專利名稱：薄膜太陽(yáng)能電池及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種薄膜太陽(yáng)能電池及其制作方法，尤指一種銅銦硒系薄膜太陽(yáng)能電池及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著人類文明發(fā)展，全球面臨嚴(yán)重的能源危機(jī)及環(huán)境污染等問(wèn)題。其中，以能將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)變成電能的太陽(yáng)能電池，由于發(fā)電過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體，且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，故為一種可再生的環(huán)保發(fā)電方式。目前已發(fā)展出多種不同材料所制作的太陽(yáng)能電池，如硅基太陽(yáng)能電池、染料敏化太陽(yáng)能電池及有機(jī)材料電池等。其中，以銅銦鎵硒(CIGS)、或銅銦鋁硒(CIAS)為吸收層的銅銦硒(CuhSe)系太陽(yáng)能電池，因具有很高的吸收系數(shù)及高轉(zhuǎn)換效率，且在戶外環(huán)境下穩(wěn)定性相當(dāng)好，故視為一種次世代的太陽(yáng)能電池。一般的銅銦硒系太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)是如圖1所示，其包括一基板11，以及由下往上依序疊層在基板11上的背電極12、P型吸收層13、n型緩沖層14、透明導(dǎo)電層15、以及一上電極16。于制作銅銦硒系太陽(yáng)能電池的工藝中，一般是以鉬做為背電極12材料；而ρ型吸收層13可以共蒸鍍、涂布或以先驅(qū)物沉積后硒化方式制作。于硒化的過(guò)程中，背電極12與 P型吸收層13接面會(huì)產(chǎn)生鉬的硒化物，如Μ0%2。雖然，Mc^e2可使接面呈歐姆接觸，但是高溫高壓的硒化工藝環(huán)境下，常常導(dǎo)致太厚的鉬層被轉(zhuǎn)換成Mok2,而太厚的Mok2會(huì)導(dǎo)致串聯(lián)電阻的升高，甚至于影響吸收層附著，導(dǎo)致吸收層脫離或脫落。此外，如使用低壓的硒化工藝雖可避免太厚的鉬層被轉(zhuǎn)換成μ0%2，但形成的吸收層容易呈現(xiàn)顆粒狀結(jié)構(gòu)堆棧，而導(dǎo)致平坦度不足及形成粗糙的吸收層表面，造成緩沖層薄膜覆蓋率不足，而導(dǎo)致漏電流太大， 造成轉(zhuǎn)換效率降低。另外，吸收層呈現(xiàn)顆粒狀結(jié)構(gòu)疊層亦使載子復(fù)合機(jī)率增加，亦會(huì)降低轉(zhuǎn)換效率。因此，目前亟需發(fā)展出一種薄膜太陽(yáng)能電池及其制作方法，其可控制硒化鉬 (MoSe2)的生成及生成厚度，進(jìn)而防止串聯(lián)電阻的升高及吸收層脫離或脫落，且提升吸收層表面平坦度以提升轉(zhuǎn)換效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是在提供一種薄膜太陽(yáng)能電池，以便能具有適當(dāng)?shù)谋∧ぬ?yáng)能電池歐姆接觸層(硒化鉬)厚度。本發(fā)明的另一目的是在提供一種薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法，通過(guò)于背電極(第一電極)上依序形成一阻擋層及一含鉬金屬層，而可控制歐姆接觸層厚度。為達(dá)成上述目的，本發(fā)明的薄膜太陽(yáng)能電池，包括一基板；一第一電極，是設(shè)置于基板上；一阻擋層，是設(shè)置于第一電極上，其中阻擋層的材料是為一導(dǎo)電材料；一歐姆接觸層，是設(shè)置于阻擋層上；一吸收層，是設(shè)置于歐姆接觸層上；一緩沖層，是設(shè)置于吸收層上；一透明導(dǎo)電層，是設(shè)置于緩沖層上；以及一第二電極，是設(shè)置于透明導(dǎo)電層上。此外，本發(fā)明所提供的薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法，包括下列步驟(A)提供一基板；(B)形成一第一電極于基板上；(C)形成一阻擋層于第一電極上，其中阻擋層的材料是為一導(dǎo)電材料；(D)形成一含鉬金屬層于阻擋層上；(E)形成一吸收層前趨物于含鉬金屬層上，并進(jìn)行一硒化工藝或一硫化工藝，以反應(yīng)該吸收層前趨物形成一吸收層，且反應(yīng)含鉬金屬層形成一歐姆接觸層；(F)形成一緩沖層于吸收層上；(G)形成一透明導(dǎo)電層于緩沖層上；以及(H)形成一第二電極于透明導(dǎo)電層上。此外，于步驟(F)后，還可包括一步驟(Fl) 形成一 i-ZnO薄膜于該緩沖層上，由此可降低漏電流。于本發(fā)明的薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法中，于第一電極(鉬背電極)及吸收層間插入一不與硒或硫反應(yīng)的阻擋層及一含鉬金屬層。由于阻擋層具有導(dǎo)電性，故可同時(shí)做為一電極材料。同時(shí)，阻擋層更可防止硒穿透至第一電極，防止第一電極因硒化工藝而過(guò)度硒化。此外，更通過(guò)形成一含鉬金屬層，以達(dá)到控制歐姆接觸層(硒化鉬)厚度的目的，使所形成的薄膜太陽(yáng)能電池的歐姆接觸層不致于太厚而增加串聯(lián)電阻。因此，于本發(fā)明的薄膜太陽(yáng)能電池及其制作方法中，經(jīng)高溫高壓的硒化工藝，可形成具有適當(dāng)厚度的歐姆接觸層，進(jìn)而提高電池制作時(shí)的一致性，且可避免吸收層脫離或脫落以提升吸收層工藝良率。同時(shí)，可使吸收層有較好的結(jié)晶及平坦的CIGS表面，并使緩沖層、i-ZnO薄膜及透明導(dǎo)電層容易完全覆蓋于吸收層，且可降低漏電流及降低載子復(fù)合機(jī)率，而達(dá)到較多的載子收集及增加轉(zhuǎn)換效率。于本發(fā)明的薄膜太陽(yáng)能電池及其制作方法中，阻擋層的材料可為Al、La、Ta、Ir、 Os、或其合金。較佳為，阻擋層的材料是為Al、La、或其合金。更佳為，阻擋層的材料是摻雜有 B、A1、或(ia。通過(guò)硒化的高溫做適當(dāng)?shù)臄U(kuò)散至吸收層，達(dá)到有梯度的摻雜，而可形成有梯度的吸收層能隙，由此梯度的能隙產(chǎn)生背電場(chǎng)，以減少載子復(fù)合機(jī)率或增加載子收集能力。在此，阻擋層除了可防止硒穿透至第一電極，且因阻擋層是為一導(dǎo)電材料，故亦可做為電極。此外，于本發(fā)明的薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法中，含鉬金屬層是為一鉬層。因此， 所制得的薄膜太陽(yáng)能電池，其歐姆接觸層是為一硒化鉬層。其中，歐姆接觸層的厚度可為 l-150nm。較佳為，歐姆接觸層的厚度為Ι-lOOnm。更佳為，歐姆接觸層的厚度為20-70nm。再者，于本發(fā)明的薄膜太陽(yáng)能電池中，基板與第一電極間可還包括一摻鋁的鉬層。 當(dāng)基板為一玻璃基板時(shí)，后續(xù)高溫高壓的硒化工藝可使鋁往玻璃基板擴(kuò)散，可于基板與摻鋁的鉬層的接口形成Al2O3，此Al2O3可提升第一電極與基板間的附著性。于本發(fā)明的薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法中，第一電極的材料可為本技術(shù)領(lǐng)域常用的電極材料。較佳為，第一電極是為一鉬電極。此外，于本發(fā)明的薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法中，基板可為硬式基板或可撓式基板，如玻璃基板、金屬基板、或塑料基板。其中，金屬基板可為一不銹鋼基板、一鈦基板、一銅基板、或一鉬基板；塑料基板可為一橡膠基板、PEN基板、或PET基板。再者，于本發(fā)明的薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法中，吸收層是為CIS吸收層、CIGS吸收層、CZTS吸收層、或CIAS吸收層。此外，透明導(dǎo)電層的材料是為ΙΤ0、經(jīng)Al摻雜的加0、 或經(jīng)h摻雜的SiO。


為使審查員對(duì)本發(fā)明的目的、特征及功效能夠有更進(jìn)一步的了解與認(rèn)識(shí)，以下請(qǐng)配合附圖詳述如后，其中圖1是已知的銅銦硒系太陽(yáng)能電池的剖面示意圖。圖2A至2E是本發(fā)明實(shí)施例1的薄膜太陽(yáng)能電池的制作流程剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式以下是通過(guò)特定的具體實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟習(xí)此技術(shù)的人士可由本說(shuō)明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明亦可通過(guò)其它不同的具體實(shí)施例加以施行或應(yīng)用，本說(shuō)明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)亦可針對(duì)不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在不悖離本發(fā)明創(chuàng)作的精神下進(jìn)行各種修飾與變更。實(shí)施例1如圖2A所示，提供一基板21，且并于基板21上以濺鍍法沉積一鉬層，此鉬層是做為一第一電極22。于本實(shí)施例中，基板21是為一玻璃基板。而后，如圖2B所示，以濺鍍或蒸鍍法，于第一電極22上沉積一可導(dǎo)電且不易與硒或硫反應(yīng)的阻擋層23。于本實(shí)施例中，阻擋層23的材料是為Al。在此，阻擋層23除了可避免第一電極22在后續(xù)的硒化或硫化工藝中形成硒或硫的化合物外，因阻擋層23具有導(dǎo)電性，故亦可做為一電極材料。如圖2C所示，以濺鍍法沉積一含鉬金屬層M于阻擋層23上。于本實(shí)施例中，此含鉬金屬層M是為一鉬層，且含鉬金屬層M的厚度是為lOOnm。接著，如圖2D所示，沉積一吸收層前趨物25于含鉬金屬層M上。于本實(shí)施例中， 吸收層前趨物25是為一銅銦鎵(CuhGa)混合材料，其可通過(guò)銅銦鎵各別濺鍍、共濺鍍、各別電鍍、或共電鍍，而沉積于含鉬金屬層M上。而后，請(qǐng)同時(shí)參閱圖2D及圖2E，于形成吸收層前趨物25后，是進(jìn)行一硒化工藝或一硫化工藝，以反應(yīng)吸收層前趨物25形成一吸收層25a，且反應(yīng)含鉬金屬層M形成一歐姆接觸層Ma。于本實(shí)施例中，是進(jìn)行一硒化工藝，而硒化工藝可為本技術(shù)領(lǐng)域常用的工藝， 其工藝步驟大致如下將有吸收層前趨物25的基板21放入硒化爐內(nèi)將硒化爐抽真空使腔體壓力約為102torr ；將硒化爐加熱到約400°C _700°C，并進(jìn)行退火處理20分鐘到3小時(shí)， 由于硒化爐內(nèi)布設(shè)有硒(Se)粉或通入Hje氣體，高壓的硒蒸氣，可擴(kuò)散進(jìn)入吸收層前趨物 25中，而反應(yīng)形成吸收層25a，而硒蒸氣亦可擴(kuò)散進(jìn)入含鉬金屬層M中，而形成歐姆接觸層 Ma，如圖2E所示。經(jīng)由上述工藝后，所形成的歐姆接觸層2 是為一硒化鉬層，而吸收層 2 是為一 CIGS吸收層。而后，如圖2E所示，以本技術(shù)領(lǐng)域常用的工藝，沉積CdS于吸收層2 上而形成緩沖層沈。并依序沉積ZnO薄膜(i-layer)及鋁摻雜的ZnO透明導(dǎo)電膜于緩沖層沈上，以形成透明導(dǎo)電層27。最后，再于透明導(dǎo)電層27上沉積Ni/Al金屬以形成第二電極觀。經(jīng)由上述工藝，則制得本實(shí)施例的薄膜太陽(yáng)能電池，包括一基板21 ；—第一電極 22，是設(shè)置于基板21上；一阻擋層23，是設(shè)置于第一電極22上，其中阻擋層23的材料是為一導(dǎo)電材料；一歐姆接觸層Ma，是設(shè)置于阻擋層23上；一吸收層25a，是設(shè)置于歐姆接觸層2 上；一緩沖層沈，是設(shè)置于吸收層2 上；一透明導(dǎo)電層27，是設(shè)置于緩沖層沈上； 以及一第二電極觀，是設(shè)置于透明導(dǎo)電層27上。
實(shí)施例2本實(shí)施例的薄膜太陽(yáng)能電池及其制作方法是與實(shí)施例1相同，除了本實(shí)施例的阻擋層23材料是為摻雜有Al的La金屬。由于本實(shí)施例的阻擋層23材料為摻雜有Al的La 金屬，故于后續(xù)硒化工藝中，阻擋層23的鋁元素會(huì)擴(kuò)散至吸收層25a，進(jìn)而使吸收層2 有梯度的摻雜Al，而達(dá)到有梯度的吸收層能隙。實(shí)施例3本實(shí)施例的薄膜太陽(yáng)能電池及其制作方法是與實(shí)施例1相同，除了本實(shí)施例的含鉬金屬層M材料是為摻雜有Al的鉬金屬。由于本實(shí)施例的含鉬金屬層M材料為摻雜有 Al的鉬金屬，故于后續(xù)硒化工藝中，含鉬金屬層M的鋁元素會(huì)擴(kuò)散至吸收層25a，進(jìn)而使吸收層2 有梯度的摻雜Al，而達(dá)到有梯度的吸收層能隙。上述實(shí)施例僅是為了方便說(shuō)明而舉例而已，本發(fā)明所主張的權(quán)利范圍自應(yīng)以權(quán)利要求范圍所述為準(zhǔn)，而非僅限于上述實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種薄膜太陽(yáng)能電池，包括 一基板；一第一電極，設(shè)置于該基板上；一阻擋層，設(shè)置于該第一電極上，其中該阻擋層的材料為一導(dǎo)電材料；一歐姆接觸層，設(shè)置于該阻擋層上；一吸收層，設(shè)置于該歐姆接觸層上；一緩沖層，設(shè)置于該吸收層上；一透明導(dǎo)電層，設(shè)置于該緩沖層上；以及一第二電極，設(shè)置于該透明導(dǎo)電層上。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其中該阻擋層的材料為Al、La、Ta、Ir、0S、或其合金。
3.如權(quán)利要求2所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其中該阻擋層的材料為Al、La、或其合金。
4.如權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其中該阻擋層的材料摻雜有B、A1、或(ia。
5.如權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其中該歐姆接觸層為一硒化鉬層。
6.如權(quán)利要求5所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其中該歐姆接觸層的厚度為l-150nm。
7.如權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其中該第一電極為一鉬電極。
8.如權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其中該基板為一玻璃基板、一金屬基板、或一塑料基板。
9.如權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其中該金屬基板為一不銹鋼基板、一鈦基板、 一銅基板、或一鉬基板。
10.如權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其中該吸收層為CIS吸收層、CIGS吸收層、 CZTS吸收層、或CIAS吸收層。
11.如權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其中該透明導(dǎo)電層的材料為ΙΤ0、經(jīng)Al摻雜的aio、或經(jīng)h摻雜的aio。
12.一種薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法，包括下列步驟(A)提供一基板；(B)形成一第一電極于該基板上；(C)形成一阻擋層于該第一電極上，其中該阻擋層的材料為一導(dǎo)電材料；(D)形成一含鉬金屬層于該阻擋層上；(E)形成一吸收層前趨物于該含鉬金屬層上，并進(jìn)行一硒化工藝或一硫化工藝，以反應(yīng)該吸收層前趨物形成一吸收層，且反應(yīng)該含鉬金屬層形成一歐姆接觸層；(F)形成一緩沖層于該吸收層上；(G)形成一透明導(dǎo)電層于該緩沖層上；以及(H)形成一第二電極于該透明導(dǎo)電層上。
13.如權(quán)利要求12所述的薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法，其中該阻擋層的材料為Al、La、 Ta、Ir、Os、或其合金。
14.如權(quán)利要求13所述的薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法，其中該阻擋層的材料為Al、La、或其合金。
15.如權(quán)利要求12所述的薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法，其中該阻擋層的材料摻雜有B、Al、或 Ga。
16.如權(quán)利要求12所述的薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法，其中該含鉬金屬層為一鉬層， 且該歐姆接觸層是為一硒化鉬層。
17.如權(quán)利要求16所述的薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法，其中該歐姆接觸層的厚度為 l_150nmo
18.如權(quán)利要求12所述的薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法，其中該第一電極為一鉬電極。
19.如權(quán)利要求12所述的薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法，其中該基板為一玻璃基板、一金屬基板、或一塑料基板。
20.如權(quán)利要求19所述的薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法，其中該金屬基板為一不銹鋼基板、一鈦基板、一銅基板、或一鉬基板。
21.如權(quán)利要求12所述的薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法，其中該吸收層為CIS吸收層、 CIGS吸收層、CZTS吸收層、或CIAS吸收層。
22.如權(quán)利要求12所述的薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法，其中該透明導(dǎo)電層的材料為 ιτο、經(jīng)Ai摻雜的aio、或經(jīng)h摻雜的aio。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于薄膜太陽(yáng)能電池及其制作方法，其中，薄膜太陽(yáng)能電池是包括一基板；一第一電極，是設(shè)置于基板上；一阻擋層，是設(shè)置于第一電極上，其中阻擋層的材料是為一導(dǎo)電材料；一歐姆接觸層，是設(shè)置于阻擋層上；一吸收層，是設(shè)置于歐姆接觸層上；一緩沖層，是設(shè)置于吸收層上；一透明導(dǎo)電層，是設(shè)置于緩沖層上；以及一第二電極，是設(shè)置于透明導(dǎo)電層上。
文檔編號(hào)H01L31/032GK102569442SQ20111044112
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者彭洞清, 方嘉鋒 申請(qǐng)人:彭洞清