專利名稱：薄膜太陽能電池背電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜太陽能電池領(lǐng)域，特別涉及薄膜太陽能電池背電極。
技術(shù)背景
背電極對于非晶硅、微晶硅、納米硅、硅鍺薄膜以及上述薄膜的疊層結(jié)構(gòu)薄膜 電池等薄膜太陽能電池的性能影響至關(guān)重要，要求背電極首先具有良好的電學(xué)性能，對 薄膜太陽能電池產(chǎn)生的電能進行良好輸運，還要求其具有良好的捕獲弱光的能力，背電 極通過把未吸收的長波光線反射回太陽能電池中進行再吸收，以此來增加對太陽光的利 用率。薄膜太陽能電池一般使用Sn02、ITO、ZnO等透明導(dǎo)電氧化物作為電池的前電 極，而使用反光的金屬薄膜作為背電極，一方面作為電池電極，另一方面反射未被薄膜 本體層完全吸收的光來增加薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率，現(xiàn)有技術(shù)中一般采用TCO(透 明導(dǎo)電氧化物薄膜)及金屬的復(fù)合背電極如ZnO/Ag、ZnO/Al, ZnO/Cu, ZnO/Mo等作 為薄膜太陽能電池的背電極，這樣的薄膜太陽能電池具有反射率高的優(yōu)點，能夠更加充 分利用進入薄膜太陽能電池的光，但是也存在比較明顯的缺點由于TCO是一種半導(dǎo)體 薄膜，其導(dǎo)電率并不高，因而一般需在其中摻雜其他元素提高TCO薄膜的電導(dǎo)率；厚的 金屬層會導(dǎo)致明顯的分流，并且隨著時間的推移，金屬會失去本身的光澤導(dǎo)致反射能力 下降，而TCO層電導(dǎo)率不高會導(dǎo)致電極與薄膜電池之間接觸不夠好，TCO/M層(M為金 屬)反射能力下降會不利于充分利用太陽光，這對于薄膜太陽能電池都是不利的。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有薄膜太陽能電池背電極電導(dǎo)率不高，穩(wěn)定性差， 在使用中反射能力下降的不足，提供一種新型薄膜太陽能電池背電極，它不僅能顯著提 高薄膜太陽能電池背電極的導(dǎo)電能力，而且可獲得良好的室外穩(wěn)定性，獲得穩(wěn)定的反射率。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種薄膜太陽能電池背電極，其是由下列五層薄膜組成的復(fù)合層，依次為第一 Y:ZNO層、第一 Ag層、第二 Y:ZNO層、第二 Ag層和X層，所述第一 Y:ZNO層和第二 Y:ZNO層均為摻雜了 3價元素的ZnO薄膜層，其中3價元素的摻雜量(重量百分比)小于 等于15%而大于0，第一 Y:ZNO層和第二 Y:ZNO層的厚度均大于Onm小于等于50nm， 所述的X層為金屬薄膜層，所述第二 Ag層的厚度大于第一 Ag層。
所述第一 Ag層的厚度小于等于20nm大于Onm，所述第二 Ag層的厚度大于等于 15 Onm ；
所述的Y:ZNO層厚度小于等于40nm大于等于20nm ；
所述的第一 Y:ZNO層和第二 Y:ZNO層中3價元素的摻雜量(重量百分比)均為 0.5% -15% ；
所述的3價元素為:In、Ga、Al元素中的一種；3
所述的第一 Ag層的厚度為4nm_20nm ；
所述的第一 Ag層的厚度為IOnm;
所述的第二 Ag層的厚度為150nm_300nm ；
所述的第二 Ag層的厚度為150nm_250nm ；
所述的金屬薄膜層是不易被空氣氧化且導(dǎo)電性好的金屬薄膜層；
所述的金屬薄膜層為Ti、Ni、Al金屬薄膜層中的一種；
所述的金屬薄膜層的厚度為10nm_30nm。
本發(fā)明薄膜太陽能電池背電極采用具有Y:ZNO/Ag/Y:ZNO/Ag/X五層結(jié)構(gòu)的復(fù) 合層，其中Y:ZNO為摻雜了 3價元素的ZnO薄膜，可提高背電極的導(dǎo)電率，X層為Ti、 Ni、Al等導(dǎo)電率較好在環(huán)境中較穩(wěn)定的金屬制成的金屬薄膜層中的一種，其對與其相 鄰的Ag薄膜起保護作用，可防止背電極反射能力下降；復(fù)合層背電極采用Y:ZNO/Ag/ Y:ZNO/Ag/X五層結(jié)構(gòu)可改善銀電極與薄膜之間的接觸，提高背電極導(dǎo)電能力及穩(wěn)定 性，直接表現(xiàn)為薄膜太陽能電池短路電流提升、電池衰減率減少，電池發(fā)電性能提升， 并可獲得良好的戶外使用穩(wěn)定性，便于在大面積光伏模板中實施。根據(jù)大面積單體及復(fù) 合薄膜沉積的測試，本發(fā)明結(jié)構(gòu)與ZnO/Ag結(jié)構(gòu)相比，相對于單獨的ZnO薄膜，Y:ZNO/ Ag/Y:ZNO復(fù)合薄膜的電導(dǎo)率更高，透過率也維持在較高的水平。在1400mmX IlOOmm 玻璃襯底上采用相同的磁控濺射設(shè)備分別沉積同樣厚度的ZnO薄膜及Y:ZNO/Ag/Y:ZNO 復(fù)合薄膜，Y:ZNO/Ag/Y:ZNO復(fù)合薄膜的方塊電阻為100 Ω / □以內(nèi)，而ZnO薄膜的方 塊電阻則為3000 Ω / □左右。


圖1是本發(fā)明薄膜太陽能電池背電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記說明1-第一 Υ:ΖΝΟ層2-第一 Ag層3_第二 Ag層
4-Χ 層 5-第二 Υ:ΖΝΟ 層具體實施方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步的描述
如圖1所示，本發(fā)明薄膜太陽能電池背電極包括如下五層固定連接的結(jié)構(gòu)依 次為第一 GZO層1、Ag層、第二 GZO層5、Ag層、X層4，其中第一 GZO層和第二 GZO層均為摻雜了 Ga元素的ZnO薄膜層，Ga元素的摻雜率為小于等于15%，X層4為 Ti、Ni、Al等導(dǎo)電率較好且在環(huán)境中較穩(wěn)定的金屬中的一種制成的薄膜層，Ag層為薄膜 層，位于第一 GZO層1和第二 GZO層5間的Ag層為第一 Ag層2，位于第二 GZO層5 及X層4間的Ag層為第二 Ag層3，第一 Ag層2比第二 Ag層3薄。
為了提高摻Ga的ZnO薄膜的電導(dǎo)率，并且維持較高的透過率，Ga元素的摻雜 量為 0.5% -15%。
第一 GZO層和第二 GZO層的厚度均大于Onm小于等于50nm，較好為不超過 40nm,最好為 40nm。
第一 Ag層的厚度不超過20nm，較好在5-20nm之間，最好為lOnm，因為厚度 為IOnm的Ag薄膜層能夠保證GZO/Ag/GZO薄膜層具有良好的電導(dǎo)率，并且其透過率也維持在較高水平，第一 Ag層的主要作用為增加GZO/Ag/GZO復(fù)合層的電導(dǎo)率，改善 GZO/Ag/GZO復(fù)合層與第二 Ag層的電學(xué)接觸。
本背電極的主要電極層為第二 Ag層，其厚度應(yīng)大于等于150nm，較好為 150nm-300nm,更好為150nm_250nm，第二Ag層的主要作用是提高電池短路電流密度， 得到的電池的短路電流密度值越大，說明第二 Ag層厚度越合適。
X層為導(dǎo)電率較好在環(huán)境中較穩(wěn)定不易被氧化的金屬薄膜層，其可以是Ti金屬 薄膜層或Ni金屬薄膜層或Al金屬薄膜層等，其對與其相鄰的第二 Ag層起保護作用，提 高薄膜太陽能電池背電極的穩(wěn)定性，獲得穩(wěn)定的反射率，提高電池在室外環(huán)境下的耐候 性，減少電池性能在室外的快速衰減，其厚度為10nm-30nm之間。使用時由位于表層的 GZO層與太陽能薄膜電池的發(fā)電層相連接。
對于GZO/Ag/GZO/Ag/Ti多層復(fù)合電極，Ga作為摻雜雜質(zhì)在ZnO薄膜中的作用是取代鋅原子，提供輸運電量的電子。其取代機理為Ga為3價金屬原子，1個Ga原 子離化后將提供3個電子；Zn為2價金屬原子，1個Zn原子離化后將提供2個電子；Ga 原子取代Zn原子后，將多出一個電子，參與電能的輸運，從而提高了氧化鋅薄膜的導(dǎo)電 性能。因此，3價元素中除Ga為之外，其它的3價元素如Al、hi等摻入ZnO薄膜后， 也會產(chǎn)生類似的取代作用，提供多余的導(dǎo)電電子，從而提高ZnO的導(dǎo)電性能，因此同類 的Y:ZNO(Y:ZNO為摻雜3價元素的ZnO)具有類似的光電性能，可應(yīng)用在本發(fā)明中。
對于多層復(fù)合電極，其電阻率可按下述公式求得
1 /R = 1 /R1+1 /R2+1 /R3+1 /R4+1 /R5
其中R為多層復(fù)合電極的電阻率，艮、R2, R3、R4、R5分別為圖一結(jié)構(gòu)中“1” 層的電阻、“2”層的電阻、“3”層的電阻、“4”層的電阻、“5”層的電阻。
由公式可以看出，R《Ri(i=l，2，3，4，5)，即多層背電極的電阻率小于任 何單層背電極的電阻率。
本發(fā)明背電極的Y:ZNO層中，ZNO可用其它的透明導(dǎo)電氧化物(TCO)代替， 如Sn02及ITO等。
本發(fā)明中所述的背電極Metal層不限于Ag層，也適用于具有類似性質(zhì)的其它金屬如Al及Cu等金屬中。
下面結(jié)合具體的實施例分別對Y:ZNO/Ag/Y:ZNO/Ag/X復(fù)合層結(jié)構(gòu)中的不同功 能層進行分別說明。
制作時，使用磁控濺射設(shè)備或熱蒸發(fā)設(shè)備將復(fù)合層背電極的各層沉積結(jié)合在一 起，或用熱鍍設(shè)備將各層鍍在一起。
1、Y:ZNO/Ag/Y:ZNO復(fù)合層的方塊電阻和光透過率與現(xiàn)有技術(shù)中GZO層的方 塊電阻和光透過率比較
利用直流磁控濺射設(shè)備在玻璃襯底上制備GZO/Ag/GZO復(fù)合層。其中GZO靶 材純度為99.9%、Ga元素摻雜量0.6%，Ag靶材純度為99.99%。不同厚度的GZO層及 不同厚度的第一 Ag層的方塊電阻和光透過率見表1。
對照例1 :利用直流磁控濺射設(shè)備在玻璃襯底上制備GZO層。其中GZO靶材 純度為99.9%、Ga元素摻雜量0.6%。制得的GZO層厚度為90nm，沉積后得到的GZO 方阻為^ΟΟΩ/□，580nm處光透過率為93%。5
表1 GZO層及第一 Ag層的厚度不同時GZO/Ag/GZO復(fù)合層的方塊電阻和光 透過率表
權(quán)利要求
1.一種薄膜太陽能電池背電極，其特征在于其是由下列五層薄膜組成的復(fù)合層， 依次為第一Y:ZNO層、第一Ag層、第二Y:ZNO層、第二Ag層和X層，所述第一Y:ZNO 層和第二 Y:ZNO層均為摻雜了 3價元素的ZnO薄膜層，其中3價元素的摻雜量(重量百 分比)小于等于15%而大于0，第一 Y:ZNO層和第二 Y:ZNO層的厚度均大于Onm小于等 于50nm，所述的X層為金屬薄膜層，所述第二 Ag層的厚度大于第一 Ag層。
2.如權(quán)利要求1所述的一種薄膜太陽能電池背電極，其特征在于所述第一Ag層的 厚度小于等于20nm大于Onm，所述第二 Ag層的厚度大于等于150nm
3.如權(quán)利要求1所述的一種薄膜太陽能電池背電極，其特征在于 厚度小于等于40nm大于等于20nm。
4.如權(quán)利要求1所述的一種薄膜太陽能電池背電極，其特征在于 中3價元素元素的摻雜量(重量百分比)為0.5%-15%。
5.如權(quán)利要求1所述的一種薄膜太陽能電池背電極，其特征在于 In、Ga、Al元素中的一種。
6.如權(quán)利要求1所述的一種薄膜太陽能電池背電極，其特征在于 的厚度為4nm_20nm。
7.如權(quán)利要求1所述的一種薄膜太陽能電池背電極，其特征在于 的厚度為150nm_300nm。
8.如權(quán)利要求1所述的一種薄膜太陽能電池背電極，其特征在于金屬薄膜層是不 易被空氣氧化且導(dǎo)電性好的金屬薄膜層。
9.如權(quán)利要求1或10所述的一種薄膜太陽能電池背電極，其特征在于所述的金屬 薄膜層為Ti、Ni、Al中的一種金屬薄膜層。
10.如權(quán)利要求1或10所述的一種薄膜太陽能電池背電極，其特征在于所述的金屬 層薄膜層的厚度為10nm-30nm。所述的Y:ZNO層 所述的Y:ZNO層所述的3價元素為 所述的第一 Ag層 所述的第二 Ag層
全文摘要
本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中薄膜太陽能電池背電極電導(dǎo)率不高，穩(wěn)定性差在使用中反射能力下降的不足，公開了一種薄膜太陽能電池背電極，其是由下列五層薄膜組成的復(fù)合層，依次為第一Y:ZNO層、第一Ag層、第二Y:ZNO層、第二Ag層和X層，所述第一Y:ZNO層和第二Y:ZNO層均為摻雜了3價元素的ZnO薄膜層，其中3價元素的摻雜量(重量百分比)小于等于15％而大于0，第一Y:ZNO層和第二Y:ZNO層的厚度均大于0nm小于等于50nm，所述的X層為金屬薄膜層，所述第二銀層的厚度大于第一銀層，采用本發(fā)明技術(shù)方案的薄膜太陽能電池背電極電導(dǎo)率高，反射能力穩(wěn)定。
文檔編號H01L31/0224GK102024857SQ20101052371
公開日2011年4月20日 申請日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者葉志高, 吳興坤, 曹松峰, 郝芳 申請人:杭州天裕光能科技有限公司