专利名称：一种具有超晶格的硅基薄膜太阳能电池的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种具有超晶格的硅基薄膜太阳能电池，该超晶格半导体 层利用不同材料的薄膜相互堆栈而成，可用以提高光电特性。
背景技术：
目前由于国际能源短缺，而世界各国一直持续研发各种可行的替代能源， 其中又以太阳能发电的太阳电池最受到瞩目。太阳电池具有使用方便、取之不 尽、用之不竭、无废弃物、无污染、无转动部份、无噪音、可阻隔辐射热、使 用寿命长、尺寸可随意变化、并与建筑物作结合及普及化等优点，故利用太阳 电池作为能源的取得。
在20世纪70年代，由美国贝尔实验室首先研制出的硅太阳能电池逐步发展 起来。随着太阳电池的发展，如今太阳能电池有多种类型，典型的有单晶硅太 阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、化合物太阳能电池、染料 敏化太阳能电池等。
硅(Silicon )为目前通用的太阳能电池的原料代表，而在市场上又区
分为1.单结晶硅；2.多结晶硅；3.非结晶硅。目前最成熟的工业生产制 造技术和最大的市场占有率乃以单晶硅和非晶硅为主的光电板。原因是一、
单晶效率最高；二、非晶价格最便宜，且无需封装，生产也最快；三、多晶的 切割及下游再加工较不易，而前述两种都较易于再切割及加工。为了降低成本， 现今主要以积极发展非晶硅薄膜太阳电池为主，但其效率上于实际应用中仍然 过低。近来，有所谓的中间能带(Intermediate band)结构被提出，也就是在 导带(Conduction band)与价带(Valence band)之间引进额外的能带。理 论上，如果掺杂(doping)浓度高到某种程度，即掺杂原子之间的距离接近到某 种程度，掺杂原子就不能再被视为是相互独立的。掺杂原子的能阶互相耦合
(Overlapping)，就会在导带与价带之间引进中间能带。中间能带的引入， 可以让原本能量小于能隙的不被吸收的光子，有机会被吸收，因而增加光电流。
另一方面，为了保持输出电压， 一般须要采用P-i-N结构，让中间能带位于纯 质(intrinsic， i layer)区域。其中又以于本质型G型)半导体层中成长所 谓的微晶硅(Microcrystalline Si， pc-Si: H)结构最受到瞩目。然而，过 去并无在单一P-i-N结构中制作具有超晶格的硅基薄膜太阳能电池。
因此，有必要提出一种具有超晶格的硅基薄膜太阳能电池，利用超晶格结 构来提高其光波长的吸收范围，并增加太阳能电池的光电转换效率。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种具有超晶格的硅基薄膜太 阳能电池。其中，该超晶格半导体层利用不同材料的薄膜相互堆栈而成，用以 提高光电特性，并增加太阳能电池的光电转换效率。
为实现上述目的，本实用新型提出一种具有超晶格的硅基薄膜太阳能电 池，其包含一基板； 一透明导电膜； 一非晶硅P型半导体层； 一超晶格半导体 层； 一本质型(i型)半导体层；一N型半导体层以及一电极。其中，该基板 的一面为照光面。该透明导电膜形成于该基板上，用以取出电能与提升光电转 换的效率。该非晶硅P型半导体层形成于该透明导电膜上方，用以产生空穴。 该超晶格半导体层形成于该P型半导体层上方，用以提高太阳能电池的电特 性。该本质型(i型)半导体层形成于该超晶格半导体层上方，其具有镶埋结 晶硅，用以提高太阳能电池的电特性。该N型半导体层形成于该本质型(i型) 半导体层上方，用于产生电子。最后，该电极形成于该N型半导体层上方，用 以取出电能与提升光电转换的效率。
根据本实用新型的一种具有超晶格的硅基薄膜太阳能电池，其中该超晶格 半导体层的结构由非晶硅与结晶硅相互堆栈而成。
根据本实用新型的一种具有超晶格的硅基薄膜太阳能电池，其中该超晶格 半导体层的整体厚度在10纳米至150纳米之间。
根据本实用新型的一种具有超晶格的硅基薄膜太阳能电池，其中该超晶格 半导体层内的非晶硅与结晶硅相互堆栈的次数在3至10次之间。
综上所述，本实用新型的具有超晶格的硅基薄膜太阳能电池，其具有的该 本质型(i型)半导体层150内镶埋的结晶硅151，可用以提高光吸收效率。 利用不同材料相互堆栈而成的该超晶格半导体层140除了可用以提高光电特
性，更可增加太阳能电池的光电转换效率。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的 限定。
图1显示为本实用新型的一种具有超晶格的硅基薄膜太阳能电池的侧视剖
面图2显示为本实用新型的超晶格半导体层的侧视剖面图。 其中，附图标记
100: —种具有超晶格的硅基薄膜太阳能电池 110:基板 120:透明导电膜 130:非晶硅P型半导体层 140:超晶格半导体层 150:本质型(i型)半导体层
160: N型半导体层 170:电极
141:非晶硅半导体层 142:结晶硅半导体层
151:本质型(i型)半导体层内镶埋的结晶硅具体实施方式
虽然本实用新型可表现为不同形式的实施例，但附图所示者及于下文中说 明者为本实用新型的较佳实施例，并请了解本文所揭示者考虑为本实用新型的 一范例，且并非意图用以将本实用新型限制于图示及/或所描述的特定实施例中。
请参照图1，其所示为一种具有超晶格的硅基薄膜太阳能电池100的侧视
剖面图，该结构为本实用新型的第一实施例。该具有超晶格的硅基薄膜太阳能
电池100包含一基板110; —透明导电膜120; —非晶硅P型半导体层130;
一超晶格半导体层140; —本质型(i型)半导体层150; —N型半导体层160 以及一电极170。
该基板110选自于硅、玻璃、塑料基板、可挠性基板或不锈钢板所组成群
族的一。为了得到较佳的透光特性与较低的制造成本，可采用玻璃及不锈钢板
作为基板IIO。
该透明导电膜120形成于该基板110上，其主要目的为提高电流的收集于 电极170，用以提升光电转换的效率。其中，该透明导电膜120可选用常见的 蒸镀法(Evaporation)、溅镀法(Sputter)、电镀法、印刷法等工艺作为主 要的工艺方式。而该透明导电膜120的材料可选自于铟锡氧化物(Indiumtin oxide， ITO) 、 二氧化锡(Sta画m dioxide, Sn02)、氧化锌(Zinc oxide， Zn0)或含杂质的氧化锌等所组成族群之一。
该非晶硅P型半导体层130形成于该透明导电膜120上，本实用新型的第 一实施例于该非晶硅P型半导体层130薄膜可选用电浆增强型化学式气相沉积 工艺(Plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD)、热丝化学气相 沉积法(Hot-wire chemical vapor d印osition， HW-CVD)或特高频等离子增强 型化学式气相沉禾只(Very high frequency-plasma enhance chemical vapor d印osition， VHF-PECVD)等工艺作为主要工艺方式。
该超晶格半导体层140形成于该非晶硅P型半导体层130上方，且该超晶 格半导体层140由非晶硅与结晶硅相互堆栈而成，其中超晶格半导体层140 内的结晶硅的结晶度比在10%至50%之间。该超晶格半导体层140内的结晶 硅的晶粒尺寸在5纳米至30纳米之间。该超晶格半导体层140的堆栈方式如 图2所示，且该堆栈方式可提高开路电压及增加光电转换效率。该超晶格半导 体层140内的非晶硅半导体层141与结晶硅半导体层142的薄膜总厚度约为 100纳米，且该超晶格半导体层140内的非晶硅半导体层141厚度须小于结晶 硅半导体层142厚度。其中，该超晶格半导体层140内的非晶硅半导体层141 与结晶硅半导体层142相互堆栈的次数在3至10次之间。
该本质型(i型)半导体层150形成于该超晶格半导体层140上方，且该本 质型(i型)半导体层150内镶埋的结晶硅151通过混和硅烷气体及氢气所形成 之，可用以提高电特性，并增加太阳能电池的转换效率，本质型(i型)半导体 层150内镶埋的结晶硅151选自于纳米晶硅、微晶硅与多晶硅所组成族群中的 任何一种材料。该本质型(i型)半导体层150内镶埋的结晶硅151的结晶尺寸 在10纳米至300纳米之间。其中，该本质型(i型)半导体层150对于薄膜型 太阳能电池的电特性影响最大，其是由于电子与空穴在材料内部传导时，若该 本质型(i型)半导体层150厚度过厚，两者重合机率极高，为避免此现象发生， 本质型(i型)半导体层150不宜过厚。反之，该本质型(i型)半导体层150 厚度过薄时，又易造成吸旋光性不足。该本质型(i型)半导体层150—般以非 晶硅质薄膜(a-Si:H)为主。然而，非晶硅质薄膜于光照后的短时间内，其
性能将大幅的衰退，即所谓的SW (Staebler-Wroriski)效应，其衰减幅度约 15% 35%。该SW效应由于材料中部份未饱和的硅原子(Dangling bond, DB)因光照射后，所发生结构变化的故。微晶硅薄膜的载子迁移率比一般非晶 硅薄膜高出1 2个数量级，而暗电导值则介于10—5 10—7 (S.cm1)之间，明 显高出传统非晶硅质薄膜3 4个数量级，故使用微晶硅薄膜可加以提高太阳 能电池的转换效率。
该N型半导体层160形成于该本质型(i型)半导体层150上，该N型半 导体层160的工艺方式选用于等离子增强型化学式气相沉积工艺、热丝化学气 相沉积法或特高频等离子增强型化学式气相沉积工艺作为主要工艺方式。
该电极170形成于该N型半导体层160上，其中该电极170可选用常见的 蒸镀法、溅镀法、电镀法、印刷法等工艺作为主要工艺方式。该电极170的材 料可选用铟锡氧化层、二氧化锡、氧化锌、含杂质的氧化锌、镍、金、银、钛、 铜、钯、及铝等，其功效与该透明导电膜120相同。
综上所述，本实用新型的具有超晶格的硅基薄膜太阳能电池，其具有的该 本质型(i型)半导体层150内镶埋的结晶硅151，可用以提高光吸收效率。 利用不同材料相互堆栈而成的该超晶格半导体层140除了可用以提高光电特 性，更可增加太阳能电池的光电转换效率。
当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其 实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改 变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保 护范围。
权利要求1.一种具有超晶格的硅基薄膜太阳能电池，其特征在于，包含一基板，该基板的一面为照光面；一用于取出电能与提升光电转换的效率的透明导电膜，形成于该基板上；一用于产生空穴的非晶硅P型半导体层，形成于该透明导电膜上方；一由非晶硅与结晶硅相互堆栈而成并用以提高太阳能电池的电特性的超晶格半导体层，形成于该P型半导体层上方；一用以提高太阳能电池的电特性的本质型半导体层，该本质型半导体层内具有镶埋结晶硅，形成于超晶格半导体层上方；一用于产生电子的N型半导体层，形成于该本质型半导体层上方；以及一用以取出电能与提升光电转换的效率的电极，形成于该N型半导体层上方。
2. 根据权利要求l所述的一种具有超晶格的硅基薄膜太阳能电池，其特 征在于，该基板选自于玻璃基板、石英基板、塑料基板、透明可挠性基板所组 成族群中的任何一种。
3. 根据权利要求l所述的一种具有超晶格的硅基薄膜太阳能电池，其特 征在于，该超晶格半导体层为整体厚度在10纳米至150纳米之间的半导体层。
4. 根据权利要求l所述的一种具有超晶格的硅基薄膜太阳能电池，其特 征在于，该超晶格半导体层内的结晶硅的晶粒尺寸在5纳米至30纳米之间。
5. 根据权利要求l所述的一种具有超晶格的硅基薄膜太阳能电池，其特 征在于，该超晶格半导体层内的非晶硅的厚度小于结晶硅的厚度。
6. 根据权利要求l所述的一种具有超晶格的硅基薄膜太阳能电池，其特 征在于，该本质型半导体层内镶埋的结晶硅的结晶尺寸在10纳米至300纳米 之间。
专利摘要一种具有超晶格的硅基薄膜太阳能电池，包括一基板，该基板的一面为照光面；一用于取出电能与提升光电转换的效率的透明导电膜，形成于该基板上；一用于产生空穴的非晶硅P型半导体层，形成于该透明导电膜上方；一由非晶硅与结晶硅相互堆栈而成并用以提高太阳能电池的电特性的超晶格半导体层，形成于该P型半导体层上方；一用以提高太阳能电池的电特性的本质型半导体层，该本质型半导体层内具有镶埋结晶硅，形成于超晶格半导体层上方；一用于产生电子的N型半导体层，形成于该本质型半导体层上方；以及一电极，形成于该N型半导体层上方。该超晶格半导体层利用不同材料分薄膜相互堆栈而成，用以提高光电特性，并增加太阳能电池分光电转换效率。
文档编号H01L31/077GK201185192SQ20082000422
公开日2009年1月21日 申请日期2008年2月1日 优先权日2008年2月1日
发明者张育绮, 杨茹媛, 田伟辰, 简永杰 申请人:东捷科技股份有限公司