專利名稱：太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池。
背景技術(shù)：
近來，隨著能量消耗的增長，已經(jīng)開發(fā)出將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的太陽能電池。在這種太陽能電池中，提高光電轉(zhuǎn)換效率是重要因素。為了提高光電轉(zhuǎn)換效率，由金屬制成的不透明柵極形成在太陽能電池的前表面上。根據(jù)該方法，由于該柵極具有優(yōu)異的電導(dǎo)率，因此可以改進電流收集特性。然而，不透明柵極所在的區(qū)域會變?yōu)樽钃跆柟鈧鞑サ乃绤^(qū)，因此會減少太陽能電池的有效面積。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明提供一種太陽能電池，所述太陽能電池通過改進電流收集特性而不減少太陽能電池的有效面積來提高光電轉(zhuǎn)換效率。技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池包括:襯底；在所述襯底上的第一電極層；在所述第一電極層上的光吸收層；在所述光吸收層上的包含透光導(dǎo)電材料的第二電極層；以及在所述第二電極層上的包含透光導(dǎo)電材料的柵極。所述柵極可以包含透明導(dǎo)電材料。所述柵極包含選自由摻雜鋁的氧化鋅(AZO )、摻雜氟的氧化錫(FTO)、摻雜鎵的氧化鋅(GZO)或摻雜硼的氧化鋅(BZO)構(gòu)成的組中的至少一種。所述柵極的一部分與第二電極層一體形成。所述柵極包含金屬。所述柵極通過層壓至少兩個金屬層來形成。所述柵極包括:第一金屬層，形成在所述第二電極層上并且包含選自由N1、Ag、Pt和其合金構(gòu)成的組中的一種；以及第二金屬層，形成在所述第一金屬層上并且包含Au。所述柵極包括:第一層，形成在所述第二電極層上并且包含透明導(dǎo)電材料；以及第二層，形成在所述第一層上并且包含金屬。所述第一層包含選自由摻雜鋁的氧化鋅(ΑΖ0)、摻雜氟的氧化錫(FT0)、摻雜鎵的氧化鋅(GZO)或摻雜硼的氧化鋅(BZO)構(gòu)成的組中的至少一種，所述第二層包含選自由N1、Ag、Pt和其合金構(gòu)成的組中的至少一種。所述柵極的厚度與所述第二電極層的厚度之比的范圍是0.5至3。有益效果根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池，柵極使用透光導(dǎo)電材料形成，因此可以改進電流收集特性同時不會減少太陽能電池的有效面積。因此，可以有效地提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，柵極可以用作防反射壁，因此可以更大程度地提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。柵極可以使用透明導(dǎo)電材料或厚度薄的金屬層形成。如果使用透明導(dǎo)電材料形成的柵極的一部分與第二電極層一體形成，則可以簡化制造過程并且可以改進結(jié)特性。此外，如果柵極的一部分使用金屬層形成，則由于金屬層具有優(yōu)異的電導(dǎo)率，可以更大程度地改進電流收集特性。


圖1是示出根據(jù)第一實施例的太陽能電池的示意性剖視圖；圖2是示出根據(jù)第一實施例的太陽能電池的改進例子的示意性剖視圖；圖3是示出根據(jù)第二實施例的太陽能電池的示意性剖視圖；以及圖4是示出根據(jù)第三實施例的太陽能電池的示意性剖視圖。
具體實施例方式在實施例的描述中，應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)層(膜)、區(qū)域、圖案或結(jié)構(gòu)被表述為在其它層(膜)、其它區(qū)域、其它襯墊或其它圖案“上”或“下”時，它可以“直接地”或“間接地”在其它層(膜)、其它區(qū)域、其它襯墊或其它圖案上，或者也可以存在一個或多個中間層。參照附圖描述關(guān)于所述層的位置。為了說明和清楚的目的，可以夸大修改所述層(膜)、區(qū)域、圖案或結(jié)構(gòu)的尺寸或厚度。所述尺寸不完全反應(yīng)實際尺寸。下面，將參照附圖詳細描述實施例。圖1是示出根據(jù)第一實施例的太陽能電池的示意性剖視圖。參照圖1，根據(jù)實施例的太陽能電池100包括襯底10，第一電極層31、光吸收層33、第二電極層39和柵極42依次形成在襯底10上。此外，太陽能電池100還可以包括阻擋層20、緩沖層35和高阻緩沖層37。下面將更詳細地描述太陽能電池100的結(jié)構(gòu)。襯底10具有板形形狀并且支撐形成在其上的第一電極層31、光吸收層33和第二電極層39。襯底10可以包含絕緣體，諸如玻璃或塑料。例如，襯底10可以包含鈉鈣玻璃。然而，本發(fā)明不限于此。例如，襯底10可以包含金屬襯底。就是說，根據(jù)太陽能電池的特性，襯底10可以通過使用剛性材料或撓性材料來形成。形成在襯底10上的阻擋層20可以防止襯底10的材料向第一電極層31擴散。阻擋層20可以包含氧化物。例如，阻擋層20可以包含氧化招、氧化鈦、氧化鎂或氧化鶴。阻擋層20不是必要元件并且可以省去。第一電極層31形成在阻擋層20上。第一電極層31可以通過使用各種導(dǎo)電材料來形成。例如，第一電極層31可以包含Mo、Cu、N1、Al及其合金。第一電極層31可以通過不同的過程來形成。例如，第一電極層31可以通過經(jīng)由濺射過程沉積Mo來形成。此外，第一電極層31可以包括至少兩層。在此情形中，所述層可以通過使用同種金屬或不同種金屬來形成。包括至少兩層的第一電極層31可以通過在不同過程條件下執(zhí)行兩次過程來形成。光吸收層33形成在第一電極層31上。光吸收層33可以包括無硅半導(dǎo)體材料。例如，光吸收層33可以包括1-1I1-1V族的化合物。例如，光吸收層33可以包括Cu-1n-Ga-Se (CIGS)化合物、Cu-1n-Se (CIS)化合物或Cu-Ga-Se (CGS)化合物。
此外，光吸收層33可以包括I1-1V族化合物或II1-1V族化合物。例如，光吸收層33可以包括Cd-Te化合物或Ga-As化合物。光吸收層33的能帶隙范圍可以是約IeV至約1.SeV0然而，本發(fā)明不限于此，并且光吸收層33可以具有不同的能帶隙。光吸收層33可以通過不同方法形成，諸如蒸發(fā)方法或濺射方法。例如，下面將描述通過蒸發(fā)方法或濺射方法形成CIGS光吸收層33的方法。根據(jù)蒸發(fā)方法，通過同時或單獨蒸發(fā)Cu、In、Ga和Se來形成CIGS光吸收層33。根據(jù)濺射方法，形成金屬前驅(qū)層，然后執(zhí)行硒化過程以形成CIGS光吸收層33。就是說，根據(jù)濺射方法，通過使用Cu靶、In靶和Ga靶來形成包含Cu、In和Ga的金屬前驅(qū)層。然后，執(zhí)行硒化過程以形成CIGS光吸收層33。另外，也可以同時執(zhí)行濺射過程和硒化過程，以形成CIGS光吸收層33。盡管以上描述了制造CIGS光吸收層33的方法，但是可以通過根據(jù)原料而改變靶和蒸發(fā)材料來形成不同類型的光吸收層33。緩沖層35形成在光吸收層33上。設(shè)置緩沖層35以減小相對于第二電極29的晶格常數(shù)和能帶隙差異。例如，緩沖層35可以包含CdS或ZnS。緩沖層35可以通過化學(xué)浴沉積(CBD)來形成。例如，下面將詳細描述通過CBD來形成包含CdS的緩沖層35的方法。包含CdS的緩沖層35可以通過將光吸收層33浸入其中的Cd2+和S2-過度飽和的用于形成緩沖層的溶液中，然后在預(yù)定時間內(nèi)保持預(yù)定反應(yīng)溫度來形成。例如，用于形成緩沖層的溶液可以包含乙酸鎘或硫脲。此外，還可以在溶液中加入緩沖劑或氨。此外，反應(yīng)溫度的范圍可以是約50°C至約100°C，但是本發(fā)明不限于此。高阻緩沖層37形成在緩沖層35上。設(shè)置高阻緩沖層37以防止緩沖層35在第二電極層29形成時受損。例如，高阻緩沖層37可以包含ZnO。但是，本發(fā)明不限于此，高阻緩沖層37可以通過利用不同材料的不同方法來形成。第二電極層39 (或窗口層)形成在高阻緩沖層37上。第二電極層39是透明的，從而光可以入射到第二電極層39中。第二電極層39可以通過利用用作電極的透明導(dǎo)電材料形成。此外，第二電極層39具有N型半導(dǎo)體的特性，因此第二電極層39可以與緩沖層35一起形成N型半導(dǎo)體層，并且與用作P型半導(dǎo)體層的光吸收層33 —起形成PN結(jié)。為此，例如，第二電極層39可以通過使用諸如摻雜鋁的氧化鋅(ΑΖ0)、摻雜氟的氧化錫(FTO)、摻雜鎵的氧化鋅(GZO)或摻雜硼的氧化鋅(BZO)的透明導(dǎo)電材料形成。柵極42形成在第二電極層39上。根據(jù)實施例，柵極42和第二電極層39可以使用相同的材料形成。因此，可以改進柵極42與第二電極層39之間的結(jié)特性。例如，柵極42可以包含透明導(dǎo)電材料，諸如摻雜鋁的氧化鋅(ΑΖ0)、摻雜氟的氧化錫(FTO)、摻雜鎵的氧化鋅(GZO)或摻雜硼的氧化鋅(BZO)。就是說，柵極42可以使用透光導(dǎo)電材料來形成。由于透明導(dǎo)電材料的厚度在形成有柵極42的區(qū)域變厚，在該區(qū)域中的電阻與其它區(qū)域相比變小，因此可以改進電流收集特性。此外，根據(jù)實施例，柵極42通過使用透光導(dǎo)電材料形成，因此不會形成由于現(xiàn)有技術(shù)的金屬柵極而形成的死區(qū)。就是說，根據(jù)實施例，通過包含透光導(dǎo)電材料的柵極42可以改進電流收集特性，從而可以改進太陽能電池100的電特性并且可以擴大太陽能電池100的有效面積。因此，可以提高太陽能電池100的光電轉(zhuǎn)換效率。第二電極39的厚度Tl在約0.5mm至Imm的范圍內(nèi)。此時，柵極42的厚度T2與第二電極層39的厚度Tl之比(T2/T1)的范圍可以是0.5至5。如果滿足上述比率(T2/T1)，則可以適當(dāng)?shù)乇３钟捎跂艠O42而產(chǎn)生的電阻減小效果。此外，柵極42可以用作防反射壁，因此可以增大入射到太陽能電池中的光的量，由此提高光電轉(zhuǎn)換效率。如果上述比率(T2/T1)超過3，則柵極42的厚度過厚，因此柵極42不能穩(wěn)定地形成并且太陽能電池100的厚度會由于柵極42的厚度T2而變厚。此外，如果上述比率(T2/Tl)小于0.5，則無法實現(xiàn)所需的電阻減小效果。然而，本發(fā)明不限于上述比率。根據(jù)實施例，柵極42可以與第二電極層39—體形成。因此，和通過使用與形成第二電極層39的材料不同的材料單獨形成柵極42的情形相比，可以簡化制造過程?？梢酝ㄟ^多種方法，諸如濺射方法、蒸發(fā)方法或噴射方法，來形成第二電極層39和/或柵極42。然而，本發(fā)明不限于此，可以采用不同的方法來形成第二電極層39和/或柵極42。盡管圖1示出具有矩形形狀的柵極42，但本發(fā)明不限于此。如圖2所示，柵極42a可以具有寬度沿向上方向逐漸減小的剖面形狀。在下文中，將參照圖3和圖4描述根據(jù)另一實施例的太陽能電池。將省略對與第一實施例中相同的結(jié)構(gòu)和元件的描述，并且下面將重點描述不同的部件。圖3是示出根據(jù)第二實施例的太陽能電池的示意性剖視圖。參照圖3，根據(jù)第二實施例的柵極44包括第一層44a和第二層44b，第一層44a使用與第二電極層39的材料相同的材料形成,第二層44b使用電阻低于第一層44a的電阻的材料形成。例如，第一層44a可以使用諸如摻雜鋁的氧化鋅(AZO )、摻雜氟的氧化錫(FTO )、摻雜鎵的氧化鋅(GZO)或摻雜硼的氧化鋅(BZO)的透明導(dǎo)電材料形成。此外，第二層44b可以使用諸如N1、Ag、Pt、Au或其合金的金屬形成。第二層44b的厚度薄,從而使得光能穿過第二層44b。就是說，盡管第二層44b由金屬形成，但是第二層44b可以具有透光性。如上所述，由于柵極44具有包含透明導(dǎo)電材料的第一層44a和包含具有透光性的金屬的第二層44b，因此柵極44可以包含透光導(dǎo)電材料。根據(jù)第二實施例，作為柵極44 一部分的第一層44a是使用與第二電極層39相同的材料形成的，因此可以改進第二電極層39與柵極44之間的結(jié)特性。此外，作為柵極44另一部分的第二層44b是使用電阻低于第二電極層39的電阻的金屬形成的，因此可以改進電阻減小效果。就是說，根據(jù)第二實施例，柵極44包括使用不同材料形成的第一層44a和第二層44b，因此可以同時改進結(jié)特性和電阻特性。因此，可以更大程度地提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。圖4是示出根據(jù)第三實施例的太陽能電池的示意性剖視圖。參照圖4，根據(jù)第三實施例的柵極46可以通過在第二電極層39上依次層壓彼此不同的第一金屬層46a和第二金屬層46b來形成。例如，第一金屬層46a可以包含N1、Ag、Pt或其合金，第二金屬層46b可以包含Au。第一金屬層46a和第二金屬層44b的厚度薄,從而使得光能穿過第一金屬層46a和第二金屬層44b，因此柵極可以具有透光性和導(dǎo)電性。根據(jù)第三實施例，使用金屬形成柵極46，因此可以更大程度地減小電阻。因此，可以更大程度地提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)考慮柵極46的電阻和透射率時，柵極46的厚度T4與第二電極層39的厚度T3之比(T4/T3)的范圍可以是0.3至3。第一金屬層46a和第二金屬層46b可以通過使用掩膜(未示出)的濺射方法或蒸發(fā)方法來形成。然而，本發(fā)明不限于此，可以采用不同的方法來形成第一金屬層46a和第二金屬層46b。盡管已經(jīng)描述并且在圖4中示出了柵極46包括第一金屬層46a和第二金屬層46b這兩層，但本發(fā)明不限于此。例如，柵極46可以通過層壓至少三個金屬層來形成。就是說，如果柵極46是通過層壓至少兩個金屬層來形成是足夠的。本說明書中涉及的“一個實施例”、“實施例”、“示例性實施例”等，表示結(jié)合實施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。在說明書中不同位置的這些詞語的出現(xiàn)不必要都指代同一實施例。此外，當(dāng)結(jié)合任意實施例描述特定特征、結(jié)構(gòu)或特性時，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為結(jié)合其它實施例實現(xiàn)這些特征、結(jié)構(gòu)或特性在本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)。盡管已參照本發(fā)明的若干示例性實施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以推導(dǎo)出的許多其它改進和實施例都將落在本公開的原理的精神和范圍內(nèi)。更具體地，在本公開、附圖和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)可以對所討論的組合排列的組成部件和/或排列方式進行各種變型和改進。除了對組成部件和/或排列方式進行變型和改進之外，替換使用對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說也是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池，包括: 襯底； 在所述襯底上的第一電極層； 在所述第一電極層上的光吸收層； 在所述光吸收層上的包含透光導(dǎo)電材料的第二電極層；以及 在所述第二電極層上的包含透光導(dǎo)電材料的柵極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述柵極包含透明導(dǎo)電材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池，其中，所述柵極包含選自由摻雜鋁的氧化鋅、摻雜氟的氧化錫、摻雜鎵的氧化鋅或摻雜硼的氧化鋅構(gòu)成的組中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述柵極的一部分與第二電極層一體形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述柵極包含金屬。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能電池，其中，所述柵極通過層壓至少兩個金屬層來形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能電池，其中，所述柵極包括: 第一金屬層，形成在所述第二電極層上并且包含選自由N1、Ag、Pt和其合金構(gòu)成的組中的一種；以及 第二金屬層，形成在所述第一金屬層上并且包含Au。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述柵極包括: 第一層，形成在所述第二電極層上并且包含透明導(dǎo)電材料；以及 第二層，形成在所述第一層上并且包含金屬。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能電池，其中，所述第一層包含選自由摻雜鋁的氧化鋅、摻雜氟的氧化錫、摻雜鎵的氧化鋅或摻雜硼的氧化鋅構(gòu)成的組中的至少一種，所述第二層包含選自由N1、Ag、Pt和其合金構(gòu)成的組中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述柵極的厚度與所述第二電極層的厚度之比的范圍是0.5至3。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，一種太陽能電池包括襯底；在所述襯底上的第一電極層；在所述第一電極層上的光吸收層；在所述光吸收層上的包含透光導(dǎo)電材料的第二電極層；以及在所述第二電極層上的包含透光導(dǎo)電材料的柵極。
文檔編號H01L31/042GK103081120SQ201180038919
公開日2013年5月1日 申請日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月6日
發(fā)明者裵道園, 樸姬宣 申請人:Lg伊諾特有限公司