專利名稱：太陽能電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及一種太陽能電池及其制造方法。
背景技術(shù)：
近來，隨著能源消耗增加，已經(jīng)研制出太陽能電池，以將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。太陽能電池分為硅太陽能電池、非硅太陽能電池和染料敏化太陽能電池。其中，非硅太陽能電池可以通過利用薄膜來形成，從而非硅太陽能電池能夠減小材料損失并同時擴大太陽能電池的應(yīng)用范圍。此外，用于非硅太陽能電池中的光吸收層不容易由于光而劣化，從而可以延長非硅太陽能電池的使用壽命。在這種太陽能電池中，提高光電轉(zhuǎn)換效率是重要因素。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明提供一種能夠提高光電轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池及其制造方法。技術(shù)方案根據(jù)實施例的太陽能電池的制造方法包括以下步驟:在襯底上形成第一電極層；在所述第一電極層上形成光吸收層；在所述光吸收層上形成緩沖層；對所述緩沖層進行退火以降低所述緩沖層中的氧含量；以及在所述緩沖層上形成第二電極層。所述退火包括快速熱退火(RTA)，并且退火溫度在250°C至400°C的范圍內(nèi)。所述退火在真空氣氛或氫氣氛中進行。所述緩沖層在所述退火之后的氧含量在2%的原子百分比至5%的原子百分比的范圍內(nèi)。所述緩沖層在所述退火之前的氧含量為6%的原子百分比或更多。所述緩沖層通過化學(xué)浴沉積(CBD)方法來形成。所述緩沖層包含CdS或ZnS。根據(jù)實施例的太陽能電池包括: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；緩沖層，形成在所述光吸收層上并且氧含量在2%的原子百分比至5%的原子百分比的范圍內(nèi)；以及在所述緩沖層上的第二電極層。所述緩沖層包含CdS或ZnS。有益效果根據(jù)本發(fā)明，通過對緩沖層進行退火可以調(diào)節(jié)緩沖層中的氧含量，從而可以防止在光吸收層的界面發(fā)生再結(jié)合，并且可以提高光電轉(zhuǎn)換效率。


圖1是示出根據(jù)實施例的太陽能電池的制造方法的流程圖；圖2至圖7是示出根據(jù)實施例的太陽能電池的制造方法的制造步驟的剖視圖；以及圖8是示出太陽能電池的相對效率隨著緩沖層中的氧含量變化的曲線圖。
具體實施例方式在實施例的描述中，應(yīng)該理解，當(dāng)層(膜)、區(qū)域、圖案或結(jié)構(gòu)被表述為在另一個層(膜)、另一個區(qū)域、另一個襯墊、或另一個圖案“上”或“下”時，它可以“直接地”或“間接地”在所述另一個層(膜)、另一個區(qū)域、另一個襯墊、或另一個圖案上，或者也可以存在一個或多個中間層。參照附圖描述了所述層的這種位置關(guān)系。為了說明和清楚的目的，可以夸大地修改所述層(膜)、所述區(qū)域、所述圖案或所述結(jié)構(gòu)的尺寸或厚度。所述尺寸可以不完全反映實際尺寸。 下面，將參照附圖詳細描述實施例。圖1是示出根據(jù)實施例的太陽能電池的制造方法的流程圖，圖2至圖7是示出根據(jù)實施例的太陽能電池的制造方法的制造步驟的剖視圖。參照圖1，根據(jù)實施例的太陽能電池的制造方法可以包括以下步驟:形成第一電極層的步驟STlO ;形成光吸收層的步驟ST20 ;形成緩沖層的步驟ST30 ;執(zhí)行退火過程的步驟ST40 ;形成高阻緩沖層的步驟ST50 ;以及形成第二電極層的步驟ST60。下面將參照圖2至圖7詳細描述這些步驟。首先，如圖2所示，在步驟STlO中，制備襯底10并且在襯底10上形成第一電極層31。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。襯底10可以包括絕緣體，諸如玻璃或塑料。更詳細地，襯底10可以包含鈉鈣玻璃。但是本實施例不限于此。例如，襯底10可以包括金屬襯底。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。第一電極層31可以包含各種導(dǎo)電材料。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形成。例如，第一電極層31可以通過濺射過程沉積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，所述層可以利用同種金屬或者不同種金屬來形成?？梢酝ㄟ^在不同的過程條件下執(zhí)行兩次所述過程來形成包括至少兩層的第一電極層31。根據(jù)附圖，第一電極層31直接形成在襯底10上，但本實施例不限于此。例如，可以在襯底10與第一電極層31之間形成擴散阻擋層(未示出)。接著，如圖3所示，在形成光吸收層的步驟ST20中，在第一電極層31上形成光吸收層33。光吸收層33可以包含非硅半導(dǎo)體材料。例如，光吸收層33可以包括1-1I1-1V族化合物。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的能帶隙可以在約IeV至約1.8eV的范圍內(nèi)。但是本實施例不限于此，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(諸如，蒸發(fā)方法或濺射方法)形成。
作為例子，下面將描述通過蒸發(fā)方法或濺射方法來形成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，在形成了金屬前驅(qū)層之后，執(zhí)行硒化過程以形成CIGS光吸收層33。就是說,根據(jù)派射方法,通過利用Cu祀、In祀和Ga祀,形成包含Cu、In和Ga的金屬前驅(qū)層。之后，執(zhí)行硒化過程以形成CIGS光吸收層33。此外，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 CIGS光吸收層33的制造方法，但是根據(jù)源材料改變所述靶和所述蒸發(fā)材料，可以形成各種光吸收層33。之后，如圖4所示，在形成緩沖層的步驟ST30中，在光吸收層33上形成緩沖層35a。設(shè)置緩沖層35a以減小與第二電極29的晶格常數(shù)和能帶隙之間的差異。例如，緩沖層35a可以包含CdS或ZnS。緩沖層35a可以通過化學(xué)浴沉積(CBD)來形成。舉例而言，下面將詳細描述通過CBD來形成包含CdS的緩沖層35a的方法。包含CdS的緩沖層35a可以通過以下方法形成，即，將光吸收層33浸入Cd2+與S2_過度飽和的溶液中以形成緩沖層，然后在預(yù)定時間內(nèi)保持預(yù)定反應(yīng)溫度。例如，用于形成緩沖層的所述溶液可以包含乙酸鎘或硫脲。另外，在所述溶液中還可以加入緩沖劑或氨。另外，反應(yīng)溫度可以在約50°C至約100°C的范圍，但本實施例不限于此。通過上述過程形成的緩沖層35a的氧含量可以為約6%的原子百分比或更多。之后，如圖5所示，進行退火步驟ST40以降低緩沖層35a中的氧含量，由此形成氧含量降低的緩沖層35 (在下文中，被稱為“經(jīng)退火的緩沖層”)。根據(jù)本實施例，通過快速熱退火(RTA)過程對緩沖層35a進行退火，以降低緩沖層35a中的氧含量。在此情形中，退火溫度在250°C至400°C的范圍內(nèi)。如果退火溫度超過400°C，則會發(fā)生再次沉積和產(chǎn)生裂紋，從而會損壞緩沖層35a。如果退火溫度低于250°C，則難以通過退火過程降低氧含量。就是說，以能夠適當(dāng)降低緩沖層35a中的氧含量而不會導(dǎo)致緩沖層35a損壞的方式來確定退火溫度。另外，可以在適于降低緩沖層35a中的氧含量的氣氛中進行退火步驟。例如，可以在真空氣氛或氫氣氛中進行退火步驟。通過退火步驟ST40形成的緩沖層35a的氧含量可以在約2%的原子百分比至5%的原子百分比的范圍內(nèi)。之后，如圖6所示，在形成高阻緩沖層的步驟ST50中，在經(jīng)退火的緩沖層35上形成高阻緩沖層37。設(shè)置高阻緩沖層37以防止在形成第二電極層39時損壞緩沖層35。例如，高阻緩沖層37可以通過沉積ZnO來形成。然而，本實施例不限于此，高阻緩沖層37可以通過利用不同材料的不同方法來形成。高阻緩沖層37不是主要元件，并且可以被省去。之后，如圖7所示，在形成第二電極的步驟ST60中，在緩沖層上(詳細地，在高阻緩沖層37上)形成第二電極層39 (或窗口層)。第二電極層39是透明的，因此光可以入射到第二電極層39中。通過使用作為電極的透光導(dǎo)電材料可以形成第二電極。此外，第二電極層39具有N型半導(dǎo)體特性，因此第二電極層39可以與緩沖層35 —起形成N型半導(dǎo)體層，并且可以與作為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Al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)的透明導(dǎo)電材料形成。第二電極層39可以通過不同方法形成。根據(jù)上述方法制造的太陽能電池可以包括襯底10、第一電極層31、光吸收層33、經(jīng)退火的緩沖層35和第二電極層39。另外，高阻緩沖層37可以布置在經(jīng)退火的緩沖層35與第二電極層39之間。經(jīng)退火的緩沖層35可以包含CdS或ZnS，并且氧含量可以在2%的原子百分比至5%的原子百分比的范圍內(nèi)。由于經(jīng)退火的緩沖層35中的氧含量等于或小于5%的原子百分比，因此可以提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。如果經(jīng)退火的緩沖層35中的氧含量超過5%的原子百分比，則經(jīng)退火的緩沖層35中的氧會起電子陷阱的作用，降低光電轉(zhuǎn)換效率。因此，根據(jù)實施例，經(jīng)退火的緩沖層35中的氧含量保持在5%的原子百分比以內(nèi)，由此提高光電轉(zhuǎn)換效率。此外，由于經(jīng)退火的緩沖層35中的氧含量等于或大于2%的原子百分比，因此可以有效地防止經(jīng)退火的緩沖層35與光吸收層33之間的界面發(fā)生再結(jié)合。通常，氧化物(例如，氧化鈉)防止經(jīng)退火的緩沖層35與光吸收層33之間的界面發(fā)生再結(jié)合。如果經(jīng)退火的緩沖層35中的氧含量過低，會減少氧化物的量，因此會發(fā)生再結(jié)合。因此，根據(jù)實施例，經(jīng)退火的緩沖層35中的氧含量保持為不低于2%的原子百分比，由此防止在光吸收層33的界面處發(fā)生再結(jié)合。圖8是示出太陽能電池的相對效率隨著緩沖層中的氧含量變化的曲線圖。參照圖8，如果緩沖層35中的氧含量低于2%的原子百分比或超過5%的原子百分比，太陽能電池的相對效率小于90%。另外，如果緩沖層35中的氧含量保持在2%的原子百分比至5%的原子百分比的范圍內(nèi)，太陽能電池的相對效率大于90%。就是說，根據(jù)實施例，通過控制緩沖層35中的氧含量可以提高太陽能電池的效率。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
1.一種太陽能電池的制造方法，所述方法包括: 在襯底上形成第一電極層； 在所述第一電極層上形成光吸收層； 在所述光吸收層上形成緩沖層； 對所述緩沖層進行退火以降低所述緩沖層中的氧含量；以及 在所述緩沖層上形成第二電極層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述退火包括快速熱退火(RTA)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，退火溫度在250°C至400°C的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述退火在真空氣氛或氫氣氛中進行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述緩沖層在所述退火之后的氧含量在2%的原子百分比至5%的原子百分比的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述緩沖層在所述退火之前的氧含量為6%的原子百分比或更多。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述緩沖層通過化學(xué)浴沉積(CBD)方法來形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述緩沖層包含CdS或ZnS。
9.一種太陽能電池，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； 緩沖層，形成在所述光吸收層上并且氧含量在2%的原子百分比至5%的原子百分比的范圍內(nèi)；以及 在所述緩沖層上的第二電極層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽能電池，其中，所述緩沖層包含CdS或ZnS。
全文摘要
根據(jù)一個實施例，一種太陽能電池的制造方法包括以下步驟在襯底上形成第一電極層；在所述第一電極層上形成光吸收層；在所述光吸收層上形成緩沖層；對所述緩沖層進行熱處理以降低所述緩沖層中的氧含量；以及在所述緩沖層上形成第二電極層。
文檔編號H01L31/042GK103098233SQ201180043761
公開日2013年5月8日 申請日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月11日
發(fā)明者裵道園 申請人:Lg伊諾特有限公司