。使用氧化鋅膜生產(chǎn)的光電元件的成品價格可以降低。而且在通過碾輥成膜設(shè)備生產(chǎn)光電元件的情況下，即使當(dāng)?shù)玫降墓怆娫谝粋€較長時間內(nèi)，被存儲在象卷筒的纏繞狀態(tài)時，光電元件的氧化鋅膜的斷裂面也不會出現(xiàn)，而且在長時間的存儲期間，不會發(fā)生任何短路故障。
圖12是一個解釋成膜設(shè)備的例子的結(jié)構(gòu)示意圖，這種設(shè)備能夠生成背反射層102和透明導(dǎo)電層103。
在圖12中，標(biāo)號801標(biāo)明的是菱形沉積腔，標(biāo)號802標(biāo)明的是圓盤狀的底層支架，標(biāo)號803標(biāo)明的是一個底層，標(biāo)號804標(biāo)明的是一個加熱器，標(biāo)號805標(biāo)明的是匹配腔(包括匹配電路)，標(biāo)號806標(biāo)明的是一個射頻功率源。
標(biāo)號807標(biāo)明的是一個用于背反射層生成的目標(biāo)牌，標(biāo)號808標(biāo)明的是一個用于第一個透明導(dǎo)電層生成的目標(biāo)牌，標(biāo)號809標(biāo)明的是一個用于第二個透明導(dǎo)電層的生成目標(biāo)牌，標(biāo)號810,811和812指示的都是直流電源。標(biāo)號813,814和815指示的都是閘，標(biāo)號816標(biāo)明的是一個連接排氣設(shè)備的排氣管，這種排氣設(shè)備，例如，可以是一個油擴(kuò)散泵和一個旋轉(zhuǎn)泵(未被圖示)，標(biāo)號817標(biāo)明的是一個由供氣系統(tǒng)引出的氣體進(jìn)口管(未被圖示)，標(biāo)號818標(biāo)明的是一個作為圓盤式底層支撐802的中心軸的旋轉(zhuǎn)軸。
標(biāo)號819標(biāo)明的是一個在薄膜底層上的等離子區(qū)。標(biāo)號820標(biāo)明的是從氣體進(jìn)口管817輸入到沉積腔801的氣體的流向。標(biāo)號820是標(biāo)識排空方向的箭頭標(biāo)志。
以下是圖12的薄膜生成設(shè)備的薄膜生成的說明。
在薄膜的底層上，擁有在其上構(gòu)成薄膜底層的底層803的底層支撐802，以每分鐘0.1到2次的旋轉(zhuǎn)速度，繞旋轉(zhuǎn)軸818旋轉(zhuǎn)。在薄膜開始生成時，底層的溫度被加熱到100℃到250℃，接著逐漸提高底層的溫度。要求的底層溫度(即成膜溫度)等于或低于400℃。
底層支撐802的旋轉(zhuǎn)速度和底層溫度的提高速度將依賴于被生成層的厚度以及濺射力的大小，因此這些參數(shù)應(yīng)該根據(jù)有關(guān)的情況做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
如上文所述，要求的底層溫度應(yīng)該等于或低于400℃。原因是在通過濺射生成氧化鋅薄膜時，隨著底層溫度的降低，沉積速度和吞吐量均減小。
由于以下將提到的原因，在本發(fā)明中，透明導(dǎo)電層103要求的導(dǎo)電系數(shù)范圍是10-8(1/Ωcm)到10-2(1/Ωcm)。
即，當(dāng)透明導(dǎo)電層103的導(dǎo)電系數(shù)極低時，光電元件的串聯(lián)電阻增加，從而導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)換率的降低。在本連接中，透明導(dǎo)電層必須在不引起串聯(lián)電阻增加的前提下，具有較大的導(dǎo)電系數(shù)。
另外，光電元件通常在潔凈的環(huán)境中生產(chǎn)，其中有些泄漏路徑是不可避免的。即使在這樣的泄漏路徑極小的情況下，為了防止大量的電流通過泄漏路徑流走，透明導(dǎo)電層的導(dǎo)電系數(shù)必須小到一定的范圍內(nèi)。當(dāng)透明導(dǎo)電層的導(dǎo)電系數(shù)大過某個限度時，在光電導(dǎo)性能中的分流電阻將變小(弱短路狀態(tài))，從而導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)換率的降低。
但透明導(dǎo)電層的導(dǎo)電系數(shù)的指定數(shù)字范圍主要取決于光電導(dǎo)特性(包括串聯(lián)電阻)和已知的優(yōu)質(zhì)光電元件的泄漏路徑的密度。
在這方面，本發(fā)明人進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，其中的很多光電元件是按以后將要說明的例1中的方式進(jìn)行準(zhǔn)備的。對合成的光電元件，研究了用于每一個光電元件中的透明導(dǎo)電層的導(dǎo)電率和光電元件的光電轉(zhuǎn)換率之間的相互作用行為。
用于每一個光電元件中的透明導(dǎo)電層是通過濺射生成的，其中使用了一個由嵌入氧化鋅目標(biāo)里的氧化鋁組成的目標(biāo)，兩部分一起被濺射，以便生成一個作為透明導(dǎo)電層的加有鋁的氧化鋅薄膜。這里，加入鋁的量越大，作為透明導(dǎo)電層的氧化鋅薄膜的導(dǎo)電系數(shù)就越高。研究結(jié)果被圖示在圖11中。基于圖11所示的研究結(jié)果，將得到以下結(jié)論當(dāng)透明導(dǎo)電層的導(dǎo)電系數(shù)小于10-8(1/Ωcm)時，在光電元件的光電導(dǎo)特性中的串聯(lián)電阻極大，從而導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)換率的增加；而當(dāng)透明導(dǎo)電層的導(dǎo)電系數(shù)大于10-2(1/Ωcm)時，分流電阻極小，從而導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)換率的降低。
具有疊層構(gòu)造的透明導(dǎo)電層如前文所述，本發(fā)明中的透明導(dǎo)電層是具有疊層構(gòu)造的。這樣的疊層構(gòu)造例子中，值得一提的是圖2和圖4中的雙層構(gòu)造。
在圖2或圖4中表示，具有雙層構(gòu)造的透明導(dǎo)電層，由第一透明導(dǎo)電層103a和第二透明導(dǎo)電層103b，按從底層101的表面往上疊層的次序疊成。第一透明導(dǎo)電層103a由具有c軸平行于底層表面，在整個區(qū)域的50％到99％部分的區(qū)域中的氧化鋅晶粒的聚合物組成，第二透明導(dǎo)電層103b由縱軸平行于氧化鋅的c軸的菱形氧化鋅晶粒的聚合物組成，并在整個區(qū)域的70％以上的部分中擁有一個區(qū)域，在此區(qū)域中，所說的菱形氧化鋅晶粒被徑向聚合到垂直于底層的表面的方向。在這樣構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體中，氧化鋅的一致性得到了改善。
傳統(tǒng)的膜包括一個生成于鋁薄膜上的氧化鋅單層，當(dāng)用電鏡仔細(xì)觀察這個氧化鋅單層表面時，?？煽吹皆谄渖嫌写蠹s1000直徑的小孔。
另一方面，對于由本發(fā)明的氧化鋅構(gòu)成的兩層透明導(dǎo)電層，整個氧化鋅單層的小孔發(fā)生率小于1％。這樣小的小孔發(fā)生率導(dǎo)致光電元件的產(chǎn)量明顯改善。光電元件的泄漏電流也足夠小，而且元件的開路電壓也因此改善。
在通過滾動成膜系統(tǒng)連續(xù)不斷地生產(chǎn)光電元件，然后通過串聯(lián)或并聯(lián)導(dǎo)電獲得光電元件組件的情況下，光電元件需要被切成同樣大小的多個光電元件。在這時，在微量級下完全避免層剝離的發(fā)生有時是很困難的。
然而，通過使用根據(jù)本發(fā)明的兩層透明導(dǎo)電層，這樣的層剝離區(qū)域的發(fā)生可以被減少到小于百分之幾。
出于這個原因，可以認(rèn)為根據(jù)本發(fā)明的氧化鋅晶粒比傳統(tǒng)的氧化鋅晶粒大；第一透明導(dǎo)電層103a與背部反射層的粘著性得到改善；在第二透明導(dǎo)電層103b中的氧化鋅晶粒放射狀地伸展，減輕了內(nèi)部壓力。
在本發(fā)明中，在通過濺射的方法生成第一透明導(dǎo)電層103a的情況下，在底層溫度50℃到200℃范圍時實(shí)施生成，生成一個包含氧化鋅晶粒聚合物的透明導(dǎo)電氧化鋅薄膜，其中的氧化鋅晶粒具有c軸平行于底層表面的區(qū)域，該區(qū)域是整個區(qū)域的50％到99％部分，作為第一透明導(dǎo)電層103a。
在這種情況下，當(dāng)鋁被摻入上述的氧化鋅薄膜中時，它的導(dǎo)電率得以改善，這里C軸與底層表面垂直方向相對的方位被減小，以使得C軸較容易變得與底層表面平行。因此，最好摻入鋁。這種優(yōu)點(diǎn)還顯示在圖3的結(jié)構(gòu)中，其中，中間層110由氧化鋁構(gòu)成，被放置于背反射層102和透明導(dǎo)電層103之間，這里C軸與底層表面垂直方向相對的方位被減小，以使得C軸較容易變得與底層表面平行。
對于第二透明導(dǎo)電層103b，如圖2所示，它要求氧化鋅晶粒從一個部分徑向聚合，在該部分中，其第一透明導(dǎo)電層103a的C軸和它們的區(qū)域占整個區(qū)域的70％或以上。
在生成第一和第二透明導(dǎo)電層103a和103b時，需要在生成第二透明導(dǎo)電層時底層的溫度被置在150到400℃范圍之間，它的溫度至少要高于在生成第一透明導(dǎo)電層時底層溫度30℃以上。在這種情況下，C軸的方向被改善，使得第二透明導(dǎo)電層有一個包含多個被排成彼此互相連接的圓弧的截面在整個區(qū)域中有大于90％的比率。在這種情況下，使得在生成第二透明導(dǎo)電層時底層的溫度高于在生成第一透明導(dǎo)電層時底層的溫度，從而使得兩層之一的結(jié)晶性能和方向與另一層的不同。這種情況能夠以良好的再生性構(gòu)造一個上述的，包含多個被排成彼此互相連接的圓弧的截面形狀。
另外，當(dāng)通過濺射方法實(shí)施第一透明導(dǎo)電層生成時，環(huán)境中含50％或以上的氧，這里提供的優(yōu)勢在下面將會被描述。即，在包含氧化鋅的透明導(dǎo)電層生成于生成在底層上的背反射層時，此疊層體生成物具有足夠高的反射率，反射從透明導(dǎo)電層側(cè)面進(jìn)入的波長為500nm到1000nm的光，并具有高紋理結(jié)構(gòu)。這種情況有效地改善了光電元件的光電流短路情況。在前面的工藝中，當(dāng)主要成分為鋁的背反射層包含氧化鋅的透明導(dǎo)電層，在真空狀態(tài)下以這種順序連續(xù)地生成于底層上時，此疊層體生成物在反射具有400nm到800nm波長的可見光方面是很弱的。對于這個原因，一般認(rèn)為這樣的透明導(dǎo)電層的氧化鋅由于背反射層的鋁的還原反應(yīng)作用而被還原，導(dǎo)致在背反射層和透明導(dǎo)電層之間的接口處生成一個極薄的，含有豐富鋅元素的薄膜。
在本發(fā)明中，通過在包含50％或以上的氧氣的環(huán)境中，實(shí)施第一透明導(dǎo)電層的生成，作為組成部分的氧化鋅的還原被有效地防止。通過這種方式產(chǎn)生的透明導(dǎo)電層有與上文說明一致的截面形狀。為什么會這樣的原因現(xiàn)在還不足夠清楚，但人們認(rèn)為可能是在等離子體中的氧影響了生成氧化鋅的過程，因而降低了c軸的定位。
進(jìn)一步地，當(dāng)?shù)谝煌该鲗?dǎo)電層制造成有整個透明導(dǎo)電層(即第一和第二透明導(dǎo)電層)的厚度的1％到30％的厚度時，在良好的再生條件下，通過濺射法能夠生成具有高紋理表面的，和第一透明導(dǎo)電層一樣的一個透明導(dǎo)電層薄膜。即在第一透明導(dǎo)電層，也就是包含c軸平行于底層的表面的氧化鋅晶粒含量相當(dāng)于所說層的成分的一半以上的一個層，被用在整個透明導(dǎo)電層區(qū)域之上時，該層的紋理程度變低。在c軸垂直于底層的表面的第二透明導(dǎo)電層被用在整個透明導(dǎo)電層區(qū)域之上時，該層的紋理程度變低。為了在良好的再生條件下，生成與上文說明一致的截面形狀，可取的有效方式是c軸垂直于底層的表面的第二透明導(dǎo)電層，這是基于由第一透明導(dǎo)電層的氧化鋅晶粒組成的結(jié)晶體核在一個相對較大的厚度基礎(chǔ)上的增長。
進(jìn)一步地，通過制造導(dǎo)電率在10-8(1/Ωcm)到10-2(1/Ωcm)范圍中的第一和第二透明導(dǎo)電層，即使當(dāng)在生成由非單晶硅材料組成的半導(dǎo)體層時，已經(jīng)出現(xiàn)的針孔在一定的范圍內(nèi)出現(xiàn)時，光電元件的特性基本上也不會由于這些針孔而受到阻礙。這種情況導(dǎo)致生產(chǎn)的光電元件的成品率顯著提高。
背反射層和透明導(dǎo)電層的生成使用如前文所述，表示在圖12中的成模設(shè)備，背反射層102和透明導(dǎo)電層103(第一和第二透明導(dǎo)電層103a和103b)可以按要求生成，例如按如下方式生成。
已經(jīng)徹底用酸或有機(jī)物清洗過的底層803，被固定在圓盤狀底層支架802上。為了旋轉(zhuǎn)底層支架802，旋轉(zhuǎn)軸818被旋轉(zhuǎn)。然后使用一個由油擴(kuò)散泵/旋轉(zhuǎn)泵(未被圖示)組成的排空設(shè)備，把沉積腔801內(nèi)部排空成大約5×10-6乇。氬通過入口管817引入沉積腔801內(nèi)，從射頻功率源806引出的射頻功率，通過匹配腔805提供給沉積腔801，從而產(chǎn)生氬等離子體區(qū)，其中的匹配腔用于調(diào)節(jié)最小化反射功率。在這種情況，底層803露出的表面，由于受到氬等離子體區(qū)的濺射而變成更清潔的表面。接著，通過加熱器804，使得底層803被加熱到并維持在一個預(yù)先給定的，對背反射層的生成較適合的溫度。然后，直流電源810起動，氬等離子體區(qū)819產(chǎn)生，閘813打開，其中用于背反射層的目標(biāo)807被氬等離子體濺射，以便在底層803上生成要求厚度的背反射層。這以后，閘813關(guān)閉，直流電源810被切斷。
然后，通過控制加熱器804，調(diào)節(jié)底層803的溫度并維持在一個預(yù)先給定的，對第一透明導(dǎo)電層103a的生成較適合的溫度。然后，直流電源811起動，氬等離子體區(qū)產(chǎn)生，閘814打開，其中用于第一透明導(dǎo)電層103a的目標(biāo)808被氬等離子體體濺射，以便在背反射層102上生成要求厚度的第一透明導(dǎo)電層103a。這以后，閘813關(guān)閉，直流電源810切斷。接著，通過控制加熱器804，調(diào)節(jié)底層803溫度并維持在一個預(yù)先給定的，對第二透明導(dǎo)電層103b的生成較適合的溫度。然后，直流電源812動作，氬等離子體區(qū)產(chǎn)生，閘815打開，其中用于第二透明導(dǎo)電層103b的目標(biāo)809被氬等離子體濺射，以便在第一透明導(dǎo)電層103a上生成要求厚度的第一透明導(dǎo)電層103a。這以后，閘813關(guān)閉，直流電源810被切斷。
中間層在本實(shí)施例，中間層110(參看圖3和圖4)由氧化鋁組成。中間層110被置入在背反射層和透明導(dǎo)電層103(參看圖3)或雙層構(gòu)造的透明導(dǎo)電層之間，這樣的雙層由第一透明導(dǎo)電層103a和第二透明導(dǎo)電層103b組成(參看圖4)。
中間層110的功能是防止由氧化鋅組成的透明導(dǎo)電層還原，并且防止其透明度變壞。通過提供中間層，前面所述的，由透明導(dǎo)電層組成的疊層體能使得反射能力明顯地提高，其中的透明導(dǎo)電層是在疊層波長為500nm至1000nm范圍內(nèi)擁有反射能力的背反射層上生成的。
由氧化鋁組成的中間層的出現(xiàn)多少會增加光電元件的串聯(lián)電阻，但這不會導(dǎo)致元件的光電性能的降低。
此外，由氧化鋁組成的中間層的出現(xiàn)可以按要求改進(jìn)透明導(dǎo)電層的形狀。對于能如此的原因，被認(rèn)為是中間層的出現(xiàn)抑制了透明導(dǎo)電層的c軸的方位，特別是第一透明導(dǎo)電層的c軸的方位，增加了平行于底層表面的c軸的方位，因而按要求提高了截面的形狀。要求中間層的厚度在10至1000范圍內(nèi)。在厚度小于10時，作為中間層的薄膜變成一個島型狀態(tài)，這時，前述的效果容易降低。在厚度大于1000時，有一種趨勢是，光電元件的串聯(lián)電阻被增加，將導(dǎo)致元件的光電性能的降低。
中間層可以通過濺射生成，尤其，當(dāng)中間層通過一個反應(yīng)性濺射成膜方式生成，且在其中的鋁目標(biāo)是在包含50％或以上氧氣的大氣中被濺射時，透明導(dǎo)電層的形狀被進(jìn)一步地改善。
另外，中間層可包括一個氧化層表面，此氧化層表面通過鋁基金屬材料構(gòu)成的背反射層的金屬層表面，在包含80％以上的氧的大氣中受到表面氧化處理而生成。在這種情況下，此表面氧化層包含透明的鋁，因此，此層的反射率永遠(yuǎn)不會降低。
半導(dǎo)體層半導(dǎo)體層105(或半導(dǎo)體活性層)對于光電元件是十分重要的，因?yàn)樗涔怆娫ü怆娹D(zhuǎn)換率，開路電壓，和短路光電流在內(nèi)的光電特性。
半導(dǎo)體層105由一個非單晶硅半導(dǎo)體材料構(gòu)成。此半導(dǎo)體層可構(gòu)建成包括一個具有一個針形結(jié)或pn結(jié)的電池或具有一個針形結(jié)疊加一個pn結(jié)的多個針形結(jié)電池。[具有針形結(jié)的電池在以下將被稱做“針形結(jié)電池”，具有pn結(jié)的電池在下將被稱做“pn結(jié)電池”]。
除此之外，根據(jù)情況，半導(dǎo)體層可由一個疊放在針形結(jié)電池上的pn結(jié)電池構(gòu)成。
非單晶硅半導(dǎo)體材料構(gòu)成的半導(dǎo)體層105可包括非晶硅(a-Si)系列半導(dǎo)體材料，微晶硅(μc-Si)系列半導(dǎo)體材料，和多晶硅(poly-Si)系列半導(dǎo)體材料。這種半導(dǎo)體材料的特殊例子是a-Si,a-SiGe,a-SiSn,,a-SiC,a-SiO,a-SiN,μc-Si,,c-SiC及poly-Si。
這些半導(dǎo)體材料可通過加入能給予空穴型特性能力的適當(dāng)元素(這一元素在下將被稱做空穴型填加劑)而被制成空穴型。這種空穴型填加劑可包括B,Al等等。同樣，這些半導(dǎo)體材料可通過加入能給予n-型特性能力的適當(dāng)元素(這一元素在下將被稱做n-型填加劑)而被制成n-型。這種n-型填加劑可包括P,As,Sb等等。
對于a-Si或μc-Si系列半導(dǎo)體材料需要至少包括H或/和一種鹵素元素如F,Cl等，以補(bǔ)償出現(xiàn)懸空鍵的缺陷。
半導(dǎo)體層的針形結(jié)電池可以是一個包含按n-型半導(dǎo)體層/i-型半導(dǎo)體層/p-型半導(dǎo)體層順序疊放在底層表面的針形結(jié)電池，或者是一個按p-型半導(dǎo)體層/i-型半導(dǎo)體層/n-型半導(dǎo)體層順序疊放在底層表面的針形結(jié)電池。
如上所述，半導(dǎo)體層105可以由其中一種所述的針形結(jié)電池構(gòu)成。然而，為了避免光電元件被光降級(由于連續(xù)的高強(qiáng)度，長時間的光輻射，光電轉(zhuǎn)換率逐漸降低，導(dǎo)致填充系數(shù)和開路電壓逐漸降低的現(xiàn)象)，半導(dǎo)體層105需要兩個或更多這樣被疊放在一起針形結(jié)電池。
在pn結(jié)電池使用時，半導(dǎo)體層可采用這樣一種結(jié)構(gòu)，它包括按順序疊放在底層側(cè)面的一個n-型半導(dǎo)體層——一個p-型半導(dǎo)體層/一個n-型半導(dǎo)體層——一個i-型半導(dǎo)體層——一個p-型半導(dǎo)體層，或采用這樣一種結(jié)構(gòu)，它包括按順序疊放在底層側(cè)面的一個p-型半導(dǎo)體層——一個n-型半導(dǎo)體層/一個p-型半導(dǎo)體層——一個i-型半導(dǎo)體層——一個n-型半導(dǎo)體層。
圖9是表示該半導(dǎo)體層的特殊實(shí)施例結(jié)構(gòu)的截面圖。在圖9中的半導(dǎo)體層具有三重電池結(jié)構(gòu)，它包括第一針形結(jié)電池，它由一個n-型半導(dǎo)體層510，一個i-型半導(dǎo)體層511和一個p-型半導(dǎo)體層512組成，及第二針形結(jié)電池，它由一個n-型半導(dǎo)體層513，一個i-型半導(dǎo)體層514個p-型半導(dǎo)體層515組成，和第三針形結(jié)電池，它由一個n-型半導(dǎo)體層516，一個i-型半導(dǎo)體層517和一個p-型半導(dǎo)體層518組成。
在這一實(shí)施例中，第一個電池的i-型半導(dǎo)體層511包括a-SiGe:H，第二個電池的i-型半導(dǎo)體層514包括a-SiGe:H，及第三個電池的i-型半導(dǎo)體層517包括a-Si:H。在這一實(shí)施例中，這三種i-型半導(dǎo)體層的任一種包括一個上述的單層結(jié)構(gòu)，這是沒有限制的。這三種i-型半導(dǎo)體層的任一種包括一個多層結(jié)構(gòu)，如，一個a-SiGe/a-Si或a-Si/a-SiGe/a-Si。
在任一情況下，為使i-型半導(dǎo)體層有更多固有特征，可以加入B或類似物到i-型半導(dǎo)體層中。
為了生成pn結(jié)結(jié)構(gòu)，需要使用多硅系列材料或μc-硅系列材料加上上述任一種能夠賦予n-型或p-型的元素。這種包括任一這些材料的半導(dǎo)體層在前述的光降級方面很輕微，適合于在戶外長期使用。然而，這些多晶或微晶材料具有的可見光吸收系數(shù)小于那些a-Si材料的可見光吸收系數(shù)，因此，由這種多晶或微晶材料構(gòu)成的半導(dǎo)體層需要厚度超過1微米。
n-型半導(dǎo)體層和p-型半導(dǎo)體層需要光吸收系數(shù)盡可能小的半導(dǎo)體材料。這樣的材料，通常被使用的有a-Si,a-SiC,a-SiO,a-SiN,μc-Si,μc-SiC，及poly-Si。
可以通過等離子體CVD實(shí)施包括一個非單晶硅材料(包括a-Si,a-SiC,a-SiO,a-SiN,μc-Si,μc-SiC)的針形結(jié)電池的生成。尤其，i-型半導(dǎo)體層最好通過有高沉積率的微波等離子體CVD生成。給定的包含poly-Si的半導(dǎo)體層的生成可以用等離子體CVD或?yàn)R射生成a-Si膜的方式實(shí)施，之后經(jīng)激光照射或應(yīng)用高頻電處理。
前述的針形結(jié)電池可基于微晶態(tài)硅系列材料和非晶態(tài)硅系列材料的結(jié)合。尤其，當(dāng)p-型半導(dǎo)體層包含μc-Si,μc-SiC材料時，在p-型半導(dǎo)體層中的光載流子密度增加，引起光電元件的開路電壓的改善。另外，μc-Si,μc-SiC材料的可見光吸收系數(shù)小于a-Si材料的吸收系數(shù)。在這一方面，當(dāng)μc-Si,μc-SiC材料被用做光入射側(cè)面的窗層時，短路光電流增加。
半導(dǎo)體層105可包括一個帶隙調(diào)節(jié)元件。例如，當(dāng)被用做帶隙調(diào)節(jié)元件加入到i-型半導(dǎo)體層時，有可能使半導(dǎo)體層具有小的帶隙。這可以增加光電元件的短路光電流。在光電元件包含兩個或更多的被疊放的針形結(jié)電池時，需要使用這種i-型半導(dǎo)體層作為背反射層面的底部針形結(jié)電池的i-型半導(dǎo)體層。
除此之外，i-型半導(dǎo)體層可包含至少由O,N和C組成的組中的一種元素。在這種情況下，i-型半導(dǎo)體層變成有大的帶隙。在光電元件包括兩個或多個被疊放的針形結(jié)電池時，需要使用這種i-型半導(dǎo)體層用做光入射側(cè)面的頂部針形結(jié)電池的i-型半導(dǎo)體層。
在三重電池光電元件具有三個針形結(jié)電池的情況下，當(dāng)被安置在背反射層面的兩個針形結(jié)電池的兩個i-型半導(dǎo)體層被摻入時，波長300到1000范圍的光的收集率明顯增加。
半導(dǎo)體層的生成根據(jù)本發(fā)明的光電元件的半導(dǎo)體層可使用等離子體CVD成膜設(shè)備來生成，它的結(jié)構(gòu)如圖13所示。
在圖13中，標(biāo)號901代表反應(yīng)室，標(biāo)號902代表使背反射層和透明導(dǎo)電層按此順序生成的底層，標(biāo)號903代表提供有一個加熱器(未圖示)的支架，標(biāo)號904代表導(dǎo)電電子管，標(biāo)號905代表從微波源(未圖示)引出的微波波導(dǎo)，標(biāo)號906代表微波引入部件，標(biāo)號907代表鋁陶瓷制成的微波引入窗，標(biāo)號908代表射頻功率引入部件，標(biāo)號909代表有一個匹配電路的射頻電源。
標(biāo)號910代表等離子體，一個開關(guān)，標(biāo)號914代表連接于真空泵的排氣管，此真空泵包括一個油擴(kuò)散泵等類似物(未圖示)，標(biāo)號915代表原料氣體輸入泵，從具有原料氣體儲存器(未圖示)的供應(yīng)氣體系統(tǒng)(未圖示)引出。標(biāo)號912代表微波傳送的方向，標(biāo)號913代表排空方向，標(biāo)號916代表原料氣體輸入方向。
半導(dǎo)體層的生成可使用如圖13所示的等離子體CVD成膜設(shè)備來實(shí)施，例如，以下面的方式實(shí)施。
底層902(使背反射層和透明導(dǎo)電層按此順序生成)被連接于提供有一個加熱器(未圖示)的支架903的表面。反應(yīng)室901的內(nèi)部由真空泵包括一個油擴(kuò)散泵(未圖示)的真空泵抽成小于1×10-4乇的預(yù)定壓力。當(dāng)反應(yīng)室901的內(nèi)部壓力變成恒定的所說的壓力值時，氣體如H2或He氣通過氣體輸入泵915被引入反應(yīng)室901，底層通過由底層支架903提供的加熱器(未圖示)加熱并維持于預(yù)定溫度。預(yù)定的成膜原料氣體通過氣體輸入泵915被引入反應(yīng)室901，微波源(未圖示)被切換到供應(yīng)微波，通過波導(dǎo)905，微波引入部件906和微波引入窗907引入反應(yīng)室901，以此形成等離子體910，反應(yīng)室901的內(nèi)部壓力通過調(diào)節(jié)導(dǎo)電電子管904而調(diào)整到預(yù)定值，打開射頻源909，通過射頻引入部件提供射頻，這里需要通過調(diào)節(jié)匹配電路(未圖示)使反射率降到最小。接著，打開開關(guān)911以便生成有預(yù)定厚度的膜，作為在底層902的透明導(dǎo)電層表面給出的第一半導(dǎo)體層。在膜生成后，開關(guān)911被關(guān)閉，射頻源被引入，微波源和成膜原料氣體被中斷，準(zhǔn)備下一次膜生成。然后，除了為適合下一次膜生成改變成膜條件外，上述的成膜程序的其他部分被重復(fù)。由此，一個給定的第二半導(dǎo)體層被生成于早先生成的第一半導(dǎo)體層之上。以這種方式，一個多層半導(dǎo)體層可按需要生成于底層902的透明導(dǎo)電層的表面上。
上面所用的微波的振蕩頻率是0.1到10GHz。在使用振蕩頻率是0.1到0.5GHz的微波源的情況下，用同軸電纜代替波導(dǎo)905，并使用一個與射頻源引入部件908相同形式的源引入電極替代微波引入窗907是可能的。在這種情況下，可以用直流電源替代射頻源。
在圖13中，微波源被引入反應(yīng)室的方向是平行于底層的。但是這種微波源引入方向可改變成從底層的法線方向引入微波源。
上面所用的射頻源的振蕩頻率是0.3到30GHz。但是在工業(yè)規(guī)模的膜生成過程中，通常使用13.56MHz。
對于通過等離子體CVD，在生成包含非晶硅材料(包括微晶態(tài)硅材料)的半導(dǎo)體層作為半導(dǎo)體層105時，底層溫度范圍是100到500℃。當(dāng)通過等離子體CVD在生成包含多晶硅材料的半導(dǎo)體層作為半導(dǎo)體層105時，底層溫度范圍是400到600℃。
對于在膜生成時的內(nèi)部壓力(氣體壓力)，在微波等離子體CVD的情況下是0.1到500毫乇范圍，在射頻等離子體CVD的情況下是0.1到5乇范圍。
對于在膜生成時的供應(yīng)源密度，在微波等離子體CVD的情況下實(shí)施成膜，供應(yīng)微波源的密度是0.005到1W/厘米3范圍，在射頻等離子體CVD的情況下實(shí)施成膜，供應(yīng)射頻源的密度是1到100W/厘米3范圍。
對于在上述成膜條件下生成作為半導(dǎo)體層105的膜的沉積速度(膜生成速度)，在微波等離子體CVD的情況下，需要通過適當(dāng)調(diào)節(jié)微波源供給或成膜原料氣體引入的流速來使膜生成速度控制在20到200/秒范圍內(nèi)。在射頻等離子體CVD的情況下，需要通過適當(dāng)調(diào)節(jié)射頻源供給或成膜原料氣體引入的流速來控制膜生成速度在0.2到20/秒范圍內(nèi)。
用于生成給定的作為半導(dǎo)體層105的膜的成膜原料氣體，可包括SiH4,SiF4,Si2H6,SiH2Cl2,GeH4,GeF4,SnH4,CH4,C2H2,CF4,O2,NO2,NH3,NO等。如果需要，這些原料氣體可用H2或其它惰性氣體如氬氣或氦氣稀釋。
對于前述用在生成n-型半導(dǎo)體層的n-型填加劑如P,As或Sb，使用能夠給予這種n-型填加劑元素的適當(dāng)?shù)脑蠚怏w。這樣的原料氣體，這里可提到的有PH3,PF5,P2O5,AsH3,AsF3,AsCl3,SbF3,SbF5，它們在室溫下呈氣體狀態(tài)或很容易被氣化。同樣，對于前述用在生成p-型半導(dǎo)體層的p-型填加劑如B,Al，使用能夠給予這些p-型填加劑元素的適當(dāng)?shù)脑蠚怏w。這樣的原料氣體，這里可提到的有B2H6,BF3,AlCl3,Al(CH3)3，它們在室溫下呈氣體狀態(tài)或很容易被氣化。任一這些原料氣體均可用H2或其它惰性氣體如氬氣或氦氣稀釋。在這種情況下使用的H2必須是重氫氣。
在通過射頻等離子體CVD生成給定的包含非晶態(tài)硅材料作為半導(dǎo)體層105的膜的情況下，用于生成的成膜原料氣體需要用H2或其它惰性氣體如氬氣或氦氣稀釋到10至100倍。同樣，在生成給定的包含微晶硅材料作為半導(dǎo)體層105的膜的情況下，用于生成的成膜原料氣體需要用H2或其它惰性氣體如氬氣或氦氣稀釋成大約10至1000倍。
透明電極上透明電極106(或透明電極層)被用來有效地導(dǎo)引入射光進(jìn)入半導(dǎo)體層和有效地導(dǎo)引光電電流到集電極107，而不出現(xiàn)丟失。在這種連接中，上透明電極層106包括一個透明導(dǎo)電層，此透明導(dǎo)電層是為了滿足難以吸收入射光的條件而生成的，它具有一個被控制的厚度，以便有效防止入射光的反射，并且具有足夠低的電阻系數(shù)。滿足這些條件并且適合作為上層電極的透明導(dǎo)電層可以從以下這組中材料中選取的材料構(gòu)造而成，這組材料包括SnO2,In2O3,ITO(SnO3-In2O3)，以及它們的產(chǎn)品。關(guān)于作為上層電極的透明導(dǎo)電層的厚度，例如由ITO作成的透明導(dǎo)電層，要求的厚度值是在600至800的范圍內(nèi)。在這種情況下，可見光，紫外線，以及紅外線均可有效地被上層電極引入到半導(dǎo)體層。這種作為上層電極的透明導(dǎo)電層有在其上面生成的一層，由MgF2或TiO2組成的層。作為上層電極的透明導(dǎo)電層的光反射阻止行為得以進(jìn)一步改善。半導(dǎo)體層上的上透明電極，可以使用真空沉積或?yàn)R射的方法生成。例如，當(dāng)?shù)讓訙囟葹榇蠹s100到250℃，使用真空沉積或?yàn)R射的方法進(jìn)行薄膜的生成時，能生成極透明，且具有適合作為上透明電極的低電阻的透明導(dǎo)電層。從工業(yè)角度看，濺射更可取，原因是它可以以相對高的沉積速度，生成大面積的作為上層電極的透明導(dǎo)電膜。從生產(chǎn)成本角度看，上層電極要求通過反應(yīng)濺射法生成，這里的薄膜生成是當(dāng)把氬氣或氧氣引入沉積腔時，通過在一個沉積腔中定位一個由In,Sn或InSn(例如Sn占重量的5％)組成的目標(biāo)，以及濺射所說的目標(biāo)進(jìn)行。
這樣生成的上透明電極有大約10-4Ωcm的電阻。由此能夠降低光電元件的串聯(lián)電阻，并且改善光電轉(zhuǎn)換效率。
集電極集電極107需要被設(shè)計成僅引起輕微光電損耗，并且能有效地引導(dǎo)入射光進(jìn)入半導(dǎo)體層。例如它的寬度和長度需要設(shè)計成如《太陽能電池手冊》(由電子學(xué)會編輯，Corona公司出版)中的112頁所說的優(yōu)化配置。集電極要求被設(shè)計成梳狀形狀，圖5所示的是從光入射方向觀察時，看到的集電極的示意圖。
集電極107由具有很高的導(dǎo)電率的金屬材料，如Au,Ag,Cu或Al形成。集電極可以包含這些金屬的任何一個所生成的單層體，或者由這些給定的金屬中選出的金屬生成的一層和不同于所說的金屬的別的金屬生成的一層組成的多層體。
在背反射層的情況下，如果使用易于遷移的金屬如Au,Ag或Cu，也必須防止遷移的發(fā)生。為此，集電極要求按如下方式進(jìn)行生成，其中由任何這種作為集電極的金屬制造而成的金屬導(dǎo)體，被涂上一層包含溶于環(huán)己酮的氨基甲酸乙酯樹脂的碳膠，將這種被涂敷過的金屬導(dǎo)體放在上層透明電極106的表面，然后進(jìn)行干燥，其中包含在金屬導(dǎo)體中的碳涂層的環(huán)己酮被蒸發(fā)，使得要求的碳涂層通過粘膠樹脂粘到金屬導(dǎo)體，同時把碳涂層粘到上透明電極的表面。這樣生成的上透明電極具有極小的接觸電阻。可供選擇的另一方案是集電極可以按下列方式生成其中，前述的碳膠水是被絲網(wǎng)印刷在上透明電極的表面的一個梳狀形狀圖形中，由前述的金屬的一種組成的金屬材料被絲網(wǎng)印刷在梳狀形狀上，然后進(jìn)行干燥。
在使用Al的情況下，集電極可以按下列方式生成其中，有梳狀形狀的圖形掩模放在上透明電極的表面上，僅由Al組成的單層體或由Al和其它金屬組成的多層體，例如Cr/Al/Cr組合，通過真空沉積或?yàn)R射法在一個梳狀形狀中生成。為了改善其化學(xué)穩(wěn)定性，可以增加占總重量0.1到10％的Ti,Mn,Si或Mo元素。
無論任何，對集電極中電流密度增加的部分，如圖5所示，能夠固定一個由銅箔或其類似物組成的導(dǎo)電條(108)。此時，導(dǎo)電條(108)可以通過雙重涂層帶(109)進(jìn)行固定。在底層由導(dǎo)電構(gòu)件組成的情況下，一個由銅箔或其類似物組成的導(dǎo)電條(108)可以固定在底層的反面。
圖7是用于說明根據(jù)本發(fā)明的用在光電元件中的集電極307的選用例子結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
于圖7中所示集電極307的結(jié)構(gòu)包括一個由被含Ag的黏土層302包裹著的薄銅導(dǎo)體組成的芯，而Ag黏土層302的外表面被包含作為一個黏合劑的丙烯酸樹脂的碳層303覆蓋。在這種集電極中，Ag黏土層302的作用是降低和銅導(dǎo)體301的接觸電阻。碳層也用做防止含在Ag黏土中的Ag擴(kuò)散到半導(dǎo)體層中。
光電元件組件圖8(a)是用于說明根據(jù)本發(fā)明的一個由許多光電元件組成的組件的一個例子的結(jié)構(gòu)截面示意圖，在該組件中，由許多根據(jù)本發(fā)明串聯(lián)在一起的光電元件組成的一個集成體，被用樹脂密封的方式密封。
圖8(b)是在圖8(a)中表示的組件中的集成體的光接收側(cè)面的結(jié)構(gòu)截面示意圖。
尤其，圖8(a)和圖8(b)中顯示的模塊是通過提供一個在以下方法中得到的疊層體的一個模件，方法是，(a)按以下次序在支撐構(gòu)件401上，碾壓一個EVA(乙烯乙酸乙烯酯異分子聚合物)薄片402；一個尼龍樹脂薄片403；一個EVA薄片404；一個無紡玻璃構(gòu)件405，(b)在所說的無紡玻璃構(gòu)件405上，一個集成體包括多個具有上述構(gòu)造的被彼此串聯(lián)起來的光電元件407，和分別提供給每一個光電元件的多個旁路二極管406被并聯(lián)到每一光電元件上，如圖8(a)所示；一個無紡玻璃構(gòu)件408；一個EVA薄片409；一個無紡玻璃構(gòu)件410；一個EVA薄片411；一個無紡玻璃構(gòu)件412；一個氟樹脂薄膜413；以這個順序，將此疊層體經(jīng)真空熱壓粘合處理。
EVA作為一種填料可用透明有機(jī)樹脂如EEA或丙烯酸氨基甲酸乙酯代替。尼龍樹脂用做絕緣的目的，尼龍樹脂可用PET或類似物代替。
上述的組件結(jié)構(gòu)能有效地防止受潮，并在抗風(fēng)化方面效果突出。
在下面，本發(fā)明將參考例子進(jìn)行更詳細(xì)的描述。應(yīng)該明白，這些例子僅僅是為了說明的目的，而不是打算將本發(fā)明限于這些例子的范圍內(nèi)。
例1一個由圖2所示結(jié)構(gòu)的太陽能電池(光電元件)，它的半導(dǎo)體層具有針形結(jié)。
尤其，在表1所示的條件下，所示的太陽能電池(光電元件)包括一個疊層結(jié)構(gòu)，它包括一個底層101(一個SUS不銹鋼板(商品名)，大小為10厘米×10厘米，厚度為0.2毫米)/一個由鋁構(gòu)成的反射層102/一個由氧化鋅構(gòu)成的透明導(dǎo)電層103(包括第一透明導(dǎo)電層103a和第二透明導(dǎo)電層103b)/一個半導(dǎo)體層105，包括由a-Si:H:P構(gòu)成的n-型半導(dǎo)體層，由a-SiGe:H構(gòu)成的i-型半導(dǎo)體層，和由μc-Si:H:B構(gòu)成的p-型半導(dǎo)體層/一個由ITO構(gòu)成的上透明電極106/一個集電極107(由銅線(作為芯)被覆上銀層和碳層構(gòu)成)。
這里，背反射層102，第一透明導(dǎo)電層103a和第二透明導(dǎo)電層103b根據(jù)前述的成膜程序，用圖12所示的設(shè)備采用濺射法生成。半導(dǎo)體層105根據(jù)成膜程序，使用圖13所示的設(shè)備用等離子體CVD生成。其中i-型半導(dǎo)體層用微波等離子體CVD生成，n-型半導(dǎo)體層和p-型半導(dǎo)體層用射頻等離子體CVD生成。上透明電極106用濺射法生成。
集電極107以下述方式被提供給上透明電極106。即，在上透明電極106的邊緣部分之下，半導(dǎo)體層105，透明導(dǎo)電層103和背反射層102疊放在底層101上，如圖5所示，購買的用于絕緣的雙涂層帶109被固定，一個銅箔被放置于其上，一個元件(作為集電極107)包含一個銅線芯/一個銀覆層/一個碳覆層被連上電線，一個母線108被布罩，之后經(jīng)熱壓粘合處理。
為了獲取多個太陽能電池(光電元件)，重復(fù)以上程序。
對于其中一個太陽能電池產(chǎn)品，用掃描電鏡(SEM)觀察其截面。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)透明導(dǎo)電層截面具有圖2所示的結(jié)構(gòu)型。
對比例子在這個對比例中，準(zhǔn)備了一個具有圖6所示結(jié)構(gòu)，根據(jù)例1制備太陽能電池的程序制備的太陽能電池(光電元件)，但在例1的透明導(dǎo)電層的生成中，單層氧化鋅透明導(dǎo)電層在表2所示的條件下用濺射法生成。
在圖6中，標(biāo)號201代表一個底層，標(biāo)號202代表一個背反射層，標(biāo)號203代表一個透明導(dǎo)電層，標(biāo)號204代表一個透明導(dǎo)電層203的光入射側(cè)面，標(biāo)號205代表一個半導(dǎo)體層，標(biāo)號206代表一個上透明電板，標(biāo)號207代表一個集電極。
為了獲取多個太陽能電池(光電元件)，重復(fù)以上程序。
對于形成的太陽能電池產(chǎn)品中的一個，用掃描電鏡(SEM)觀察其截面。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)透明導(dǎo)電層截面具有圖6所示的結(jié)構(gòu)型。
評估對于例1中獲得的太陽能電池(這些太陽能電池在以下將被稱做例1試樣)和對比例1中獲得的太陽能電池(這些太陽能電池在下將被稱做對比例1試樣)，將根據(jù)以下將要描述的太陽能電池的特性進(jìn)行評估。
(1)．對于每個例1試樣和對比例1試樣，將根據(jù)最初的特性(光電特性，泄漏電流，在最低光照度時的開路電壓)進(jìn)行評估。特別是，用一個常規(guī)的太陽能電池模擬器(光譜AM 1.5，強(qiáng)度100W/cm3，表面溫度25℃)，測量(ⅰ)光電轉(zhuǎn)換率，(ⅱ)開路電壓，(ⅲ)斷路光電流。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)對于以上三項(xiàng)評估指標(biāo)(ⅰ)、(ⅱ)和(ⅲ)例1試樣分別超過對比例1試樣1.15倍，1.04倍和1.06倍。
(2)．對于每一個經(jīng)過上面(1)評估的例1試樣和對比例1試樣，當(dāng)暴露于大約500lux光照度的熒光燈(低光照度)的光輻射下，測量其開路電壓。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在低光照度下例1試樣超過對比例1試樣1.5倍。
(3)．對于每一個經(jīng)過上面(2)評估的例1試樣和對比例1試樣，在黑暗條件下應(yīng)用反偏壓，測量其泄漏電流。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)例1試樣的泄漏電流是對比例1試樣的1/10。因此，可以明白在泄漏電流方面前者是優(yōu)秀的。
(4)．對于每一個經(jīng)過上面(3)評估的例1試樣和對比例1試樣，采用加速實(shí)驗(yàn)法，進(jìn)行了HHRB(抗高溫，抗潮濕和應(yīng)用反偏壓的耐力實(shí)驗(yàn))實(shí)驗(yàn)。特別是，將兩個試樣放置于有85℃/85％RH條件的環(huán)境實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)一個小時，然后對兩個試樣施加0.85V的反偏壓持續(xù)150小時。之后，將環(huán)境實(shí)驗(yàn)箱的內(nèi)部大氣調(diào)整到250C環(huán)境溫度和50％環(huán)境濕度，維持一個小時。在此之后，將兩個試樣從環(huán)境實(shí)驗(yàn)箱中取出。對每一個經(jīng)過如此處理的試樣，以上面(1)的相同方式分別進(jìn)行(ⅰ)光電轉(zhuǎn)換率，(ⅱ)開路電壓，(ⅲ)短路光電流的評估。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于這三項(xiàng)評估指標(biāo)(ⅰ)、(ⅱ)和(ⅲ)例1試樣分別超過對比例1試樣1.07倍，1.03倍和1.01倍。
另外，對于這樣的兩個試樣，分別測量其在低光照度下的開路電壓。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)例1樣試的開路電壓是對比例1試樣1.4倍。例1試樣的泄漏電流是對比例1試樣的1/8。
(5)．用上面剩下的例1試樣之一和對比例1試樣之一，進(jìn)行光輻射實(shí)驗(yàn)。尤其，在每一試樣接受實(shí)驗(yàn)前，測量光電轉(zhuǎn)換率，開路電壓，短路電流，在低光照度時的開路電壓，和泄漏電流。然后，把樣品在傳統(tǒng)的太陽能電池仿真器(光譜為AM1.5，密度為100mW/cm2，表面溫度為25℃)中暴露500小時。
然后測量它的光電轉(zhuǎn)換率，開路電壓，短路電流，在低光照度時的開路電壓，以及泄漏電流。
結(jié)果，兩個樣品均被發(fā)現(xiàn)開路電壓，在低光照度時的開路電壓，以及泄漏電流有所改變。
尤其，對于開路電壓在試驗(yàn)以前和試驗(yàn)以后的變化率，例1試樣是0.95，而對比例1試樣是0.93。
對于在低光照度時的開路電壓，在試驗(yàn)以前和試驗(yàn)以后的變化率，例1樣本是0.94，而對比例1試樣是0.89。
對于泄漏電流，在試驗(yàn)以前和試驗(yàn)以后的變化率，例1試樣是1.3，而對比例1試樣是2.5。
(6)．用上面剩下的例1試樣之一和對比例1試樣之一，進(jìn)行降雹試驗(yàn)(在有關(guān)于太陽能電池的JIS C8917中被說明)。特別地，在每一試樣經(jīng)受實(shí)驗(yàn)前，測量光電轉(zhuǎn)換率，開路電壓，短路光電流，在低光照度時的開路電壓，和泄漏電流。
然后，每個樣品在以下條件下接收降雹試驗(yàn)。即，每個直徑在25mm的多個冰球，以每秒23米的終點(diǎn)速度一齊掉到樣品的表面上10次。
對兩個樣品都這樣進(jìn)行處理，然后觀察它的外表面。結(jié)果，每一個樣品的外表面基本上無明顯痕跡。
然后，對兩個樣品都這樣進(jìn)行處理，測量光電轉(zhuǎn)換率，開路電壓，短路光電流，在低光照度時的開路電壓，和泄漏電流。
結(jié)果，兩個樣品均被發(fā)現(xiàn)開路電壓，在低光照度時的開路電壓，以及泄漏電流有所改變。
尤其，對于開路電壓在試驗(yàn)以前和試驗(yàn)以后的變化率，例1試樣是0.98，而對比例1試樣是0.94。
對于在低光照度時的開路電壓，在試驗(yàn)以前和試驗(yàn)以后的變化率，對例1試樣它是0.97，而對比例1試樣是0.92。
對于泄漏電流，在試驗(yàn)以前和試驗(yàn)以后的變化率，對例1試樣是1.1，而對比例1試樣是2.1。
根據(jù)以上的說明，可以得出以下結(jié)論從屬于本發(fā)明的例1中得到的光電元件明顯優(yōu)于從對照例1中得到的對照光電元件。
(7)．個別情況下，除了為了得到多個太陽能電池(光電元件)而改變在透明導(dǎo)電層的生成過程中的成膜溫度外，例1的過程可以重復(fù)，以獲得多個太陽能電池(光電元件)。對于每一個太陽能電池產(chǎn)品，都要測定其光電轉(zhuǎn)換率。然后，對于每一個太陽能電池的透明導(dǎo)電層，用掃描電鏡(SEM)檢測其截面，發(fā)現(xiàn)其截面具有多個彼此互相連接的圓弧被安置其中，對于這些圓弧，測量它們的曲率半徑(r)和從曲率中心看的仰角(α)。測量值和光電轉(zhuǎn)換率之間的關(guān)系如表10所示。根據(jù)這個結(jié)果，得到一個結(jié)論，即，當(dāng)透明導(dǎo)電層具有的截面的曲率半徑(r)為0.03到6微米范圍，仰角為(α)為30°到155°，占整個截面面積比率超過80％時，此太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換率最高。另外，還得到一個結(jié)論，即，當(dāng)截面有多個區(qū)域，每一個占據(jù)穿過曲率中心的圓弧的二等分區(qū)域，基本垂直于底層的表面，并且超過整個截面區(qū)域80％的比例時，太陽能電池具有極佳的光電轉(zhuǎn)換率。這里的術(shù)語[基本垂直]表示二等分線到底層表面的角度在85°到90°范圍。
例2在表3所示的條件下和按照例1的程序，這里準(zhǔn)備了一個如圖2中所示結(jié)構(gòu)的太陽能電池(光電元件)，提供給它的半導(dǎo)體層是具有圖9所示的三個針形結(jié)的三重電池類型。
具體說，這里準(zhǔn)備的太陽能電池(光電元件)包括一個底層101(一個SUS不銹鋼板(商品名)，大小為10厘米×10厘米，厚度為0.2毫米)/一個由鋁構(gòu)成的反射層102/一個由氧化鋅構(gòu)成的第一透明導(dǎo)電層103a/和一個由氧化鋅構(gòu)成的第二透明導(dǎo)電層103b/一個半導(dǎo)體層105(包括由a-Si:H:P構(gòu)成的第一n-型半導(dǎo)體層/由a-SiGe:H構(gòu)成的第一i-型半導(dǎo)體層/由μc-Si:H:B構(gòu)成的第一p-型半導(dǎo)體層/由a-Si:H:P構(gòu)成的第二n-型半導(dǎo)體層/由a-SiGe:H構(gòu)成的第二i-型半導(dǎo)體層/由μc-Si:H:B構(gòu)成的第二p-型半導(dǎo)體層/由a-Si:H:P構(gòu)成的第三n-型半導(dǎo)體層/由a-Si:H構(gòu)成的第三i-型半導(dǎo)體層/由μc-Si:H:B構(gòu)成的第三p-型半導(dǎo)體層/一個由ITO構(gòu)成的上透明電極106/一個集電極107(由銅線(作為芯)被覆銀層和碳層構(gòu)成)。
為了獲取多個太陽能電池(光電元件)，重復(fù)以上程序。
對于其中一個太陽能電池產(chǎn)品，用掃描電鏡(SEM)觀察其截面。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，透明導(dǎo)電層(包括第一和第二透明導(dǎo)電層)的光入射側(cè)面區(qū)域具有圖2所示的結(jié)構(gòu)型。其中，檢測第一透明導(dǎo)電層的C軸方向。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，第一透明導(dǎo)電層的具有其C軸平行于底層表面的區(qū)域占85％的比率。另外，檢測第二透明導(dǎo)電層的C軸方向。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，第二透明導(dǎo)電層的具有其C軸基本垂直于底層表面的區(qū)域占90％的比率。
對比例2為了獲得多個太陽能電池(光電元件)，除了不生成第一和第二透明導(dǎo)電層，而生成常規(guī)的透明導(dǎo)電層以外，可以重復(fù)例2的程序得到。
對于太陽能電池產(chǎn)品的其中一個，用掃描電鏡(SEM)觀察其截面。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，透明導(dǎo)電層的截面具有圖6所示的結(jié)構(gòu)型。
評估對于例2和對比例2獲得的太陽能電池，以例1和對比例1相同的方式進(jìn)行評估。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，例2獲得的太陽能電池在各個評估指標(biāo)中均超過對比例2。
例3在這個例子中，準(zhǔn)備了一個具有如圖8中所示結(jié)構(gòu)的太陽能電池組件。對于太陽能電池(光電元件)，這里使用具有圖4所示結(jié)構(gòu)的太陽能電池(光電元件)。半導(dǎo)體層是具有圖9所示的三個針形結(jié)的三重電池類型，如例2中的情況一樣。
關(guān)于底層，這里使用一個長片構(gòu)件。使?jié)L動成膜系統(tǒng)，一個背反射層，一個中間層，一個第一透明導(dǎo)電層和一個第二透明導(dǎo)電層相繼生成于長片構(gòu)件上。一個半導(dǎo)體層和一個上透明電極也使用同樣的滾動成膜系統(tǒng)生成。在下面，這個例子中關(guān)于太陽能電池組件的制備將被詳細(xì)描述。
圖14(a)和14(b)是顯示滾動多腔成膜設(shè)備例子的結(jié)構(gòu)示意圖，此設(shè)備可以在真空條件下在柔軟的長底層上連續(xù)生成多個薄膜。圖14(a)是從上面觀察成膜設(shè)備的示意圖，圖14(b)是從側(cè)面觀察成膜設(shè)備的截面示意圖。
在圖14(a)和14(b)中，標(biāo)號1001代表由不銹鋼或類似物構(gòu)成的柔軟底層網(wǎng)(一個柔軟長底層)。標(biāo)號1002代表一個可以被抽成真空的底層送片腔，其中提供一個底層網(wǎng)1001纏繞其上的放松滾1008。標(biāo)號1007代表一個可以被抽成真空的卸載腔，其中提供一個在底層網(wǎng)1001纏繞其上時，用于收緊底層網(wǎng)的收縮滾1009。每一個送片腔1002和卸載腔1007被通過接管1018連接于真空泵1016(包括，例如一個旋轉(zhuǎn)泵)。能夠通過DC磁控管濺射法生成所需膜的真空沉積腔1003,1004,1005和1006被安置在送片腔1002和卸載腔1007之間，這里的腔1002-1007通過氣門1021，按如圖14(b)所示彼此通連。
給氣管1010連接于每一個氣門1021，以便流動清除氣體1011，象氬氣，進(jìn)入氣門1021，從而避免用于一個腔的輸入氣體與用于另一個腔的輸入氣體互相混雜。這就能夠在兩層相關(guān)的薄膜之間生成所要求的半導(dǎo)體聯(lián)結(jié)。在給定的相鄰真空箱用于生成同一個薄膜的情況下，為這樣的真空箱之間提供氣門不是都有必要的。
真空腔1003--1006中的每一個都通過導(dǎo)管1019與擴(kuò)散泵1017連接，而導(dǎo)管1019通過導(dǎo)管與真空泵，如旋轉(zhuǎn)泵，連接。給真空腔1003--1006中的每一個提供一個用于加熱底層網(wǎng)1001的加熱器1014，一個用于在底層網(wǎng)1001上生成滿足要求的薄膜的目標(biāo)1023，一個用于提供磁鐵的電極1013，以及一個用于引入濺射氣體1022的氣體入口管1020。每一個電極1013均與一個直流電源1012接通。
使用圖14(a)和圖14(b)所示的成膜設(shè)備的薄膜生成，例如，可以按以下方式進(jìn)行。
有一個清潔的底層網(wǎng)1001(用不銹鋼或類似材料制成)纏繞其上的放松滾1008，放在送片腔1002內(nèi)。底層網(wǎng)1001被從放松滾1008中放松，它穿過各自的氣門和真空腔1003--1006，固定在卸載腔1007中的收縮滾1009上。底層網(wǎng)1001被調(diào)整得沒有任何松弛的余地。通過啟動各自的真空泵，各自的腔內(nèi)部都被排空成僅有很少毫乇的真空。通過氣體供應(yīng)管1010，氬氣被流入氣門，而通過進(jìn)氣管1020的每一個，給定的成膜原材料氣體，被引入到各個真空腔1003-1006中。每一個加熱器1014啟動，底層網(wǎng)1001被移動到箭頭1024所示的方向。當(dāng)?shù)讓訙囟茸兂梢蟮某貢r，直流電源1012被接通，以使得在真空腔1003--1006中生產(chǎn)等離子區(qū)，并在底層網(wǎng)1001上生成要求的薄膜。當(dāng)被從放松滾1008中放松的底層網(wǎng)1001接近它的末端時，傳輸被中斷，加熱器和直流電源被切斷，成膜材料的引入也被中斷。剩下沒有薄膜沉積的底層網(wǎng)部分，整個纏繞在卸載腔1007中的收縮滾1009上。當(dāng)纏繞在收縮滾上的底層網(wǎng)變成室溫時，所有的腔將為大氣壓強(qiáng)，有底層網(wǎng)纏繞其上的收縮滾被從卸載腔取出。
在本例中，根據(jù)以上說明的成膜程序以及以下表4所示的條件，在由不銹鋼制造，具有0.15毫米厚度，象前文的底層網(wǎng)1001一樣的底層網(wǎng)上，依次生成背反射層，中間層，第一透明導(dǎo)電層腔第二透明導(dǎo)電層。
對在這樣的底層網(wǎng)上生成的四層體，檢測它的反射率。結(jié)果，得到了一個好的反射譜。另外，對于第二透明導(dǎo)電層，用SEM對其光入射側(cè)面截面區(qū)域進(jìn)行了檢測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，此截面具有圖4所示的多個彼此相互接觸的圓弧被安置其中的結(jié)構(gòu)形狀。另外，對于透明導(dǎo)電層(包括第一和第二透明導(dǎo)電層)，仔細(xì)檢查了存在于其上的小孔數(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，數(shù)量很少。
在前述的第二透明導(dǎo)電層上，用圖15(a)、圖15(b)和15(c)中所示的滾動多腔成膜設(shè)備生成半導(dǎo)體層。
圖15(a)到圖15(c)中所示的成膜設(shè)備可以在長底層(一個底層網(wǎng))上連續(xù)生成九層半導(dǎo)體層。在圖15(a)和圖15(b)中，為了簡便起見，省掉了六個真空腔。在這個圖形中，標(biāo)號1101代表有前述四層生成于其上的底層網(wǎng)。標(biāo)號1102代表一個可以被抽成真空的底層送片腔，其中提供一個底層網(wǎng)1101纏繞其上的放松滾1108。標(biāo)號1107代表一個可以被抽成真空的卸載腔，其中提供一個在底層網(wǎng)1101纏繞其上時用于收緊底層網(wǎng)的收縮滾1109。每一個送片腔1102和卸載腔1107被連接于真空泵1116(包括，例如一個旋轉(zhuǎn)泵)通過接管1118。真空腔1103a,1104a,1103b(未圖示)，1103c(未圖示)，1104b(未圖示)，1103d(未圖示)，1103e(未圖示)，1104c(未圖示)，1103f和1105被安置在送片腔1102和卸載腔1107之間，這里的這些腔1103a-1105通過氣門1121如圖15(b)所示被彼此通連。
給氣管1110被連接于每一個氣門1121，以便流動清除氣體1111例如進(jìn)入氣門1121的氬氣，從而避免用于一個腔的給進(jìn)氣體與用于另一個腔的給進(jìn)氣體互相混雜。這能夠在兩層相關(guān)的薄膜之間生成所要求的半導(dǎo)體聯(lián)結(jié)。在給定的相鄰的真空腔用于生成同一個薄膜的情況下，為這樣的真空腔之間提供氣門不是都有必要的。
真空腔1103a,1103b,1103c,1103d,1103e中的每一個都可通過射頻等離子體CVD實(shí)施膜生成。這些真空腔的每一個通過導(dǎo)管1118與旋轉(zhuǎn)泵1116連接，這些真空腔的每一個，被連接到引入成膜原料氣體1122的氣體給進(jìn)管1120上。真空腔1103a,1103b,1103c,1103d,1103e中的每一個提供一個用于加熱底層網(wǎng)1101的加熱器1114，和一個射頻電極1113。每一個射頻電極均被電氣連接于一個射頻電源1112上。
真空腔1104a,1104b,1104c中的每一個都可通過微波等離子體CVD實(shí)施膜生成。這些真空腔的每一個通過導(dǎo)管1119與擴(kuò)散泵1117連接，導(dǎo)管1119通過管道連接于真空泵旋轉(zhuǎn)泵上。這些真空腔的每一個，被連接到引入成膜原料氣體1122的氣體給進(jìn)管1120上。這些真空腔中的每一個都被提供一個加熱器1114。
真空腔1104a,1104b,1104c中的每一個都環(huán)繞其腔壁提供一個介電窗(一個微波引入窗)。此介電窗1125通過一個微波引入部件1126、波導(dǎo)1127和匹配電路1128被電氣連接于微波電源1129上。
微波源從微波電源1129發(fā)出，通過匹配電路1128、波導(dǎo)1127和微波引入部件1126，穿過此介電窗1125進(jìn)入真空腔。
在真空腔1105中，通過直流(DC)磁控管濺射法進(jìn)行上透明電極的生成。這個真空腔被連接于擴(kuò)散泵和旋轉(zhuǎn)泵(未顯示)上。一個給氣管1120被連接到這個真空腔上。
在真空腔1105中，一個用于生成上透明電極的標(biāo)板1130，一個配置有磁鐵的電極1131，和一個加熱器1114被提供。此電極1131被電氣連接于直流電源1123上。
使用圖15(a)到圖15(c)所示的成膜設(shè)備的薄膜生成，例如，可以按以下方式進(jìn)行。
有一個前述的底層網(wǎng)(具有背反射層，中間層，第一透明導(dǎo)電層和第二透明導(dǎo)電層)纏繞其上的放松滾1108，放在送片腔1002內(nèi)。底層網(wǎng)1101被從放松滾1108中放松，它穿過各自的氣門和真空腔，固定在卸載腔1107中的收縮滾1109上。底層網(wǎng)1001被調(diào)整得沒有任何松弛的余地。通過啟動各自的真空泵，各自的腔內(nèi)部都被排空成僅有很少毫乇的真空。通過氣體供應(yīng)管1110，當(dāng)氬氣被流入氣門，而通過進(jìn)氣管1120的每一個，用于生成半導(dǎo)體層的給定的成膜原材料氣體，被引入到各個真空腔以生成半導(dǎo)體層，給定的濺射氣體，被引入到各個真空腔用于生成上透明電極層。每一個加熱器1114啟動，底層網(wǎng)1101被移動到箭頭1124所示的方向[見圖15(b)]。當(dāng)?shù)讓泳W(wǎng)溫度變成要求的常溫時，射頻電源，微波電源和直流電源被接通，以使得在各個真空腔中產(chǎn)生等離子區(qū)，從而在底層網(wǎng)1101上生成所要求的薄膜。當(dāng)從放松滾中被放松的底層網(wǎng)1101接近它的末端時，傳輸被中斷，加熱器和所有的電源被切斷，成膜原料氣體的引入也被中斷。剩下的底層網(wǎng)部分，整個纏繞在卸載腔1107中的收縮滾1109上。當(dāng)纏繞在收縮滾上的底層網(wǎng)變成室溫時，所有的空腔將變成為大氣壓強(qiáng)，有底層網(wǎng)纏繞其上的收縮滾被從卸載腔取出。
根據(jù)以上所描述的成膜程序和在表4所示的情況下，在底層網(wǎng)(即，在第二透明導(dǎo)電層)上，相繼生成由a-Si:H:P構(gòu)成的第一n-型半導(dǎo)體層；由a-SiGe:H構(gòu)成的第一i-型半導(dǎo)體層；由μc-Si:H:B構(gòu)成的第一p-型半導(dǎo)體層；由a-Si:H:P構(gòu)成的第二n-型半導(dǎo)體層；由a-SiGe:H構(gòu)成的第二i-型半導(dǎo)體層；由μc-Si:H:B構(gòu)成的第二p-型半導(dǎo)體層；由a-Si:H:P構(gòu)成的第三n-型半導(dǎo)體層；由a-Si:H構(gòu)成的第三i-型半導(dǎo)體層；由μc-Si:H:B構(gòu)成的第三p-型半導(dǎo)體層；一個由ITO構(gòu)成的上透明電極。
有三個一組的底層網(wǎng)以及在其上生成的透明電極被從成膜設(shè)備中取出，然后被切割，以便得到一系列尺寸為30厘米×30厘米的光電元件。這些光電元件的每一個的集電極和導(dǎo)電條與例1中的一樣。
這樣就獲得了很多的太陽能電池。其中的四個被以串聯(lián)方式集中在一起，如圖8(a)和8(b)所示，在每一個太陽能電池上，一個旁路二極管以并聯(lián)方式聯(lián)到別的光電元件，如圖8(a)所示。所得到的物體，在以后將被稱為集成太陽能電池體。
接著，在0.3毫米厚的支撐構(gòu)件上，依次碾壓一個EVA(乙烯乙酸乙烯酯異分子聚合物)薄片；一個尼龍樹脂薄片；一個EVA薄片；一個無紡玻璃構(gòu)件；集成太陽能電池體；一個無紡玻璃構(gòu)件；一個EVA薄片；一個無紡玻璃構(gòu)件；一個氟樹脂薄膜；以得到一個疊層體。這個疊層體經(jīng)過真空熱壓焊處理，生成一個太陽能電池組件。
產(chǎn)生的電池組件按照例1和對比例1的方式進(jìn)行評估。結(jié)果，在初始特性，HHRB試驗(yàn)，降雹試驗(yàn)，光輻射試驗(yàn)的評估中，都獲得了滿意的結(jié)果。太陽能電池模型的各種特性，比例1中的太陽能電池的相應(yīng)特性好得多。
另外，對太陽能電池模件，還進(jìn)行了基于《太陽能電池JIS C8917》的扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)。尤其，太陽能電池得三個角固定，來回以3厘米位移，移動(扭轉(zhuǎn))余下的一個角50次。在作了這一試驗(yàn)以后，評估太陽能電池的光導(dǎo)特性，泄漏電流和在低照度下的開路電壓。這些評估項(xiàng)目的評測結(jié)果被用于與試驗(yàn)以前的情況相比。發(fā)現(xiàn)變化率分別為0.99,1.1和0.97，這是令人滿意的結(jié)果。
因此，太陽能電池組件被發(fā)現(xiàn)其太陽能電池特性是極好的。
例4把例1中的透明導(dǎo)電層的厚度換成2微米，重復(fù)例1的操作，以得到一系列太陽能電池。
對于其中一個太陽能電池產(chǎn)品，用掃描電鏡(SEM)觀察其截面。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)透明導(dǎo)電層截面具有圖2所示的結(jié)構(gòu)型式。然后檢測透明導(dǎo)電層的C軸方向。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)第一透明導(dǎo)電層中有一個區(qū)域，其C軸在底層區(qū)域的大約95％部分，基本上垂直于底層表面。
使用余下的太陽能電池中的一個，象例1和對比例1中一樣的方式進(jìn)行評測，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)正如例1一樣，太陽能電池組件有極好的太陽能電池特性。
例5把例2中的第一透明導(dǎo)電層的厚度換成0.05微米，第二透明導(dǎo)電層的厚度換成1.5微米，重復(fù)例2的操作，以得到一系列太陽能電池。
對于其中一個太陽能電池產(chǎn)品，用掃描電鏡(SEM)觀察其截面。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)透明導(dǎo)電層截面具有圖2所示的結(jié)構(gòu)型式。
使用余下的太陽能電池中的一個，象例1和對比例1中一樣的方式進(jìn)行評測，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)正如例2一樣，太陽能電池組件具有極好的太陽能電池特性。
例6把例2中加上由通過氧氣濺射鋁目標(biāo)生成的中間層，而且連接在背反射層和透明導(dǎo)電層之間，重復(fù)例2的操作，以得到一系列有圖3所示結(jié)構(gòu)的太陽能電池。
對于其中一個太陽能電池產(chǎn)品，用掃描電鏡(SEM)觀察其截面。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)透明導(dǎo)電層的光入射側(cè)面具有圖3所示的結(jié)構(gòu)式樣。
使用余下的太陽能電池中的一個，象例1和對比例1中一樣的方式進(jìn)行評測，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)正如例2一樣，太陽能電池組件有極好的太陽能電池特性。
從以上的描述可以明確得到，具有以前描述的本發(fā)明的特殊透明導(dǎo)電層的太陽能電池(光電元件)，在包括光電轉(zhuǎn)換率，開路電壓，斷路光電流，低照明度下的開路電流以及泄漏電流的太陽能電池特性方面，有重要的改善。太陽能電池(光電元件)有極好的機(jī)械強(qiáng)度，而且在戶外的露天試驗(yàn)，HHRB試驗(yàn)，光輻射試驗(yàn)方面，其耐久性都有重要的改善。
本發(fā)明使得能以合理的價格，有效地生產(chǎn)這樣的高性能的太陽能電池(光電元件)。
權(quán)利要求
1．一種光電元件，該元件由以下部分組成一個背反射層，一個透明導(dǎo)電層，一個由非單晶硅并含有氫原子和至少一個半導(dǎo)體結(jié)的半導(dǎo)體材料組成的半導(dǎo)體層，一個由在底層上按這樣的順序疊層砌起來的金屬氧化材料組成的上層透明電極層，以及一個在這樣的上層透明電極層上提供的集電極，這里所說的透明導(dǎo)電層包括氧化鋅材料，并且具有光入射側(cè)面區(qū)，該區(qū)有多個被安置了彼此互相連接的圓弧的不同截面，其中的每一個圓弧具有的曲率半徑范圍為300到6微米，其從彎曲的中心看的仰角范圍是30°到155°，所述的截面包含由在截面的整個區(qū)域的80％或以上部分中的多個圓弧組成。
2．按照權(quán)利要求1的光電元件，其中的透明導(dǎo)電層具有雙層構(gòu)造，該雙層構(gòu)造由第一透明導(dǎo)電層和第二透明導(dǎo)電層，按先第一層后第二層的次序，在底層的表面上疊層而成，這里的第一透明導(dǎo)電層由具有c軸平行于在整個區(qū)域的50％到99％中的部分中的底層表面的氧化鋅晶粒的聚合物組成，這里的第二透明導(dǎo)電層由縱軸平行于氧化鋅的c軸的菱形氧化鋅晶粒的聚合物組成，并該層還具有一些區(qū)域，在此區(qū)域中，所說的菱形氧化鋅晶粒被徑向聚合到垂直于在整個區(qū)域70％以上的部分中的底層表面的方向。
3．按照權(quán)利要求1的光電元件，其中的透明導(dǎo)電層的厚度范圍為5000到3微米。
4．按照權(quán)利要求2的光電元件，其中的第一透明導(dǎo)電層的厚度等于整個透明導(dǎo)電層的厚度的1到30％。
5．按照權(quán)利要求1的光電元件，其中的透明導(dǎo)電層的導(dǎo)電率在10-8(1/Ωcm)到10-2(1/Ωcm)之間。
6．按照權(quán)利要求2的光電元件，其中的第一和第二兩個透明導(dǎo)電層的導(dǎo)電率都在10-8(1/Ωcm)到10-2(1/Ωcm)之間。
7．按照權(quán)利要求2的光電元件，其中的第一和第二兩個透明導(dǎo)電層都是用濺射法生成，其中的第一透明導(dǎo)電層在底層溫度在50℃到200℃范圍內(nèi)生成，第二透明導(dǎo)電層在底層溫度在150℃到400℃范圍內(nèi)生成，而第二透明導(dǎo)電層生成的溫度必須比第一透明導(dǎo)電層生成的溫度高至少30℃。
8．按照權(quán)利要求2的光電元件，其中的第一和第二兩個透明導(dǎo)電層都是用濺射法，在含氧量為50％或以上的環(huán)境中生成。
9．按照權(quán)利要求1的光電元件，它還包含一個中間層，該中間層由介于背反射層和透明導(dǎo)電層之間的氧化鋁組成。
10．按照權(quán)利要求9的光電元件，其中的中間層由濺射一個含鋁的目標(biāo)的反應(yīng)濺射過程，在含氧量為80％或以上的環(huán)境中生成的一個層組成。
11．按照權(quán)利要求9的光電元件，其中的中間層通過氧化作為背反射層的金屬層的表面生成的一個氧化表面層組成。
12．按照權(quán)利要求1的光電元件，其中的半導(dǎo)體層在一個微晶硅材料和一個非單晶硅半導(dǎo)體材料之間，由一個半導(dǎo)體結(jié)。
13．按照權(quán)利要求1的光電元件，其中的半導(dǎo)體層實(shí)際上由多個半導(dǎo)體層組成，這些半導(dǎo)體層中至少有一層含至少由Ge,O,N和C組成的組中的一種元素。
14．按照權(quán)利要求1的光電元件，其中的上透明電極含有由Sn,In2O3和ITO組成的組中的一種材料。
15．按照權(quán)利要求1的光電元件，其中的集電極包括一個含有金屬導(dǎo)線組成的芯組成的層疊體，其中的金屬導(dǎo)線有被疊層砌在所說的芯上的一個黏土層和一個碳層，次序是先黏土層后碳層。
16．按照權(quán)利要求1的光電元件，其中的透明導(dǎo)電層的光入射側(cè)面區(qū)域的截面有多個被安置成彼此互相連接的圓弧，每一個圓弧的曲率半徑在500到6微米之間，從中心看的仰角在50°到155°之間，所說的截面具有多個分別基于圓弧的半扇區(qū)的區(qū)域，該圓弧穿過曲面中心，并基本垂直于在整個截面的80％或以上的部分的底層表面，其中的底層用于透明導(dǎo)電層在其中生成。
17．按照權(quán)利要求1的光電元件，其中的透明導(dǎo)電層的光入射側(cè)面區(qū)域的截面有多個被安置成彼此互相連接的圓弧，每一個圓弧的曲率半徑在900到2微米之間，從曲面中心看的仰角在70°到135°之間，所說的截面具有多個分別基于圓弧的半扇區(qū)的區(qū)域，該圓弧穿過曲面中心，并基本垂直于在整個截面的80％或以上的部分的底層表面，其中的底層用于透明導(dǎo)電層在其中生成。
18．按照權(quán)利要求1的光電元件，其中的背反射層由鋁作為主體的金屬材料構(gòu)成。
19．按照權(quán)利要求1的光電元件，其中的截面具有多個分別基于圓弧的半扇區(qū)的區(qū)域，該圓弧穿過曲面中心，并基本垂直于在整個截面的80％或以上的部分的底層表面，其中的底層用于透明導(dǎo)電層在其中生成。
20．一種光電元件組件，在該組件中，這些根據(jù)權(quán)利要求1作成的光電元件被按電學(xué)上的方式集成起來，并且所說的光電元件通過灌封樹脂密封起來。
21．一種光電元件組件，在該組件中，這些根據(jù)權(quán)利要求2作成的光電元件被按電學(xué)上的方式集成起來，并且所說的光電元件通過灌封樹脂密封起來。
全文摘要
在一個背反射層上具有特別的透明導(dǎo)電層的一種光電元件,所說的透明導(dǎo)電層含有氧化鋅材料,有光入射側(cè)面區(qū),并且此區(qū)有多個被安置了彼此互相連接的圓弧的不同截面,其中的每一個圓弧具有的曲率半徑范圍為300A到6微米,其從彎曲的中心看的仰角范圍是30°到155A,所述的截面包括由在截面的整個區(qū)域的80%或以上部分中的多個圓弧組成的區(qū)域。
文檔編號H01L31/052GK1218995SQ98125069
公開日1999年6月9日 申請日期1998年10月29日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月29日
發(fā)明者狩谷俊光 申請人:佳能株式會社