Передний электрод со слоем тонкой металлической пленки и буферным слоем с высокой работой выхода для применения в фотоэлектрическом приборе и способ получения таковых

Авторы патента:


Передний электрод со слоем тонкой металлической пленки и буферным слоем с высокой работой выхода для применения в фотоэлектрическом приборе и способ получения таковых
Передний электрод со слоем тонкой металлической пленки и буферным слоем с высокой работой выхода для применения в фотоэлектрическом приборе и способ получения таковых
Передний электрод со слоем тонкой металлической пленки и буферным слоем с высокой работой выхода для применения в фотоэлектрическом приборе и способ получения таковых
Передний электрод со слоем тонкой металлической пленки и буферным слоем с высокой работой выхода для применения в фотоэлектрическом приборе и способ получения таковых
Передний электрод со слоем тонкой металлической пленки и буферным слоем с высокой работой выхода для применения в фотоэлектрическом приборе и способ получения таковых

 


Владельцы патента RU 2435251:

ГАРДИАН ИНДАСТРИЗ КОРП. (US)

Фотоэлектрический прибор согласно изобретению содержит переднюю стеклянную подложку; активную полупроводниковую пленку; электрически проводящую и по существу прозрачную структуру переднего электрода, размещенную между по меньшей мере передней стеклянной подложкой и полупроводниковой пленкой; при этом структура переднего электрода содержит по существу прозрачную металлическую пленку и буферную пленку с высокой работой выхода; и при этом буферная пленка с высокой работой выхода имеет работу выхода, которая является более высокой, чем работа выхода металлической пленки, и буферная пленка с высокой работой выхода размещена между металлической пленкой и самой верхней частью полупроводниковой пленки, причем буферная пленка с высокой работой выхода содержит богатый кислородом оксид индия-олова (ITO). 2 н. и 27 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

[0001] Данное изобретение относится к фотоэлектрическому прибору, включающему в себя передний электрод/контакт. В определенных примерных вариантах реализации передний электрод фотоэлектрического прибора включает в себя высокопроводящую металлическую пленку и тонкий буферный слой с высокой работой выхода. Буферный слой с высокой работой выхода размещен между металлической пленкой и самым верхним полупроводниковым слоем фотоэлектрического прибора с тем, чтобы обеспечить существенное согласование работы выхода между металлической пленкой и самым верхним полупроводниковым слоем прибора с высокой работой выхода для того, чтобы снизить потенциальный барьер для дырок, выводимых из прибора передним электродом/контактом. Необязательно, в определенных примерных случаях между передней стеклянной подложкой и металлической пленкой может быть предусмотрен еще один слой, такой как прозрачный проводящий оксид (ППО) или диэлектрик.

ПРЕДПОСЫЛКИ И СУЩНОСТЬ ПРИМЕРНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Фотоэлектрические приборы известны в данной области техники (например, см. патенты США №№6784361, 6288325, 6613603 и 6123824, раскрытия которых включены сюда по ссылке). Фотоэлектрические приборы на аморфном кремнии, например, включают в себя передний электрод или контакт. Как правило, прозрачный передний электрод (который может включать в себя передний контакт, как применяемый здесь) выполнен из прозрачного проводящего оксида (ППО), такого как оксид цинка или оксид олова, сформированного на подложке, такой как стеклянная подложка. Во многих случаях прозрачный передний электрод формируют из одиночного слоя с использованием способа химического пиролиза, при котором на стеклянную подложку напыляют прекурсоры при температуре приблизительно от 400 до 600 градусов Цельсия. Передние электроды, выполненные только из слоя легированного фтором ППО-оксида олова, нежелательны потому, что они склонны к потемнению в водородных атмосферах, которые могут быть использованы во время осаждения поглотителя из a-Si:H. В качестве еще одного примера, передние электроды, выполненные только из слоя ППО-оксида цинка, являются проблематичными в том отношении, что в некоторых случаях они имеют недостаточную удельную проводимость.

[0003] Типичные ППО, используемые для определенных передних электродов фотоэлектрических приборов, относятся к n-типу и поэтому могут создавать барьер Шоттки на поверхности раздела между ППО и самым верхним полупроводниковым слоем фотоэлектрического прибора (например, слоем на основе кремния р-типа) в направлении, противоположном встроенному полю (p-n-перехода). Этот барьер может действовать как барьер для дырок, выводимых из прибора передним электродом, тем самым приводя к неэффективной работе.

[0004] Таким образом, должно быть понятно, что в данной области техники существует потребность в усовершенствованном переднем электроде для фотоэлектрического прибора, который сможет снизить потенциальный барьер для дырок, выводимых из фотоэлектрического прибора передним электродом.

[0005] Для преодоления вышеназванной проблемы передний электрод фотоэлектрического прибора снабжен: как (а) прозрачной металлической (или по существу металлической) пленкой из такого материала, как Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Al, их сплавы, комбинация одного или более из этих металлов с другим(и) металлом(ами), или т.п., так и (b) прозрачным буферным слоем с высокой работой выхода. В определенных примерных вариантах реализации прозрачная металлическая пленка может представлять собой пленку с низкой работой выхода. Буферный слой с высокой работой выхода расположен между металлической пленкой и самым верхним полупроводниковым слоем фотоэлектрического прибора с тем, чтобы обеспечивать существенное согласование работы выхода между металлической пленкой и самым верхним полупроводниковым слоем прибора с высокой работой выхода для того, чтобы снизить потенциальный барьер для дырок, выводимых из прибора передним контактом. Более того, структура этого переднего электрода выгодна тем, что весь передний электрод в целом может быть более тонким, чем традиционные электроды, тем самым обеспечивая возможность его изготовления более дешево и/или более быстро.

[0006] В фотоэлектрических приборах или им подобных является желательной хорошая удельная электрическая проводимость в нормальном направлении в дополнение к удельной проводимости в поперечном направлении для того, чтобы эффективно выводить генерируемые носители заряда из полупроводникового прибора. Согласно определенным примерным вариантам реализации данного изобретения используют комбинацию тонкой металлической пленки и согласующей работу выхода тонкой буферной пленки для применения в связи со структурой переднего электрода. Согласующий работу выхода буферный слой предусмотрен для по существу согласования работы выхода металлической пленки и полупроводникового поглотителя фотоэлектрического прибора. Это побуждает полупроводниковый поглотитель более легко отдавать сгенерированные дырки; другими словами, его уровень Ферми может быть повышен, а потенциальный барьер для носителей заряда может быть снижен, тем самым увеличивая эффективность прибора.

[0007] В определенных примерных вариантах реализации данного изобретения прозрачный барьерный слой с высокой работой выхода (слой для существенного согласования работы выхода) может быть из прозрачного проводящего оксида (ППО), такого как оксид индия-олова (ITO) (богатый кислородом ITO или стехиометрический ITO), оксид индия-цинка, оксид цинка, оксид цинка-алюминия, оксид олова, оксид олова-сурьмы или тому подобные. В других примерных вариантах реализации данного изобретения барьерный слой с высокой работой выхода может быть диэлектриком, таким как оксид олова, оксид цинка или тому подобные.

[0008] В определенных примерных вариантах реализации данного изобретения необязательно может быть предусмотрен зародышевый слой между передней стеклянной подложкой и металлической пленкой. Зародышевый слой может быть использован для улучшения качества металлической пленки и/или для улучшения адгезии металлической пленки к стеклянной подложке. В определенных примерных вариантах реализации зародышевый слой может представлять собой ППО, выполненный из или включающий в себя такой материал, как оксид олова, легированный фтором оксид олова, оксид цинка, легированный алюминием оксид цинка, оксид индия-цинка или тому подобный. Альтернативно, в определенных примерных вариантах реализации данного изобретения зародышевый слой может быть диэлектриком. В дополнение к обеспечению повышенной долговечности, зародышевый слой может быть также выгоден тем, что он может снижать отражение видимого света, тем самым позволяя большему количеству света достигать полупроводникового поглотителя прибора, повышая тем самым его эффективность. В определенных примерных вариантах реализации данного изобретения предложен фотоэлектрический прибор, содержащий: переднюю стеклянную подложку; активную полупроводниковую пленку; электропроводную и по существу прозрачную структуру переднего электрода, размещенную между по меньшей мере передней стеклянной подложкой и полупроводниковой пленкой; при этом структура переднего электрода содержит по существу прозрачную металлическую пленку, имеющую относительно низкую работу выхода, и буферную пленку с высокой работой выхода; и при этом буферная пленка с высокой работой выхода имеет работу выхода, которая является более высокой, чем работа выхода металлической пленки, и буферная пленка с высокой работой выхода размещена между металлической пленкой и самой верхней частью полупроводниковой пленки.

[0009] В других определенных примерных вариантах реализации данного изобретения предложена электродная структура, приспособленная для применения в фотоэлектрическом приборе, причем эта электродная структура содержит: стеклянную подложку; по существу прозрачную металлическую пленку, поддерживаемую стеклянной подложкой; и буферную пленку с высокой работой выхода, поддерживаемую стеклянной подложкой, при этом буферная пленка с высокой работой выхода имеет работу выхода, которая является более высокой, чем работа выхода металлической пленки, и металлическая пленка размещена между по меньшей мере буферной пленкой с высокой работой выхода и стеклянной подложкой.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0010] ФИГ. 1 представляет собой вид в поперечном сечении примерного фотоэлектрического прибора согласно примерному варианту реализации данного изобретения.

[0011] ФИГ. 2 представляет собой вид в поперечном сечении примерного фотоэлектрического прибора согласно примерному варианту реализации данного изобретения.

[0012] ФИГ. 3 представляет собой график, иллюстрирующий положения зон и уровней Ферми определенных материалов и a-Si:H р-типа относительно уровня вакуума и нормального водородного электрода (НВЭ).

[0013] ФИГ. 4(а)-4(b) представляют собой графики, иллюстрирующие относительные положения отдельных слоев ППО и слоев a-Si для иллюстрирования преимущества использования ITO перед ZnAlOx в качестве материала буферного слоя, хотя оба могут быть использованы в различных примерных вариантах реализации данного изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0014] Обратимся теперь более конкретно к чертежам, на которых сходные ссылочные номера обозначают сходные части на нескольких видах.

[0015] Фотоэлектрические приборы, такие как солнечные элементы, преобразуют солнечное излучение и другой свет в полезную электрическую энергию. Преобразование энергии типично происходит в результате фотоэлектрического эффекта. Солнечное излучение (например, солнечный свет), падающее на фотоэлектрический прибор и поглощенное активной областью из полупроводникового материала (например, полупроводниковой пленкой, включающей в себя один или более полупроводниковых слоев, таких как слои a-Si), генерирует в этой активной области пары электрон-дырка. Эти электроны и дырки могут быть разделены электрическим полем перехода в фотоэлектрическом приборе. Разделение электронов и дырок переходом приводит к генерированию электрического тока и напряжения. В определенных примерных вариантах реализации электроны движутся к области полупроводникового материала, имеющей проводимость n-типа, а дырки движутся к области полупроводникового материала, имеющей проводимость р-типа. Пока свет продолжает генерировать пары электрон-дырка в фотоэлектрическом приборе, через внешнюю цепь, соединяющую область n-типа с областью р-типа, может протекать ток.

[0016] В определенных примерных вариантах реализации однопереходные фотоэлектрические приборы на аморфном кремнии (a-Si) включают в себя три полупроводниковых слоя. В частности, р-слой, n-слой и i-слой, который обладает собственной проводимостью. Пленка аморфного кремния (которая может включать в себя один или более слоев, таких как слои р-, n- и i-типа) в определенных случаях может быть из гидрогенизированного (гидрированного) аморфного кремния, но в определенных вариантах реализации данного изобретения может также представлять собой или включать в себя гидрогенизированный аморфный кремний-углерод или гидрогенизированный аморфный кремний-германий, или т.п. В качестве примера и без ограничения, когда фотон света поглощается в i-слое, он приводит к единице электрического тока (паре электрон-дырка). Слои р- и n-типа, которые содержат заряженные ионы легирующих примесей, создают на i-слое электрическое поле, которое выводит электрический заряд из i-слоя и направляет его в необязательную внешнюю цепь, где он может обеспечивать питание для электрических компонентов. Следует отметить, что, хотя определенные варианты реализации данного изобретения направлены на фотоэлектрические приборы на основе аморфного кремния, данное изобретение не ограничивается этим и в определенных случаях может быть использовано в связи с другими типами фотоэлектрических приборов, включая, но не ограничиваясь ими, приборы, включающие в себя другие типы полупроводникового материала, каскадные тонкопленочные солнечные элементы и им подобные. Определенные примерные варианты реализации данного изобретения могут быть применимыми, например, к фотоэлектрическим приборам типа CdS/CdTe.

[0017] Фиг.1 представляет собой вид в поперечном сечении фотоэлектрического прибора согласно примерному варианту реализации данного изобретения. Этот фотоэлектрический прибор включает в себя прозрачную переднюю стеклянную подложку 1, необязательный зародышевый слой 2 диэлектрика или прозрачного проводящего оксида (ППО), одно- или многослойную металлическую пленку 3, необязательно характеризующуюся относительно низкой работой выхода, буферный слой 4 с высокой работой выхода, активную полупроводниковую пленку 5 из одного или более слоев полупроводника, тыльный электрод или контакт 7, который может быть из ППО или металла, необязательный герметик 9 или клей из такого материала, как этиленвинилацетат (ЭВА) или тому подобный, и необязательная накладка 11 из такого материала, как стекло. Передний электрод в варианте реализации по Фиг.1 может представлять собой или включать в себя металлическую пленку 3, и, необязательно, может также включать в себя барьерный слой 4 с высокой работой выхода и/или слой 2, если один или оба из этих слоев 2, 4 являет(ют)ся проводящими. Разумеется, в приборе может(гут) быть предусмотрен(ы) также и другой(ие) слой(и). Фиг.2 подобна Фиг. 1, за исключением того, что металлическая пленка 3 в варианте реализации по Фиг.2 включает в себя первый металлический слой 3а серебра или тому подобного и второй металлический слой 3b золота или тому подобного. Работа выхода металлической пленки 3 может варьироваться в зависимости от того, какой металл используется для ее изготовления. Например, хотя работа выхода металлической пленки 3 является меньшей, чем у буферной пленки, можно сказать, что работа выхода металлической пленки будет высокой, когда для нее используют Ag, Au и/или Pd, поскольку эти металлы считаются металлами с относительно высокой работой выхода.

[0018] Передняя стеклянная подложка 1 и/или задняя накладка (подложка) 11 в определенных примерных вариантах реализации данного изобретения могут быть выполнены из натриевокальциевосиликатного стекла. Хотя в определенных примерных вариантах реализации данного изобретения подложки 1, 11 могут быть из стекла, вместо него в качестве подложки(ек) 1 и/или 11 могут быть использованы другие материалы, такие как кварц или тому подобные. Более того, в определенных случаях накладка 11 является необязательной. В определенных примерных вариантах реализации данного изобретения стекло 1 и/или 11 может быть или не быть подвергнутым термической закалке и/или сделано рельефным. Дополнительно, должно быть понятно, что используемое здесь слово «на» охватывает слой, находящийся как непосредственно на, так и опосредованно на чем-то, с возможно расположенными между ними другими слоями.

[0019] В определенных примерных вариантах реализации данного изобретения между передней стеклянной подложкой 1 и металлической пленкой 3 может быть предусмотрен зародышевый слой 2. Зародышевый слой 2 может быть использован для улучшения качества металлической пленки 3 и/или для усиления адгезии металлической пленки 3 к стеклянной подложке 1. В определенных примерных вариантах реализации зародышевый слой 2 может быть ППО, представляющим собой или включающим в себя такой материал, как оксид олова, легированный фтором оксид олова, оксид цинка, легированный алюминием оксид цинка, оксид индия-цинка, оксид индия-олова или тому подобный. Альтернативно, в определенных примерных вариантах реализации данного изобретения зародышевый слой 2 может быть диэлектриком, таким как оксид цинка, оксид олова или тому подобный. В определенных примерных вариантах реализации данного изобретения зародышевый слой 2 может составлять от примерно 40 до 4000 Å в толщину, более предпочтительно - от примерно 60 до 1000 Å в толщину, еще более предпочтительно - от примерно 80 до 400 Å в толщину, с примерным значением, составляющим примерно 50 или 100 Å (т.е. примерно 5 или 10 нм) в толщину. В определенных примерных вариантах реализации данного изобретения зародышевый слой 2 может иметь относительно низкую работу выхода. Опять же, можно сказать, что в определенных примерных вариантах реализации металлическая пленка 3 представляет собой пленку с низкой работой выхода.

[0020] В определенных примерных вариантах реализации металлическая пленка 3 может быть единственным по существу металлическим слоем или, альтернативно, может представлять собой множество по существу металлических слоев металла. Хотя в определенных примерных вариантах реализации металлическая пленка 3 является полностью металлической, в определенных случаях она может также включать в себя небольшие количества другого(их) элемента(ов), такого(их) как кислород или тому подобный. В определенных примерных вариантах реализации каждый слой проводящей металлической пленки 3 может представлять собой или включать в себя Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Al, их сплавы, комбинацию одного или более из этих металлов с другим(и) металлом(ами), или тому подобное. Использование меди для пленки 3 может быть выгодно в определенных примерных вариантах реализации в отношении стоимости, пропускания света в видимом диапазоне и работы выхода (примерно 4,7 эВ). Например, в одном примере металлическая пленка 3 может быть образована из единственного металлического слоя, представляющего собой или включающего в себя Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Al, или сплавы одного или более из этих металлов. В еще одном примерном варианте реализации, показанном в Фиг.2, металлическая пленка 3 может быть образована слоем серебра 3а и слоем золота 3b, которые находятся в контакте между собой, или содержать их. Таким образом, будет понятно, что в определенных примерных вариантах реализации металлическая пленка 3 может представлять собой многослойный пакет разнородных металлов или металлических сплавов, или оксидов металлов, или металлического сплава с градиентным составом. В определенных примерных вариантах реализации металлическая пленка 3 является по существу или полностью металлической, и в определенных примерных вариантах реализации данного изобретения типично имеет относительно низкую работу выхода. В определенных примерных вариантах реализации данного изобретения металлическая пленка 3 имеет толщину от примерно 20 до 600 Å, более предпочтительно - от примерно 40 до 200 Å, еще более предпочтительно - от примерно 60 до 200 Å, с примерной толщиной, составляющей от примерно 90-150 Å.

[0021] Буферный слой или пленка 4 с высокой работой выхода предусмотрен(а) расположенным(ой) между металлической пленкой 3 и полупроводником 5 фотоэлектрического прибора и необязательно контактирующим(ей) с ними. В определенных примерных вариантах реализации буферный слой или пленка 4 с высокой работой выхода может быть выполнен(а) из слоя прозрачного проводящего оксида (ППО), представляющего собой или включающего в себя оксид индия-олова (богатый кислородом ITO или стехиометрический ITO), оксид индия-цинка, оксид цинка, оксид цинка-алюминия, оксид олова, который может быть или не быть легирован фтором, оксид олова-сурьмы или тому подобные. Например, в определенных примерных вариантах реализации данного изобретения буферная пленка 4 с высокой работой выхода может быть сформирована распылением керамической мишени ITO в газовой атмосфере, включающей в себя смесь газообразных аргона (Ar) (и/или любого другого инертного газа) и кислорода; в других примерных вариантах реализации пленка 4 может быть сформирована распылением металлической мишени InSn в газовой атмосфере, включающей в себя смесь газообразных аргона (Ar) (и/или любого другого инертного газа) и кислорода, причем используют большое количество газообразного кислорода для того, чтобы сделать получающуюся пленку ITO богатой кислородом и имеющей более высокую работу выхода. В других примерных вариантах реализации данного изобретения буферный слой или пленка 4 с высокой работой выхода может быть диэлектриком из такого материала, как оксид олова, оксид цинка или тому подобный. В определенных примерных вариантах реализации данного изобретения буферный слой или пленка 4 с высокой работой выхода имеет толщину от примерно 10 до 1000 Å, более предпочтительно - от примерно 20 до 100 Å, еще более предпочтительно - от примерно 25 до 60 Å, с примерной толщиной, составляющей от примерно 30-50 Å. Если пленка 4 является слишком толстой, ее работа выхода может быть нежелательной. Хотя вышеуказанные значения толщины для слоя или пленки 4 особенно применимы, когда буферный слой или пленка 4 с высокой работой выхода представляет собой ППО, возможно сделать буферный слой 4 с высокой работой выхода еще более тонким (например, толщиной примерно 5-30 Å, например, толщиной примерно 10 Å), когда слой или пленка 4 является диэлектриком.

[0022] Будет понятно, что в определенных примерных вариантах реализации данного изобретения все элементы/пленки 1, 2, 3 и 4 являются по существу прозрачными, так что свет может достигать активного полупроводника/поглотителя фотоэлектрического прибора.

[0023] В определенных примерных вариантах реализации данного изобретения фотоэлектрический прибор может быть изготовлен путем обеспечения стеклянной подложки 1, а затем осаждения (например, распылением, пиролизом или любым другим пригодным методом) слоев 2, 3 и 4 на подложку 1 в этом порядке. После этого структуру, включающую в себя подложку 1 и передний электрод, соединяют с остальной частью прибора, чтобы сформировать фотоэлектрический прибор, показанный на Фиг.1 (или Фиг.2). Например, полупроводниковый слой 5 может быть затем сформирован поверх структуры переднего электрода на подложке 1, или, альтернативно, может быть сформирован на другой подложке 11, после чего переднюю контактную структуру соединяют с ним. В определенных примерных вариантах реализации данного изобретения слои 3 (и, необязательно, 4 и/или 2) переднего электрода обычно непрерывно, или по существу непрерывно, предусмотрены поверх по существу всей поверхности полупроводниковой пленки 5, хотя в определенных случаях возможно, что слои переднего электрода могут быть сделаны рельефными (например, с использованием лазерного травления или т.п.) с получением различных форм.

[0024] В фотоэлектрических приборах или им подобных является желательной хорошая удельная электрическая проводимость в нормальном направлении в дополнение к удельной проводимости в поперечном направлении, чтобы эффективно выводить сгенерированные носители заряда из полупроводникового прибора. Хорошая удельная проводимость обеспечивается посредством, по меньшей мере, металлической пленки 3. Потенциальная проблема в этом отношении состоит в значительной разнице энергий между работой выхода металлической пленки 3 и уровнем Ферми полупроводникового поглотителя 5. В качестве примера и без ограничения, в случае солнечных элементов на аморфном кремнии (a-Si) или микроморфном кремнии, где передний поглотитель представляет собой a-Si или a-Si:H, разность между работой выхода металлической пленки 3 (например, Ag) и уровнем Ферми поглотителя 5 может составить 0,9 эВ, что может значительно снизить эффективность прибора. Чтобы преодолеть эту потенциальную проблему, согласно определенным примерным вариантам реализации данного изобретения применяют комбинацию из тонкой металлической пленки 3 и согласующей работу выхода тонкой буферной пленки 4 для использования в сочетании со структурой переднего электрода. Согласующая работу выхода буферная пленка 4 предусматривается для по существу согласования работы выхода металлической пленки 3 и полупроводникового поглотителя 5 фотоэлектрического прибора. Это побуждает полупроводниковый поглотитель 5 более легко отдавать сгенерированные дырки; другими словами, его уровень Ферми может быть повышен, а потенциальный барьер для носителей заряда может быть снижен, тем самым улучшая эффективность прибора. В определенных примерных вариантах реализации данного изобретения буфер 4 с высокой работой выхода может быть выполнен из богатого кислородом ITO или любого другого пригодного материала, как обсуждалось здесь в определенных примерных случаях. Буферная пленка 4 с высокой работой выхода располагается между металлической пленкой 3 с низкой работой выхода и самой верхней полупроводниковой частью (например, полупроводниковой частью р-типа) пленки 5 фотоэлектрического прибора с тем, чтобы обеспечить существенное согласование работы выхода между металлической пленкой 3 с низкой работой выхода (НРВ) и самой верхней полупроводниковой частью прибора с высокой работой выхода (ВРВ) для того, чтобы снизить потенциальный барьер для дырок, выводимых из прибора передним электродом.

[0025] Буферная пленка 4 для по существу согласования работы выхода может представлять собой полупроводник, такой как ППО (например, ITO, другой упомянутый здесь материал или любой другой подходящий материал), имеющий высокую энергию уровня Ферми, хотя возможно, что для этой пленки/слоя мог бы быть также использован очень тонкий диэлектрик. Фиг.3 иллюстрирует общую концепцию, а Фиг. 4а-4b демонстрируют преимущество ITO перед прочими буферными материалами, такими как ZnAlOx, с точки зрения согласования работы выхода металлической пленки 3 и полупроводника 5. Применение ультратонкого диэлектрика в качестве пленки 4 основывается на его свойствах туннелирования, когда может употребляться выражение «эффективная работа выхода»; это означает, что, когда пленки 3 и 5 разделены ультратонким диэлектриком (например, одного типа с пленкой 4), полупроводниковый поглотитель 5 сможет более легко отдавать сгенерированные дырки. Другими словами, его уровень Ферми повышен, а потенциальный барьер для носителей заряда может быть понижен, тем самым улучшая эффективность прибора. В определенных примерных вариантах реализации работа выхода металлической пленки 3 по существу согласована с уровнем Ферми поглотителя 5 путем тонкой регулировки уровня Ферми буферной пленки 4; это может быть достигнуто, например, варьированием параметров осаждения пленки 4. Таким образом, будет понятно, что работу выхода буфера или согласующей работу выхода пленки 4 регулируют с помощью условий осаждения так, чтобы она была выше, чем работа выхода металлической пленки 3, и/или ниже, чем уровень Ферми самого верхнего слоя или части слоя пленки 5 полупроводникового поглотителя.

[0026] Применение согласующей пленки 4, такой как ITO или тонкий диэлектрик, может также обеспечить повышенную долговечность пакета слоев с тем, чтобы это покрытие могло быть поточно осаждено и также успешно доставлено изготовителям солнечных элементов. Другими словами, пленку 4 можно также рассматривать как защитный покровный слой для металлической пленки 3 для того, чтобы защитить ее во время отгрузки и транспортировки или тому подобного.

[0027] В определенных примерных вариантах реализации данного изобретения эта обладающая высокой работой выхода и/или согласующая работу выхода пленка 4 имеет работу выхода от примерно 4,0 до 5,7 эВ (например, для солнечных элементов на аморфном или микроморфном кремнии, в качестве примера, но без ограничения), более предпочтительно - от примерно 4,3 до 5,2 эВ, еще более предпочтительно - от примерно 4,5-5,0 эВ, в большей степени предпочтительно - от примерно 4,6 до 4,8 эВ, с примерным значением, составляющим примерно 4,7 эВ. В определенных примерных вариантах реализации буферная пленка 4 с высокой работой выхода имеет работу выхода по меньшей мере примерно на 4% выше, чем у металлической пленки 3, более предпочтительно - по меньшей мере на 6% выше, а наиболее предпочтительно - по меньшей мере примерно на 10% выше, чем работа выхода металлической пленки 3.

[0028] В определенных примерных вариантах реализации данного изобретения весь передний электрод в целом, включая по меньшей мере металлическую пленку 3, может иметь поверхностное сопротивление (Rs) от примерно 2-50 ом/квадрат, более предпочтительно - от примерно 2-15 ом/квадрат, а наиболее предпочтительно - от примерно 2-10 ом/квадрат.

[0029] Активная полупроводниковая область или пленка 5 может включать в себя один или более слоев и может быть из любого пригодного материала. Например, активная полупроводниковая пленка 5 одного типа однопереходного фотоэлектрического прибора на аморфном кремнии (a-Si) включает в себя три полупроводниковых слоя, а именно, р-слой, n-слой и i-слой. Слой а-Si р-типа полупроводниковой пленки 5 в определенных примерных вариантах реализации данного изобретения может быть самой верхней частью полупроводниковой пленки 5; и i-слой типично размещен между слоями р- и n-типа. Эти слои на основе аморфного кремния пленки 5 в определенных случаях могут быть из гидрогенизированного аморфного кремния, но в определенных примерных вариантах реализации данного изобретения могут также представлять собой или включать в себя гидрогенизированный аморфный кремний-углерод или гидрогенизированный аморфный кремний-германий, или другой(ие) пригодный(е) материал(ы). В альтернативных вариантах реализации данного изобретения возможно, чтобы активная область 5 была двухпереходного типа. В определенных примерных случаях в качестве полупроводника 5 может быть также использован CdS/CdTe.

[0030] Тыльный контакт или электрод 7 может быть из любого пригодного электропроводящего материала. В качестве примера и без ограничения, тыльный контакт или электрод 7 в определенных случаях может быть из ППО и/или металла. Примерные ППО-материалы для использования в качестве тыльного контакта или электрода 7 включают оксид индия-цинка, оксид индия-олова (ITO), оксид олова и/или оксид цинка, который может быть легирован алюминием (который может быть или не быть легирован серебром). ППО тыльного контакта 7 в различных случаях может быть однослойного типа или многослойного типа. Более того, тыльный контакт 7 в определенных случаях может включать в себя как ППО-часть, так и металлическую часть. Например, в примерном многослойном варианте реализации ППО-часть тыльного контакта 7 может включать в себя ближайший к активной области 5 слой такого материала, как оксид индия-цинка (который может быть или не быть легирован серебром), оксид индия-олова (ITO), оксид олова и/или оксид цинка, и тыльный контакт может включать в себя еще один проводящий и, возможно, отражающий слой из такого материала, как серебро, молибден, платина, сталь, железо, ниобий, титан, хром, висмут, сурьма или алюминий, более удаленный от активной области 5 и более близкий к накладке 11. Металлическая часть может быть ближе к накладке 11 по сравнению с ППО-частью тыльного контакта 7.

[0031] В определенных примерных вариантах реализации фотоэлектрический модуль может быть окружен или частично покрыт герметизирующим материал, таким как герметик 9. Примерным герметиком или клеем для слоя 9 является ЭВА. Однако в различных случаях для слоя 9 вместо него могут быть использованы другие материалы, такие как пластик типа Tedlar (поливинилфторид), пластик типа Nuvasil (силиконовый герметик), пластик типа Tefzel (фторполимер) или тому подобные.

[0032] ППО-материалы, типично используемые в качестве передних электродов/контактов в тонкопленочных фотоэлектрических приборах (например, солнечных элементах), часто принадлежат к n-типу, а значит создают барьер Шоттки на поверхности раздела между ППО и самой верхней полупроводниковой частью прибора, которая может представлять собой часть/слой a-Si:H р-типа (такой барьер Шоттки может быть в направлении, обратном встроенному полю). Этот барьер является проблематичным тем, что он может образовывать барьер для дырок, выводимых из элемента передним контактом, тем самым приводя к неудовлетворительной работе прибора. Чтобы преодолеть эту проблему, используют материал с более высокой работой выхода. В определенных примерных вариантах реализации данного изобретения предусматривают многослойную структуру переднего электрода путем формирования металлической пленки 3 и, дополнительно, тонкой буферной пленки 4, чтобы обеспечить приблизительное или более существенное согласование работы выхода между пленкой 3 и самой верхней частью полупроводниковой пленки 5. В определенных примерных вариантах реализации уровень кислорода может постепенно или ступенчато повышаться от поверхности раздела между слоями 3 и 4 к поверхности раздела между слоями/пленками 4 и 5. Другими словами, в определенных примерных неограничивающих вариантах реализации пленка/слой 4 с высокой работой выхода может быть градиентной по степени окисления так, чтобы иметь более высокое содержание кислорода в своей части, непосредственно примыкающей к полупроводниковой пленке 5, чем в своей части, примыкающей к металлической пленке 3; это может способствовать улучшению работы по обсуждавшимся здесь причинам.

[0033] Хотя изобретение было описано в связи с тем, что в настоящий момент рассматривается как наиболее практичный и предпочтительный вариант реализации, должно быть понятно, что изобретение не должно ограничиваться раскрытым вариантом реализации, а, напротив, предполагается охватывающим разнообразные модификации и эквивалентные компоновки, входящие в пределы сути и объема прилагаемой формулы изобретения.

1. Фотоэлектрический прибор, содержащий:
переднюю стеклянную подложку;
активную полупроводниковую пленку;
электрически проводящую и, по существу, прозрачную структуру переднего электрода, размещенную между по меньшей мере передней стеклянной подложкой и полупроводниковой пленкой;
при этом структура переднего электрода содержит, по существу, прозрачную металлическую пленку и буферную пленку с высокой работой выхода; и
при этом буферная пленка с высокой работой выхода имеет работу выхода, которая является более высокой, чем работа выхода металлической пленки, и буферная пленка с высокой работой выхода размещена между металлической пленкой и самой верхней частью полупроводниковой пленки, причем буферная пленка с высокой работой выхода содержит богатый кислородом оксид индия-олова (ITO).

2. Фотоэлектрический прибор по п.1, в котором буферная пленка с высокой работой выхода содержит пленку ППО.

3. Фотоэлектрический прибор по п.1, в котором буферная пленка с высокой работой выхода содержит оксид индия-олова.

4. Фотоэлектрический прибор по п.1, в котором металлическая пленка содержит первый и второй, по существу, металлические слои, выполненные из различных металлов.

5. Фотоэлектрический прибор по п.1, в котором буферная пленка с высокой работой выхода непосредственно контактирует с каждой из металлической пленки и полупроводниковой пленки.

6. Фотоэлектрический прибор по п.1, в котором металлическая пленка имеет работу выхода не более чем примерно 4,2 эВ, а буферная пленка с высокой работой выхода имеет работу выхода по меньшей мере 4,3 эВ.

7. Фотоэлектрический прибор по п.1, в котором буферная пленка с высокой работой выхода имеет работу выхода по меньшей мере примерно на 4% выше, чем у металлической пленки, более предпочтительно - по меньшей мере на 6% выше, а наиболее предпочтительно - по меньшей мере примерно на 10% выше.

8. Фотоэлектрический прибор по п.1, в котором буферная пленка с высокой работой выхода имеет работу выхода от примерно 4,0 до 5,7 эВ.

9. Фотоэлектрический прибор по п.1, в котором буферная пленка с высокой работой выхода имеет работу выхода от примерно 4,3 до 5,2 эВ.

10. Фотоэлектрический прибор по п.1, в котором буферная пленка с высокой работой выхода имеет работу выхода от примерно 4,5 до 5,0 эВ.

11. Фотоэлектрический прибор по п.1, в котором металлическая пленка содержит один или более из Cu, Ag, Au, Al, Ni и/или Pd.

12. Фотоэлектрический прибор по п.1, в котором металлическая пленка содержит первый слой, состоящий, по существу, из первого(ых) металла(ов), и второй слой, состоящий, по существу, из иного(ых) второго(ых) металла(ов).

13. Фотоэлектрический прибор по п.1, в котором металлическая пленка составляет от примерно 20-600 Å в толщину, а буферная пленка с высокой работой выхода составляет от примерно 10 до 1000 Å в толщину.

14. Фотоэлектрический прибор по п.1, в котором металлическая пленка составляет от примерно 40-200 Å в толщину, а буферная пленка с высокой работой выхода составляет от примерно 10 до 100 Å в толщину.

15. Фотоэлектрический прибор по п.1, дополнительно содержащий зародышевую пленку, размещенную между передней стеклянной подложкой и металлической пленкой.

16. Фотоэлектрический прибор по п.16, в котором зародышевая пленка содержит прозрачный проводящий оксид.

17. Фотоэлектрический прибор по п.1, в котором буферная пленка с высокой работой выхода представляет собой диэлектрическую пленку.

18. Фотоэлектрический прибор по п.1, в котором буферная пленка с высокой работой выхода представляет собой диэлектрик и имеет толщину от примерно 5-30 Å.

19. Фотоэлектрический прибор по п.1, в котором полупроводниковая пленка содержит гидрогенизированный аморфный кремний.

20. Фотоэлектрический прибор по п.1, дополнительно содержащий тыльный электрод, при этом активная полупроводниковая пленка предусмотрена между по меньшей мере передним электродом и тыльным электродом.

21. Фотоэлектрический прибор по п.1, в котором буферная пленка с высокой работой выхода является градиентной по степени окисления, непрерывно или прерывисто, так, чтобы иметь более высокое содержание кислорода рядом с полупроводниковой пленкой, чем рядом с металлической пленкой.

22. Электродная структура, приспособленная для применения в фотоэлектрическом приборе, причем эта электродная структура содержит:
стеклянную подложку;
по существу, прозрачную металлическую пленку, поддерживаемую стеклянной подложкой;
буферную пленку с высокой работой выхода, поддерживаемую стеклянной подложкой,
при этом буферная пленка с высокой работой выхода имеет работу выхода, которая является более высокой, чем работа выхода металлической пленки, и металлическая пленка размещена между по меньшей мере буферной пленкой с высокой работой выхода и стеклянной подложкой, при этом буферная пленка с высокой работой выхода является градиентной по степени окисления, непрерывно или прерывисто, так, чтобы иметь более высокое содержание кислорода рядом с полупроводниковой пленкой, чем рядом с металлической пленкой.

23. Электродная структура по п.22, в которой буферная пленка с высокой работой выхода содержит пленку ППО.

24. Электродная структура по п.22, в которой металлическая пленка содержит первый и второй различные, по существу, металлические слои.

25. Электродная структура по п.22, в которой буферная пленка с высокой работой выхода непосредственно контактирует с металлической пленкой, а также приспособлена для непосредственного контакта с полупроводниковой пленкой фотоэлектрического прибора.

26. Электродная структура по п.22, в которой металлическая пленка имеет работу выхода не более чем примерно 4,2 эВ, а буферная пленка с высокой работой выхода имеет работу выхода по меньшей мере 4,3 эВ, и при этом буферная пленка с высокой работой выхода имеет работу выхода по меньшей мере примерно на 4% выше, чем у металлической пленки.

27. Электродная структура по п.22, в которой металлическая пленка составляет от примерно 40-200 Å в толщину, а буферная пленка с высокой работой выхода составляет от примерно 10 до 100 Å в толщину.

28. Электродная структура по п.22, дополнительно содержащая зародышевую пленку, размещенную между стеклянной подложкой и металлической пленкой, при этом зародышевая пленка содержит оксид металла.

29. Электродная структура по п.22, в которой буферная пленка с высокой работой выхода представляет собой диэлектрическую пленку и имеет толщину от примерно 5-30 Å.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области создания полупроводниковых приборов, чувствительных к излучению, и может использоваться в технологиях по изготовлению омических контактных систем к фотоэлектрическим преобразователям (ФЭП) с высокими эксплуатационными характеристиками, и, в частности, изобретение относится к формированию контактов к слоям GaAs n-типа проводимости, являющимся фронтальными слоями ряда структур концентраторных ФЭП, способных эффективно преобразовывать падающее излучение мощностью 100-200 Вт/см2.

Изобретение относится к фоточувствительным полупроводниковым приборам, в частности, к приемникам излучения, содержащим размещенный в герметичном корпусе кристалл с фоточувствительными элементами и предназначенным для использования, например, в гироскопах, акселерометрах и других приборах, имеющих системы пространственной ориентации.
Изобретение относится к материалам для изготовления электропроводящих слоев методом трафаретной печати. .

Изобретение относится к области преобразования солнечной энергии в электрическую, в частности к конструкциям контактов на полупроводниковом фотоэлектрическом преобразователе (ФЭП) различной конфигурации.

Изобретение относится к устройствам, изготовленным из узкощелевых полупроводников для работы в инфракрасном диапазоне длин волн. .

Изобретение относится к оптоэлектронной технике, а именно к полупроводниковым фоточувствительным приборам, предназначенным для детектирования инфракрасного (ИК) излучения при комнатной температуре
Изобретение относится к проводящим пастам для формирования металлических контактов на поверхности субстратов для фотогальванических элементов. Проводящая паста по существу свободна от стеклянной фритты. По одному варианту выполнения изобретения проводящая паста содержит металлоорганические компоненты, которые образуют твердую металлоксидную фазу при обжиге, и проводящий материал. Металлоорганические компоненты выбраны из группы, включающей карбоксилаты металлов или алкоксиды металлов, где металлом является бор, алюминий, кремний, висмут, цинк или ванадий. По другому варианту проводящая паста включает несколько предшественников, которые образуют проводящие элементы при обжиге или нагревании. Паста адаптирована для сцепления с поверхностью субстрата и при обжиге формирует твердую оксидную фазу с образованием из проводящих материалов электрического проводника на субстрате. Использование указанной проводящей пасты в линии проводящей сетки фотогальванических элементов обеспечивает повышение эффективности и коэффициента заполнения гальванического элемента. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.

Изобретение относится к фотогальваническому модулю (1), содержащему, по меньшей мере, два последовательно соединенных фотогальванических элемента (7, 7'), при этом каждый элемент (7, 7') имеет прямоугольную форму и содержит соответственно первый задний тонкослойный электрод (5, 5'), фотогальванический набор, по меньшей мере, из двух активных материалов (3) между задним электродом (5) и тонкослойным проводящим прозрачным электродом (ТС) (4), при этом указанный электрод ТС (4, 4') выполнен с возможностью отбора и передачи электрического тока (10, 10'), генерируемого фотогальваническим набором (3, 3'), при этом оба фотогальванических элемента (7, 7') последовательно соединены электрически электрической контактной полосой (6), проходящей вдоль стороны, заключенной между электродом ТС (4) первого элемента (7) и задним электродом (5') второго элемента (7'). Согласно изобретению локальная толщина (е) тонкослойного прозрачного электрода (4) элемента (7) уменьшается в зависимости от расстояния до указанной электрической контактной полосы (6). Объектами изобретения являются также способы нанесения и травления прозрачного проводящего слоя (ТС) для изготовления одновременно нескольких элементов (7, 7', 7"…) одного модуля (1). Изобретение обеспечивает значительное повышение производительности фотогальванических модулей без существенного увеличения сложности этих модулей и с применением простых способов изготовления. 8 н. и 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

Использование: для выполнения тонкопленочного солнечного элемента. Сущность изобретения заключается в том, что кремниевый тонкопленочный солнечный элемент включает подложку, подстилающее покрытие, сформированное поверх по меньшей мере части подложки, включающее первый слой, содержащий оксид олова или диоксид титана, и второй слой, содержащий однородную или неоднородную по составу смесь оксидов, содержащую оксиды по меньшей мере двух элементов из Sn, P, Si, Ti, Al и Zr, и проводящее покрытие, сформированное поверх по меньшей мере части подстилающего покрытия, где проводящее покрытие содержит оксиды одного или нескольких элементов из Zn, Fe, Mn, Al, Ce, Sn, Sb, Hf, Zr, Ni, Zn, Bi, Ti, Co, Cr, Si или In или сплав из двух или более из этих материалов. Технический результат: обеспечение возможности выполнения покрытия для солнечного элемента, усиливающего поток электронов через прозрачный проводящий оксид при повышении характеристики светорассеяния и прозрачности солнечного элемента. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относятся к использованию графена в качестве прозрачного проводящего покрытия (ППП). Согласно изобретению предложен солнечный элемент, содержащий стеклянную подложку; первый проводящий слой на основе графена, расположенный, непосредственно или опосредованно, на стеклянной подложке; первый слой полупроводника в контакте с первым проводящим слоем на основе графена; по меньшей мере один поглощающий слой, расположенный, непосредственно или опосредованно, на первом слое полупроводника; второй слой полупроводника, расположенный, непосредственно или опосредованно, на упомянутом по меньшей мере одном поглощающем слое; второй проводящий слой на основе графена в контакте со вторым слоем полупроводника; и задний контакт, расположенный, непосредственно или опосредованно, на втором проводящем слое на основе графена, при этом каждый из упомянутых первого и второго проводящих слоев на основе графена является изначально легируемым легирующими примесями одного из n-типа и p-типа, и при этом по меньшей мере один из упомянутых первого и второго проводящих слоев на основе графена легирован легирующими примесями n-типа или p-типа, внедренными в его объем из твердого материала-источника легирующих примесей. Также предложены фотоэлектрическое устройство, подузел сенсорной панели и аппарат с сенсорной панелью. Изобретение обеспечивает возможность использования при изготовлении фотоэлектрических приборов гладких и снабжаемых рисунком материалов электродов с хорошей стабильностью, высокой прозрачностью и превосходной проводимостью. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 15 ил., 1 табл.

Фотогальванический элемент содержит кристаллическую полупроводниковую подложку (1), содержащую переднюю сторону (1а) и заднюю сторону (1b); передний пассивирующий слой (3), нанесенный на переднюю сторону (1а) подложки (1); задний пассивирующий слой (2), нанесенный на заднюю сторону (1b) подложки (1); первую металлизированную зону, выполненную на заднем пассивирующем слое (2) и предназначенную для сбора электронов; вторую металлизированную зону, предназначенную для сбора дырок и содержащую: поверхностную часть, расположенную на заднем пассивирующем слое (2); и внутреннюю часть, проходящую через задний пассивирующий слой (2) и образующую в подложке (1) область, в которой концентрация акцепторов электронов выше, чем в остальной части подложки (1), при этом кристаллическая полупроводниковая подложка (1) является подложкой из n-легированного или р-легированного кристаллического кремния, передний пассивирующий слой (3) содержит: слой (6) беспримесного гидрированного аморфного кремния, входящий в контакт с подложкой (1); и расположенный на нем слой (7) легированного гидрированного аморфного кремния, характеризующийся легированием р-типа, если подложка (1) является подложкой с проводимостью р-типа, или легированием n-типа, если подложка (1) является подложкой с проводимостью n-типа; и/или задний пассивирующий слой (2) содержит: слой (4) беспримесного гидрированного аморфного кремния, входящий в контакт с подложкой (1); и расположенный на нем слой (5) легированного гидрированного аморфного кремния, характеризующийся легированием n-типа. также согласно изобретению предложены модуль фотогальванических элементов, способ изготовления фотогальванических элементов и способ изготовления модуля фотогальванических элементов. Изобретение обеспечивает возможность создания фотогальванического элемента, который можно изготовить при помощи более простого способа с меньшим числом этапов, который можно применять в промышленном масштабе. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх