太陽能電池設(shè)備及其制造方法
【專利摘要】根據(jù)實施例的一種太陽能電池設(shè)備包括：襯底；在所述襯底上的背電極層；在所述背電極層上的光吸收層；在所述光吸收層上的包括CdS的第一緩沖層；在所述第一緩沖層上的包括Zn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(shè)備及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 實施例涉及一種太陽能電池設(shè)備及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近來，由于能耗增大，開發(fā)了太陽能電池設(shè)備來將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。
[0003]具體地說，已經(jīng)廣泛使用了 CIGS基太陽能電池設(shè)備，其為PN異質(zhì)結(jié)設(shè)備，其具有:襯底結(jié)構(gòu)，該襯底結(jié)構(gòu)包括玻璃襯底；金屬背電極層；P型CIGS基光吸收層；緩沖層；以及，
N型窗口層。
[0004]在這樣的太陽能電池設(shè)備中，已經(jīng)進行了研究以改善太陽能電池設(shè)備的電特性，諸如低電阻和高透射率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問題
[0006]實施例提供了 一種太陽能電池設(shè)備及其制造方法，可以通過形成包括具有薄厚度的Cd的緩沖層經(jīng)由環(huán)境友好的方案來制造所述太陽能電池設(shè)備，并且所述太陽能電池設(shè)備可以改善光電轉(zhuǎn)換效率。
[0007]技術(shù)解決方案
[0008]根據(jù)實施例的一種太陽能電池設(shè)備包括:襯底；在所述襯底上的背電極層；在所述背電極層上的光吸收層；在所述光吸收層上的包括CdS的第一緩沖層；在所述第一緩沖層上的包括Zn的第二緩沖層；以及，在所述第二緩沖層上的窗口層。
[0009]根據(jù)實施例的一種制造太陽能電池設(shè)備的方法包括步驟:在襯底上形成背電極層；在所述背電極層上形成光吸收層；在所述光吸收層上形成包括CdS的第一緩沖層；在所述第一緩沖層上形成包括Zn的第二緩沖層；以及，在所述第二緩沖層上形成窗口層。
[0010]有益效果
[0011]根據(jù)實施例的太陽能電池設(shè)備，在緩沖層中包括的CdS具有薄的厚度，因此，可以防止由作為有毒重金屬的CdS引起的環(huán)境污染，并且太陽能電池設(shè)備可以具有熱穩(wěn)定性和優(yōu)越的電特性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是示出根據(jù)實施例的太陽能電池設(shè)備的截面圖；
[0013]圖2是示出根據(jù)實施例的為形成第二緩沖層而注入的材料的曲線圖；
[0014]圖3是示出根據(jù)實施例的第二緩沖層的結(jié)構(gòu)的視圖；
[0015]圖4是示出根據(jù)實施例的隨太陽能電池設(shè)備的波長變化的量子效率的視圖；以及
[0016]圖5至圖8是示出根據(jù)實施例的用于制造太陽能電池設(shè)備的方法的截面圖。
【具體實施方式】[0017]在實施例的說明中，可以明白，當襯底、層、膜或電極被稱為在另一個襯底、另一個層、另一個膜或另一個電極之上或之下時，它可以直接或間接地在該另一個襯底、另一個層、另一個膜或另一個電極之上，或者，也可以存在一個或多個中間層。已經(jīng)參考附圖描述了這樣的層的位置。在附圖中所示的元件的大小可能為了說明的目的被夸大，并且可能未絕對地反映實際大小。
[0018]圖1是示出根據(jù)實施例的太陽能電池設(shè)備的截面圖。參見圖1，太陽能電池板包括支撐襯底100、背電極層200、光吸收層300、包括第一和第二緩沖層410和420的緩沖層400，以及窗口層500。
[0019]支撐襯底100可以包括絕緣體。支撐襯底100可以是玻璃襯底、諸如聚合物的塑料襯底或金屬襯底。同時，支撐襯底100可以包括包括氧化鋁的陶瓷襯底、不銹鋼(SUS)襯底或具有柔性的聚合物襯底。支撐襯底100可以是透明的、柔性的或硬的。
[0020]背電極層200被布置在支撐襯底100上。背電極層200是導電層。背電極層200允許從太陽能電池設(shè)備的光吸收層300產(chǎn)生的電荷的遷移，使得電流可以從太陽能電池設(shè)備流出。為此，背電極層200可以具有高的導電率和低的電阻率。
[0021]另外，背電極層200必須具有在硫(S)或硒(Se)氣氛下執(zhí)行熱處理以形成CIGS化合物時的高溫穩(wěn)定性。另外，背電極層200可以具有相對于支撐襯底100的優(yōu)越的粘結(jié)性質(zhì)，使得背電極層200不會因為熱膨脹系數(shù)的差別而從支撐襯底100脫層。
[0022]背電極層200可以包括Mo、Au、Al、Cr、W和Cu中的一種。在上述元素中，Mo可以表現(xiàn)出與支撐襯底100類似的熱膨脹系數(shù)，因此，Mo具有相對于支撐襯底100的優(yōu)越的粘結(jié)性質(zhì)，由此防止背電極層200從支撐襯底100脫層。詳細而言，Mo可以滿足對于背電極層200所要求的上述性質(zhì)。
[0023]背電極層200可以包括至少兩層。在該情況下，可以通過使用相同的金屬或不同的金屬來形成至少兩層。
[0024]在背電極層200上形成光吸收層300。光吸收層300可以包括P型半導體化合物。詳細而言，光吸收層300可以包括1-1I1-VI族化合物。例如，光吸收層300可以包括Cu(In, Ga) Se2 (CIGS)晶體結(jié)構(gòu)、Cu (In) Se2晶體結(jié)構(gòu)或Cu (Ga) Se2晶體結(jié)構(gòu)。光吸收層300具有在約1.1eV至約1.8eV的范圍中的能帶隙。
[0025]在光吸收層300上布置緩沖層400。具有包括CIGS化合物的光吸收層300的太陽能電池設(shè)備可以在作為P型半導體的CIGS化合物層和作為N型半導體的窗口層500之間形成PN結(jié)。然而，因為在CIGS化合物層和窗口層500之間在晶格常數(shù)和帶隙能量上存在大的差別，所以需要具有中間帶隙的緩沖層400來形成期望的結(jié)。
[0026]緩沖層400包括第一緩沖層410和第二緩沖層420。通常，緩沖層包括CdS或ZnS。如果通過經(jīng)由CBD方案沉積CdS來形成緩沖層，則在能量轉(zhuǎn)換效率上有益。然而，因為CdS吸收具有比能帶隙短的波長為500nm或500nm以下的光，所以可能不會使能量轉(zhuǎn)換效率最大化。另外，CdS包括作為重金屬的Cd，因此，已經(jīng)積極地進行研究以替代CdS。
[0027]ZnS已經(jīng)被用作用于CdS的替代品。然而，ZnS不穩(wěn)定，并且在能量轉(zhuǎn)換效率上不如CdS。ZnS具有比一般用于窗口層的ZnO大的能帶隙，因此可以降低光損失。然而，在光吸收層中的Zn原子的擴散程度顯著地大于Cd，因此，熱穩(wěn)定性可能變差。另外，導帶的能帶偏移導致不能獲得期望的二極管特性。所述實施例提供了緩沖層，該緩沖層在最小化缺點并最大化太陽能電池設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換效率的同時保持CdS緩沖層的優(yōu)點。
[0028]根據(jù)所述實施例，在光吸收層300上形成第一緩沖層410。第一緩沖層410可以包括(MS。第一緩沖層410可以具有20nm或20nm以下的厚度，優(yōu)選的是IOnm或IOnm以下的厚度。因為包括CdS的第一緩沖層410具有薄的厚度，所以可以最小化在緩沖層中吸收的具有500nm或500nm以下的波長的光的量。
[0029]在第一緩沖層410上形成第二緩沖層420。可以通過經(jīng)由MOCVD方案或ALD (原子層沉積)方案來沉積Zn、S或氧離子而形成第二緩沖層420。
[0030]當通過MOCVD方案形成第二緩沖層420時，依序交替地形成ZnS和ZnO。例如，以在0.3nm至0.7nm的范圍中的厚度來層疊ZnS，并且以3nm至7nm的范圍中的厚度來層疊ZnO，其中，各個層可以多次層疊。第二緩沖層420可以具有在60nm至70nm的范圍中的厚度。另外，可以形成In2Se3來替代ZnS。
[0031]當通過ALD方案形成第二緩沖層420時，交替地層疊包括Zn、S、Zn和0的原子層。下面參考圖2和圖3來詳細描述用于形成第二緩沖層420的ALD方案。
[0032]在緩沖層400上布置窗口層500。窗口層500是透明導電層。另外，窗口層500具有比背電極層200的電阻高的電阻。
[0033]窗口層500包括氧化物。例如，窗口層500可以包括氧化鋅、銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)。
[0034]另外，窗口層500可以包括摻雜Al的氧化鋅(AZO)或摻雜Ga的氧化鋅(GZ0)。
[0035]根據(jù)實施例的太陽能電池設(shè)備，在緩沖層400中包括的CdS具有薄的厚度，因此，可以防止由作為有毒重金屬的CdS引起的環(huán)境污染，并且太陽能電池設(shè)備可以具有熱穩(wěn)定性和優(yōu)越的電特性。
[0036]圖2是示出根據(jù)實施例的為形成第二緩沖層420而注入的材料的曲線圖，并且圖3是示出根據(jù)實施例的第二緩沖層420的結(jié)構(gòu)的視圖。
[0037]根據(jù)實施例，通過ALD方案來形成第二緩沖層420，但是實施例不限于此。如果通過ALD方案來形成第二緩沖層420，則將T-BuSH作為S的來源注入四秒，然后吹掃6秒。其后，將DMZn作為Zn的來源注入4秒，然后吹掃6秒。其后，將T-BuSH作為S的來源再一次注入4秒，然后吹掃6秒。其后，將DMZn作為Zn的來源再一次注入4秒，并且然后吹掃6秒。因此,如圖3中所示，通過上面的工藝來沉積Zn和S原子層。
[0038]其后，將DMZn作為Zn的來源注入4秒，然后吹掃6秒。并且將H2O作為0的來源注入4秒，然后吹掃6秒。通過反復上面的工藝來沉積Zn和S原子層。
[0039]因此，依序?qū)盈BZn、S、Zn和0元素，使得形成第二緩沖層420。此時，第二緩沖層420可以具有在60nm至70nm的范圍中的厚度。
[0040]圖4是示出根據(jù)實施例的隨太陽能電池設(shè)備的波長變化的量子效率的視圖。如圖4中所示，在與僅通過使用CdS來在光吸收層300上形成緩沖層的情況作比較時，如果包括CdS的第一緩沖層410被形成為20nm或20nm以下的厚度并且在第一緩沖層410上形成具有依序形成的ZnS和ZnO的第二緩沖層420，則量子轉(zhuǎn)換效率增大。
[0041]圖5至圖8是示出根據(jù)實施例的制造太陽能電池設(shè)備的方法的截面圖。上面的關(guān)于太陽能電池設(shè)備的說明通過引用將基本上被包含在關(guān)于制造太陽能電池的方法的說明中。[0042]參見圖5和圖6，在支撐襯底100上形成背電極層200?？梢酝ㄟ^使用Mo來沉積背電極層200?？梢酝ㄟ^PVD (物理氣相沉積)工藝或電鍍工藝來形成第一電極層210。
[0043]另外，可以在支撐襯底100和背電極層200之間形成諸如擴散阻擋層的額外層。
[0044]然后，在背電極層200上形成光吸收層300。例如，同時或獨立地蒸發(fā)Cu、In、Ga和Se以形成CIGS基光吸收層300，或者可以在形成金屬前體層之后通過硒化工藝來形成光吸收層300。
[0045]詳細而言，通過使用Cu靶、In靶和Ga靶執(zhí)行濺射工藝來在背電極層200上形成金屬前體層。
[0046]然后，執(zhí)行硒化工藝以形成CIGS基光吸收層300。
[0047]另外，可以同時執(zhí)行使用Cu祀、In祀和Ga祀的派射工藝和硒化工藝。
[0048]而且，可以通過硒化工藝和僅使用Cu和In靶或Cu和Ga靶的濺射工藝來形成CIS基或CIG基光吸收層300。
[0049]在形成光吸收層300的工藝期間，在阻擋層中包括的鈉可以與阻擋層分離，并且可以擴散到光吸收層300內(nèi)。因此，可以增大光吸收層300的電荷濃度，使得可以改善太陽能電池設(shè)備的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0050]參見圖7，通過濺射工藝或CBD工藝在光吸收層上沉積CdS，以形成第一緩沖層410。此時，第一緩沖層410具有20nm或20nm以下、優(yōu)選地IOnm或IOnm以下的厚度。
[0051]然后，在第一緩沖層410上形成第二緩沖層420?？梢酝ㄟ^下述方式來形成第二緩沖層420:通過MOCVD方案來依序和反復地層疊Zn (S和0)層，或者通過ALD方案來交替地層置Zn、S、Zn和0原子層。
[0052]另外，可以在第二緩沖層420上形成銦鋅氧化物(IZO)。
[0053]參見圖8，在緩沖層400上形成窗口層500。可以通過在緩沖層400上沉積透明材料來形成窗口層500。窗口層500可以包括ZnO，但是實施例不限于此。另外，窗口層500可以包括硼。
[0054]在本說明書中對于“ 一個實施例”、“實施例”、“示例實施例”等的任何弓丨用表示結(jié)合所述實施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。在本說明書中的各個位置中的這樣的短語的出現(xiàn)不必然全部指的是同一實施例。而且，當結(jié)合任何實施例描述特定特征、結(jié)構(gòu)或特性時，認為它在本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員的技術(shù)范圍內(nèi)來結(jié)合其他實施例實施這樣的特征、結(jié)構(gòu)或特性。
[0055]雖然已經(jīng)參考其多個說明性實施例而描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當明白，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可以設(shè)計落在本公開的精神和原理范圍內(nèi)的多種其他修改和實施例。更具體地，在本公開、附圖和所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的主組合布置的部件部分和/或布置中，各種改變和修改是可能的。除了在部件部分和/或布置中的改變和修改之外，替代使用對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員也是顯然的。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能電池設(shè)備，包括: 襯底； 在所述襯底上的背電極層； 在所述背電極層上的光吸收層； 在所述光吸收層上的包括CdS的第一緩沖層； 在所述第一緩沖層上的包括Zn的第二緩沖層；以及 在所述第二緩沖層上的窗口層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池設(shè)備，其中，所述第一緩沖層具有20nm或20nm以下的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池設(shè)備，其中，所述第二緩沖層包括硫(S)和氧(O)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能電池設(shè)備，其中，所述第二緩沖層是通過反復地層疊ZnS和ZnO來形成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能電池設(shè)備，其中，所述ZnS具有在0.3nm至0.7nm的范圍中的厚度，并且所述ZnO具有在3nm至7nm的范圍中的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能電池設(shè)備，其中，所述第二緩沖層是通過反復地層疊Zn、S和0原子層來形成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池設(shè)備，其中，所述第二緩沖層具有在60nm至70nm的范圍中的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池設(shè)備，其中，所述第二緩沖層包括In2Se3。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池設(shè)備，其中，在所述第二緩沖層和所述窗口層之間形成銦鋅氧化物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池設(shè)備，其中，所述窗口層包括ZnO。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的太陽能電池設(shè)備，其中，所述窗口層包括硼。
12.一種制造太陽能電池設(shè)備的方法，所述方法包括: 在襯底上形成背電極層； 在所述背電極層上形成光吸收層； 在所述光吸收層上形成包括CdS的第一緩沖層； 在所述第一緩沖層上形成包括Zn的第二緩沖層；以及 在所述第二緩沖層上形成窗口層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述第一緩沖層具有IOnm或IOnm以下的厚度。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述第二緩沖層是通過使用Zn、0和S經(jīng)由ALD(原子層沉積)方案來形成的。
【文檔編號】H01L31/18GK103718308SQ201280037620
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月31日
【發(fā)明者】崔撤煥, 崔寅煥 申請人:Lg伊諾特有限公司, 中央大學校產(chǎn)學協(xié)力團