用于光電薄層太陽能電池的多層背電極及其用于制造薄層太陽能電池和模塊的應用、包 ...的制作方法
【專利摘要】用于光電薄層太陽能電池的多層背電極按如下順序包括至少一個塊體背電極層（4），至少一個尤其歐姆的接觸層（8a，8b），通過借助物理和/或化學氣相沉積在使用至少一種金屬硫族化物源的情況下涂敷至少一個層而獲得，所述層包含至少一種金屬硫族化物或基本上由至少一種金屬硫族化物形成，其中金屬選自鉬、鎢、鉭、鈷和/或鈮并且硫族元素選自硒和/或硫，或通過涂敷至少一個金屬層（第一層，10）和金屬硫族化物層（第二層，12）而獲得，其中第一層和塊體背電極層在其一種或多種金屬的成分上在這些金屬中的一種或所有金屬方面并不一致（Mo、W、Ta、Nb和/或Co），將該多層背電極用于制造薄層太陽能電池和薄層太陽能模塊，包含該多層背電極的光電薄層太陽能電池和模塊以及用于制造光電薄層太陽能電池和模塊的方法。
【專利說明】用于光電薄層太陽能電池的多層背電極及其用于制造薄層太陽能電池和模塊的應用、包含多層背電極的光電薄層太陽能電池和模塊及其制造方法
【技術領域】
[0001]如下的發明涉及一種用于光電薄層太陽能電池的多層背電極、該多層背電極用于制造薄層太陽能電池和薄層太陽能模塊的應用、包含根據本發明的多層背電極的光電薄層太陽能電池和模塊、以及一種用于制造光電薄層太陽能電池和模塊的方法。
【背景技術】
[0002]合適的光電太陽能模塊一方面包括結晶和無定形硅太陽能模塊并且另一方面包括所謂的薄層太陽能模塊。在后一種情況下，一般使用18-111八-VI八化合物半導體層、所謂的黃銅礦半導體吸收層。在這些薄層太陽能模塊的情況下，通常鑰背電極層平放在玻璃襯底上。該鑰背電極層在一種方法變型方案中配備有包括銅和銦以及必要時鎵的前體金屬薄層并且緊接著在存在硫化氫和/或硒化氫和/或硒或硫時在溫度提高的情況下轉化成所謂的或(:1(?系。
[0003]為了能夠可靠地實現可接受的效率，通常已經在選擇和制造背電極層時需要特別注意。
[0004]例如，背電極層必須擁有高橫向導電性，以便確保低損耗的串行布線。從襯底和/或半導體吸收層遷移、例如擴散的物質也應對背電極層的質量和功能范圍(1^1111^1:10118^611:6)無影響。此外，背電極層的材料必須具有與襯底和位于該襯底之上的層的熱膨脹特性的良好匹配，以便避免微裂紋。最后，在襯底表面上的附著也應滿足所有常見的使用要求。
[0005]盡管可以通過使用特別純的背電極材料得到良好效率，不過經常隨之出現不成比例地高的生產成本。此外，前面所提及的遷移現象、尤其是擴散現象在通常的生產條件下并非罕見地導致背電極材料的顯著污染。
[0006]根據02 44 42 824 應通過如下方式得到具有形態上良好地構造的吸收層和良好效率的太陽能電池，即黃銅礦半導體吸收層利用來自組鈉、鉀和鋰的元素以1014到1016個原子/挪2的劑量摻雜，并且同時在襯底與半導體吸收層之間設置擴散阻擋層。替代地提出，假如應舍棄擴散阻擋層，則使用無堿襯底。
[0007]等人(111111 8011(1 11118 2011)提出，在使用聚酰亞胺襯底膜的情況下使用由鈦、氮化鈦和鑰構成的層系統，以便獲得良好的附著特性和令人滿意的熱特性分布。815801！等人(1222, 2011年，第一卷，第2期，第194到199頁)提出為了使用柔性薄層太陽能電池此外使用不銹鋼襯底膜，首先為了改進附著性的目的而將薄鈦層施加到該不銹鋼襯底膜上。利用這樣的￠:1(?薄層太陽能電池取得令人滿意的結果，該(:1(?薄層太陽能電池裝備了鈦/鑰/鑰三個層。還利用冊2011/123869八2的技術教導追求改進的薄層太陽能電池。其中所公開的太陽能電池包括鈉玻璃襯底、鑰背電極層、(:163層、緩沖層、由本征氧化鋅構成的層和由利用鋁摻雜的氧化鋅構成的層。第一分離溝在鑰層層和粉末層之上延伸，第二分離溝在鑰層之上開始。絕緣材料被沉積在第一分離溝中或沉積在第一分離溝上，并且前電極層應傾斜地沉積到包括第一分離溝在內的太陽能電池上。以此方式應獲得具有改進的光輸出的薄層太陽能電池』3 2004/014419八1致力于提供薄層太陽能電池，其鑰背電極層具有改進的效率。這應通過如下方式來實現:給玻璃襯底配備由鑰構成的背電極層，該背電極層的厚度不應超過50011111。
[0008]可以考慮將極大不同的金屬、如鎢、鑰、鉻、鉭、鈮、釩、鈦和錳作為用于薄層太陽能電池的合適的背電極材料，這已經可以在01~職8821等人(111111 8011(1 11118，2003年，第431-432卷，第1987至1993頁)中找到。
【發明內容】
[0009]因此，本發明所基于的任務是提供用于薄層太陽能電池或模塊的背電極系統，這些背電極系統不再有現有技術的缺點并且這些背電極系統尤其以成本低和可靠的方式可再現地導致具有高效率的薄層太陽能模塊。
[0010]相應地，找到了用于光電薄層太陽能電池的多層背電極，該多層背電極以如下順序包括至少一個塊體背電極層、至少一個尤其歐姆的接觸層，
-通過借助物理和/或化學氣相沉積在使用至少一種金屬硫族化物源的情況下涂敷至少一個層而獲得，所述層包含至少一種金屬硫族化物或基本上由至少一種金屬硫族化物構成，其中該金屬硫族化物的金屬優選地選自鑰、鎢、鉭、鈷和/或鈮，并且該金屬硫族化物的硫族元素尤其選自硒和/或硫，或
-通過在構造金屬硫族化物層(第二層)的情況下借助物理氣相沉積在使用至少一種金屬源和在硫族元素氣氛、尤其硒氣氛和/或硫氣氛中和/或在氫化硫族元素氣氛、尤其是比3氣氛和/或436氣氛中在高于3001、優選地高于3501的溫度下處理至少一個金屬層(第一層)的情況下涂敷該金屬層而獲得，其中第一層和塊體背電極層在其成分上、尤其在分別所使用的金屬方面或只要多種金屬存在于該金屬層和塊體背電極層中就在這些金屬中的至少一種、尤其是所有金屬方面并不一致，所述金屬包含10、1、％、21'、他和/或(?或基本上由！0、胃、丁3、21'、他和/或(?構成。
[0011]在此，尤其如下實施方式適合于接觸層，在這些實施方式中金屬硫族化物是1362、182和/或1(36^，3)，其中或鈮并且尤其選自如下組，該組包括:10362、1802,18862,^862,10(86^,8,)^18(86^, 8,)3 和 / 或恥(364, 3丄，其中 X 取0到1的任意值。
[0012]在一種改進方案中此外規定，至少一個導電的阻擋層存在于塊體背電極層與接觸層之間。
[0013]該阻擋層在此情況下優選地是對從塊體背電極層和/或通過塊體背電極層遷移的、尤其是擴散的或可擴散的組分的阻擋和/或對從接觸層和/或通過接觸層擴散的或可擴散的組分的阻擋。如下背電極也特別適合，在這些背電極的情況下阻擋層是對堿離子、尤其是鈉離子、硒或硒化合物、硫或硫化物、金屬、尤其是II1、&1、？6、附、I1、2廣把、V、吣、八1、％和7或1、和/或包含堿離子的化合物的阻擋。在此情況下尤其規定:阻擋層包含如下材料或基本上由如下材料形成:至少一種金屬氮化物、尤其是I'…、101?隊2洲和/或顆，至少一種金屬碳化物，至少一種金屬硼化物和/或至少一種金屬硅氮化物、尤其是1131隊丁￡13.和丨或13.。金屬氮化物、金屬娃氮化物、金屬碳化物和丨或金屬硼化物的金屬在合適的構型中是鈦、鑰、鉭、鋯或鎢。這種金屬氮化物優選地作為本發明的意義上的阻擋材料、例如在這些阻擋材料的情況下金屬在氮方面化學計量上或過化學計量上、即以過量的氮被沉積。
[0014]導電的阻擋層作為雙向起作用的阻擋層是對從背電極層和/或通過背電極層遷移的、尤其是擴散的或可擴散的組分、尤其是摻雜材料的阻擋和對從接觸層和丨或通過接觸層、尤其是從半導體吸收層擴散的或可擴散的組分、尤其是摻雜材料的阻擋。由存在阻擋層的情況決定，例如可以顯著地降低塊體背電極材料的純度。例如，塊體背電極層可以受到選自包括？6、附、八1、I1、2廣把、V、恥、％、評和/或似的組的至少一種元素和/或所提及的元素的化合物污染，而不持久地損害具有根據本發明的背電極的薄層太陽能電池或模塊的效率。
[0015]使用阻擋層與根據本發明的多層背電極的另一優點在使用于薄層太陽能電池和模塊中時在以下方面顯示出，即半導體吸收層、例如黃銅礦或鋅黃錫礦層的厚度相對于傳統系統能夠被明顯地減小。因為通過阻擋層尤其在以金屬氮化物、例如氮化鈦或包含這種金屬或氮化鈦的形式存在時非常有效地反射通過半導體吸收層的太陽光，因此在兩次穿過半導體吸收層的路徑中可以實現非常好的量子輸出。由于在根據本發明的背電極中或在包含該背電極的薄層太陽能電池或模塊中存在所提及的阻擋層，半導體吸收層的平均厚度可以減小到例如在0.4 4 III到1.5 4 III的范圍內的值，例如減小到0.5 4 III到1.2 4 III的范圍內的值。
[0016]根據本發明的背電極的阻擋層在一種特別合乎目的的構型中擁有相對于摻雜材料、尤其相對于用于半導體吸收層和/或來自半導體吸收層的摻雜材料、相對于如硒和/或硫的硫族元素以及硫族元素化合物、相對于半導體吸收層的金屬組成部分、如和/或2！！和相對于來自塊體背電極層的如鐵和/或鎳的雜質和/或相對于來自襯底的組分和/或雜質的阻擋特性，尤其是雙向阻擋特性。相對于來自襯底的摻雜材料的雙向阻擋特性一方面應防止例如從玻璃襯底中擴散出的堿離子在背電極或接觸層與半導體吸收層的界面處積聚。這樣的積聚作為半導體層脫離的原因而已知。導電的阻擋層因此應有助于避免附著問題。另一方面，對從半導體吸收器可擴散出或擴散出的摻雜材料的阻擋特性應防止:摻雜材料以此方式在塊體背電極處損失并且因此半導體吸收器缺乏摻雜材料，這將明顯降低太陽能電池或太陽能模塊的效率。因為例如已知的是，鑰背電極可以吸收顯著數量的鈉摻雜材料。雙向的導電的阻擋層因此應能夠實現有目的地將摻雜材料配量到半導體吸收層中的前提，以便能夠實現太陽能電池和模塊的可再現的高效率。
[0017]相對于硫族元素的阻擋特性應防止這些硫族元素到達背電極并且在那里構造金屬硫族化物化合物。已知地，這些硫族化物化合物、例如1036有助于背電極的表面附近的層的顯著的體積擴大，這又帶來層結構的不平坦性和惡化的附著性。塊體背電極材料的雜質、如和附是用于黃銅礦半導體的所謂的深干擾部位(半導體毒物)并且因此應通過阻擋層保持遠離于半導體吸收層。
[0018]合適的根據本發明的多層背電極的特征也在于，塊體背電極層包含如下材料或基本上由如下材料形成巧、111、0、10,11,00,21-, %、他和/或I，和丨或包含如下合金或基本上由如下合金形成，所述合金包含V、！！！、0、10、11,00, ？6、附、八1、2『、丁3、他和/或I
[0019]在此情況下，尤其可以規定，塊體背電極層受到選自包括、附、八1、I1、21'、把、V、他、％、I和/或似的組的至少一種元素和/或所提及的元素的化合物污染。
[0020]已證明為特別合適的是，接觸層的第一層的金屬和第二層的金屬一致和丨或接觸層的第一層的金屬和/或第二層的金屬與塊體背電極的金屬一致。
[0021]如下的根據本發明的背電極也有特別的實際的好處，在這些背電極中接觸層、接觸層的第一層和/或第二層具有用于薄層太陽能電池的半導體吸收層的至少一種摻雜材料、尤其是選自組鈉、鉀和鋰的至少一種元素和丨或這些元素的至少一種化合物和丨或至少一種堿金屬青銅，其中所述化合物是所述元素優選地與氧、硒、硫、硼和/或鹵素、例如碘或氟的化合物，所述堿金屬青銅尤其是鈉青銅和/或鉀青銅，優選地是與選自鑰、鎢、鉭和/或鈮的金屬的堿金屬青銅。合適的青銅例如包括混合氧化物或由混合氧化物和氧化物構成的混合物、例如他21002—10。被摻雜的接觸層例如可通過涂敷摻入有金屬硫族化物源中的摻雜材料的金屬硫族化物來獲得。
[0022]針對以用于薄層太陽能電池的半導體吸收層的摻雜材料摻雜接觸層的情況，根據本發明的多層背電極已證明為合適的。在制造半導體吸收層時，經常使用高于3001或高于3501的溫度。通常，這些溫度也處于5001到6001的范圍中。在這種溫度下，摻雜材料、如尤其鈉離子或鈉化合物從被摻雜的接觸層遷移、尤其擴散到半導體吸收層中。由阻擋層決定地，不發生到背電極層中的遷移或擴散。
[0023]由于在處理半導體時所提及的相對高的溫度，有利的是，多層背電極的所選擇的層、尤其是塊體背電極和/或導電的阻擋層被組成，使得其線性熱膨脹系數與半導體吸收器和/或襯底的線性熱膨脹系數匹配。因此，尤其是根據本發明的薄層太陽能電池和模塊的塊體背電極和丨或阻擋層應優選地被組成，使得不超過14*10—1、優選地940-?的線性熱膨脹系數。
[0024]在本發明的意義上，物理氣相沉積應包括分別優選地在高真空下的物理氣相沉積
^叩01~ 061)0811:1011 (^70))涂覆、借助電子束蒸發器的蒸鍍、借助電阻蒸發器的蒸鍍、感應蒸發、八％蒸發和/或陰極霧化(濺射涂覆?、尤其是IX:或即磁控管濺射，以及化學氣相沉積應包括化學氣相沉積^叩0111~ 06^0811:1011 ((^0))、低壓力(1(3界￠1-088111-6) 070 和 / 或大氣壓力(^1:111081)1161-10 ￠16881116)
[0025]此外，根據本發明的背電極的一種特別合適的實施方式規定:塊體背電極層的平均厚度處于5011111到50011111的范圍中、尤其是處于8011111到25011111的范圍中，和/或阻擋層的平均厚度處于1011111到25011111的范圍中、尤其是處于2011111到15011111的范圍中和/或接觸層的平均厚度處于211111到20011111的范圍中，尤其是處于511111到10011111的范圍中。在此，多層背電極的總厚度優選地可被設定，使得根據本發明的背電極的總電阻率不超過50微歐姆處！11、優選地10微歐姆處111。在這些預先規定下可以再次減少串行布線的模塊中的歐姆損耗。
[0026]如下的根據本發明的多層背電極也是特別優選的，在這些多層背電極中塊體背電極和接觸層包含鑰或鎢或鑰合金或鎢合金，尤其是鑰或鑰合金，或基本上由鑰或鎢或鑰合金或鎢合金、尤其是鑰或鑰合金形成。
[0027]在本上下文中，如下實施方式也是合適的，在這些實施方式中塊體背電極層包含鑰和/或鎢、尤其是鑰或基本上由鑰和/或鎢、尤其是鑰形成，并且接觸層包含鈦或基本上由鈦形成。
[0028]金屬層、即接觸層的第一層的處理優選地在薄層太陽能電池的半導體吸收器形成之前和/或期間進行。
[0029]在一種可能的構型中，在此金屬層可以在從金屬源、例如鑰源和/或鎢源沉積時被選擇為薄的和/或暴露于溫度并且硫族元素、例如硒或硒化氫可以突出地被選擇，使得金屬層完全轉變為單層金屬硫族化物層。為此，在2=0到50=0的范圍中、尤其是在5=0到
的范圍中的金屬層的厚度是足夠的并且也是有利的。當金屬層已沉積在導電的阻擋層上以形成接觸層時，完全轉變為金屬硫族化物層特別簡單地且以限定的反應停止實現。
[0030]如下多層背電極也已證明為特別合適的，在這些多層背電極中對金屬層(第一層)的處理在薄層太陽能電池的半導體吸收器形成之前和/或期間進行。
[0031]在此情況下，尤其也可以規定，在接觸層中摻雜材料、尤其鈉離子以1013到1017個原子/挪2的范圍中的劑量存在，優選地以1014到1016個原子/挪2的范圍中的劑量存在。
[0032]此外，本發明所基于的任務通過包括至少一個根據本發明的多層背電極的光電薄層太陽能電池或光電薄層太陽能模塊來解決。
[0033]合適的根據本發明的薄層太陽能電池或模塊例如按如下順序包括至少一個襯底層、至少一個根據本發明的背電極層、至少一個尤其直接鄰近接觸層的半導體吸收層、尤其是黃銅礦或鋅黃錫礦半導體吸收層和至少一個前電極。
[0034]這種薄層太陽能電池和模塊的其他實施方式的特征在于，在半導體吸收層與前電極之間存在至少一個緩沖層，尤其是至少一個層，其包含以3或無013的層或基本上由以3或無以3的層形成，尤其是包含211 (8, 0?)或1--或基本上由211 (8, 0?)或1--形成，和/或至少一個層，其包含如下材料和基本上由如下此材料形成:本征的氧化鋅和丨或高歐姆的氧化鋅。
[0035]在此情況下也可以規定，至少一個導電的阻擋層存在于背電極層與接觸層之間。
[0036]按照根據本發明的薄層太陽能電池或根據本發明的薄層太陽能模塊的一種可能的構型，半導體吸收層可以是或包括四元18-111八-VI八黃銅礦層、尤其是。(匕，
層、五元18-111八-VI八黃銅礦層、尤其是。(111,(?) (80^,,幻2層或鋅黃錫礦層、尤其是0112211811 (300 $1) 4 層、例如(36) 4 層或⑶ 4 層，其中 X 取 0 到 1 的任意值。
鋅黃錫礦層通常基于18-11八-1#；1八結構。應示范性地提及。2211311364和(^211--。
[0037]在另一種構型中可以規定，接觸層包括至少一個金屬層和至少一個金屬硫族化物層，其中所述金屬層與背電極相鄰或與該背電極鄰接或者與阻擋層相鄰或與該阻擋層鄰接，并且所述金屬硫族化物層與半導體吸收層相鄰或與該半導體吸收層鄰接。
[0038]也優選如下薄層太陽能電池和模塊，在這些薄層太陽能電池和模塊中金屬層和金屬硫族化物層基于相同的金屬、尤其是鑰和/或鎢。在此情況下，接觸層特別優選地是金屬硫族化物層。
[0039]根據本發明的光電薄層太陽能模塊優選地包含至少兩個、尤其是多個尤其是單片集成的、串行布線的根據本發明的薄層太陽能電池。例如在根據本發明的薄層太陽能模塊中可以存在20到150個或50到100個串行布線的根據本發明的薄層太陽能電池。
[0040]根據本發明的多層背電極的總電阻率在一種合適的構型中不應處于50微歐姆處III之上、優選地不應處于10微歐姆處！11之上。以此方式應可以確保盡可能低損耗的單片集成的串行布線。[0041〕 此外，本發明所基于的任務通過用于制造根據本發明的光電薄層太陽能電池或根據本發明的光電薄層太陽能模塊的方法來解決，該方法包括步驟:借助物理薄層沉積方法分別優選地在高真空中或借助化學氣相沉積施加塊體背電極層、阻擋層、接觸層、半導體吸收層的金屬和丨或摻雜材料，其中物理薄層沉積方法尤其包括氣相沉積061)0811:1011 (^70))涂覆、借助電子束蒸發器的蒸鍍、借助電阻蒸發器的蒸鍍、感應蒸發、八％蒸發和/或陰極霧化(濺射涂覆?、尤其是IX:或即磁控管濺射，以及化學氣相沉積尤其包括化學氣相沉積^叩0111~ 06^0811:1011 ((^1)))、低壓力(1(3?
/ 或大氣壓力(&七111081)116110 ^1~688111~6 ) 0
[0042]在此情況下，根據本發明可以規定，塊體背電極層、阻擋層、接觸層、半導體吸收層的金屬和/或摻雜材料借助陰極霧化(濺射涂覆?、尤其是IX:磁控管濺射來施加。
[0043]有利的也是如下方法變型方案，在該方法變型方案中摻雜材料與接觸層和/或吸收層的至少一個組分、尤其是來自混合靶或燒結靶的組分一起被施加。最后可以規定，混合靶或燒結靶包含至少一種摻雜材料，其選自鈉化合物、鈉鑰青銅和鈉鎢青銅，尤其是以選自108?, 1362、10、1、銅和/或鎵的基質組分。例如，硒化鑰靶可以摻入有作為摻雜材料的亞硫酸鈉。
[0044]隨著本發明出現令人驚異的認識:可以利用根據本發明的薄層背電極的結構實現薄層太陽能電池或模塊中的半導體吸收層的相對薄的層厚度，而不必容忍效率損失。利用根據本發明的系統經常出現甚至更高的效率。就此而言發現了:反射太陽光的阻擋層有助于進一步生成電流。該太陽光在此兩次通過半導體吸收層。此外令人驚異地發現了，還隨之出現改進的效果:例如基于黃銅礦或鋅黃錫礦系統的半導體吸收層直接沉積在鑰接觸層上。該鑰接觸層在此情況下可以在緊接著的半導體形成過程中在界面處反應為硒化鑰或硫硒化鑰。此外令人驚異地發現了，用于半導體吸收層的例如基于鈉的摻雜材料可以以配量的方式經由接觸層(即最初存在于接觸層中)被引入到所提及的半導體吸收層中。為此，在形成半導體吸收層時的溫度已經足夠，其中阻擋層輔助地一起影響摻雜材料朝半導體吸收層的方向的遷移方向。所提及的摻雜材料只要在半導體吸收層中存在就經常有助于提高薄層太陽能電池或薄層太陽能模塊的效率。在此情況下已證實為有利的是，通過經由接觸層的輸入可以非常精確地設定摻雜材料的量，其最后在完成的產品中存在于半導體吸收層中。首先以此方式與玻璃和/或塊體背電極的成分無關地實現效率的可再現的提高。利用根據本發明的系統令人^(異地也可以避免由于硫族元素、尤其是硒在形成半導體吸收層期間與塊體背電極的不受控制的反應而引起的效率損失。通過在塊體背電極的表面上不再出現金屬硫族化物、如硒化鑰的形成，也避免塊體背電極的導電性的損失以及橫向不均勻的硫族化物形成并且因此阻止微裂紋的形成。因為隨著硫族化物形成而經常出現可觀的體積膨脹。利用根據本發明的系統例如可以比在傳統薄層系統中更精確且更可靠地設定各個層的厚度以及總系統的厚度。同時，根據本發明的多層背電極允許使用未受污染的塊體背電極材料，而對薄層太陽能電池的效率無不利影響。以此可以明顯降低薄層太陽能模塊的總成本。此外，利用根據本發明的多層背電極顯著更受控地構建半導體吸收層。半導體的組成部分、如I！！和/或(?不再遷移到背電極中，由此可以有目的地設定以及也保持形成半導體吸收層的組分的所期望的質量比。
[0045]此外，根據本發明的多層背電極允許有目的地構建非常薄的接觸層，所述接觸層甚至在作為金屬硫族化物存在時并未顯現出不平坦性并且并未隨著所述接觸層而出現附著問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0046]本發明的其他的特征和優點從隨后的描述中得出，在該描述中示例性地借助示意圖闡述本發明的優選實施方式。在此:
圖1示出薄層太陽能電池的子系統的示意性橫截面視圖，該薄層太陽能電池包含根據本發明的多層背電極的第一實施方式；
圖2示出薄層太陽能電池的子系統的示意性橫截面視圖，該薄層太陽能電池包含根據本發明的多層背電極的第二實施方式；以及
圖3示出根據本發明的薄層太陽能電池的子系統的示意性橫截面視圖。
【具體實施方式】
[0047]在圖1中所描繪的根據本發明的多層背電極1的實施方式中，在襯底層2、例如玻璃襯底上存在由鑰構成的塊體背電極層4。歐姆接觸層83平放地位于該塊體背電極層上，通過在使用至少一個硒化鑰靶的情況下借助物理氣相沉積涂敷基本上由硒化鑰構成的至少一個層來獲得該歐姆接觸層。可選地(未描繪出)由例如氮化鎢或氮化鈦構成的雙向起作用的導電的阻擋層可以與該歐姆接觸層鄰接。在此在一種優選的實施方式中，接觸層&!摻入有至少一種摻雜材料，例如鈉離子或鈉化合物，尤其是亞硫酸鈉或硫化鈉。這種被摻雜的接觸層可以通過如下方式獲得:摻雜材料、例如亞硫酸鈉被混入鑰靶。在一種特別合乎目的的替代的實施方式中，塊體背電極和接觸層在所使用的金屬方面并不一致。例如，鈦用于塊體背電極，而鑰或硒化鑰被用于接觸層。
[0048]在圖2中所再現的根據本發明的多層背電極1的第二實施方式中，接觸層油為雙層系統，該雙層系統包括由金屬、例如鑰或鎢構成的第一層10和由金屬硫族化物、例如硒化鑰和/或硒化鎢構成的第二層12，所述第二層與第一層10鄰接。在該實施方式中，在接觸層％中也優選地存在至少一種摻雜材料，例如鈉離子或鈉化合物，尤其是亞硫酸鈉或硫化鈉。在此情況下，摻雜材料可以存在于第一層和/或第二層中。該雙層系統可以通過如下方式獲得:首先在使用至少一個鑰源和/或鎢源的情況下借助物理氣相沉積來沉積金屬層。緊接著，該金屬層在高于3001、優選地高于3501的溫度下在硒或硒化氫氣氛下在構造雙層的情況下僅部分地、例如在背離背電極的側上被轉換為金屬硒化物、例如硒化鑰。可選地，(未描繪出)在塊體背電極層與接觸層之間可以設置雙向起作用的導電的阻擋層，該阻擋層由例如氮化鎢或氮化鈦構成。
[0049]在一種特別合乎目的的替代的實施方式中，塊體背電極和接觸層在所使用的金屬方面并不一致。例如，鈦用于塊體背電極，而鑰或硒化鑰被用于接觸層。
[0050]在圖3中部分再現的根據本發明的薄層太陽能電池100擁有由玻璃構成的襯底層2、由例如10、1或II構成的塊體背電極層4、由硒化鑰構成的接觸層8和黃銅礦半導體吸收層14。該薄層太陽能電池通過如下方式來獲得:首先將由鑰構成的金屬層施加在背電極層上。可選地，(未描繪出)由例如氮化鎢或氮化鈦構成的雙向起作用的導電的阻擋層可以被設置在塊體背電極層與接觸層之間。緊接著，在其上施加半導體吸收層的金屬，這些金屬此后為了構造黃銅礦結構的目的而被暴露于硒氣氛和丨或硫氣氛和丨或43氣氛和丨或436氣氛中。在形成該黃銅礦結構之后，保持所提及的硫族元素氣氛，優選地在高于3501的溫度下，其結果是:現在處于其下的金屬層也被轉換成相應的金屬硫族化物。在一種特別合乎目的的替代的實施方式中，塊體背電極和接觸層在所使用的金屬方面在此也并不一致。例如，鈦可以被用于塊體背電極，而鑰或硒化鑰被用于接觸層。
[0051]在上面的描述中、在權利要求中以及在附圖中所公開的本發明的特征不僅可以單獨地而且可以以每一任意的組合對于在本發明的不同的實施方式中實現本發明是重要的。
【權利要求】
1.用于光電薄層太陽能電池的多層背電極， 按如下順序包括: 至少一個塊體背電極層， 至少一個尤其是歐姆的接觸層， -通過借助物理和/或化學氣相沉積在使用至少一種金屬硫族化物源的情況下涂敷至少一個層而獲得，所述層包含至少一種金屬硫族化物或基本上由至少一種金屬硫族化物形成，其中所述金屬硫族化物的金屬尤其是選自鑰、鎢、鉭、鈷和/或鈮，并且所述金屬硫族化物的硫族元素尤其是選自硒和/或硫，或 -通過在構造金屬硫族化物層(第二層)的情況下借助物理氣相沉積在使用至少一種金屬源和在硫族元素氣氛、尤其是硒氣氛和/或硫氣氛中和/或在氫化硫族元素氣氛、尤其是H2S氣氛和/或H2Se氣氛中在高于300°C、優選地高于350°C的溫度下處理至少一個金屬層(第一層)的情況下涂敷所述金屬層而獲得，其中所述第一層和所述塊體背電極層在其成分上、尤其在分別所使用的金屬方面或只要多種金屬存在于所述金屬層和所述塊體背電極層中就在這些金屬中的至少一種、尤其所有金屬方面并不一致，所述金屬包含Mo、W、Ta、Nb、Zr和/或Co或基本上由Mo、W、Ta、Zr、Nb和/或Co構成。
2.根據權利要求1所述的背電極， 其特征在于， 所述金屬硫族化物是MSe2、MS2和/或M(Sei_x，Sx)2，其中M=Mo、W、Ta、Zr、Co或鈮并且尤其是選自如下組，該組包括=MoSe2、WSe2、TaSe2、NbSe2、Mo (Se1^x, Sx)2、W(Se1^ Sx)2、Ta(Se1^, Sx)2 和 / 或 Nb(Sei_x，Sx)2，其中 x 取 O 到 I 的值。
3.根據權利要求1或2所述的背電極， 其特征在于 至少一個導電的阻擋層，尤其是雙向阻擋層，所述阻擋層存在于所述塊體背電極層與所述接觸層之間。
4.根據權利要求3所述的背電極， 其特征在于， 所述阻擋層是對堿離子、尤其是鈉離子、硒或硒化合物、硫或硫化物、金屬、尤其是Cu、I η、Ga、Fe、N1、A1、T 1、Zr、Hf、V、Nb、Ta和/或W、和/或包含堿離子的化合物的阻擋。
5.根據權利要求3或4所述的背電極， 其特征在于， 所述阻擋層包含如下材料或基本上由如下材料形成:至少一種金屬氮化物、尤其是TiN, MoN, TaN, ZrN和/或WN、至少一種金屬碳化物、至少一種金屬硼化物和/或至少一種金屬硅氮化物、尤其是TiSiN、TaSiN和/或WSiN。
6.根據上述權利要求之一所述的背電極， 其特征在于， 所述塊體背電極層包含如下材料或基本上由如下材料形成:V、Mn、Cr、Mo、T1、Co、Zr、Ta、Nb和/或W,和/或包含如下合金或基本上由如下合金形成,所述合金包含V、Mn、Cr、Mo、T1、Co、Fe、N1、Al、Zr、Ta、Nb 和 / 或 W。
7.根據上述權利要求之一所述的背電極， 其特征在于， 所述塊體背電極層受到選自包括Fe、N1、Al、T1、Zr、Hf、V、Nb、Ta、W和/或Na的組的至少一種元素和/或所提及的元素的化合物污染。
8.根據上述權利要求之一所述的背電極， 其特征在于， 所述接觸層的第一層的金屬和第二層的金屬一致和/或所述接觸層的第一層的金屬和/或第二層的金屬與所述塊體背電極的金屬一致。
9.根據上述權利要求之一所述的背電極， 其特征在于， 所述接觸層、所述接觸層的第一層和/或第二層具有用于薄層太陽能電池的半導體吸收層的至少一種摻雜材料、尤其是選自組鈉、鉀和鋰的至少一種元素和/或這些元素的至少一種化合物和/或至少一種堿金屬青銅，其中所述化合物是所述元素優選地與氧、硒、硫、硼和/或鹵素、例如碘或氟的化合物，所述堿金屬青銅尤其是鈉青銅和/或鉀青銅，優選地是與選自鑰、鎢、鉭和/或鈮的金屬的堿金屬青銅。
10.根據上述權利要求之一所述的背電極， 其特征在于， 所述物理氣相沉積包括分別優選地在高真空下的物理氣相沉積(PVD)涂覆、借助電子束蒸發器的蒸鍍、借助電阻蒸發器的蒸鍍、感應蒸發、ARC蒸發和/或陰極霧化(濺射涂覆)、尤其是DC或RF磁控管濺射，以及所述化學氣相沉積包括化學氣相沉積(CVD)、低壓力(lowpressure) CVD 和 / 或大氣壓力(atmospheric pressure) CVD0
11.根據上述權利要求之一所述的背電極， 其特征在于， 所述塊體背電極層的平均厚度處于50nm到500nm的范圍中、尤其是處于80nm到250nm的范圍中，和/或所述阻擋層的平均厚度處于1nm到250nm的范圍中、尤其是處于20nm到150nm的范圍中和/或所述接觸層的平均厚度處于2nm到200nm的范圍中，尤其是處于5nm到10nm的范圍中。
12.根據上述權利要求之一所述的背電極， 其特征在于， 所述塊體背電極和所述接觸層包含鑰或鎢或鑰合金或鎢合金，尤其是鑰或鑰合金，或基本上由鑰或鎢或鑰合金或鎢合金、尤其是鑰或鑰合金形成，和/或所述塊體背電極包含鑰和/或鎢、尤其是鑰或基本上由鑰和/或鎢、尤其是鑰形成，并且所述接觸層包含鈦或基本上由鈦形成。
13.根據上述權利要求之一所述的背電極， 其特征在于， 對所述金屬層(第一層)的處理在薄層太陽能電池的半導體吸收器形成之前和/或期間進行。
14.根據上述權利要求之一所述的背電極， 其特征在于， 所述塊體背電極層包含鑰和/或鎢、尤其是鑰，或基本上由鑰和/或鎢、尤其是鑰形成， 所述導電的阻擋層包含TiN或基本上由TiN形成，并且 尤其是包含摻雜材料的接觸層包含MoSe2或基本上由MoSe2形成。
15.根據權利要求9至14之一所述的背電極， 其特征在于， 在所述接觸層中所述摻雜材料、尤其是鈉離子以在114至117個原子/cm2的范圍中、尤其是在114至116個原子/cm2的范圍中的濃度存在。
16.光電薄層太陽能電池，包括至少一個根據上述權利要求之一所述的多層背電極。
17.根據權利要求16所述的薄層太陽能電池， 按如下順序包括至少一個襯底層、根據權利要求1至15之一所述的至少一個背電極層、至少一個尤其是歐姆的接觸層、至少一個尤其是直接鄰近所述接觸層的半導體吸收層、尤其是黃銅礦或鋅黃錫礦半導體吸收層、和至少一個前電極。
18.根據權利要求16或17所述的薄層太陽能電池， 其特征在于， 在所述半導體吸收層與所述前電極之間存在至少一個緩沖層，尤其是至少一個層，其包含CdS或無CdS的層或基本上由CdS或無CdS的層形成，尤其是包含Zn (S，0H)或In2S3或基本上由Zn (S，0H)或In2S3形成，和/或至少一個層，其包含如下材料和基本上由如下此材料形成:本征的氧化鋅和/或高歐姆的氧化鋅。
19.根據權利要求16至18之一所述的薄層太陽能電池， 特征在于至少一個導電的阻擋層，尤其是雙向阻擋層，所述阻擋層存在于所述背電極層與所述接觸層之間。
20.根據權利要求16至19之一所述的薄層太陽能電池， 其特征在于， 所述半導體吸收層是或包括四元IB-1IIA-VIA黃銅礦層、尤其是Cu(In，Ga)Se2層、五元IB-1IIA-VIA黃銅礦層、尤其是Cu (In，Ga) (Sex, S S1J2層或鋅黃錫礦層、尤其是Cu2ZnSn (Sex, S1J4 層、例如 Cu2ZnSn (Se) 4 層或 Cu2ZnSn (S) 4 層，其中 x 取 O 到 I 的值。
21.根據權利要求16至20之一所述的薄層太陽能電池， 其特征在于， 所述接觸層包括至少一個金屬層和至少一個金屬硫族化物層，其中所述金屬層與所述背電極相鄰或與所述背電極鄰接或者與所述阻擋層相鄰或與所述阻擋層鄰接，并且所述金屬硫族化物層與所述半導體吸收層相鄰或與所述半導體吸收層鄰接。
22.光電薄層太陽能模塊， 包含至少兩個、尤其是多個、尤其是單片集成的串行布線的根據權利要求16至21之一所述的薄層太陽能電池。
23.根據權利要求16至21之一所述的薄層太陽能電池的應用，用于制造光電薄層太陽能豐旲塊。
24.根據權利要求1至15之一所述的多層背電極的應用，用于制造光電薄層太陽能電池或薄層太陽能模塊。
25.根據權利要求9至15之一所述的多層背電極的應用，用于在制造尤其是根據權利要求16至21之一所述的光電薄層太陽能電池或尤其是根據權利要求22所述的光電薄層模塊期間對半導體吸收層進行摻雜。
26.用于制造根據權利要求16至21之一所述的光電薄層太陽能電池或根據權利要求22所述的光電薄層太陽能模塊的方法，包括如下步驟: 借助物理薄層沉積方法或借助化學氣相沉積施加塊體背電極層、阻擋層、接觸層、半導體吸收層的金屬和/或摻雜材料，所述物理薄層沉積方法尤其是包括分別優選地在高真空下的物理氣相沉積(PVD)涂覆、借助電子束蒸發器的蒸鍍、借助電阻蒸發器的蒸鍍、感應蒸發、ARC蒸發和/或陰極霧化(濺射涂覆)、尤其是DC或RF磁控管濺射，所述化學氣相沉積尤其是包括化學氣相沉積(CVD)、低壓力(low pressure) CVD和/或大氣壓力(atmosphericpressure)。
27.根據權利要求26所述的方法， 其特征在于， 所述塊體背電極層、所述阻擋層、所述接觸層、所述半導體吸收層的金屬和/或所述摻雜材料借助陰極霧化(濺射涂覆)、尤其是DC磁控管濺射來施加。
28.根據權利要求26或27所述的方法， 其特征在于， 所述摻雜材料與所述接觸層和/或所述吸收層的至少一種組分共同地被施加，所述摻雜材料尤其是選自鈉化合物、鈉離子、鈉鑰青銅和/或鈉鎢青銅，所述組分尤其來自混合靶或燒結靶。
【文檔編號】H01L31/0749GK104350606SQ201380028771
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年2月18日 優先權日:2012年4月2日
【發明者】V.普羅布斯特 申請人:羅伯特·博世有限公司