用于光伏薄層太陽能電池的多層背電極、用于制造薄層太陽能電池和薄層太陽能模塊的...的制作方法

用于光伏薄層太陽能電池的多層背電極、用于制造薄層太陽能電池和薄層太陽能模塊的 ...的制作方法
【專利摘要】用于光伏薄層太陽能電池的多層背電極，按順序地包括：至少一個塊背電極層，包含V、Mn、Cr、Mo、Co、Zr、Ta、Nb和/或W或者基本上由V、Mn、Cr、Mo、Co、Zr、Ta、Nb和/或W構成，和/或包含含有V、Mn、Cr、Mo、Co、Zr、Fe、Ni、Al、Ta、Nb和/或W的合金和/或基本上由含有V、Mn、Cr、Mo、Co、Zr、Fe、Ni、Al、Ta、Nb和/或W的合金構成；至少一個導電阻擋層；至少一個尤其是歐姆的接觸層，包含Mo、W、Ta、Nb，Zr和/或Co或者基本上由Mo、W、Ta、Nb，Zr和/或Co構成，尤其是包含Mo和/或W或者基本上由Mo和/或W構成，和/或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，和/或包含至少一個與阻擋層相鄰的第一覆層，包含Mo、W、Ta、Nb，Zr和/或Co或者基本上由Mo、W、Ta、Nb，Zr和/或Co構成，尤其是包含Mo和/或W或者基本上由Mo和/或W構成，以及至少一個不與阻擋層相鄰的第二覆層，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。
【專利說明】用于光伏薄層太陽能電池的多層背電極、用于制造薄層太陽能電池和薄層太陽能模塊的多層背電極的應用、包含多層背電極的光伏薄層太陽能電池和模塊及制造方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及用于光伏薄層太陽能電池的多層背電極、用于制造薄層太陽能電池和薄層太陽能模塊的多層背電極的應用、包含按照本發明多層背電極的光伏薄層太陽能電池和模塊以及用于制造光伏薄層太陽能電池和模塊的方法。

【背景技術】
[0002]合適的光伏太陽能電池一方面包括晶體的以及無定形的硅太陽能模塊并且另一方面包括所謂的薄層太陽能模塊。在后者情況下一般利用IB-1IIA-VIA-化合物半導體層、即所謂的黃銅礦-半導體吸收層。在這些薄層太陽能模塊中在玻璃襯底上通常施加鑰背電極層。在一種方法變型方案中，該鑰背電極層設置有銅和銦以及必要時設置有包含鎵的先導金屬薄層并且接著在提高的溫度下在存在硫化氫和/或硒化氫的情況下轉化成所謂的CIS或CIGS系統。
[0003]為了能夠可靠地實現可接受的效率，通常在選擇和制造背電極層時就已經要求特別注意。例如，背電極層具有高的橫向導電性，以便保證損耗少的串聯布線。從襯底和/或半導體吸收層中遷移的物質也應當不對背電極層的質量和功能范圍產生影響。此外，背電極層的材料必須具有對襯底以及處于襯底上的層的熱伸展特性的良好適應，以避免微裂紋。最后，在襯底表面上的粘附性也應當滿足所有常見的使用要求。
[0004]雖然可能通過使用特別純的背電極材料來達到良好的效率，但是伴隨而來的是通常不成比例地高的生產成本。此外，前述的遷移或者尤其是擴散現象在通常的生產條件下很少不導致背電極材料的明顯污染。
[0005]按照DE 44 42 824 Cl，應當通過如下方式來實現帶有形態良好構造的吸收層和高效率的太陽能電池:黃銅礦-半導體吸收層被選自鈉、鉀和鋰的組中的元素以114至116原子/Cm2的劑量來摻雜并且同時在襯底和半導體吸收層之間設置擴散阻擋層。代替地，如果應當放棄擴散阻擋層，則建議使用無堿的襯底。
[0006]B10sch等人(Thin Solid Films 2011)建議:在使用聚酰亞胺襯底膜時使用由鈦、氮化鈦和鑰構成的層系統，以便獲得良好的粘附特性和令人滿意的熱特性概況。B15sch等人(IEEE，2011，第I卷，第2號，第194至199頁)為了使用柔性的薄層太陽能電池還建議使用不銹鋼襯底膜，在該不銹鋼襯底膜上首先為改善粘附性而施加薄的鈦層。利用這種裝備有鈦/鑰/鑰三重覆層的CIGS薄層太陽能電池來實現令人滿意的結果。也利用WO2011/123869 A2的技術教導來力求改善的薄層太陽能電池。在該文獻中公開的太陽能電池包括鈉玻璃襯底、鑰背電極層、CIGS層、緩沖層、由固有的氧化鋅構成的層和由用鋁摻雜的氧化鋅構成的層。第一分離溝槽在鑰層、CIGS層和粉末層上延伸，第二分離溝槽在鑰層上方開始。絕緣材料在第一分離溝槽中或上被淀積，并且前電極層被傾斜地淀積到太陽能電池(包括第一分離溝槽)上。通過這種方式應當獲得帶有改善的光吞吐量的薄層太陽能電池。US 2004/014419A1力求提供一種薄層太陽能電池，其鑰背電極層擁有改善的效率。這應當通過如下方式來實現，設置帶有由鑰構成的背電極層的玻璃襯底，該背電極層的厚度應當不超過500nm。
[0007]在Orgassa 等人那里(Thin Solid Films，2003，第 431-432 卷，第 1987 至 1993 頁)就已經發現，考慮極為不同的金屬如鎢、鑰、鉻、鉭、鈮、釩、鈦和錳來作為薄層太陽能電池的合適的背電極材料。


【發明內容】

[0008]因此，本發明所基于的任務是，提供用于薄層太陽能電池或薄層太陽能模塊的背電極系統，其不再具有現有技術的缺點并且尤其是以低成本并且可靠的方式可再生產地導致帶有高效率的薄層太陽能模塊。
[0009]因此，找到一種用于光伏薄層太陽能電池或薄層太陽能模塊的多層背電極，按順序地包括:
至少一個塊背電極層(Bulk-Riickelektrodenschicht),包含 V、Mn、Cr、Mo、Co、Zr、Ta、Nb和/或W或者基本上由V、Mn、Cr、Mo、Co、Zr、Ta、Nb和/或W構成，和/或包含含有V、Mn、Cr、Mo、Co、Zr、Fe、N1、Al、Ta、Nb 和 / 或 W 的合金和 / 或基本上由含有 V、Mn、Cr、Mo、Co、Zr、Fe、N1、Al、Ta、Nb和/或W的合金構成；
至少一個導電阻擋層；
至少一個尤其是歐姆的接觸層，
包含Mo、W、Ta、Nb，Zr和/或Co或者基本上由Mo、W、Ta、Nb，Zr和/或Co構成，尤其是包含Mo和/或W或者基本上由Mo和/或W構成，
和/或
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，
和/或
包含至少一個與阻擋層相鄰的第一覆層，包含Mo、W、Ta、Nb，Zr和/或Co或者基本上由Mo、W、Ta、Nb，Zr和/或Co構成，尤其是包含Mo和/或W或者基本上由Mo和/或W構成，以及至少一個第二覆層，其不與阻擋層相鄰，也即總是通過第一覆層與阻擋層分離，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。
[0010]在此，在一種優選的擴展方案中規定，塊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，或者基本上由鑰或鎢或鑰合金或鎢合金構成，尤其是基本上由鑰或鑰合金構成。
[0011]此外可以規定:阻擋層是針對從塊背電極層遷移、尤其是擴散或可擴散的成分和/或經過塊背電極層遷移、尤其是擴散或可擴散的成分的阻擋，和/或是針對從接觸層遷移、尤其是擴散或可擴散的成分和/或經過接觸層遷移、尤其是擴散或可擴散的成分的阻擋。該阻擋層因此優選是雙向作用的阻擋。在該背景下有利地也規定:阻擋層是針對堿離子、尤其是鈉離子、硒或硒化合物、硫或硫化合物、金屬、尤其是Cu、In、Ga、Fe、N1、T1、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Al和/或W、和/或含堿離子例如鈉離子的化合物的阻擋。在特別合乎目的的擴展方案中規定:阻擋層包含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或者基本上由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構成。優選地，金屬氮化物、金屬硅氮化物、金屬碳化物和/或金屬硼化物的金屬是鈦、鑰、鉭或鎢。這種金屬氮化物在本發明意義上優選作為阻擋材料，例如TiN，在其中該金屬關于氮化學計量或過化學計量地、也即用過量的氮被淀積。
[0012]作為雙向作用的阻擋層，導電的阻擋層是針對從背電極層遷移、尤其是擴散或可擴散的成分(尤其是摻雜劑)和/或經過背電極層遷移、尤其是擴散或可擴散的成分(尤其是摻雜劑)的阻擋，并且是針對從接觸層(尤其是由半導體吸收層構成)遷移、尤其是擴散或可擴散的成分(尤其是摻雜劑)和/或經過接觸層(尤其是由半導體吸收層構成)遷移、尤其是擴散或可擴散的成分(尤其是摻雜劑)的阻擋。由存在阻擋層的情況決定地，例如可能的是:顯著降低塊背電極材料的純度。例如塊背電極層可能被至少一種選自由以下元素構成的組的元素:Fe、N1、T1、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Al、W和/或Na和/或上述元素的化合物所污染，而不會不利地影響具有本發明背電極的薄層太陽能電池或模塊的效率。
[0013]在使用于薄層太陽能電池和模塊中的情況下，使用帶有本發明的多層背電極的阻擋層的另外的優點表現在:可以相對于傳統系統明顯減少半導體吸收層、例如黃銅礦層或硫銅錫鋅礦層的厚度。因為通過阻擋層(尤其是在以金屬氮化物例如氮化鈦形式、或者包含這種金屬氮化物或氮化鈦的形式存在的情況下)，經過半導體吸收層的太陽光被非常有效地反射，使得在雙重穿透半導體吸收層的路徑上可以實現非常好的量子吞吐量。由于在本發明的背電極中或包含所述背電極的薄層太陽能電池或模塊中存在所述的阻擋層，可以將半導體吸收層的平均厚度減小到例如在0.4 μ m至1.5 μ m范圍中的值，例如減小到0.5 μ m至1.2μπι范圍中的值。
[0014]在一種特別合乎目的的擴展方案中，本發明的背電極的阻擋層擁有針對摻雜劑尤其是針對用于半導體吸收層和/或來自半導體吸收層的摻雜劑、針對硫族元素如硒和/或硫以及硫族元素化合物、針對半導體吸收層的金屬組成部分如Cu、In、Ga、Sn和/或Zn、針對來自塊背電極層的污染物如鐵和/或鎳、和/或針對來自襯底的成分和/或污染物的阻擋特性，尤其是雙向阻擋特性。針對來自襯底的摻雜劑的雙向阻擋特性一方面應當防止在背電極或接觸層與半導體吸收層的界面上積聚堿離子，例如從玻璃襯底擴散出來的堿離子。這種積聚作為進行半導體層溶解的原因而已知。導電的阻擋層因此應當有助于避免粘附問題。另一方面，阻擋特性應當針對能夠從半導體吸收體擴散或者從半導體吸收體擴散出來的摻雜劑防止:摻雜劑通過這種方式朝著塊背電極失去并且由此使得半導體吸收體的摻雜劑減少，這會明顯減少太陽能電池或太陽能模塊的效率。因為例如已知的是，鑰背電極可以吸收大量的鈉摻雜劑。雙向的導電阻擋層因此應當實現針對摻雜劑在半導體吸收層中有目的的摻雜的前提條件，以便能夠可再生地實現太陽能電池和太陽能模塊的高效率。
[0015]針對硫族元素的阻擋特性應當防止:硫族元素到達背電極并且在那里形成金屬硫族化物化合物。已知地,這些硫族化物化合物(例如MoSe)導致背電極的表面附近層的明顯的體積增大，這又帶來層結構的不平坦性以及變差的粘附性。塊背電極材料的污染物如Fe和Ni是黃銅礦半導體的所謂的深雜質(半導體毒物)并且因此要經由阻擋層保持其遠離半導體吸收層。
[0016]此外，在一種實施方式中可以規定，接觸層的或接觸層的第二覆層的金屬硫族化物的金屬選自鑰、鎢、鉭、鋯、鈷和/或鈮并且金屬硫族化物的硫族元素選自硒和/或硫，其中金屬硫族化物尤其是MSe2、MS2和/或M (Se1^x, Sx) 2，M=Mo、W、Ta、Zr、Co或Nb，其中x取O至I的任意值。優選地，金屬硫族化物選自MoSe2、WSe2、TaSe2、NbSe2、Mo (Se1^ Sx) 2、W(Sei_x，Sx)2、Ta (Se1-Sx)2和/或Nb (Se^x, Sx) 2構成的組，其中x取O至I的任意值。
[0017]還優選的是，接觸層的第一覆層的金屬和第二覆層的金屬一致和/或接觸層的第一覆層的金屬和/或第二覆層的金屬與塊背電極的金屬一致。
[0018]特別有利的還有如下這種按照本發明的背電極，其中接觸層、接觸層的第一和/或第二覆層具有至少一種用于薄層太陽能電池的半導體吸收層的摻雜劑，尤其是具有至少一種選自如下組的元素:鈉、鉀和鋰和/或這些元素的至少一種化合物，優選帶有氧、硒、硫、硼和/或鹵素例如碘或氟，和/或具有至少一種堿金屬青銅、尤其是青銅鈉和/或青銅鉀，優選帶有選自鑰、鎢、鉭和/或鈮的金屬。合適的青銅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Na2Mo02+W0。摻雜的接觸層例如可以通過施加摻有在金屬硫族化物源中的摻雜劑的金屬硫族化物來獲得。
[0019]在本發明意義上優選規定:塊背電極層的平均厚度處于50nm至500nm的范圍中、尤其是在80nm至250nm的范圍中，和/或阻擋層的平均厚度處于1nm至250nm的范圍中、尤其是在20nm至150nm的范圍中，和/或接觸層的平均厚度處于2nm至200nm的范圍中、尤其是在5nm至10nm的范圍中。從而在此優選應將多層背電極的總厚度設定為使得本發明背電極的總電阻率不超過50微歐姆*cm，優選不超過10微歐姆*cm。在這些規定下，又一次地減小了在串聯模塊中的歐姆損耗。
[0020]在特別合乎目的的擴展方案中規定:塊背電極層包含鑰和/或鎢、尤其是鑰，或者基本上由鑰和/或鎢、尤其是鑰構成，導電的阻擋層包含TiN或者基本上由TiN構成，并且尤其是包含(一種或多種)摻雜劑的接觸層包含MoSe2或者基本上由MoSe2構成。
[0021]被證明為合乎目的的是，在具有背電極的薄層太陽能電池或模塊的半導體吸收層中和/或接觸層中的摻雜劑(尤其是鈉離子)在劑量上處于113至117原子/Cm2的范圍中、優選在劑量上處于114至116原子/cm2的范圍中。
[0022]針對用用于薄層太陽能電池的半導體吸收層的摻雜劑對接觸層摻雜的情況，本發明的多層背電極背被證實是可行的。在制造半導體吸收層時，經常使用高于300°C或者高于350°C的溫度。通常，這些溫度也處于500°C至600°C的范圍中。在這種溫度情況下，摻雜劑(尤其是例如鈉離子或鈉化合物)從摻雜的接觸層遷移、尤其是擴散到半導體吸收層中。由于阻擋層，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述的相對較高的溫度，有利的是:多層背電極的選擇出的層、尤其是塊背電極和/或導電的阻擋層被結合在一起，使得其線性熱膨脹系數適配于半導體吸收體和/或襯底的線性熱膨脹系數。因此，尤其是本發明薄層太陽能電池和薄層太陽能模塊的塊背電極和/或阻擋層優選被結合在一起，使得線性熱膨脹系數不超過14*10_6_Κ,優選不超過9*10氣
[0024]本發明所基于的任務同樣通過包含本發明多層背電極的光伏薄層太陽能電池和模塊來解決。
[0025]在一種優選的擴展方案中，本發明的薄層太陽能電池按順序地擁有至少一個襯底層、至少一個本發明的背電極層、至少一個導電的阻擋層、至少一個尤其是直接靠置在接觸層上的半導體吸收層、尤其是黃銅礦半導體吸收層或硫銅錫鋅礦半導體吸收層、以及至少一個前電極。
[0026]在此情況下，這種薄層太陽能電池或模塊是有利的，在其中在半導體吸收層和前電極之間有至少一個緩沖層(也稱第一緩沖層)、尤其是至少一個包含CdS或者基本上由CdS構成的層或者無CdS的層、尤其是包含Zn (S，0H)或In2S3或者基本上由Zn (S，0H)或In2S3構成，和/或至少一個層(也稱第二緩沖層)，其包含固有的氧化鋅和/或高歐姆的氧化鋅或者基本上由固有的氧化鋅和/或高歐姆的氧化鋅構成。
[0027]如下這種本發明的薄層太陽能電池也被證實為特別合乎目的:在其中半導體吸收層是或包括四元的IB-1IIA-VIA-黃銅礦層尤其是Cu (In，Ga) Se2層、五元的IB-1IIA-VIA-黃銅礦層尤其是Cu (In，Ga) (Se1^x, Sx) 2層或者硫銅錫鋅礦層尤其是Cu2ZnSn (Sex, S1J4層，其中x取O至I的任意值。硫銅錫鋅礦層通常基于IB-1IA-1VA-VIA結構。示例性地有Cu2ZnSnSe4和Cu2ZnSnS4。
[0028]半導體吸收層的平均厚度通常處于400nm至2500nm的范圍中，尤其是處于500nm至1500nm的范圍中并且優選處于800nm至1200nm的范圍中。
[0029]按照本發明的光伏薄層太陽能模塊包括至少兩個、尤其是大量尤其是單片集成的串聯連接的本發明的薄層太陽能電池。例如，在本發明的薄層太陽能模塊中有20至150或50至100個串聯連接的本發明的薄層太陽能電池。
[0030]在一種合適的擴展方案中，本發明的多層背電極的總電阻率應該不超過50微歐姆*cm，優選不超過10微歐姆*cm。通過這種方式應該能夠保證盡可能低損耗的、單片集成的串聯連接。
[0031]本發明所基于的任務此外通過用于制造本發明的光伏薄層太陽能電池或者本發明的光伏薄層太陽能模塊的方法解決，包括步驟:
借助物理薄層淀積方法或者借助化學氣相淀積來施加塊背電極層、阻擋層、接觸層、半導體吸收層的金屬和/或一種或多種摻雜劑，所述物理薄層淀積方法尤其是包括物理氣相沉積(PVD)涂層、借助電子束蒸發器的蒸鍍、借助電阻蒸發器、電感蒸發、ARC蒸發和/或陰極噴霧(濺射涂層)尤其是DC或RF磁控管濺射的蒸鍍，這些蒸鍍優選分別在高真空中進行，所述化學氣相淀積尤其是包括化學氣相沉積(CVD)、低壓(low pressure)CVD和/或大氣壓(atmospheric pressure) CVD。
[0032]在此情況下，這種實施方式是有利的，其中塊背電極層、阻擋層、接觸層、半導體吸收層的金屬和/或一種或多種摻雜劑借助陰極噴霧(濺射涂層)尤其是DC磁控管濺射來施加。
[0033]這里還可以規定，一種或多種摻雜劑連同接觸層和/或吸收層的至少一種成分一起尤其是從共同的混合或燒結靶施加。最后，也被證實合乎目的的是，混合或燒結靶包含至少一種摻雜劑，其選自鈉化合物、鈉鑰青銅、和鈉鎢青銅，尤其是在選自M0Se2、WSe2、M0、W、銅和/或鎵的基質成分中。例如，硒化鑰靶可以摻有作為摻雜劑的亞硫酸鈉或硫化鈉。
[0034]利用本發明帶來令人驚嘆的發現:能夠利用本發明的多層背電極的結構實現在薄層太陽能電池或模塊中的相對薄的半導體吸收層層厚，而不必以效率損失為代價。利用本發明的系統，通常甚至出現更高的效率。就此而言發現:反射太陽光的阻擋層有助于進一步的電流產生。太陽光這里兩次經過半導體吸收層。還令人驚嘆地發現:通過以下方式也帶來改善的效率，即半導體吸收層(例如基于黃銅礦或硫銅錫鋅礦系統)直接淀積在鑰接觸層上。在此情況下，該半導體吸收層可以在接著的半導體形成過程中在界面上反應生成硒化鑰或硫硒化鑰。此外，還令人驚嘆地發現:用于半導體吸收層的摻雜劑(例如基于鈉)按劑量地妥善地通過接觸層(也即原始存在于接觸層中)進入到所述半導體吸收層中。為此，在形成半導體吸收層時的溫度已經足夠，其中阻擋層輔助地連帶影響摻雜劑向半導體吸收層方向的遷移方向。只要在半導體吸收層中存在，所述摻雜劑通常有助于提高薄層太陽能電池或模塊的效率。在此情況下被證實為有利的是，通過經過接觸層的進入可以非常精確地設定最后在制成的產品中存在于半導體吸收層中的摻雜劑的量。通過這種方式才實現與玻璃和/或塊背電極的組分無關的可再生的效率提高。利用本發明系統，還可以令人驚嘆地避免在形成帶有塊背電極的半導體吸收層期間由于硫族元素、尤其是硒的不受控的反應而導致的效率損失。通過在塊背電極的表面上不再形成金屬硫族化物如硒化鑰，也避免塊背電極的導電性損失以及避免橫向不均勻的硫族化物形成并且由此防止微裂紋的形成。因為隨著硫族化物的形成通常會出現不利的體積膨脹。利用本發明的系統，例如能夠比在傳統的薄層系統情況下更精確和更可靠地設定各個層的厚度以及總系統的厚度。同時本發明的多層背電極允許使用被污染的塊背電極材料，而薄層太陽能電池的效率不會受到不利影響。因此，薄層太陽能模塊的總成本可以明顯降低。此外，利用本發明的多層背電極進行半導體吸收層的明顯更為受控的構造。半導體的組成部分如Cu、In和/或Ga不再遷移到背電極中，由此可以有目的地設定形成半導體吸收層的成分的所希望的質量比并且也可以保持該質量比。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]本發明的其他特征和優點從后面的描述中得到，在其中示例性地借助示意圖闡述了本發明的優選的實施方式。在此:
圖1示出薄層太陽能電池的包含本發明多層背電極的第一實施方式的部分系統的示意性橫截面視圖；
圖2示出薄層太陽能電池的包含本發明多層背電極的第二實施方式的部分系統的示意性橫截面視圖；以及
圖3示出了薄層太陽能電池的包含本發明多層背電極的第三實施方式的部分系統的示意性橫截面視圖。

【具體實施方式】
[0036]在圖1中示出的本發明多層背電極I的實施方式中，在襯底層2例如玻璃襯底上有由鑰構成的塊背電極層4。在該塊背電極層4上有雙向作用的導電的阻擋層6，阻擋層6例如由氮化鎢或氮化鈦構成，以及有與該層鄰接的、由金屬硫族化物如硒化鑰構成的歐姆接觸層8a。在此該接觸層8a可以在一種優選的實施方式中也被摻有至少一種摻雜劑，所述摻雜劑例如為鈉離子或鈉化合物、尤其是亞硫酸鈉或硫化鈉。
[0037]在圖2中再現的本發明多層電極I的第二實施方式中，與按照圖1的實施方式不同，接觸層8b是金屬層，例如鑰層或鎢層。該接觸層Sb也可以在優選的擴展方案中被摻有至少一種摻雜劑，例如摻有鈉離子或鈉化合物、尤其是亞硫酸鈉或硫化鈉。
[0038]在圖3中再現的本發明多層電極I的第三實施方式中，接觸層Sc是通過由金屬例如鑰或鎢構成的第一覆層10和由金屬硫族化物例如硒化鑰和/或硒化鎢構成的第二覆層12構成的兩層系統，其中第一覆層與阻擋層6鄰接或者與阻擋層6相鄰，而金屬硫族化物與第一覆層10鄰接并且由此不與阻擋層6相鄰。在該實施方式中，在接觸層Sc中優選也有至少一種摻雜劑，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，可以在第一和/或第二覆層中添加該摻雜劑。
[0039]在上述描述中、權利要求中以及在附圖中公開的本發明特征可以在其各種實施方式中單獨地以及以任意組合用于本發明的實現。
【權利要求】
1.用于光伏薄層太陽能電池的多層背電極，按順序地包括: 至少一個塊背電極層，包含V、Mn、Cr、Mo、Co、Zr、Ta、Nb和/或W或者基本上由V、Mn、Cr、Mo、Co、Zr、Ta、Nb 和 / 或 W 構成，和 / 或包含含有 V、Mn、Cr、Mo、Co、Zr、Fe、N1、Al、Ta、Nb和/或W的合金和/或基本上由含有V、Mn、Cr、Mo、Co、Zr、Fe、N1、Al、Ta、Nb和/或W的合金構成； 至少一個導電阻擋層； 至少一個尤其是歐姆的接觸層， 包含Mo、W、Ta、Nb，Zr和/或Co或者基本上由Mo、W、Ta、Nb，Zr和/或Co構成，尤其是包含Mo和/或W或者基本上由Mo和/或W構成， 和/或 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， 和/或 包含至少一個與阻擋層相鄰的第一覆層，包含Mo、W、Ta、Nb，Zr和/或Co或者基本上由Mo、W、Ta、Nb，Zr和/或Co構成，尤其是包含Mo和/或W或者基本上由Mo和/或W構成，以及至少一個不與阻擋層相鄰的第二覆層，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。
2.根據權利要求1所述的背電極，其特征在于，塊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，或者基本上由鑰或鎢或鑰合金或鎢合金構成，尤其是基本上由鑰或鑰合金構成。
3.根據權利要求1或2所述的背電極，其特征在于，阻擋層是針對從塊背電極層遷移、尤其是擴散或可擴散的成分和/或經過塊背電極層遷移、尤其是擴散或可擴散的成分的阻擋，和/或是針對從接觸層遷移、尤其是擴散或可擴散的成分和/或經過接觸層遷移、尤其是擴散或可擴散的成分的阻擋。
4.根據前述權利要求之一所述的背電極，其特征在于，阻擋層是針對堿離子、尤其是鈉離子、硒或硒化合物、硫或硫化合物、金屬尤其是Cu、In、Ga、Fe、N1、T1、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Al和/或W、和/或含堿離子的化合物的阻擋。
5.根據前述權利要求之一所述的背電極，其特征在于，阻擋層包含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，或者基本上由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構成。
6.根據前述權利要求之一所述的背電極，其特征在于，塊背電極層被至少一種選自由以下元素構成的組的元素:Fe、N1、T1、Zr、Hf、V、Nb、Ta、W、Al和/或Na和/或上述元素的化合物所污染。
7.根據前述權利要求之一所述的背電極，其特征在于，接觸層的或接觸層的第二覆層的金屬硫族化物的金屬選自鑰、鎢、鉭、鋯、鈷和/或鈮并且該金屬硫族化物的硫族元素選自硒和/或硫，其中金屬硫族化物尤其是MSe2、MS2和/或M (Se1^x, Sx) 2，M=Mo、W、Ta、Zr、Co或Nb，其中X取O至I的值。
8.根據前述權利要求之一所述的背電極，其特征在于， 接觸層的第一覆層的金屬和第二覆層的金屬一致，和/或接觸層的第一覆層的金屬和/或第二覆層的金屬與塊背電極的金屬一致。
9.根據前述權利要求之一所述的背電極，其特征在于， 接觸層、接觸層的第一和/或第二覆層具有至少一種用于薄層太陽能電池的半導體吸收層的摻雜劑，尤其是具有至少一種選自如下組的元素:鈉、鉀和鋰和/或這些元素的至少一種化合物，優選帶有氧、硒、硫、硼和/或鹵素例如碘或氟，和/或具有至少一種堿金屬青銅、尤其是青銅鈉和/或青銅鉀，優選帶有選自鑰、鎢、鉭和/或鈮的金屬。
10.根據前述權利要求之一所述的背電極，其特征在于， 塊背電極層的平均厚度處于50nm至500nm的范圍中、尤其是在80nm至250nm的范圍中，和/或阻擋層的平均厚度處于1nm至250nm的范圍中、尤其是在20nm至150nm的范圍中，和/或接觸層的平均厚度處于2nm至200nm的范圍中、尤其是在5nm至10nm的范圍中。
11.根據前述權利要求之一所述的背電極，其特征在于， 塊背電極層包含鑰和/或鎢尤其是鑰，或者基本上由鑰和/或鎢尤其是鑰構成， 導電的阻擋層包含TiN或者基本上由TiN構成，并且 尤其是包含一種或多種摻雜劑的接觸層包含MoSe2或者基本上由MoSe2構成。
12.根據權利要求9至11之一所述的背電極，其特征在于，在接觸層中的摻雜劑、尤其是鈉離子在劑量上處于113至117原子/cm2的范圍中、尤其是處于114至116原子/cm2的范圍中。
13.光伏薄層太陽能電池，包括至少一個根據前述權利要求之一所述的多層背電極。
14.根據權利要求13所述的薄層太陽能電池，按順序地包括至少一個襯底層、至少一個根據本發明權利要求1至12之一所述的背電極層、至少一個導電的阻擋層、至少一個尤其是直接靠置在接觸層上的半導體吸收層、尤其是黃銅礦半導體吸收層或硫銅錫鋅礦半導體吸收層、以及至少一個前電極。
15.根據權利要求14所述的薄層太陽能電池，其特征在于，在半導體吸收層和前電極之間有至少一個緩沖層、尤其是至少一個包含CdS或者基本上由CdS構成的層或者無CdS的層、尤其是包含Zn (S，0H)或In2S3或者基本上由Zn (S，0H)或In2S3構成，和/或至少一個包含固有的氧化鋅和/或高歐姆的氧化鋅或者基本上由固有的氧化鋅和/或高歐姆的氧化鋅構成的層。
16.根據權利要求13至15之一所述的薄層太陽能電池，其特征在于， 半導體吸收層是或包括四元的IB-1IIA-VIA-黃銅礦層尤其是Cu (In，、五元的IB-1IIA-VIA-黃銅礦層尤其是Cu (In，Ga) (Se1^x, Sx)2層或者硫銅錫鋅礦層尤其是Cu2ZnSn (Sex, S1J 4層，其中x取O至I的值，和/或半導體吸收層的平均厚度處于400nm至2500nm的范圍中，尤其是處于500nm至1500nm的范圍中并且優選處于800nm至1200nm的范圍中。
17.光伏薄層太陽能模塊，包括至少兩個、尤其是大量尤其是單片集成的串聯連接的根據權利要求13至16之一所述的薄層太陽能電池。
18.根據權利要求13至16之一所述的薄層太陽能電池用于制造光伏薄層太陽能模塊的應用。
19.根據權利要求1至12之一所述的多層背電極用于制造薄層太陽能電池或者薄層太陽能模塊的應用。
20.根據權利要求9至12之一所述的多層背電極用于在制造尤其是根據權利要求13至16之一所述的光伏薄層太陽能電池、或者尤其是根據權利要求17所述的光伏薄層太陽能模塊期間對半導體吸收層摻雜的應用。
21.用于制造根據權利要求13至16之一所述的光伏薄層太陽能電池或者根據權利要求17所述的光伏薄層太陽能模塊的方法，包括步驟: 借助物理薄層淀積方法或者借助化學氣相淀積來施加塊背電極層、阻擋層、接觸層、半導體吸收層的金屬和/或一種或多種摻雜劑，所述物理薄層淀積方法尤其是包括物理氣相沉積(PVD)涂層、借助電子束蒸發器的蒸鍍、借助電阻蒸發器、電感蒸發、ARC蒸發和/或陰極噴霧(濺射涂層)尤其是DC或RF磁控管濺射的蒸鍍，這些蒸鍍優選分別在高真空中進行，所述化學氣相淀積尤其是包括化學氣相沉積(CVD)、低壓(low pressure)CVD和/或大氣壓(atmospheric pressure) CVD0
22.根據權利要求20或21所述的方法，其特征在于，一種或多種尤其是選自鈉化合物、鈉離子、鈉鑰青銅、和/或鈉鎢青銅的摻雜劑連同接觸層和/或吸收層的至少一種成分一起被施加，尤其是從共同的混合或燒結靶被施加。
【文檔編號】H01L31/032GK104335357SQ201380028772
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年2月19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