[发明专利]光伏电池衬底及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年7月29日递交的韩国专利申请No.10-2009-0069378的优先权，出于所有目的通过引用将该申请的全部内容合并于此。

技术领域

本发明涉及光伏电池衬底，更具体地涉及其中的透明导电膜表现出光伏电池中需要的光特性和电特性并具有极好的抗湿性的光伏电池衬底及其制造方法。

背景技术

近来，作为能源短缺和环境污染的一种解决方案，高效率的光伏电池得到了积极开发。光伏电池被应用于多种领域，包括电器和电子仪器、给房屋和建筑物的电力供应以及工业发电。最基本的光伏电池具有类似pn结二极管的结构。光伏电池可以根据其光吸收层中所使用的材料进行分类。光伏电池可以被分类为：使用硅作为光吸收层的硅光伏电池；使用例如铜铟硒(CIS:CuInSe₂)或碲化镉(CdTe)作为光吸收层的化合物光伏电池；其中通过吸收可见光来激发电子的光敏染料被结合到多孔层的纳米粒子表面的染料敏化光伏电池；其中例如多个非晶硅层彼此堆叠在一起的堆叠式光伏电池；等等。另外，光伏电池可以被分类为体光伏电池(包括单晶硅光伏电池和多晶硅光伏电池)或者薄膜光伏电池(包括非晶硅光伏电池和多晶硅光伏电池)。

当前，使用多晶硅的体光伏电池占据市场的90％或以上。然而，使用体光伏电池发电的成本是使用现有发电技术，例如热力发电、核能发电或水力发电时的发电成本的三至十倍。这主要归因于体硅的高成本，以及制造工艺复杂的晶体硅光伏电池的高制造成本。因此，近期，非晶硅(a-Si:H)和微晶硅(μc-Si:H)薄膜光伏电池正得到了积极的研究并得到了商业配销。

图1是示出相关技术中使用非晶硅作为光吸收层的光伏电池110的结构的截面图。

如图1所示，传统的非晶硅(例如：a-Si:H)光伏电池110包括透明衬底111、透明导电膜112、掺有杂质的p型非晶硅(a-Si:H)层113、未掺杂质的i型(本征)非晶硅(a-Si:H)层114、掺有杂质的n型非晶硅(a-Si:H)层115以及背面反射膜116。在p型和n型非晶硅(a-Si:H)层113和115的影响下，i型非晶硅(a-Si:H)层114发生耗尽，从而产生电场。响应于入射光(hv)而在i型非晶硅(a-Si:H)层114中产生的电子-空穴对在内部电场的作用下漂移，然后由p型非晶硅(a-Si:H)层113和n型非晶硅(a-Si:H)层115收集，从而产生电流。

微晶硅(μc-Si:H)是介于单晶硅和非晶硅之间的中间体，并且具有几十到几百纳米范围的晶体尺寸。在微晶硅中，非晶相常常出现在晶体之间的界面处，并且在很多情况下，其高缺陷密度导致载流子复合的发生。微晶硅(μc-Si:H)具有与单晶硅基本相同的约1.6eV的能带隙，并且不会表现出非晶硅(a-Si:H)光伏电池中会发生的劣化。除光吸收层外，微晶硅(μc-Si:H)光伏电池的结构与非晶硅(a-Si:H)光伏电池的结构很相似。

使用非晶硅(a-Si:H)或微晶硅(μc-Si:H)作为光吸收层的单个pin结薄膜光伏电池由于光转换效率低而在其实际使用中有很多限制。因此，通过双重或三重堆叠非晶硅(a-Si:H)或微晶硅(μc-Si:H)而制造的串列式光伏电池或三重堆叠式光伏电池得到了使用，原因在于，通过将组件光伏电池串联连接能够提高开路电压并改善光转换效率。

图2是示出相关技术的串列式光伏电池210的结构的截面图。

如图2所示，相关技术的串列式光伏电池210通常包括透明衬底211、透明导电膜212、第一pn结层213、隧穿pn结层214、第二pn结层215和背面反射膜216。

在相关技术的串列式光伏电池210中，具有预定带隙(例如，E_g＝1.9eV)的第一pn结层213被布置在具有较小带隙(例如，E_g＝1.42eV)的第二pn结层215上方，从而允许具有1.42ev＜hv＜1.9eV的能量的光子穿过第一pn结层213，被第二pn结层215吸收。通过增加堆叠的数目，可以获得更高的光转换效率。

光伏电池中使用的透明导电膜需要表现出极好的透光率，导电率和光捕获效率。具体而言，在串列式薄膜光伏电池的情况下，透明导电膜需要在350nm至1200nm的宽波长带中表现出高透光率和高浊度(haze)值。另外，透明导电膜还需要经得住氢等离子体处理。