黑色光伏器件制造技术

光伏器件(1)，其包含：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】黑色光伏器件


[0001]本专利技术涉及例如用于驱动电子钟表或电子器件如计算器或用于更大规模太阳能发电的光伏(PV)器件的

[0002]现有技术状况
[0003]基于薄膜非晶硅的典型太阳能电池表现出红色/茄紫色，因为它们反射波长长于大约650nm的光。这通常被认为不美观，因此对某些应用不理想，尽管它们具有优异的效率和开路电压，特别是在室内照明条件下(LED、管形灯、白炽灯泡等)。
[0004]在电力或电子钟表的特定情况下，深黑色表盘是理想的，以使时间显示的易读性最大化，无论其包含传统指针还是数字显示。在电力或电子钟表的情况下，常规薄膜太阳能电池可集成到表盘中以驱动钟表和将其电池再充电，但是该电池的红色/茄紫色通常不理想，从而限制这样的钟表的市场渗透率。结晶硅太阳能电池(多晶、单晶、微晶等)具有比非晶硅电池黑的颜色，但由于它们的吸收光谱，在室内照明条件下较低效，因此较不适合室内应用，如钟表。
[0005]对这一问题的典型解决方案是至少部分遮挡非晶太阳能电池，例如通过用常规黑漆涂布或通过位于太阳能电池上方的半透明表盘。关于后一种情况，文献JP2000131463和JP2002148360公开了其中位于太阳能电池前面的正面表盘包含开孔(例如充当指数)以允许少量光到达被表盘遮挡的太阳能电池的布置。这使得表盘的主体能够照传统整饰和根据制表商的需求着色，但严重限制了到达下方太阳能电池的光量。因此，发电量低，这将此类布置的适用性局限于极低功耗的手表。
[0006]本专利技术的一个目标因此是至少部分克服现有技术的上述缺点。
[0007]专利技术公开
[0008]更具体地，本专利技术涉及一种光伏器件，其包含：
[0009]‑
导电正面接触层，例如包含透明导电氧化物或类似物；
[0010]‑
导电背面接触层，例如包含金属层、透明导电氧化物或类似物，所述背面接触层意图比所述正面接触层更远离入射光源，以界定该器件的“正面”和“背面”侧；
[0011]‑
基于半导体的PIN结，其包含夹在P型半导体层和N型半导体层之间的基本非晶的本征硅层(其可以是氢化a
‑
Si:H或未氢化a
‑
Si)。PIN结可以任一取向布置，即P型层或N型层最靠近该器件的正面侧。
[0012]根据本专利技术，最靠近所述背面接触层的所述PIN结的层(即在这三个层中，最靠近背面接触层的层)是包含至少2摩尔％锗的硅
‑
锗合金层。
[0013]Si
‑
Ge合金特别强地吸收在红色波长范围内，即在基于非晶硅的器件通常透射的波长范围内的可见光。这导致该PV器件的深黑色，以补偿非晶硅PV器件的通常红色、茄紫色或紫色，以使其对集成到手表(例如当用作表盘或集成到表圈或手表的其它可见部件中时)、计算器、智能手机和其它便携式电子器件中时的不显眼用途特别有用，而不需要被部分遮挡以保持高品质的美观性。由于非晶电池在暴露于(来自LED
’
s、荧光灯管等)的典型室内照明时比结晶电池更高效并具有更高开路电压，这与现有技术的结晶电池解决方案相比
能够显著增加黑色光伏器件生成的电力的量。
[0014]有利地，所述硅
‑
锗合金包含至少10摩尔％锗，更优选15％至25％锗，更优选基本20％锗。
[0015]有利地，该器件进一步包含位于所述正面接触层的光入射侧的基本透明减反射层(如氮氧化硅的层)以助于减少镜面反射。这种减反射层可包含多层构造。
[0016]有利地，所述减反射层表现出低于所述正面接触层的折射率的折射率，以进一步有助于减少镜面反射。
[0017]有利地，面向正面接触层的硅
‑
锗合金层的表面具有一定粗糙度。这种粗糙度可例如由纹理化的正面(或背面)接触层透过该层堆叠体转移形成，取决于该堆叠体从背面侧还是正面侧沉积(即取决于该器件具有正面侧基底还是背面侧基底)。这种纹理有助于光在该界面处的漫射，以减少反射并加深该器件的黑度。正面(或背面)接触层的rms粗糙度的典型值在10
‑
500nm，更特别是20
‑
300nm的范围内。
[0018]在一种构造中，该器件可包含位于所述正面接触层的光入射侧的基本透明基底，在这种情况下有利的是在该基底的正面侧提供减反射涂层。如果这种减反射涂层表现出低于所述基底的折射率的折射率，镜面反射最小化。这种减反射层可包含多层构造。
[0019]在这种正面基底构造中，正面接触层可有利地包含氧化锌和/或氧化锡，其具有由于其沉积而得的纹理表面。这种纹理随后透过后续沉积的层转移到PV结的I型层与硅
‑
锗合金层之间的界面。这种纹理仍有助于光在该界面处的漫射，以减少反射并加深该器件的黑度。
[0020]在替代性的构造中，该器件可包含直接或间接布置在背向所述背面接触层的光入射侧的所述背面接触层的表面上的基底。
[0021]在这种背面基底构造中，由于与上文相同的原因，背面接触层可有利地包含氧化锌和/或氧化锡。这仍导致硅
‑
锗合金层的正面表面被纹理化，以改进光在其与I型层的界面处的漫射。
[0022]有利地，除基于硅
‑
锗合金的层外的PIN或NIP结的层基于非晶硅(a
‑
Si)。这是便宜的、充分理解的技术，并且在基于a
‑
Si的层与下方Si
‑
Ge层之间存在协同效应，因为Si
‑
Ge层吸收通常没有被a
‑
Si吸收的红色光波长。为了完整性，要指出，在PIN结的P型层靠近该器件的正面(光入射)侧的情况下，P和I型层基于a
‑
Si且Si
‑
Ge层是N型掺杂的，在相反情况下，N型层靠近正面，其中N和I型层基于a
‑
Si且Si
‑
Ge层是P型掺杂的。
[0023]尽管本专利技术的PV器件可无限制地广泛使用，但其可特别有利地并入钟表，以形成例如所述钟表的表盘和/或表圈的至少一部分。
[0024]最后，本专利技术涉及一种制造如上所述的光伏器件的方法，其中所述硅
‑
锗层通过对于这种情况中使用的具体反应器类型(13.56MHz、15mm电极间距、45x 55cm电极表面尺寸)的尺寸在下列条件下的等离子体辅助化学气相沉积法沉积：
[0025]‑
硅烷流量30
‑
50sccm；
[0026]‑
锗烷流量6
‑
10sccm；
[0027]‑
氢气流量1200
‑
1500sccm
[0028]‑
磷杂环戊二烯流量0.5
‑
1.5sccm(用于N型掺杂)或二硼烷流量0.5
‑
1.5sccm(用于P型掺杂)
[0029]‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.光伏器件(1)，其包含：
‑
导电正面接触层(5)；
‑
导电背面接触层(13)，所述背面接触层(13)意图比所述正面接触层(5)更远离入射光源；
‑
基于半导体的PIN结(7、9、11)，其包含夹在P型掺杂半导体层(7；11)和N型掺杂半导体层(11；7)之间的基本非晶的本征硅层(9)，其特征在于最靠近所述背面接触层(13)的所述PIN结的层(11)是包含至少2摩尔％锗的硅
‑
锗合金层。2.根据权利要求1的光伏器件(1)，其中所述硅
‑
锗合金包含至少10摩尔％锗，更优选15％至25％锗，更优选基本20％锗。3.根据前述权利要求任一项的光伏器件(1)，其进一步包含位于所述正面接触层(5)的光入射侧的减反射层(19)。4.根据权利要求3的光伏器件(1)，其中所述减反射层(19)表现出低于所述正面接触层(5)的折射率的折射率。5.根据前述权利要求任一项的光伏器件(1)，其中面向正面接触层(5)的硅
‑
锗合金层(11)的表面具有至少10nm的rms粗糙度。6.根据前述权利要求任一项的光伏器件(1)，其进一步包含位于所述正面接触层(5)的光入射侧的基本透明基底(3)。7.根据权利要求6的光伏器件(1)，其进一步包含布置在所述基本透明基底的正面侧的减反射涂层(17)，所述减反射涂层(17)优选表现出低于所述基底(3)的折射率的折射率。8.根据权利要求5和6之一的光伏器件(1)，其中所述正面接触层(5)包含氧化锌和/或氧化锡。9.根据权利要求1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：尼瓦洛克斯法尔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：