透明导电氧化物的等离子体沉积方式制造技术

本发明专利技术公开了一种使用等离子体沉积过程制作透明导电氧化物的方法。向等离子体增强化学气相沉积（ＰＥＣＶＤ）系统中提供包含有氧和金属元素的源气体混合物，以辉光放电的方式激活镀膜的前期物质，从而形成金属氧化物薄膜。这种镀膜方式与制作基于氢化硅薄膜的ＰＥＣＶＤ过程非常相似，且可共用同一ＰＥＣＶＤ设备，十分有利于简化氢化硅薄膜光伏器件的生产过程，并降低其成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能光伏材料领域，特别涉及到应用于薄膜太阳能光伏器件的材料的制作 方法。
技术介绍
近年来，光伏电池和大面积光伏模块的发展引起了世人的广泛关注。尤其是氢化非晶硅 和纳米晶硅，它们随着光伏器件在商业和住宅设施中的广泛应用，显示出巨大的潜力。在 260°C以下这样较低的温度下生产薄膜硅光伏器件的一个显著特点是，大面积沉积的与硅相 关的半导体膜层和电接触膜层具有优良性能。同时，使用良好成熟的镀膜设备和程序，可以 工业化地制成低成本的模板。施加在同一玻璃基板上的不同薄膜的激光划线成型工艺(laser patterning)允许多个太阳能电池元件在薄膜沉积过程中直接形成集成式的大面积光伏模块， 减少了加工步骤也改善了产品的可靠性。对于光伏器件，特别是薄膜光伏器件来讲，使其性能优良的关键是优化半导体光电转换 层对光能的吸收，并同时减少器件中的光损耗。在很薄的吸收层里能够最大限度的吸收光能， 是高转换效率的必备条件。包括氢化非晶硅和纳米晶硅的氢化薄膜硅所构成的太阳能电池通 常具有p-i-n结构，其中p层和n层是不活跃的死层，它们在非掺杂的i层(吸收层)中 建立一个内置电场，从而使得光致载流子被有效的收集。其吸收层的厚度一般只有几百个微 米，最多不超过大约2000微米。而且氢化硅薄膜的红光和红外光的吸收系数都比较低，所以 有很大部分的阳光不能被有效的利用起来。通常基于氢化硅薄膜的p-i-n结构被夹在前后两个 电极(电接触层)中，而形成完整的光伏元件。通常使用的前电极必须具有良好的透明度和 导电性，它通常是由透明导电氧化物(TCO)构成，譬如厚度为600-900纳米的被掺杂的氧 化锡或氧化锌薄膜。后电极通常由一个TCO和不透光的金属薄膜共同组成，其一个重要作用 就是将未被吸收的光反射回p-i-n结构之中。已经尝试过各种各样的办法来改善对光的吸收， 其中包括使用粗糙的透明前电极，以增强光的散射。另外，也使用过反光率较高的背电极， 使得未被吸收的光再一次被投回到电池中。对于非晶硅电池来讲吸收层i层也不能做得很厚， 原因是该材料具有光质衰减的缺陷。所以卓越的光学设计对于像氢化硅这样的薄膜太阳能电 池的转换效率起有决定性作用。因为具有单一 p-i-n光伏单元的基于氢化硅薄膜的太阳能电池的稳定性转换效率通常比3较低，-个流行的方法就是采用多结电池技术，也就是将两个或更多个基于氢化硅的p-i-n光 伏单元重叠在一起形成一个多结太阳能电池。每一个p-i-n光伏单元中的i层可以是非晶硅或 具有比非晶硅能带隙小的材料，包括非晶硅锗合金和纳米晶硅(纳米硅)。这种多结电池的 技术具有诸多优点，包括对更广泛的太阳能光谱有更高的转换效率及相对于单结光电池的明 显改进的稳定性。图1显示了一个双结太阳能电池的层状结构。它沿着光入射方向依次包括 玻璃基板1; TCO前电极2;第一 p-i-n光伏单元8; —个具有反射效应的TCO复合层12; 第二个p-i-n光伏单元28;背电极TC022和金属膜45。在这个器件结构中，TCO在三处被 使用，所以TCO的制作和其性能对于薄膜太阳能电池的生产和转换效率起决定性作用。通常TCO的制作方式与生产用于太阳能电池中的半导体薄膜的方式不同，比如通常被用 做TCO前电极的氧化锡是用大气压化学气相沉积法(APCVD)制成。而被广泛用于背电极 TCO和多结太阳能电池中TCO复合反射层的氧化锌通常是用磁控溅射的方法形成，有时也 使用低压化学气相沉积法(LPCVD)形成，有些TCO薄膜也可用真空蒸发的方法得到。这 些设备与PECVD的构成和操作都有很大的区别。PECVD系统很少被用来镀TCO，特别是没 有被用来过做与薄膜硅光伏电池有关的透明导电膜。所以传统TCO生产所使用的设备和方法都不同于氢化硅薄膜所釆用的PECVD镀膜设备 和过程，这使得氢化硅薄膜太阳能电池的生产需要数种昂贵的设备和烦琐的生产工艺，不利 于降低成本和提高产品质量。
技术实现思路
基于上述考虑，申请人拟订了本专利技术的首要目的简化薄膜太阳能的生产过程，并减少 所需要的镀膜设备。本专利技术的进一步目的是,提供一种形成可用于薄膜太阳能电池TCO材料的PECVD方法。 为了达到上述目的，本专利技术采用PECVD方法制作TCO薄膜。特别是根据本专利技术，用于 硅薄膜太阳能电池中的一个或多个TCO膜层是在生产氢化薄膜硅的同一个PECVD系统中所 生长。具体方法是向PECVD系统中提供包含有氧和金属元素的源气体混合物，并向负电极 施加激发功率，以辉光放电的方式激活镀膜的前期物质，从而形成金属氧化物薄膜。这种镀 膜方式与制作基于氢化硅薄膜的PECVD过程非常相似，且可共用同一 PECVD设备，十分有 利于简化氢化硅薄膜光伏器件的生产过程，并降低其成本。如此形成的TCO在薄膜硅电池里有很多用处，包括在多结电池中的结与结之间的复合反 射膜，TCO前电极及背电极TCO。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术做进一歩说明。图1显示了一个基于氢化硅薄膜的p+n型双结太阳能电池的层状结构。 图2显示了一个形成TCO薄膜的PECVD镀膜系统。具体实施方式在这里我们仅以由氧化锡构成的TCO甜电极为例说明本专利技术的实施，这一描述同样适用 于譬如像氧化锌这样的TCO材料，尽管所使用的源材料和具体镀膜参数不相同。如图2所示， 一个PECVD系统的构成包括一个真空室40; —个源气体进气口42; —个反应后气体的排出口41; 一个多孔的负电极48; —个置于负电极侧面和背面的半开式屏蔽箱 46; —个置于负电极后面的气体分布板49; 一个与负电极相平行的接地电极(正电极)47;置于接地电极上的玻璃基板43;置于负电极背面的加热器50和一个置于真空室外的供电器 51，它与负电极相连接。在镀膜时，向PECVD系统中提供包含有氧和金属元素的源气体混合物，在这里所用的 含锡的气体是四氯化锡和水蒸气，同时可包含惰性气体、氧气或氢气。真空室中的气压保持 在l-10mbar之间，且基板的温度维持在150-260 T〕之间。这时向负电极施加射频电能，其功 率介于30-200 mW/cm2，这时等离子体在介于TH负电极之间的区域45形成，镀膜的前期物质 被激活，进而导致氧化锡薄膜44在基板43表面上沉积，这个反应的过程为 SnCl4+2H20=Sn02+4HCl。应当注意，等离子体激发对于上述反应是避不可少的，因为四氯化 锡和水分子在低于260 C之下不会自发反应，特别是在如此低的气压下。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个ｐ－ｉ－ｎ型光伏器件，它的结构依次包括：一个玻璃基板；一个透明导电氧化物前电极（ＴＣＯ前电极）；一个或多个由基于氢化硅的薄膜构成的ｐ－ｉ－ｎ型光伏单元；一个置于两个ｐ－ｉ－ｎ型光伏单元之间的ＴＣＯ复合反射层；一个具有光反射性能的背电极，它可以包括一个背电极ＴＣＯ和一个或多个金属薄膜。其特征在于：所述ＴＣＯ前电极、ＴＣＯ复合反射层和背电极ＴＣＯ至少有一个是用ＰＥＣＶＤ（等离子体增强化学气相沉积法）沉积而成，且所使用的ＰＥＣＶＤ设备是用于形成ｐ－ｉ－ｎ型光伏单元的同一设备。

【技术特征摘要】
1. 一个p-i-n型光伏器件，它的结构依次包括一个玻璃基板；一个透明导电氧化物前电极(TCO前电极)；一个或多个由基于氢化硅的薄膜构成的p-i-n型光伏单元；一个置于两个p-i-n型光伏单元之间的TCO复合反射层；一个具有光反射性能的背电极，它可以包括一个背电极TCO和一个或多个金属薄膜。其特征在于所述TCO前电极、TCO复合反射层和背电极TCO至少有一个是用PECVD(等离子体增强化学气相沉积法...

【专利技术属性】
技术研发人员：李沅民，马昕，
申请(专利权)人：北京行者多媒体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]