太陽能電池及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種太陽能電池及其制造方法。所述太陽能電池包括背電極層、在背電極層上的光吸收層、在光吸收層上的前電極層、以及在前電極層中或者在光吸收層和前電極層之間的多個光路改變顆粒。
【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]一種用于太陽能發(fā)電的太陽能電池的制造方法如下。首先，準(zhǔn)備好基板后，在基板上形成背電極層并用激光將背電極層圖案化，從而形成多個背電極。
[0003]然后，在背電極上依次形成光吸收層、緩沖層和高阻緩沖層。為了形成光吸收層，廣泛采用過各種方案，例如，通過同時或分別蒸發(fā)銅(Cu)、銦(In)、鎵(Ga)和硒(Se)形成Cudn, Ga)Se2 (CIGS)基光吸收層的方案，以及形成金屬前體膜之后進(jìn)行硒化過程的方案。光吸收層的能帶隙在大約IeV到1.8eV的范圍內(nèi)。
[0004]然后，通過濺射過程在光吸收層上形成包括硫化鎘(CdS)的緩沖層。緩沖層的能帶隙可以在約2.2eV到2.4eV的范圍內(nèi)。之后，通過濺射過程在緩沖層上形成包括氧化鋅(ZnO)的高阻緩沖層。高阻緩沖層的能帶隙在約3.1eV到約3.3eV的范圍內(nèi)。
[0005]然后，在光吸收層、緩沖層和高阻緩沖層中可以形成凹槽圖案。
[0006]然后，透明導(dǎo)電材料層壓在高阻緩沖層上，并填充在凹槽內(nèi)。因此，在高阻緩沖層上形成透明電極層，并且在凹槽圖案中形成連接線。構(gòu)成透明電極層和連接線的材料可以包括摻鋁氧化鋅(ΑΖ0)。透明電極層的能帶隙可以在約3.1eV到約3.3eV的范圍內(nèi)。
[0007]然后，在透明電極層中形成凹槽圖案，從而可以形成多個太陽能電池。透明電極和高阻緩沖層與電池相對應(yīng)。透明電極和高阻緩沖層可以以帶狀或矩陣形式設(shè)置。
[0008]透明電極和背電極彼此不對齊，從而透明電極通過連接線與背電極電連接。因此，太陽能電池可以彼此串聯(lián)電連接。
[0009]如上所述，為了將太陽光轉(zhuǎn)化成電能，已經(jīng)制造和使用了各種太陽能電池裝置。韓國未審查專利公布N0.10-2008-0088744公開了一種太陽能電池裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]技術(shù)問題
[0011]本發(fā)明提供一種可以提高光電轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池及其制造方法。
[0012]技術(shù)方案
[0013]根據(jù)實施例，提供一種太陽能電池，其包括背電極層、在背電極層上的光吸收層、在光吸收層上的前電極層、以及在前電極層中或者在光吸收層和前電極層之間的多個光路改變顆粒。
[0014]根據(jù)實施例，提供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、在背電極層上形成光吸收層、在光吸收層上形成前電極層，以及在光吸收層和前電極層之間或者在前電極層中形成多個光路改變顆粒。
[0015]有益效果
[0016]如上所述，根據(jù)實施例所述的太陽能電池包含設(shè)置在前電極層中或者設(shè)置在前電極層和光吸收層之間的光路改變顆粒。
[0017]光路改變顆粒可以改變?nèi)肷涞焦馕諏由系墓獾穆窂?。特別地，光路改變顆?？梢詫⒀卮怪狈较蛉肷涞焦馕諏由系墓獾穆窂礁淖?yōu)檠厮椒较騻鞑サ墓獾穆窂健?br> [0018]因此，光可以入射到光吸收層上，同時由于光路改變顆粒之故呈現(xiàn)出較長的光學(xué)路徑。因此，根據(jù)實施例所述的太陽能電池可以將光吸收層中的光的路徑最大化，并可以呈現(xiàn)出提高的光電轉(zhuǎn)化效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是剖視圖，示出了第一實施例所述的太陽能電池；
[0020]圖2到圖5是剖視圖，示出了第一實施例所述的太陽能電池的制造方法；
[0021]圖6是剖視圖，示出了第二實施例所述的太陽能電池；以及
[0022]圖7到圖9是剖視圖，示出了第二實施例所述的太陽能電池的制造方法。
【具體實施方式】
[0023]在實施例的描述中，應(yīng)該明白，當(dāng)某一基板、層、膜、或者電極被稱作是在另一基板、另一層、另一膜或者另一電極“之上”或者“之下”時，它可以是“直接”或“間接”地在該另一基板、層、膜或電極之上或之下，或者也可以存在一個或更多的中間層。層的這種位置參照附圖進(jìn)行了描述。每個部分的尺寸并不完全反映實際的尺寸。
[0024]圖1是剖視圖，示出了第一實施例所述的太陽能電池。
[0025]參考圖1，所述太陽能電池包括支撐基板100、背電極層200、光吸收層300、緩沖層400、高阻緩沖層500、多個光路改變顆粒700、以及前電極層600。
[0026]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、高阻緩沖層500、以及前電極層600。
[0027]支撐基板100可以包括絕緣體。支撐基板100可以包括玻璃基板、塑料基板、或者金屬基板。更詳細(xì)地講，支撐基板100可以包括鈉鈣玻璃基板。支撐基板100可以是透明的，或者可以是剛性的或可彎曲的。
[0028]背電極層200設(shè)置在支撐基板100上。背電極層200可以是導(dǎo)電層。背電極層200可以包括金屬，例如鑰(Mo)。
[0029]另外，背電極層200可以包括至少兩層。這種情況下，這些層可以使用同種金屬或不同種金屬來形成。
[0030]光吸收層300設(shè)置在背電極層200上。光吸收層300包括1-1I1- VI族化合物。例如，光吸收層300可以具有Cu (In，Ga) Se2 (CIGS)晶體結(jié)構(gòu)、Cu(In)Se2晶體結(jié)構(gòu)、或者Cu(Ga)Se2晶體結(jié)構(gòu)。
[0031]光吸收層300具有約IeV到約1.8eV范圍內(nèi)的能帶隙。
[0032]緩沖層400設(shè)置在光吸收層300上。緩沖層400與光吸收層300直接接觸。緩沖層400包括CdS并且具有約1.9eV到約2.3eV范圍內(nèi)的能帶隙。
[0033]高阻緩沖層500設(shè)置在緩沖層400上。高阻緩沖層500可以包括iZnO，iZnO是不摻雜雜質(zhì)的氧化鋅。高阻緩沖層500具有約3.1eV到約3.3eV范圍內(nèi)的能帶隙。
[0034]前電極層600設(shè)置在光吸收層300上。更詳細(xì)地講，前電極層600設(shè)置在高阻緩沖層500上。
[0035]前電極層600設(shè)置在高阻緩沖層500上。前電極層600是透明的。前電極層600可以包括例如摻Al的ZnO (ΑΖ0)、銦鋅氧化物(ΙΖ0)或銦錫氧化物(ΙΤ0)等材料。
[0036]前電極層600可以具有大約500nm到大約1.5μπι的厚度。另外，如果前電極層600包括ΑΖ0，那么，可以摻雜約2.5界七％到約3.5wt%含量的鋁(Al)。前電極層600為導(dǎo)電層。
[0037]光路改變顆粒700設(shè)置在光吸收層300和前電極層600之間。詳細(xì)地講，光路改變顆粒700可以設(shè)置在緩沖層400和前電極層600之間。更詳細(xì)地講，光路改變顆粒700可以設(shè)置在高阻緩沖層500和前電極層600之間。
[0038]詳細(xì)地講，光路改變顆粒700可以設(shè)置在高阻緩沖層500的上表面。換句話說，光路改變顆粒700可以直接設(shè)置在前電極層600和前電極層600下面的層之間的界面上。
[0039]例如，如果省略緩沖層400和高阻緩沖層500，也就是，如果前電極層600和光吸收層300彼此直接接觸，那么，光路改變顆粒700可以直接設(shè)置在光吸收層300和前電子層600之間的界面上。另外，如果前電子層600與緩沖層400直接接觸，那么，光路改變顆粒700可以直接設(shè)置在緩沖層400和前電極層600之間的界面上。
[0040]換句話說，光路改變顆粒700可以設(shè)置在同一平面上。換句話說，光路改變顆粒700可以散布在一個平面上。俯視時，光路改變顆粒700可以覆蓋光吸收層300的上表面的整個面積的約5%到約30%。
[0041]前電極層600可以覆蓋光路改變顆粒700。換句話說，前電極層600可以填充在光路改變顆粒700之間。光路改變顆粒700可以直接與前電極層600接觸。
[0042]光路改變顆粒700可以是導(dǎo)電顆粒。更詳細(xì)地講，光路改變顆粒700可以是金屬顆粒。更詳細(xì)地講，光路改變顆粒700可以包括金、銀、或鋁。
[0043]另外，光路改變顆粒700的直徑可以在約Inm到約40nm的范圍內(nèi)。更詳細(xì)地講，光路改變顆粒700的直徑可以在約Inm到約50nm的范圍內(nèi)。
[0044]光路改變顆粒700可以改變?nèi)肷涔獾穆窂健Ｔ敿?xì)地講，光路改變顆粒可以使入射光發(fā)生散射。更詳細(xì)地講，如果光路改變顆粒700可以包括直徑約400nm的金屬顆粒，那么，入射光的路徑可以由表面等離子體效應(yīng)而改變。入射光的路徑可以因光路改變顆粒700和前電極層600之間的界面上的表面等離子體效應(yīng)而容易地改變。另外，光路改變顆粒700可以改變?nèi)肷涔獾牟ㄩL。
[0045]另外，由于光路改變顆粒700是導(dǎo)電顆粒，因此，可以改善前電極層600的電學(xué)特性。特別地，當(dāng)光路改變顆粒700設(shè)置在同一平面上時，垂直方向上的透射損失可以最小化，而水平方向上的導(dǎo)電性可以最大化。
[0046]另外，當(dāng)光路改變顆粒700包括鋁(Al)時，包含在光路改變顆粒700中的一部分鋁(Al)可以分散到前電極層600上。因此，前電極層600的下部的鋁濃度可以相對地增大。
[0047]如上所述，在本實施例所述的太陽能電池中，在前電極層600和光吸收層300之間設(shè)置光路改變顆粒700。光路改變顆粒700可以改變?nèi)肷涞焦馕諏?00上的光的路徑。特別地，光路改變顆粒700可以將垂直于光吸收層300而入射到光吸收層300上的光的路徑改變?yōu)樗铰窂健?br> [0048]因此，光可以入射到光吸收層300上，同時由于光路改變顆粒700之故呈現(xiàn)出較長的光學(xué)路徑。因此，在本實施例所述的太陽能電池中，在光吸收層300中光的路徑可以最大化，并可以呈現(xiàn)出提高的光電轉(zhuǎn)化效率。
[0049]因此，通過采用光路改變顆粒700，本實施例所述的太陽能電池可以呈現(xiàn)出提高的光學(xué)性能和提高的電學(xué)性能。
[0050]圖2到圖5是剖視圖，示出了第一實施例所述的太陽能電池的制造方法。本實施例所述的太陽能電池的制造方法將參照上述太陽能電池進(jìn)行描述。上述太陽能電池的描述可以結(jié)合在本實施例所述的太陽能電池的制造方法的描述中。
[0051]參照圖2，通過濺射過程將金屬，諸如鑰(Mo)，沉積在支撐基板100上，從而形成背電極層200?？梢酝ㄟ^工藝條件彼此不同的兩個過程來形成背電極層200。
[0052]在支撐基板100和背電極層200之間可以插入附加層，例如防反射層。
[0053]參照圖3，在背電極層200上形成光吸收層300。
[0054]光吸收層300可以通過濺射過程或者蒸發(fā)過程來形成。
[0055]例如，光吸收層300可以通過各種方案來形成，例如通過同時或分別蒸發(fā)Cu、In、Ga和Se形成Cu (In，Ga) Se2 (CIGS)基光吸收層300的方案，以及形成金屬前體膜之后進(jìn)行硒化過程的方案。
[0056]至于形成金屬前體層形成之后硒化過程的細(xì)節(jié)，采用Cu靶、In靶或Ga靶通過濺射過程在背接觸電極200上形成金屬前體層。
[0057]然后，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。
[0058]另外，采用Cu靶、In靶或Ga靶的濺射過程與硒化過程可以同時進(jìn)行。
[0059]另外，通過只采用Cu靶和In靶或者只采用Cu靶和Ga靶的濺射過程以及硒化過程可以形成CIS或者CIG光吸收層300。
[0060]然后，在光吸收層300上形成緩沖層400和高阻緩沖層500。
[0061]緩沖層400可以通過化學(xué)浴沉積法(CBD)形成。例如，在光吸收層300形成之后，將光吸收層300浸入到含有用于形成硫化鎘(CdS)的物質(zhì)的溶液中，從而在光吸收層300上形成包括CdS的緩沖層400。
[0062]然后，通過濺射過程在緩沖層400上沉積氧化鋅，從而形成高阻緩沖層500。
[0063]參照圖4，在高阻緩沖層500上設(shè)置多個光路改變顆粒700。光路改變顆粒700直接設(shè)置在高阻緩沖層500上。
[0064]另外，當(dāng)省略高阻緩沖層500時，光路改變顆粒700可以直接設(shè)置在緩沖層400上。另外，當(dāng)緩沖層400和高阻緩沖層500都省略時，光路改變顆粒700可以直接設(shè)置在光吸收層300上。
[0065]通過下述方法，可以將光路改變顆粒700直接設(shè)置在高阻緩沖層500上。
[0066]首先，形成光路改變顆粒700?？梢酝ㄟ^溶膠-凝膠方案或液相合成方案以納米金屬顆粒的形式形成光路改變顆粒700。
[0067]然后，在光路改變顆粒700均勻地分散到溶劑中后，光路改變顆粒700就可以涂布在高阻緩沖層500上。
[0068]然后，通過加熱蒸發(fā)溶劑，從而只有光路改變顆粒700留在高阻緩沖層500的上表面上。溶劑蒸發(fā)后，對光路改變顆粒700進(jìn)行熱處理，從而可以使光路改變顆粒700固定在高阻緩沖層500的上表面上。在這種情況下，可以在約150°C到約250°C的溫度下對光路改變顆粒700進(jìn)行熱處理。
[0069]參看圖5，在高阻緩沖層500上形成前電極層600。前電極層600通過層壓透明導(dǎo)電材料來形成，從而前電極層600覆蓋高阻緩沖層500上的光路改變顆粒700。所述透明導(dǎo)電物質(zhì)可以包括摻Al氧化鋅、銦鋅氧化物或銦錫氧化物。
[0070]因此，前電極層600形成在高阻緩沖層500的上表面和光路改變顆粒700之間。
[0071]然后，前電極層600和光路改變顆粒700可以經(jīng)歷熱處理。例如，前電極層600和光路改變顆粒700可以在250°C的溫度下經(jīng)歷熱處理。
[0072]如上所述，通過光路改變顆粒700的簡單涂布過程可以得到呈現(xiàn)出更好的電學(xué)和光學(xué)特性的太陽能電池。
[0073]圖6是剖視圖，示出了第二實施例所述的太陽能電池。在下文中，將參照所述太陽能電池的描述及其制造方法的描述對本實施例進(jìn)行描述，而前電極層會另外加以描述。除了變型部之外，上述實施例的描述將結(jié)合在本實施例的描述中。
[0074]參照圖6，光路改變顆粒700設(shè)置在前電極層600上。詳細(xì)地講，前電極層600包括設(shè)置在光吸收層300上的第一前電極層610和設(shè)置在第一前電極層610上的第二前電極層620。在此情況下，光路改變顆粒700設(shè)置在第一前電極層610和第二前電極層620之間。
[0075]光路改變顆粒700與第一前電極層610和第二前電極層620之間的界面601直接接觸。換句話說，光路改變顆粒700可以與第一前電極層610的上表面601直接接觸。
[0076]第一前電極層610和第二前電極層620可以包含相同的材料。因此，在第一前電極層610和第二前電極層620之間可以沒有明確的界面601。在此情況下，光路改變顆粒700可以設(shè)置在前電極層600中的同一虛擬平面上。
[0077]第一前電極層600的厚度可以隨著組成光路改變顆粒700的金屬的不同或者隨著光路改變顆粒700直徑的不同而不同。例如，第一前電極層610的厚度可以占前電極層600厚度的約5%到約95%。
[0078]如上所述，光路改變顆粒700設(shè)置在前電極層600中，從而可以呈現(xiàn)出最佳的光學(xué)和電學(xué)特性。換句話說，光路改變顆粒700設(shè)置在距高阻緩沖層500希望的高度處，從而使入射太陽光的路徑可以改變到希望的方向上。
[0079]另外，在本實施例所述的太陽能電池中，光路改變顆粒700設(shè)置在希望的高度處，并且在特定的高度處電導(dǎo)率可以最大化。因此，在本實施例所述的太陽能電池中，前電極層600的電學(xué)特性可以最大化。
[0080]圖7到圖9是剖視圖，示出了第二實施例所述的太陽能電池的制造方法。在下文中，將參照上述太陽能電池及其制造方法的描述對本實施例所述的太陽能電池的制造方法進(jìn)行描述。上述太陽能電池及其制造方法的描述將結(jié)合在本實施例所述的太陽能電池的制造方法的描述中。
[0081]參照圖7，背電極層200、光吸收層300、緩沖層400及高阻緩沖層500設(shè)置在支撐基板100上。之后，透明導(dǎo)電材料沉積在高阻緩沖層500上，從而形成第一前電極層610。第一前電極層600可以包括摻Al氧化鋅、銦鋅氧化物或銦錫氧化物。
[0082]參照圖8，光路改變顆粒700設(shè)置在第一前電極層610上。光路改變顆粒700均勻地分散到溶劑中，從而光路改變顆粒700涂布在第一前電極層610的上表面上。此后，溶劑蒸發(fā)，光路改變顆粒700留在第一前電極層610上。
[0083]參照圖9，通過在第一前電極層610上沉積導(dǎo)電透明材料形成第二前電極層620。第二前電極層620可以包括與第一前電極層610相同的材料。因此，第一前電極層610和第二前電極層620之間的界面沒有明確地形成，但可以模糊地形成。
[0084]適當(dāng)?shù)卣{(diào)整第一前電極層610的厚度和第二前電極層620的厚度，使得光路改變顆粒700可以設(shè)置在最佳高度處。
[0085]因此，依照本實施例制造的太陽能電池可以呈現(xiàn)出提高的光電轉(zhuǎn)化效率。
[0086]在本說明書中每提及“一個實施例”，“某個實施例”，“示例性實施例”等時意味著，結(jié)合該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。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的此類短語不一定都是指同一實施例。另外，當(dāng)結(jié)合某一實施例描述具體的特征、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)該特征、結(jié)構(gòu)或特性落入本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)。
[0087]雖然參照本發(fā)明的若干說明性實施例描述了實施例，但應(yīng)該知道，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以構(gòu)思出很多其它的變型和實施例，這些變型和實施例落入本發(fā)明原理的精神和范圍內(nèi)。更具體地講，在本發(fā)明公開、附圖和所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，可以對主題組合結(jié)構(gòu)的組成部分和/或排列作出各種改變和變型。除了所述組成部分和/或排列的改變和變型之外，其它用途對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言也是顯然的。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能電池，包括: 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前電極層；以及 在所述前電極層中或者在所述光吸收層與所述前電極層之間的多個光路改變顆粒。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述光路改變顆粒用作導(dǎo)體。
3.如權(quán)利要求2所述的太陽能電池，其中，所述光路改變顆粒包括金屬。
4.如權(quán)利要求3所述的太陽能電池，其中，所述光路改變顆粒包括從金(Au)、銀(Ag)和鋁(Al)所構(gòu)成的組里選出的材料。
5.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池,其中，每個光路改變顆粒的直徑為約Inm到約50nmo
6.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述光路改變顆粒散射入射光。
7.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池，進(jìn)一步包括位于所述光吸收層和所述前電極層之間的緩沖層，其中，所述光路改變顆粒直接設(shè)置在所述緩沖層的上表面上。
8.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池，進(jìn)一步包括: 在所述光吸收層和所述前電極層之間的緩沖層；以及 在所述緩沖層和所述前電極層`之間的高阻緩沖層， 其中，所述光路改變顆粒直接設(shè)置在所述高阻緩沖層和所述前電極層之間的界面上。
9.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述光路改變顆粒設(shè)置在同一平面上。
10.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述前電極層包括: 在所述光吸收層上的第一前電極層；以及 在所述第一前電極層上的第二前電極層，并且 其中，所述光路改變顆粒插入所述第一和第二前電極層之間。
11.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述光路改變顆粒覆蓋所述光吸收層的上表面的整個面積的5%到30%。
12.—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前電極層；以及 在所述光吸收層和所述前電極層之間或者在所述前電極層中形成多個光路改變顆粒。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，在所述光吸收層和所述前電極層之間或者在所述前電極層中形成所述光路改變顆粒中，所述光路改變顆粒設(shè)置在所述光吸收層上，并且所述前電極層覆蓋所述光路改變顆粒。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，在所述光吸收層和所述前電極層之間或者在所述前電極層中形成所述光路改變顆粒中，將所述光路改變顆粒分散在溶劑中，并且將分散有所述光路改變顆粒的所述溶劑涂布在所述光吸收層上，然后將所述溶劑去除。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，在所述光吸收層上形成所述前電極層包括: 在所述光吸收層上形成第一前電極層； 在所述第一前電極層上設(shè)置所述光路改變顆粒；以及在所述光路改變顆粒上形成第二前電極層。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述第一和第二前電極層包括相同的材料。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，`其中，所述光路改變顆粒和所述前電極層經(jīng)歷熱處理。
【文檔編號】H01L31/18GK103875083SQ201280049143
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月20日
【發(fā)明者】林真宇 申請人:Lg伊諾特有限公司