太陽能電池及其制造方法
【專利摘要】提供了一種太陽能電池及其制造方法。所述太陽能電池包括：襯底；所述襯底上的背電極層；所述背電極層上的吸光層；所述吸光層上的窗口層；所述吸光層中的多個微珠；以及各所述多個微珠的表面上的陷阱層。
【專利說明】太陽能電池及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種太陽能電池及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近來由于能源需求增加，將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的太陽能電池的研發(fā)不斷進(jìn)展。
[0003]尤其是最近正在廣泛使用銅銦鎵硒(CIGS)基太陽能電池，即，pn異質(zhì)結(jié)器件，具 有包括玻璃襯底的襯底結(jié)構(gòu)、金屬背電極層、P型CIGS基吸光層、高電阻緩沖層和n型透明 電極層。
[0004]另外，人們進(jìn)行各種研究來增加太陽能電池的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問題
[0006]實施例提供了 一種具有改善的光電轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池及其制造方法。
[0007]技術(shù)方案
[0008]在一個實施例中，一種太陽能電池包括:襯底；所述襯底上的背電極層；所述背電 極層上的吸光層；所述吸光層上的窗口層；所述吸光層中的多個微珠；以及各所述多個微 珠的表面上的陷講層(trap layer)。
[0009]在另一個實施例中，一種太陽能電池的制造方法包括:通過粉碎CIGS晶體來形成 多個微珠；在各所述多個微珠的表面上形成陷阱層；在襯底上形成背電極層；在所述背電 極層上噴灑所述多個微珠；在所述背電極層和所述多個微珠上形成吸光層；在所述吸光層 上形成緩沖層；以及在所述緩沖層上形成窗口層。
[0010]有益效果
[0011]根據(jù)本發(fā)明，在吸光層中形成了多個微珠，并且在所述多個微珠的表面上形成了 陷阱層，使得入射到所述多個微珠內(nèi)的光由于陷阱層而不會出來，因此被其吸收。因此，提 高了光電轉(zhuǎn)換效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是根據(jù)實施例的太陽能電池的平面圖。
[0013]圖2是沿著圖1的A-A’線截取的剖視圖。
[0014]圖3至圖7是示出根據(jù)實施例的太陽能電池的制造方法的剖視圖。
【具體實施方式】
[0015]在實施例的描述中，應(yīng)理解，當(dāng)層(或膜)、區(qū)域、圖案或結(jié)構(gòu)被稱為在另一層(或 膜)、區(qū)域、圖案或結(jié)構(gòu)之“上”時，術(shù)語“上”和“下”包括“直接地”和“間接地”兩種意思。 另外，將在附圖中給出在各層的“上”和“下”的位置關(guān)系。在附圖中，為了方便描述和清晰 起見，會夸大、省略或示意性圖示各層的厚度或大小。另外，各元件的大小并不完全反應(yīng)實際大小。
[0016]圖1是根據(jù)實施例的太陽能電池的平面圖。圖2是沿著圖1的A-A’線截取的剖 視圖。
[0017]參看圖1和圖2，根據(jù)實施例的太陽能電池包括支撐襯底100、背電極層200、吸光 層300、緩沖層400、高電阻緩沖層500和窗口層600。
[0018]吸光層300中可以形成多個微珠320以及涂布在多個微珠320的表面上的陷阱層。
[0019]支撐襯底100為板狀，支撐著背電極層200、吸光層300、緩沖層400、高電阻緩沖層 500和窗口層600。
[0020]支撐襯底100可以是絕緣體。支撐襯底100可以是玻璃襯底、塑料襯底或金屬襯 底。更具體地講，支撐襯底100可以是鈣鈉玻璃襯底。支撐襯底100可以是透明的。支撐 襯底100可以是剛性的或柔性的。
[0021]背電極層200被布置在支撐襯底100上。背電極層200是導(dǎo)電層。用于背電極層 200的材料的實例是例如鑰的金屬。
[0022]另外，背電極層200可以包括至少兩層。此時，各層可以是由相同或不同的金屬形 成的。
[0023]背電極層200中形成有第一通孔TH1。第一通孔THl是暴露支撐襯底100的頂部 表面的開放區(qū)域。從頂部看，第一通孔THl具有在一個方向上延伸的形狀。
[0024]第一通孔THl的各寬度可以是約80 ii m至約200 U m。
[0025]第一通孔THl將背電極層200分成多個背電極。也就是說，第一通孔THl限定出 了這些背電極。
[0026]第一通孔THl使這些背電極彼此分隔開。這些背電極被布置成條狀。
[0027]絕緣層310可以形成為填充第一通孔TH1。絕緣層310可以形成為包括Si02。當(dāng) 多個微珠320形成在第一通孔THl中時，第一電池Cl可以通過涂布在多個微珠320表面上 的陷阱層330電性連接到第二電池C2。為了防止這種現(xiàn)象，可以形成絕緣層310。
[0028]這些背電極被布置成矩陣。此時，從頂部看，第一通孔THl可以形成為格子狀。
[0029]吸光層300被布置在背電極層200上。
[0030]吸光層300包含1-1I1-VI族化合物。例如，吸光層300可以具有Cu (In，Ga) Se2 (CIGS)基晶體結(jié)構(gòu)、銅-銦-硒基晶體結(jié)構(gòu)或銅-鎵-硒基晶體結(jié)構(gòu)。
[0031]吸光層300的能帶隙可以是約IeV至約1.8eV。
[0032]另外，吸光層300通過第二通孔TH2限定出多個吸光部分。也就是說，第二通孔 TH2將吸光層300分成多個吸光部分。
[0033]多個微珠320可以形成在吸光層300中。多個微珠320包含與吸光層300相 同的1-1I1-VI族化合物。例如，吸光層320可以具有Cu (In，Ga) Se2 (CIGS)基晶體結(jié)構(gòu)、 銅-銦-硒基晶體結(jié)構(gòu)或銅-鎵-硒基晶體結(jié)構(gòu)。
[0034]各多個微珠320的直徑可以形成為約0.8 ii m至約1.2 ii m。多個微珠320可以全 部形成為球形狀，但不限于此。
[0035]陷講層330可以形成在多個微珠320的表面上。陷講層330可以包括金屬，例如 銀。[0036]陷阱層330的厚度可以形成為約3nm至約7nm。陷阱層330防止入射到多個微珠 320的光被再次反射到外面，使得陷阱層能使光被多個微珠320吸收。
[0037]如果陷阱層330厚，則光被陷阱層330吸收，而如果陷阱層330薄，則光阱效應(yīng) (light trap effect)很小，因而多個微珠320的各直徑與陷講層330的厚度的比值可以是 200:1。
[0038]吸光層300的厚度可以形成為多個微珠320的直徑的2至3倍。
[0039]緩沖層400被布置在吸光層300上。緩沖層400包含CdS，并且其能帶隙是約2.2eV 至約2.4eV。
[0040]高電阻緩沖層500被布置在緩沖層400上。高電阻緩沖層500包括無摻雜的 1-ZnO0高電阻緩沖層500的能帶隙為約3.1eV至約3.3eV。
[0041]多個第二通孔TH2形成在吸光層300、緩沖層400和高電阻緩沖層500中。第二通孔TH2是開放區(qū)域，暴露了背電極層200的頂部表面。
[0042]第二通孔TH2形成為與第一通孔THl相鄰。也就是說，從頂部看，第二通孔TH2的一部分形成在第一通孔THl附近。
[0043]第二通孔TH2的各寬度可以是約80 ii m至約200 U m。
[0044]窗口層600被布置在高電阻緩沖層500上。窗口層600是透明的導(dǎo)電層。另外， 窗口層600的電阻高于背電極層200的電阻。例如，窗口層600的電阻可以為背電極層200 的電阻的約10倍至約200倍。
[0045]窗口層600可以包括氧化物。例如，窗口層600可以包括氧化鋅、銦錫氧化物(HO) 或銦鋅氧化物(IZO)。
[0046]另外，氧化物可以包括導(dǎo)電雜質(zhì)，例如Al、Al203、Mg或Ga。更具體地講，窗口層600 可以包括摻招的氧化鋅(AZO )或摻鎵的氧化鋅(GZO )。
[0047]連接部分650被布置在第二通孔TH2中。連接部分650從窗口層600向下延伸， 并且與背電極層200接觸。例如,連接部分650從第一電池的窗口延伸到與第二電池的背電極接觸。
[0048]因此，連接部分650將相應(yīng)的相鄰電池連接。更具體地講，連接部分650將相應(yīng)的相鄰電池Cl、C2…中的窗口與背電極連接。
[0049]連接部分650與窗口層600形成為一體。也就是說，連接部分650是由與窗口層 600的材料相同的材料形成的。
[0050]多個第三通孔TH3形成在緩沖層400、高電阻緩沖層500和窗口層600中。第三通孔TH3是開放區(qū)域，暴露了背電極層200的頂部表面。例如，第三通孔TH3的各寬度可以是約 80 u m 至約 200 u m。
[0051]第三通孔TH3形成為與第二通孔TH2相鄰。更具體地講，第三通孔TH3被布置在第二通孔TH2附近。也就是說，從頂部看，第三通孔TH3沿著第二通孔TH2布置。
[0052]第三通孔TH3將緩沖層400分成多個緩沖器。
[0053]按照同樣的方式，第三通孔TH3將高電阻緩沖層500分成多個高電阻緩沖器。
[0054]另外，第三通孔TH3將窗口層600劃分成多個窗口。也就是說，第三通孔TH3限定出這些窗口。
[0055]這些窗口具有與背電極相對應(yīng)的形狀。也就是說，窗口被布置成條狀。與此不同的是，窗口還可以布置成矩陣。
[0056]另外，通孔TH3限定出多個電池C1、C2…。更具體地講，第二通孔TH2和第三通孔 TH3限定出電池C1、C2…。也就是說，根據(jù)實施例的太陽能電池包括由第二通孔TH2和第三通孔TH3所劃分出的電池C1、C2…。
[0057]如上所述，吸光層300中形成有多個微珠320，陷阱層330形成在多個微珠320的表面上，使得入射到多個微珠320中的光借助陷阱層330而不會流失到外面，而是被多個微珠320吸收。因此，提高了光電轉(zhuǎn)換效率。
[0058]圖3至圖7是示出根據(jù)實施例的太陽能電池的制造方法的剖視圖。制造方法的描述指的是上述太陽能電池的制造方法。
[0059]參看圖3，背電極層200形成在支撐襯底100上，并且背電極層200被圖案化以形成第一通孔TH1。因此，多個背電極形成在支撐襯底100上。使用激光將背電極層200圖案化。
[0060]第一通孔THl暴露了支撐襯底100的頂部表面，并且其寬度可以是約80 iim至約 200 u m。
[0061]另外，例如防擴(kuò)散層的額外層可以插設(shè)在支撐襯底100與背電極層200之間，并且同時，第一通孔THl暴露該額外層的頂部表面。
[0062]參見圖4，絕緣層310可以形成為填充第一通孔TH1。絕緣層310可以形成為包括 Si02。當(dāng)多個微珠320形成在第一通孔THl中時，第一電池Cl通過被涂布在多個微珠320 的表面上的陷阱層330電性連接到第二電池C2。為了防止這種現(xiàn)象，可以形成絕緣層310。
[0063]參見圖5，在多個微珠320的表面上形成陷阱層330之后，通過噴灑方法在背電極層200上形成多個微珠320。
[0064]通過同時或分別地蒸鍍銅、銦、鎵和硒形成CIGS基晶體并將其粉碎之后，就分離出多個微珠320。多個微珠320可以全部形成為球形，但不限于此。
[0065]通過將多個微珠320浸潰在包含金屬材料的水溶液(例如AgCl水溶液)中，可以形成陷阱層330。通過上述方法，包含銀的陷阱層330可以形成在多個微珠320的表面上。 多個微珠320和陷阱層330可以是由具有互不相同的折射率的材料形成的。
[0066]在將具有陷阱層330的多個微珠320散布在背電極層200上之后，吸光層300可以通過濺鍍方法或蒸鍍方法來形成。
[0067]例如，通過同時或分別地蒸鍍銅、銦、鎵和硒來形成CIGS基吸光層300，或者在形成金屬前體層之后執(zhí)行硒化方法來形成CIGS基吸光層300的方法，目前被廣為使用。 [0068]如果要對形成并硒化金屬前體層的方法進(jìn)行詳細(xì)描述，那就是通過使用銅靶、銦靶和鎵靶的濺鍍方法，將金屬前體層形成在背電極200上。
[0069]然后，金屬前體層通過硒化方法成為CIGS基吸光層300。
[0070]與此不同的是，可以同時進(jìn)行使用銅靶、銦靶和鎵靶的濺鍍方法和硒化方法。
[0071]與此不同的是，可以通過僅使用銅靶和銦靶或僅使用銅靶和鎵靶的濺鍍方法和硒化方法來形成CIS基或CIG基吸光層300。
[0072]參見圖6，緩沖層400和高電阻緩沖層500形成在吸光層300上。
[0073]當(dāng)通過濺鍍方法或化學(xué)浴沉積(CBD)將硫化鎘沉積在吸光層300上時，形成緩沖層 400。[0074]然后，通過濺鍍方法將氧化鋅沉積在緩沖層400上，形成高電阻緩沖層500。
[0075]緩沖層400和高電阻緩沖層500被沉積為較薄的厚度。例如，緩沖層400和高電 阻緩沖層500均具有約Inm至約80nm的厚度。
[0076]然后，部分地去除吸光層300、緩沖層400和高電阻緩沖層500以形成第二通孔 TH2。
[0077]可以通過例如刀片或激光器的機械設(shè)備來形成第二通孔TH2。
[0078]例如，吸光層300和緩沖層400可以通過寬度為約40 ii m至約180 U m的刀片而被 圖案化。另外，可以通過波長為約200nm至約600nm的激光來形成第二通孔TH2。
[0079]此時，第二通孔TH2的各寬度可以是約IOOiim至約200 iim。此外，第二通孔TH2 形成為暴露背電極層200的頂部表面的一部分。
[0080]參看圖7，窗口層600形成在吸光層300上并且形成在第二通孔TH2中。也就是 說，在將透明導(dǎo)電材料沉積在高電阻緩沖層500上并且沉積在第二通孔TH2中之后，就形成 了窗口層600。
[0081]此時，第二通孔TH2內(nèi)填滿了透明導(dǎo)電材料，并且窗口層600直接與背電極層200 接觸。
[0082]此時，當(dāng)在無氧氛圍下沉積透明導(dǎo)電材料時，可以形成窗口層600。更具體地講，當(dāng) 在無氧的惰性氣體氛圍下沉積摻鋁的氧化鋅時，形成窗口層600。
[0083]對于根據(jù)實施例的太陽能電池的制造方法來說，在吸光層中形成多個微珠，并且 在該多個微珠的表面上形成陷阱層，使得入射到該多個微珠內(nèi)部的光由于陷阱層而不會出 來，因此被其吸收。因此，可以提高光電轉(zhuǎn)換效率。
[0084]另外，上述實施例中所描述的特征、結(jié)構(gòu)和效果等被包括在至少一個實施例中，但 是本發(fā)明不限于此。此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在其他實施例中組合或修改各實施例中 的特征、結(jié)構(gòu)和效果。因此，關(guān)于組合和修改的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)被理解為包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0085]雖然參照多個說明性實施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可 以在本發(fā)明原理的精神和范圍內(nèi)設(shè)計多種其他修改和實施例。更具體地講，在說明書、附圖 和所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)可以對本發(fā)明的組成部件和/或布置進(jìn)行多種變化和修改。除 了對組成部件和/或布置的變化和修改之外，替代使用對本領(lǐng)域的技術(shù)人員也是顯然的。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能電池，包括:襯底；所述襯底上的背電極層；所述背電極層上的吸光層；所述吸光層上的窗口層；所述吸光層中的多個微珠；以及 各所述多個微珠的表面上的陷阱層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中各所述多個微珠的直徑是約0.8 y m至約 L 2 u m0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中所述多個微珠包括銅銦鎵硒(CIGS)基、銅 銦硒(CIS)基和銅銦鎵(CIG)基的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中所述陷阱層的厚度為約2至約3 ym。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中所述陷阱層包含金屬。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，進(jìn)一步包括:通孔，所述通孔形成在所述背電極層的一部分中以暴露所述襯底的頂部表面的一部 分；以及絕緣層，所述絕緣層填滿所述通孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能電池，其中所述絕緣層包含Si02。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中所述吸光層的厚度被形成為各所述多個微 珠的直徑的2倍至3倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中所述多個微珠和所述陷阱層是由具有各不 相同的折射率的材料形成的。
10.一種太陽能電池的制造方法，包括:通過粉碎CIGS晶體來形成多個微珠；在各所述多個微珠的表面上形成陷阱層；在襯底上形成背電極層；在所述背電極層上噴灑所述多個微珠；在所述背電極層和所述多個微珠上形成吸光層；在所述吸光層上形成緩沖層；以及 在所述緩沖層上形成窗口層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述陷阱層是通過將所述多個微珠浸潰到AgCl 溶液中來形成的。
【文檔編號】H01L31/032GK103597606SQ201280027444
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月4日
【發(fā)明者】李真宇 申請人:Lg伊諾特有限公司