太陽能電池設備及其制造方法
【專利摘要】根據實施例的太陽能電池設備包括：支撐基板；在所述支撐層上的背電極層；在所述背電極層上的光吸收層；在所述光吸收層上的具有第一導電率的第一緩沖層；在所述第一緩沖層上的具有第二導電率的第二緩沖層；以及在所述第二緩沖層上的窗口層。
【專利說明】太陽能電池設備及其制造方法
【技術領域】
[0001 ] 實施例涉及一種太陽能電池設備及其制造方法。
【背景技術】
[0002]太陽能電池(或光伏電池)是太陽能發電中的核心元件，太陽能電池直接將太陽光轉化為電能。
[0003]例如，如果能量大于半導體能帶隙能量的太陽光入射到具有PN結結構的太陽能電池中，電子-空穴對就產生了。由于電子和空穴分別聚集到N層和P層中，因為在PN結部分中形成了電場，N層和P層之間產生了光伏。在這種情況下，如果將負載連接到在太陽能電池的兩端處設置的電極上，電流就會流過太陽能電池。
[0004]近年來，隨著能源消耗的增長，開發了將太陽光轉化成電能的太陽能電池。
[0005]特別地，具有包括玻璃基板、金屬背電極層、P型CIGS基光吸收層、高電阻緩沖層和N型窗口層的基板結構的CIGS基太陽能電池被廣泛使用，其中CIGS基太陽能電池是PN異質結裝置。
[0006]人們進行了各種調查研究來提高太陽能電池的電學特性，例如，低電阻和高透光率。
[0007]由于CdS的能帶隙介于P型CIGS基光吸收層和N型窗口層的能帶隙之間，并且表現出優越的電學特性，從而CdS被廣泛用于高電阻緩沖層。然而，由于CdS的能帶隙相對固定，CdS不利于形成具有寬帶隙的緩沖層。
[0008]此外，由于CdS具有N型的電學特性，需要通過在P型CIGS基光吸收層上形成P型緩沖層來提高電學特性的技術。
【發明內容】
[0009]技術問題
[0010]實施例提供了一種太陽能電池設備，該太陽能電池設備包括形成在光吸收層上的具有第一導電率的第一緩沖層以及具有第二導電率的第二導電層，以提高緩沖層的覆蓋率，使得可以提高太陽能電池的電學特性。
[0011]技術方案
[0012]根據實施例，提供了一種太陽能電池，包括支撐基板；在所述支撐層上的背電極層；在所述背電極層上的光吸收層；具有第一導電率的第一緩沖層，在所述光吸收層上；具有第二導電率的第二緩沖層，在所述第一緩沖層上；以及在所述第二緩沖層上的窗口層。
[0013]有益效果
[0014]如前所述，根據實施例，該太陽能電池包括形成在所述光吸收層上的具有第一導電率的第一緩沖層和具有第二導電率的第二緩沖層，使得可以提高緩沖層的覆蓋率。因此，可以提高太陽能電池設備的電學特性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是示出了根據實施例的太陽能電池設備的截面圖；
[0016]圖2至圖5是示出了制造根據實施例的太陽能電池的工序的截面圖。
【具體實施方式】
[0017]在實施例的描述中，將會理解的是，當基板、層、薄膜或電極被稱為在另一個基板、另一個層、另一個薄膜或另一個電極“上”或“下”時，它可以“直接地”或“間接地”在另一個基板、另一個層、另一個薄膜或另一個電極上，或者還可以存在一個或多個中間層。已經參照附圖描述了這種層的位置。為了說明的目的，可以夸大附圖所示的元件大小，并且可以不完全反映實際大小。
[0018]圖1是示出了根據實施例的太陽能電池設備的截面圖。參見圖1，該太陽能電池包括支撐基板100、背電極層200、光吸收層300、第一緩沖層400、第二緩沖層500、高電阻緩沖層600以及窗口層700。
[0019]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、第一緩沖層400、第二緩沖層500、高電阻緩沖層600以及窗口層700。
[0020]支撐基板100可以是絕緣體。支撐基板可以是玻璃基板、例如聚合物的塑料基板或金屬基板。此外，支撐基板100可以是含有氧化鋁、、不銹鋼或具有柔性特性的聚合物的陶瓷基板。支撐基板100可以透明的并且可以是鋼性的或柔性的。
[0021]如果支撐基板100包括鈣鈉玻璃基板，在太陽能電池的制造過程中，鈣鈉玻璃中含有的鈉可以被擴散到包括CIGS的光吸收層300中。因此，可以提高光吸收層300的電荷濃度，所以提高太陽能電池的光電轉化效率。
[0022]背電極層200設置在基板100上。背電極200是導電層。背電極層200傳輸太陽能電池的光吸收層300中產生的電荷，從而允許電流流到太陽能電池外部。背電極層200必須表現出較高導電率和較低電阻率以實現上述功能。
[0023]此外，當在形成CIGS化合物時所需要的硫(S)或硒(Se)氣氛下執行熱處理中，背電極層200必須保持高溫穩定性。此外，背電極層200必須表現出對基板100有較好的粘合特性，以防止背電極層200因為背電極層200和基板100之間的熱膨脹系數的差異而從基板100剝落。
[0024]背電極層200可以包括鑰(Mo)、金(Au)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鎢(W)和銅(Cu)中的任何一種。在它們之中，當與其它元素相比時，Mo與基板100之間形成較小的熱膨脹系數差，因此Mo表現出較好的粘合特性，從而防止發生上述剝落現象，并且完全符合背電極層200要求的特征。背電極層200可以具有400至1000范圍內的厚度。
[0025]光吸收層300可以形成在背電極層200上。光吸收層300包括P型半導體化合物。更具體地，光吸收層300包括1-1I1-VI基族化合物。例如，光吸收層300可以具有Cu (In, Ga) Se2 (CIGS)晶體結構、Cu (In) Se2晶體結構或Cu (Ga) Se2晶體結構。
[0026]當光吸收層300形成為(In，Ga) Se2 (CIGS)晶體結構時，光吸收層300可以以化學式Cu(Inx，Ga(1_x))Se形成，其中X可以形成為O至0.3范圍內的厚度。
[0027]光吸收層300可以具有1.1eV至1.2eV范圍內的能帶隙，以及1.5至2.5范圍內的厚度。
[0028]具有第一導電率第一緩沖層400設置在光吸收層300上。由于太陽能電池具有包括CIGS化合物的光吸收層300，在用作P型半導體的CIGS化合物薄膜和作為N型半導體的窗口層50之間形成了 PN結。然而，由于兩種材料之間表現出很大的晶格常數和能帶隙的差異，要求在兩種材料的能帶隙之間具有中間能帶隙的緩沖層，以在兩種材料之間形成較好的接合。
[0029]根據實施例，具有第一導電率的第一緩沖層400形成于光吸收層300上。第一緩沖層400可以具有與光吸收層300相同的導電率。也就是說第一緩沖層400可以具有P型導電性。例如，第一緩沖層400可以包括InP。包括InP的第一緩沖層400可以具有1.2eV至1.4eV范圍內的能帶隙，并且具有30到80的厚度。
[0030]具有第二導電率的第二緩沖層500可以形成在第一緩沖層400上。第二緩沖層500可以具有與窗口層700相同的導電率。也就是說，第二緩沖層500可以具有N型導電性。例如，第二緩沖層500可以包括CdS。包括CdS的第二緩沖層500可以具有2.4eV的能帶隙并且具有20到80的厚度。
[0031]由于第一緩沖層400形成在光吸收層300上，可以提高透光率因此可以提高Isc。因此，可以提高填充因子。
[0032]高電阻緩沖層600可以布置在第二緩沖層500上。高電阻緩沖層500可以包括1-ZnO, 1-ZnO是未摻雜雜質的氧化鋅。高阻緩沖層500可以具有約3.1eV到約3.3eV范圍內的能帶隙，并且具有50到60范圍內的厚度。
[0033]窗口層700布置在高電阻緩沖層500上。窗口層是透明的且導電的層。窗口層700的電阻高于背電極層200的電阻。
[0034]窗口層700包括氧化物。例如，窗口層700可以包括氧化鋅、氧化銦錫(ITO)或氧化銦鋅(IZO)。
[0035]此外，窗口層700可以包括摻雜Al的氧化鋅(AZO)或摻雜Ga的氧化鋅(GZO)。窗口層700可以以800至1000范圍內的厚度形成。
[0036]根據實施例，太陽能電池裝置包括形成在光吸收層上的具有第一導電率的第一緩沖層和具有第二導電率的第二導緩沖層，使得可以提高入射到太陽能電池中的光的吸收率，因此可以提高太陽能電池的電學特性。
[0037]圖2至圖5是示出了制造根據實施例的太陽能電池的工序的截面圖。將參照以上對太陽能電池的描述來描述本制造方法。上述太陽能電池的描述可以被包含在本制造方法的描述中。
[0038]參見圖2，背電極層200形成在基板100上。背電極層200可以通過沉積Mo形成。背電極層200可以通過濺鍍方案形成。此外，可以在基板100和背電極層200之間插入附加層，如防擴散層。
[0039]此后，光吸收層300形成在背電極層200上。光吸收層300可以通過廣泛使用的方案形成，例如，通過同時或者分別地蒸發Cu、In、Ca和Se來形成Cu (In，Ga) Se2 (CIGS)基光吸收層300的方案或者通過在形成了金屬前體膜后執行硒化工藝的方案。
[0040]相反，使用Cu靶、In靶和Ga靶的濺鍍工藝和硒化工藝可以同時進行。CIS基或CIG基光吸收層300可以通過僅使用Cu靶和In靶或Cu靶和Ga靶的濺鍍工藝和硒化工藝形成。
[0041]參見圖3，第一緩沖層400形成在光吸收層300上。第一緩沖層400可以包括InP并且可以通過MOCVD或濺鍍方案形成。
[0042]參見圖4，第二緩沖層500形成在第一緩沖層400上。第二緩沖層500可以包括CdS并且可能通過使用CBD和H2S/H2Se的熱處理方法形成。
[0043]參見圖5，高電阻緩沖層600可以形成在第二緩沖層500上。高電阻緩沖層500可以包括1-ZnO，，1-ZnO是未摻雜雜質的氧化鋅。然后，窗口層700形成在高電阻緩沖層600上，此外，可以通過使用濺鍍方案沉積透明的導電材料，例如摻雜Al的氧化鋅(ΑΖ0)，在高電阻緩沖層600上形成窗口層700。
[0044]本說明書中任何參考“一個實施例”、“一種實施例”、“示例實施例”等的意思是結合實施例描述特定特征、結構或特性被包括在本發明的至少一個實施例中。在本說明書中不同位置出現的這此短語并不一定全部指相同的實施例。另外，當結合任何實施例描述特定的特征、結構或特性時，所主張的是，結合其它實施例來實現這種特征、結構或特性在本領域技術人員的范圍內。
[0045]盡管參照本發明的多個說明性實施例描述了實施例，但應當理解，本領域技術人員在本公開的精神和原理的范圍內可以實現多種其它修改和實施例。更具體地講，在本公開、附圖和所附權利要求書的范圍內能夠在主組合配置的組成零件和/或配置上進行多種變型和修改。除在組成零件和/或配置進行變型和修改之外，替代使用對本領域技術人員也是顯而易見的。
【權利要求】
1.一種太陽能電池設備，包括: 支撐基板； 在所述支撐層上的背電極層； 在所述背電極層上的光吸收層； 在所述光吸收層上的具有第一導電率的第一緩沖層； 在所述第一緩沖層上的具有第二導電率的第二緩沖層；以及 在所述第二緩沖層上的窗口層。
2.根據權利要求1所述的太陽能電池設備，其中，所述第一緩沖層包括InP。
3.根據權利要求1所述的太陽能電池設備，其中，所述第二緩沖層包括CdS。
4.根據權利要求1所述的太陽能電池設備，其中，所述第一緩沖層具有1.2eV至1.4eV范圍內的能帶隙。
5.根據權利要求1所述的太陽能電池設備，其中，所述第一緩沖層具有30至80范圍內的厚度。
6.根據權利要求1所述的太陽能電池設備，其中，所述第二緩沖層具有20至80范圍內的厚度。
7.—種制造太陽能電池設備的方法，所述方法包括: 在支撐層上形成背電極層； 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第一導電率的第一緩沖層； 在所述第一緩沖層上形成具有第二導電率的第二緩沖層；以及 在所述第二緩沖層上形成具有第二導電率的窗口層。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，所述第一緩沖層包括In和P，并且所述第一緩沖層通過MOCVD形成。
9.根據權利要求7所述的方法，其中，所述第二緩沖層包括CdS。
10.根據權利要求7所述的方法，其中，所述第一緩沖層具有1.2eV至1.4eV范圍內的能帶隙。
11.根據權利要求7所述的方法，其中，所述第一緩沖層具有30至80范圍內的厚度。
12.根據權利要求7所述的方法，其中，所述第二緩沖層具有20至80范圍內的厚度。
【文檔編號】H01L31/18GK104054182SQ201280066596
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2012年11月8日 優先權日:2011年11月9日
【發明者】尹希京 申請人:Lg伊諾特有限公司