制造具有厚度降低的p-摻雜CdTe層的太陽能電池的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的目的在于制造效率增加的CdTe太陽能電池的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 薄膜太陽電池的分配可以通過增加其光轉(zhuǎn)化方面的電效率而被進(jìn)一步加速。已經(jīng) 證明基于CdTe的太陽能電池在這方面特別有前景。
[0003] 在現(xiàn)有技術(shù)中，CdTe太陽能電池具有以下結(jié)構(gòu)：在玻璃基底上沉積作為前接觸的 透明導(dǎo)電氧化物層（TC0)。該TCO層可以包括如下的高電阻緩沖層，其有助于使在太陽能電 池中的分流作用最小化。在其上，沉積硫化鎘（CdS)層并在其上沉積碲化鎘（CdTe)層。最 后，施用金屬層以收集電荷載流子。該方法被稱作上層構(gòu)造。
[0004] 在制造太陽能電池的過程中，基底(優(yōu)選玻璃）形成如下的基體，在其上接連地沉 積后續(xù)層。
[0005] 在CdTe太陽能組件制備中，通常將CdTe層的厚度維持在4至5iim范圍內(nèi)。然而， CdTe太陽能電池的理論模擬表明，具有IiimCdTe層的太陽能電池也可以產(chǎn)生合理的高效 率。原則上，將CdTe膜厚度從4iim降低到2iim可有助于在組件制造中將CdTe材料消耗 降低30~40%。該CdTe膜厚度降低還可有助于降低層沉積時間，且由此加快組件制造。
[0006] 通常在>500°C的基底溫度下沉積CdTe來獲得高效率太陽能電池。在該溫度下的 CdTe層具有大晶粒，其可能導(dǎo)致針孔的形成。因此，簡單地降低該層厚度對太陽能電池的效 率和長期穩(wěn)定性有數(shù)種負(fù)面影響。在降低膜厚度（〈3um)的同時，在CdTe層中形成針孔， 導(dǎo)致太陽能電池的分流。如果在太陽能電池制造中包括蝕刻過程，其將導(dǎo)致太陽能電池的 性能差，那么該問題將更加突出。另外，降低分流電阻值導(dǎo)致填充因子低且最終導(dǎo)致效率降 低。因此，有必要使CdTe層中的針孔形成最少化，以便獲得高效率的太陽能電池。
[0007] 除此之外，增加CdTe層的P-摻雜對于獲得高效率的太陽能電池同樣重要?？梢?通過摻雜CdTe層來實(shí)現(xiàn)CdTe太陽能電池的效率的進(jìn)一步增加。根據(jù)理論預(yù)測，CdTe的高 程度P-摻雜由于形成自補(bǔ)償作用而受到限制。通過使用適當(dāng)?shù)膿诫s元素和在沉積CdTe層 之后提供摻雜元素到CdTe層的方法，僅可實(shí)現(xiàn)特定水平的P-摻雜。在CdTe太陽能電池的 制備期間，通常在活化過程之后實(shí)施CdTe層的非固有P-摻雜，其包括后期退火處理以誘發(fā) 摻雜元素?cái)U(kuò)散。用于CdTe層的公知且簡單的p-摻雜劑為Cu。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于獲得如下的太陽能電池，其包括厚度降低且沒有針孔的摻雜的 CdTe層。另外，本發(fā)明的目的在于簡化CdTe太陽能電池的制造方法。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明，所述制造CdTe太陽能電池的方法包括在基極層上形成具有大晶粒 的第一CdTe層的步驟、在所述第一CdTe層上形成包含摻雜元素的犧牲性摻雜層的步驟和 在所述犧牲性摻雜層上形成具有小晶粒的第二CdTe層的步驟。
[0010] 所述犧牲性摻雜層的優(yōu)選材料選自如下的材料作為所述摻雜元素，所述材料包括 銅、磷、銻、鉍、鑰或錳。根據(jù)一個實(shí)施方式，所述摻雜元素被作為元素層提供。在另一實(shí)施方 式中，以不同元素的組合物提供所述摻雜元素，例如銅和銻或銻和鉍，或者以復(fù)合物提供所 述摻雜元素，其中所述復(fù)合物優(yōu)選為所提到的任何摻雜元素與鹵素的化合物，例如SbCl3。 用于所述犧牲性摻雜層的復(fù)合物的優(yōu)選鹵素為氟（F)，最優(yōu)選為氯（Cl)。優(yōu)選使用的化合 物為氯化物。
[0011] 可以使用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法來施用所述犧牲性摻雜層。優(yōu)選使用物理或干式化 學(xué)方法或濕式化學(xué)方法，例如但不限于：
[0012] -濺射，
[0013] -電沉積，
[0014] _包含鹵素的化合物的噴霧液，其中將所述化合物溶解于水或另一已知溶劑中；
[0015] -旋涂，
[0016] -將所述基底(或所述第一CdTe層的表面）浸至含有所述摻雜元素或其化合物的 溶液中；
[0017] -海綿輥涂，等。
[0018] 優(yōu)選通過濕式加工、更優(yōu)選通過海綿輥涂施用包含鹵素的化合物。
[0019] 所述犧牲性摻雜層的厚度取決于由熔接所述第一CdTe層和所述第二CdTe層產(chǎn)生 的CdTe層的尺寸和所使用的摻雜元素。關(guān)于所述CdTe層的厚度，選擇所述犧牲性摻雜層 的厚度以使得當(dāng)所述犧牲性摻雜層完全溶解時實(shí)現(xiàn)所述CdTe層的預(yù)定的摻雜水平。在元 素銻作為所述犧牲性摻雜層的情況下，所述犧牲性摻雜層的厚度優(yōu)選大約為所述CdTe層 的厚度的千分之一。在表1中給出一些實(shí)例，其中還給出了第一和第二CdTe層各自的大致 厚度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種制造太陽能電池的方法，其包括以下步驟： a) 在基極層上施用具有大晶粒的第一 CdTe層， b) 在所述第一 CdTe層上施用包含摻雜元素的犧牲性摻雜層，和 c) 在所述犧牲性摻雜層上施用具有小晶粒的第二CdTe層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述犧牲性摻雜層包含銅、磷、銻、鉍、鑰或 錳中的一種作為所述摻雜元素。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述摻雜元素被作為元素層提供。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于以不同摻雜元素的組合物或以復(fù)合物 提供所述摻雜元素。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述復(fù)合物包含鹵素。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于通過濺射方法或通過使用含 有所述摻雜元素的液體溶液的方法，施用所述犧牲性摻雜層。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于以在2nm至15nm范圍內(nèi)的厚 度施用所述犧牲性摻雜層。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于在室溫至350°C范圍內(nèi)的基 底溫度下施用所述犧牲性摻雜層。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于在490°C至540°C范圍內(nèi)的 基底溫度下，以在〇. 5 ii m至6 ii m范圍內(nèi)、優(yōu)選在Iiim至1.8iim范圍內(nèi)的厚度，沉積所述 第一 CdTe層。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于在200°C至350°C范圍內(nèi)的 基底溫度下，以由所述第一 CdTe層和所述第二CdTe層組成的CdTe層的總體層厚度的20% 至40%的厚度，沉積所述第二CdTe層。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述方法還包括在步驟c) 之后在300°C至550°C范圍內(nèi)、優(yōu)選在300°C至450°C范圍內(nèi)的溫度下實(shí)施的溫度處理步驟。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于在所述溫度處理步驟期間，將含有鹵素 的材料設(shè)置在所述第二CdTe層的表面上。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述方法還包括以下步 驟： d) 提供透明基底， e) 施用透明前接觸層， f) 施用CdS層，和 g) 施用背接觸層， 其中所述步驟d)、e)和f)按此順序在實(shí)施所述步驟a)、b)和c)之前進(jìn)行實(shí)施，和所 述步驟g)在實(shí)施所述步驟a)、b)和c)之后進(jìn)行實(shí)施，且其中包括所述透明基底、所述透明 前接觸層和所述CdS層的層堆疊為所述基極層。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述方法還包括以下步 驟： h) 提供基底， i) 施用背接觸層， j) 施用CdS層，和 k) 施用透明前接觸層， 其中所述步驟h)和i)按此順序在實(shí)施所述步驟a)、b)和c)之前進(jìn)行實(shí)施，和所述步 驟j)和k)在實(shí)施所述步驟a)、b)和c)之后進(jìn)行實(shí)施，且其中包括所述基底和所述背接觸 的層堆疊為所述基極層。
【專利摘要】本發(fā)明涉及制造具有厚度降低的p-摻雜CdTe層的太陽能電池的方法。特別地，本發(fā)明提出制造如下的薄膜CdTe太陽能電池的方法，該薄膜CdTe太陽能電池具有層厚度降低的沒有針孔且均勻摻雜的CdTe層。根據(jù)本發(fā)明的方法是防止所述太陽能電池分流、改進(jìn)所述太陽能電池的可靠性和長期穩(wěn)定性并提供所述CdTe層的均勻摻雜的有效方法。這通過在具有大晶粒的第一CdTe層和具有小晶粒的第二CdTe層之間施用犧牲性摻雜層來實(shí)現(xiàn)，所述第一CdTe層和所述第二CdTe層一起形成所述太陽能電池的CdTe層。另外，如果所述犧牲性摻雜層包含鹵素，則可以省去CdCl2活化處理步驟。
【IPC分類】H01L31-18, H01L31-0264
【公開號】CN104851938
【申請?zhí)枴緾N201410215748
【發(fā)明人】克里什納庫馬·維拉潘, 彭壽
【申請人】中國建材國際工程集團(tuán)有限公司, Ctf太陽能有限公司
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2014年5月20日
【公告號】DE102014202961A1