(57)【要約】      （修正有）【課題】薄膜アセンブリ及び薄膜アセンブリを含むヘテロ接合電池を提供する。【解決手段】当該薄膜アセンブリ５は、積層された少なくとも二層の透明導電酸化物薄膜を含み、前記少なくとも二層の透明導電酸化物薄膜はいずれもＩＴＯ薄膜であり、そのうち、第一層ＩＴＯ薄膜５−１のスズの割合は１０〜１５重量％で、第二層ＩＴＯ薄膜５−２のスズの割合は≧５重量％且つ＜10重量％である。【選択図】図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
積層された少なくとも二層の透明導電酸化物薄膜を含み、前記少なくとも二層の透明導電酸化物薄膜がいずれもITO薄膜である薄膜アセンブリであって、第一層ITO薄膜のスズの割合が10〜15重量%であり、第二層ITO薄膜のスズの割合が≧5重量%且つ<10重量%である、薄膜アセンブリ。
【請求項２】
第三層ITO薄膜をさらに含み、前記第一層ITO薄膜、前記第二層ITO薄膜、前記第三層ITO薄膜が順に設けられ、前記第三層ITO薄膜のスズの割合が≧1重量%且つ<5重量%であり、または10〜15重量%である、請求項1に記載の薄膜アセンブリ。
【請求項３】
前記第一層ITO薄膜のスズの割合が10重量%であり、前記第二層ITO薄膜のスズの割合が5重量%であり、前記第三層ITO薄膜のスズの割合が3重量%である、請求項2に記載の薄膜アセンブリ。
【請求項４】
第四層ITO薄膜をさらに含み、前記第一層ITO薄膜、前記第二層ITO薄膜、前記第三層ITO薄膜、前記第四層ITO薄膜が順に設けられ、前記第四層ITO薄膜のスズの割合が10〜15重量%である、請求項2に記載の薄膜アセンブリ。
【請求項５】
前記第一層ITO薄膜のスズの割合が10重量%であり、前記第二層ITO薄膜のスズの割合が5重量%であり、前記第三層ITO薄膜のスズの割合が3重量%であり、前記第四層ITO薄膜のスズの割合が10重量%である、請求項4に記載の薄膜アセンブリ。
【請求項６】
各層ITO薄膜の厚さが10〜50nmの範囲内にある、請求項1〜5のいずれか一項に記載の薄膜アセンブリ。
【請求項７】
各層ITO薄膜の屈折率nが1.8〜2.0の範囲内にあり、バンドギャップが3.0〜4.6eVの範囲内にあり、キャリア濃度が(1〜10)×1020cm-3の範囲内にあり、キャリア移動度が10〜50cm2/vsの範囲内にある、請求項1〜6のいずれか一項に記載の薄膜アセンブリ。
【請求項８】
請求項1〜7のいずれか一項に記載の薄膜アセンブリを含む、ヘテロ接合電池。
【請求項９】
一方の面に、積層された少なくとも三層のITO薄膜によって構成された第1薄膜アセンブリを含み、他方の面に、積層された少なくとも二層のITO薄膜によって構成された第2薄膜アセンブリを含む、請求項8に記載のヘテロ接合電池。
【請求項１０】
互いに対向する第1表面と第2表面を有する結晶シリコン層、第1真性層、第2真性層、第1のドーピング層、第2のドーピング層、第1グリッド線と第2グリッド線をさらに含み、
前記第1薄膜アセンブリには四層のITO薄膜が設けられており、前記第2薄膜アセンブリには三層のITO薄膜が設けられており、
前記第1真性層、前記第1のドーピング層、前記第1薄膜アセンブリの第四層ITO薄膜、第三層ITO薄膜、第二層ITO薄膜、第一層ITO薄膜、前記第1グリッド線が内から外へという順序で前記結晶シリコン層の第1表面の上に順次設けられ、
前記第2真性層、前記第2のドーピング層、前記第2薄膜アセンブリの第三層ITO薄膜、第二層ITO薄膜、第一層ITO薄膜、前記第2グリッド線が内から外へという順序で前記結晶シリコン層の第2表面の上に順次設けられた、請求項9に記載のヘテロ接合電池。
【請求項１１】
前記第1薄膜アセンブリの第一層ITO薄膜のスズの割合が10重量%であり、第二層ITO薄膜のスズの割合が5重量%であり、第三層ITO薄膜のスズの割合が3重量%であり、第四層ITO薄膜のスズの割合が10重量%であり、
前記第2薄膜アセンブリの第一層ITO薄膜のスズの割合が10重量%であり、第二層ITO薄膜のスズの割合が5重量%であり、第三層ITO薄膜のスズの割合が3重量%である、請求項10に記載のヘテロ接合電池。
【請求項１２】
前記結晶シリコン層がn型結晶シリコン層またはp型結晶シリコン層であり、
前記第1のドーピング層がn型ドーピング層であり、前記第2のドーピング層がp型ドーピング層である、請求項10または11に記載のヘテロ接合電池。
【請求項１３】
前記第2のドーピング層と接触する第2薄膜アセンブリの前記第三層ITO薄膜の仕事関数が前記第1のドーピング層と接触する前記第1薄膜アセンブリの前記第四層ITO薄膜の仕事関数よりも高い、請求項12に記載のヘテロ接合電池。
【考案の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本考案は、2017年12月21日に中国国家知識産権局へ提出された中国特許出願No. 201711395346.6とNo.201721807096.8の優先権を主張し、これら出願のすべての内容を参照により本考案に援用する。
【技術分野】
【０００２】
本考案はソーラバッテリー製造技術分野に関わっており、具体的に薄膜アセンブリ及び薄膜アセンブリを含むヘテロ接合電池に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
酸化インジウムスズ薄膜(Indium Tin Oxide Film（略称、ITO薄膜)）は低抵抗率、高い可視光透過率などの優れた物理的特性を有し、ヘテロ接合（Hetero-junction with Intrinsic Thin layer）ソーラバッテリー（略称、ヘテロ接合電池またはHIT電池またはHJT電池）の透明導電酸化物薄膜層に幅広く用いられている。
【０００４】
ITO薄膜はHJT電池において導電と反射防止膜の役割を果たす。現在、幅広く使用されているITO薄膜はいずれも単層膜である。反射防止膜として、従来の1/4波長のITO単層膜は特定波長の小さい角度からの入射に対してのみ好ましい反射防止効果を有するため、このような単層膜ではHJT電池の、より広い波長範囲とより大きい入射角度からの光の反射防止要求をすべて満たすことはできない。
【考案の内容】
【０００５】
本考案は、従来技術に存在する技術課題を少なくとも一部解決するためになされたものであって、性能が改善されたHJT電池とHJT電池性能改善を実現できる薄膜アセンブリを提供する。
【０００６】
本考案の1つの態様では、積層された少なくとも二層の透明導電酸化物薄膜を含み、前記少なくとも二層の透明導電酸化物薄膜がいずれもITO薄膜である薄膜アセンブリであって、第一層ITO薄膜のスズの割合が10〜15重量%であり、第二層ITO薄膜のスズの割合が≧5重量%且つ<10重量%である薄膜アセンブリを提供する。
【０００７】
前記薄膜アセンブリは第三層ITO薄膜をさらに含んでもよく、前記第一層ITO薄膜、前記第二層ITO薄膜、前記第三層ITO薄膜が順に設けられ、前記第三層ITO薄膜のスズの割合は≧1重量%且つ<5重量%であり、または10〜15重量%である。
【０００８】
前記第一層ITO薄膜のスズの割合は10重量%であってもよく、前記第二層ITO薄膜のスズの割合は5重量%であってもよく、前記第三層ITO薄膜のスズの割合は3重量%であってもよい。
【０００９】
前記薄膜アセンブリは第四層ITO薄膜をさらに含んでもよく、前記第一層ITO薄膜、前記第二層ITO薄膜、前記第三層ITO薄膜、前記第四層ITO薄膜が順に設けられ、前記第四層ITO薄膜のスズの割合は10〜15重量%である。
【００１０】
前記第一層ITO薄膜のスズの割合は10重量%であってもよく、前記第二層ITO薄膜のスズの割合は5重量%であってもよく、前記第三層ITO薄膜のスズの割合は3重量%であってもよく、前記第四層ITO薄膜のスズの割合は10重量%であってもよい。
【００１１】
各層ITO薄膜の厚さは10〜50nmの範囲内にあってもよい。
【００１２】
各層ITO薄膜の屈折率nは1.8〜2.0の範囲内にあってもよく、バンドギャップは3.0〜4.6eVの範囲内にあってもよく、キャリア濃度は(1〜10)×1020cm-3の範囲内にあってもよく、キャリア移動度は10〜50cm2/vsの範囲内にあってもよい。
【００１３】
本考案のさらにもう1つの態様では、上記薄膜アセンブリを含むヘテロ接合電池を提供する。
【００１４】
前記ヘテロ接合電池の一方の面は積層された少なくとも三層のITO薄膜によって構成された第1薄膜アセンブリを含んでもよく、他方の面は積層された少なくとも二層のITO薄膜によって構成された第2薄膜アセンブリを含んでもよい。  
前記へテロ接合電池は、互いに対向する第1表面と第2表面を有する結晶シリコン層、第1真性層、第2真性層、第1のドーピング層、第2のドーピング層、第1グリッド線と第2グリッド線をさらに含んでもよく、
前記第1薄膜アセンブリには、四層のITO薄膜が設けられており、前記第2薄膜アセンブリには三層のITO薄膜が設けられており、
前記第1真性層、前記第1のドーピング層、前記第1薄膜アセンブリの第四層ITO薄膜、第三層ITO薄膜、第二層ITO薄膜、第一層ITO薄膜、前記第1グリッド線は内から外へという順序で前記結晶シリコン層の第1表面の上に順次設けられ、
前記第2真性層、前記第2のドーピング層、前記第2薄膜アセンブリの第三層ITO薄膜、第二層ITO薄膜、第一層ITO薄膜、前記第2グリッド線は内から外へという順序で前記結晶シリコン層の第2表面の上に順次設けられる。
【００１５】
前記第1薄膜アセンブリの第一層ITO薄膜のスズの割合は10重量%であってもよく、第二層ITO薄膜のスズの割合は5重量%であってもよく、第三層ITO薄膜のスズの割合は3重量%であってもよく、第四層ITO薄膜のスズの割合は10重量%であってもよく、
前記第2薄膜アセンブリの第一層ITO薄膜のスズの割合は10重量%であってもよく、第二層ITO薄膜のスズの割合は5重量%であってもよく、第三層ITO薄膜のスズの割合は3重量%であってもよい。
【００１６】
前記結晶シリコン層はn型結晶シリコン層またはp型結晶シリコン層であってもよく、
前記第1のドーピング層はn型ドーピング層であってもよく、前記第2のドーピング層はp型ドーピング層であってもよい。
【００１７】
前記第2のドーピング層と接触する第2薄膜アセンブリの前記第三層ITO薄膜の仕事関数は前記第1のドーピング層と接触する前記第1薄膜アセンブリの前記第四層ITO薄膜の仕事関数より高くてもよい。
【００１８】
ITO薄膜の光電性能、例えば、屈折率、仕事関数とp型ドーピング層、n型ドーピング層との整合はHJT電池の性能に直接影響するということを本考案の考案者は見出した。本考案は多層ITO薄膜を含む薄膜アセンブリを提供し、各層ITO薄膜におけるスズのドープ量を徐々に変更することで、多層ステップ型のITO反射防止薄膜を形成し、薄膜アセンブリの光電性能を改善している。単層ITO薄膜との比較において、本考案の多層ステップ型のITO薄膜の利点を具体的に述べれば、多層ステップ型ITO構造により光の損失をさらに低減させるとともに、ITO薄膜とp、n型ドーピング層の仕事関数との整合を最適化することで、n型ドーピング層と接触するITOが相対的に低い仕事関数を有し、p型ドーピング層と接触するITOが相対的に高い仕事関数を有するというようにし、最終的にHJT電池の各性能指標を向上させているということである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
図面は本考案の技術案をさらによく理解するために提供され、明細書の一部を構成し、本考案の実施形態ととともに本考案の技術案の説明に用いられるものであって、本考案の技術案を制限するものではない。
【図１】図1は常規のHJT電池の構造概念図である。
【図２】図2は本考案の実施形態に基づくHJT電池の構造概念図である。
【具体的な実施形態】
【００２０】
本考案の目的、技術案と長所をより明瞭にするために、以下では図面を組み合わせて本考案の実施形態について詳細に説明する。なお、かち合うことがなければ、本考案における実施形態及び実施形態における特徴は互いに任意に組み合わせることができる。
【００２１】
第1の実施形態
本考案の1つの態様に基づき、本実施形態では薄膜アセンブリを提供し、当該薄膜アセンブリは積層された少なくとも二層の透明導電酸化物薄膜を含み、当該少なくもと二層の透明酸化物導電薄膜はいずれもITO薄膜である。具体的に言えば、図2に示すように、薄膜アセンブリ5は、第一層ITO薄膜5-1、第二層ITO薄膜5-2、第三層ITO薄膜5-3、第四層ITO薄膜5-4が順に積層されてなる四層のITO薄膜を含み、そのうち、前記第一層ITO薄膜5-1のスズの割合は10重量%、厚さは34nmであって、勿論、前記第一層ITO薄膜5-1のスズの割合は10〜15重量%という範囲内の如何なる値であってもよく、前記第二層ITO薄膜5-2のスズの割合は5重量%、厚さは34nmであって、勿論、前記第二層ITO薄膜5-2のスズの割合は5重量%以上且つ10重量%未満という範囲内の如何なる値であってもよく、前記第三層ITO薄膜5-3のスズの割合は3重量%、厚さは34nmであって、勿論、前記第三層ITO薄膜5-3のスズの割合は1重量%以上且つ5重量%未満という範囲内の如何なる値であってもよく、前記第四層ITO薄膜5-4のスズの割合は10重量%、厚さは10nmであって、勿論、前記第四層ITO薄膜5-4のスズの割合は10〜15重量%という範囲内の如何なる値であってもよい。このほか、上記各層ITO薄膜の厚さの値は上記に挙げた値に限らず、15〜50nmという範囲内の如何なる値であってもよいと当業者は理解すべきである。
【００２２】
下記方法で前記薄膜アセンブリ5を製造する。
【００２３】
（1）基板を選択する（二層の真性層2、2'と二層のドーピング層3、4とが既に堆積された結晶シリコン層1）。
【００２４】
（2）真空チャンバの真空度を5×10-4Paに調節し、2:98の体積流量比で真空チャンバに酸素とアルゴンガスを入れ、スパッタリングパワーを4kwとし、マグネトロンスパッタリングにより前記基板の第1表面に前記第四層ITO薄膜5-4を堆積させる。
【００２５】
（3）真空チャンバの真空度を5×10-4Paに維持し、5:95の体積流量比で真空チャンバの中に酸素とアルゴンガスを入れ、スパッタリングパワーを4kwとし、引き続き真空チャンバの中に前記第三層ITO薄膜5-3を堆積させる。
【００２６】
（4）真空チャンバの真空度を5×10-4Paに維持し、6:94の体積流量比で真空チャンバの中に酸素とアルゴンガスを入れ、スパッタリングパワーを4kwとし、引き続き真空チャンバの中に前記第二層ITO薄膜5-2を堆積させる。
【００２７】
（5）真空チャンバの真空度を5×10-4Paに維持し、2:98の体積流量比で真空チャンバの中に酸素とアルゴンガスを入れ、スパッタリングパワーを4kwとし、引き続き真空チャンバの中に前記第一層ITO薄膜5-1を堆積させる。
【００２８】
注意すべき点は、堆積過程全体において真空チャンバを開かず、連続して堆積させ、真空状態を破ることはできないという点であり、言い換えれば、真空条件下で多層ITO薄膜を連続して製造する。このほか、各層ITO薄膜の屈折率nを1.8〜2.0の範囲内に設け、バンドギャップを3.0〜4.6eVの範囲内に設け、キャリア濃度を(1〜10)×1020cm-3の範囲内に設け、キャリア移動度を10〜50cm2/vsの範囲内に設ける。
【００２９】
上記製造過程において、上記の酸素とアルゴンガスの体積流量比、スパッタリングパワー、真空度は上記に挙げた値に限らず、需要に応じて適切な値を選択することができる。例えば、酸素とアルゴンガスの体積流量比は0〜2:98という範囲内の如何なる値であってもよく、スパッタリングパワーは2〜8kwという範囲内の如何なる値であってもよく、製造過程で使用するチャンバのバックグラウンド真空度は≧5×10-4Paの範囲内に制御されることができる。
【００３０】
本考案の実施形態が提供する、多層ITO薄膜を含む薄膜アセンブリでは、各層ITO薄膜におけるスズのドープ量を徐々に変更することで、多層ステップ型のITO反射防止薄膜を形成し、薄膜アセンブリの光電性能を改善している。単層ITO薄膜との比較において、本考案の多層ステップ型ITO薄膜の利点は、多層ステップ型ITO構造により光の損失をさらに低減させるということである。
【００３１】
第2の実施形態
本考案のもう1つの態様に基づき、図2に示すように、本実施形態では、第一層ITO薄膜5-1’、第二層ITO薄膜5-2’、第三層ITO薄膜5-3’が順に積層されてなる三層のITO薄膜を含む薄膜アセンブリ5’を提供し、そのうち、前記第一層ITO薄膜5-1’のスズの割合は10重量%、厚さは37nmであり、前記第二層ITO薄膜5-2’のスズの割合は5重量%、厚さは37nmであり、前記第三層ITO薄膜5-3’のスズの割合は3重量%、厚さは37nmである。
【００３２】
第1の実施形態における前記薄膜アセンブリ5を製造するステップ（3）〜（5）に従って、第1の実施形態の基板の第2表面の上に前記薄膜アセンブリ5’の第三層ITO薄膜5-3’、第二層ITO薄膜5-2’、第一層ITO薄膜5-1’を引き続き堆積させる。
【００３３】
上記に挙げた相違点のほか、本実施形態の薄膜アセンブリ5’と第1の実施形態の薄膜アセンブリ5は、構造、パラメータ、製造方法において同一であると当業者は理解すべきである。
【００３４】
第3の実施形態
図1に示すように、HJT電池の基本的な構造は、一般的に結晶シリコン層1、真性層2、p型ドーピング層3、n型ドーピング層4、透明導電酸化物薄膜層5、正面グリッド線6、裏面グリッド線7を含む。このようなHJT電池の透明導電酸化物薄膜層5は一般的に単層膜であるが、このような単層膜ではHJT電池の、広い波長範囲と大きい入射角度光の反射防止要求をすべて満たすことはできない。
【００３５】
このため、出願人は新型のHJT電池を提供し、その構造は図2に示す通りであって、当該HJT電池はn型結晶シリコン層1、真性層2と2'、p型ドーピング層3、n型ドーピング層4、第1の実施形態に記載の薄膜アセンブリ5、第2の実施形態に記載の薄膜アセンブリ5’、正面グリッド線6と裏面グリッド線7を含み、当該n型結晶シリコン層1は互いに対向する第1表面と第2表面を有する。結晶シリコン層1はp型結晶シリコン層であってもよいと当業者は理解すべきである。
【００３６】
本考案の実施形態では、n型ドーピング層4がある一面をHJT電池の正面、p型ドーピング層3がある一面をHJT電池の裏面であると定義する。
【００３７】
真性層2、n型ドーピング層4、第1の実施形態に記載の薄膜アセンブリ5の第四層ITO薄膜5-4、第三層ITO薄膜5-3、第二層ITO薄膜5-2、第一層ITO薄膜5-1、正面グリッド線6は内から外へという順序でn型結晶シリコン層1の第1表面の上に順に設けられる。
【００３８】
真性層2'、p型ドーピング層3、第2の実施形態に記載の薄膜アセンブリ5’の第三層ITO薄膜5-3’、第二層ITO薄膜5-2’、第一層ITO薄膜5-1’、裏面グリッド線7は内から外へという順序で結晶シリコン層1の第2表面の上に順に設けられる。
【００３９】
従って、このような構造のHJT電池の両側はいずれも発電でき、即ち、本実施形態におけるHJT電池は両面発電電池である。
【００４０】
本考案の実施形態において、p型ドーピング層3と接触する第三層ITO薄膜5-3’の仕事関数はn型ドーピング層4と接触する第四層ITO薄膜5-4の仕事関数よりも高い。従って、製造されたHJT電池の短絡電流密度は高くなり、開放電圧が増え、これにより電池の転換率が効果的に向上する。
【００４１】
このほか、薄膜アセンブリ5、5’の具体的な構造については、上記第1、第2の実施形態をそれぞれ参照することができる。
【００４２】
本考案の実施形態で提供するHJT電池では、各層ITO薄膜におけるスズのドープ量を徐々に変更することで、多層ステップ型ITO反射防止薄膜を形成し、薄膜アセンブリの光電性能を改善している。単層ITO薄膜との比較において、本考案の多層ステップ型のITO薄膜の利点は、多層ステップ型のITO構造により光の損失をさらに低減させるとともに、最適化されたITO薄膜をp、n型ドーピング層の仕事関数と整合させることで、n型ドーピング層と接触するITOが相対的に低い仕事関数を有し、p型ドーピング層と接触するITOが相対的に高い仕事関数を有するようにし、さらにはHJT電池の各性能指標を向上させるということである。
【００４３】
第4の実施形態
本考案のもう1つの態様に基づき、本実施形態ではHJT電池を提供する。本実施形態のHJT電池と第3の実施形態のHJT電池との違いは、
薄膜アセンブリ5が第三層ITO薄膜5-3を含まず、薄膜アセンブリ5’が第三層ITO薄膜5-3’を含まないという点のみである。
【００４４】
本実施形態のHJT電池は第3の実施形態のHJT電池と類似の效果を得ることができる。
【００４５】
以上の実施形態は本考案の原理を説明するために用いた例示に過ぎず、本考案はこれに限定されない。当業者にとって、本考案の精神と実質的な状況を逸脱しない範囲で種々の変形と改良が可能であり、本考案の請求範囲には、それらの変形と改良も含まれる。
【図１】
0003218305.tif 000003
【図２】
0003218305.tif 000004