專利名稱：太陽能電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
實施例涉及一種太陽能電池及其制造方法。
背景技術(shù)：
近來，隨著能耗的增加，對把太陽能轉(zhuǎn)換成電能的太陽能電池的開發(fā)一直在進行。尤其是，CIGS基太陽能電池得到了廣泛的應(yīng)用，其中，CIGS基太陽能電池是一種PN異質(zhì)結(jié)器件，該器件具有包括玻璃基板的基板結(jié)構(gòu)、金屬背電極層、P型CIGS基光吸收層、高阻緩沖層、以及N型電極層。另外，為了提高太陽能電池中的電學(xué)特性(如低阻和高透射率等)，進行了各種研究。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題實施例提供了一種太陽能電池，該太陽能電池表現(xiàn)出高生產(chǎn)率以及提高的效率。技術(shù)方案根據(jù)實施例，一種太陽能電池包括基板、在所述基板上的背電極層、在所述背電極層上的光吸收層、在所述光吸收層上的緩沖層、以及在所述緩沖層上的窗口層。所述緩沖層通過化學(xué)式(AxZn1J O (O彡X彡I)形成，其中A表示金屬元素。根據(jù)實施例，一種太陽能電池的制造方法包括:在基板上形成背電極層；在所述背電極層上形成光吸收層；在所述光吸收層上形成具有化學(xué)式(AxZrvx)CKOI)的緩沖層，其中A表示金屬元素；以及在所述緩沖層上形成窗口層。有益效果如上所述，實施例能夠提供一種太陽能電池，該太陽能電池由于不含Cd的緩沖層之故能夠解決與環(huán)境污染有關(guān)的問題。實施例能夠提供一種太陽能電池，該太陽能電池通過連續(xù)進行制造過程能夠提高生產(chǎn)率，因為緩沖層和窗口層是通過同一 PVD過程形成的。實施例能夠提供一種太陽能電池，該太陽能電池由于包含Zn的緩沖層之故提高了透射率，從而能夠增加短路電流密度，使得光電轉(zhuǎn)換效率能夠得以提高。


圖1是剖視圖，示出了實施例所述的太陽能電池；以及圖2到圖5是剖視圖，示出了實施例所述的太陽能電池板的制造方法。
具體實施方式
在實施例的描述中，應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)一個層(或膜)、區(qū)域、圖案、或結(jié)構(gòu)被稱作是在另一個基板、層(或膜)、區(qū)域、焊盤或圖案“之上”或者“之下”時，它可以是直接或間接在所述另一個基板，層(或膜)，區(qū)域，焊盤或圖案之上或之下，或者，也可以存在一個或多個中間層。所述層的這種位置參照附圖進行了描述。為了方便或明確起見，附圖中所示的每個層的厚度和尺寸可能被夸大、省略或示意性地示出。另外，各要素的尺寸并沒有完全地反映實際尺寸。圖1是剖視圖，示出了根據(jù)實施例所述的太陽能電池。參照圖1，太陽能電池板包括支撐基板100、背電極層200、光吸收層300、緩沖層400、以及窗口層500。支撐基板100具有平板形狀并且支撐背電極層200、光吸收層300、緩沖層400以及窗口層500。支撐基板100可以包括絕緣體。支撐基板100可以包括玻璃、聚合物或金屬。更具體地，支撐基板100可以包括鈉鈣玻璃基板。如果支撐基板100包括鈣鈉玻璃，那么，當(dāng)制造太陽能電池時，鈣鈉玻璃中所含的鈉(Na)會擴散到包含CIGS的光吸收層300中。因此，光吸收層300的電荷濃度會增加。因此，可以增加太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。另外，支撐基板100可以包括陶瓷基板，該陶瓷基板包含氧化鋁、不銹鋼、或者具有撓性的聚合物。因此，支撐基板100可以是透明的，剛硬的或是撓性的。背電極層200設(shè)置在支撐基板100上。背電極層200是導(dǎo)電層。背電極層200使太陽能電池的光吸收層300所產(chǎn)生的電荷移動，使得電流能夠流到太陽能電池的外面。背電極層200必須呈現(xiàn)高電導(dǎo)率或者是低電阻率才能發(fā)揮作用。另外，由于背電極層200接觸由CIGS化合物構(gòu)成的光吸收層300，因此，背電極層200必須與光吸收層300形成歐姆接觸，從而可以形成低的接觸電阻。當(dāng)形成CIGS化合物的時候在硫(S)或硒(Se)氛圍中進行熱處理時，背電極層200必須在高溫條件下保持穩(wěn)定性。另外，背電極層200相對于支撐基板100必須表現(xiàn)出優(yōu)異的粘結(jié)特性，使得背電極層200不會由于背電極層200和支撐基板100之間的熱膨脹系數(shù)的差異而從支撐基板100上剝離。背電極層200可以包含從鑰(Mo)、金(Au)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鎢(W)和銅(Cu)構(gòu)成的組中選出的一者。其中，與其他元素相比，Mo相對于支撐基板100表現(xiàn)出低的熱膨脹系數(shù)差異。因此，Mo相對于支撐基板100表現(xiàn)出優(yōu)異的粘結(jié)特性，使得能夠防止背電極層200從支撐基板100上剝離。另外，Mo滿足背電極層200所需要的特征。背電極層200可以包含至少兩層。這種情況下，這些層包含相同的金屬或是不同的金屬。光吸收層300可以形成在背電極層200上。光吸收層300包含P型半導(dǎo)體化合物。更詳細地，光吸收層300包含1-1I1-V族化合物。例如，光吸收層300可以具有Cu-1n-Ga-Se基晶體結(jié)構(gòu)(Cu (In, Ga) Se2; CIGS)、Cu-1n-Se基晶體結(jié)構(gòu)、或Cu-Ga-Se基晶體結(jié)構(gòu)。光吸收層300的能帶隙可以在約1.1eV到約1.2eV的范圍內(nèi)。
緩沖層400設(shè)置在光吸收層300上。在包含構(gòu)成光吸收層300的CIGS化合物的太陽能電池中，在包括P型半導(dǎo)體的CIGS化合物薄膜和包括N型半導(dǎo)體的窗口層500之間形成PN結(jié)。然而，由于上述兩種材料在點陣常數(shù)和能帶隙上表現(xiàn)出巨大的差異，因此，需要具有在所述兩種材料的能帶隙之間的中間能帶隙的緩沖層，以形成優(yōu)異的結(jié)。緩沖層400包含CdS或ZnS，而CdS表現(xiàn)出太陽能電池優(yōu)異的發(fā)電效率。然而，包含隔(Cd)的緩沖層導(dǎo)致了環(huán)境污染。為此，根據(jù)實施例，緩沖層400包括含有鋅(Zn)的有機金屬化合物以代替CdS緩沖層。根據(jù)實施例，緩沖層400可以包括(AxZn1J 0(0 ^ x ^ I)材料，其中A表示II族元素。根據(jù)實施例，雖然緩沖層400包括MgZnO，但緩沖層400可以包括含Zn的化合物，而且可以使用諸如Ca或Sr等元素替代Mg。在緩沖層400的化學(xué)式中，X的值在約0.1到約0.5的范圍內(nèi)。緩沖層400的能帶隙可以在約3.3eV到約3.6eV的范圍內(nèi)，而厚度可以在約IOnm到約IOOnm的范圍內(nèi)。在光吸收層300與緩沖層400之間的接觸區(qū)域可以形成鋅擴散層350。鋅擴散層350通過形成緩沖層400時包含在緩沖層400中的鋅擴散到光吸收層300而形成，例如，鋅擴散層350可以表示成化學(xué)式CIGS:Zn。鋅擴散層350可以具有約IOnm到約IOOnm的厚度。由于鋅擴散層350包括N型半導(dǎo)體。由于包括N型半導(dǎo)體的緩沖層400與鋅擴散層350形成同質(zhì)結(jié)，因此，在光吸收層300和緩沖層400之間的邊界面處能夠降低載流子的復(fù)合，從而能夠提高太陽能電池的電學(xué)特性。鋅擴散層350的能帶隙可以在約2.4eV到約2.8eV的范圍內(nèi)。窗口層500形成在緩沖層400上。窗口層500是透明導(dǎo)電層。另外，窗口層500的電阻高于背電極層200的電阻。窗口層500包含氧化物。例如，窗口層500可以包括氧化鋅、氧化銦錫(ITO)或氧化銦鋅(IZO)。例如，根據(jù)實施例，窗口層500可以包括摻雜Ga的氧化鋅(ZnO:Ga)。ZnO = Ga中Ga的質(zhì)量比可以在約0.1%到約3%的范圍內(nèi)。要求具有該范圍的質(zhì)量比以形成能帶隙高于緩沖層400的能帶隙的窗口層500，并且窗口層500的能帶隙可以在約3.6eV到約3.8eV的范圍內(nèi)。另外，所述氧化物可以包含如鋁(Al)、氧化鋁(Al2O3)、鎂(Mg)、或鎵(Ga)等導(dǎo)電雜質(zhì)。更詳細地，窗口層500可以包含摻鋁氧化鋅(AZO)或摻鎵氧化鋅(GZO)。根據(jù)實施例的太陽能電池，形成不含Cd的緩沖層400，從而能夠解決與環(huán)境污染有關(guān)的問題。另外，由于緩沖層400包含Zn，因此，透射率能夠得到提高，從而能夠增加短路電流密度Js。。另外，由于緩沖層400和窗口層500通過同一 PVD (物理氣相沉積)過程形成，因此，制造過程可以連續(xù)地進行，從而能夠提高生產(chǎn)率。圖2到圖5是剖視圖，示出了實施例所述的太陽能電池的制造方法。有關(guān)太陽能電池制造方法的描述將基于上述有關(guān)太陽能電池的描述給出。有關(guān)太陽能電池的描述基本上可以與有關(guān)太陽能電池制造方法的描述相關(guān)聯(lián)。參照圖2，在支撐基板100上形成背電極層200后，可以使用Mo沉積背電極層200。背電極層200可以通過PVD方法或電鍍方法形成。另外，在支撐基板100和背電極層200之間可以插入諸如反擴散層等附加層。參照圖3，在背電極層200上形成光吸收層300。
例如，光吸收層300可以通過各種方法形成，如通過同時或單獨蒸鍍Cu、In、Ga和Se而形成Cu (In, Ga) Se2 (CIGS)基光吸收層300的方法，以及在形成金屬前體膜后進行硒化過程的方法。就金屬前體層形成后的硒化過程的細節(jié)來說，通過使用銅靶、銦靶或鎵靶的濺射過程在背接觸電極200上形成金屬前體層。此后，金屬前體層經(jīng)歷硒化過程，從而形成Cu (In，Ga) Se2 (CIGS)基光吸收層300。與上述不同，使用銅靶、銦靶和鎵靶的濺射過程與硒化過程可以同時進行。另外，通過只使用銅和銦靶或者只使用銅和鎵靶的濺射過程以及硒化過程可以形成CIS或CIG光吸收層300。參照圖4，在光吸收層300上形成緩沖層400。緩沖層400可以包含Zn。盡管緩沖層400包含MgZnO，其中，根據(jù)本實施例，MgZnO是包含Mg或O的有機金屬化合物，但緩沖層400可以包含Mg之外的II族元素，諸如Ca或Sr。緩沖層400可以通過PVD方法形成，并且可以具有約IOnm到約IOOnm的厚度。鋅擴散層350可以通過包含在緩沖層400中的鋅擴散到光吸收層300而形成。鋅擴散層350可以具有介于光吸收層300和緩沖層400的能帶隙之間的中間能帶隙。例如，鋅擴散層350的能帶隙可以在約2.2eV到約2.8eV的范圍內(nèi)。參照圖5，在緩沖層400上形成窗口層500。窗口層500通過在緩沖層400上沉積透明導(dǎo)電材料形成。如上所述，實施例提供一種太陽能電池，該太陽能電池通過使用不含Cd的緩沖層能夠解決與環(huán)境污染有關(guān)的問題。實施例能夠提供一種太陽能電池，該太陽能電池通過連續(xù)進行制造過程能夠提高生產(chǎn)率，因為緩沖層和窗口層是通過同一真空過程形成的。另外，實施例能夠提供一種太陽能電池，該太陽能電池由于包含Zn的緩沖層之故提高了透射率，從而能夠增加短路電流密度，使得光電轉(zhuǎn)換效率能夠得以提高。說明書中提到“ 一個實施例”、“實施例”、“示例性實施例”等意味著結(jié)合實施例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性包含在本發(fā)明的至少一個實施例中。這些短語在說明書中不同地方的出現(xiàn)不一定都指同一實施例。進一步，當(dāng)結(jié)合任何實施例描述具體特征、結(jié)構(gòu)或特性時，認為結(jié)合其他實施例來實現(xiàn)該特征、結(jié)構(gòu)或特性是落在本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識范圍之內(nèi)的。
雖然參考若干說明性實施例描述了實施例，但應(yīng)該明白，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以構(gòu)思出許多落在本公開的原則的精神和范圍之內(nèi)的其他改進和實施例。具體說，在本公開、附圖和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，主題組合排列的構(gòu)成部分和/或布置可以有各種變化和改進。除了組成部分和/或布置的變化和改進之外，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，替換使用也是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池，包括: 基板； 在所述基板上的背電極層； 在所述背電極層上的光吸收層； 在所述光吸收層上的緩沖層；以及 在所述緩沖層上的窗口層， 其中，所述緩沖層通過化學(xué)式(AxZrvx) O (O彡X彡I)形成，其中，所述A表示金屬元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述緩沖層的A表示II族元素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述緩沖層的A表示鎂(Mg)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述X的值在約0.1到約0.5的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述緩沖層的能帶隙在約3.3eV到約3.6eV的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述緩沖層的厚度在約IOnm到約IOOnm的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，還包括形成在與所述緩沖層接觸的所述光吸收層中的鋅擴散層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽能電池，其中，所述鋅擴散層的能帶隙在約2.2eV到約2.8eV的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽能電池，其中，所述鋅擴散層的厚度在約IOnm到約IOOnm的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述基板包括玻璃和聚合物金屬中的至少一者。
11.一種太陽能電池的制造方法，該方法包括: 在基板上形成背電極層； 在所述背電極層上形成光吸收層；在所述光吸收層上形成具有化學(xué)式(AxZrvx)CKOI)的緩沖層，其中所述A表示金屬元素；以及 在所述緩沖層上形成窗口層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述緩沖層通過物理氣相沉積過程形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述X的值在約0.1到約0.5的范圍內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述窗口層通過物理氣相沉積過程形成。
全文摘要
公開了一種太陽能電池及其制造方法。該太陽能電池包括基板；在所述基板上的背電極層；在所述背電極層上的光吸收層；在所述光吸收層上的緩沖層；以及在所述緩沖層上的窗口層。所述緩沖層通過化學(xué)式(AxZn1-x)O(0≤x≤1)形成，其中，A表示金屬元素。
文檔編號H01L31/18GK103222068SQ201180056408
公開日2013年7月24日 申請日期2011年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者林真宇 申請人:Lg伊諾特有限公司