太陽能電池及其制造方法
【專利摘要】公開了一種太陽能電池及其制造方法。所述太陽能電池包括：背電極層；在所述背電極層上的光吸收層；以及，在所述光吸收層上的緩沖層，其中，所述緩沖層包括第一緩沖層、在所述第一緩沖層上的第二緩沖層和在所述第二緩沖層上的第三緩沖層，并且其中，所述第一緩沖層包括I-VI族化合物。一種制造太陽能電池的方法包括步驟：在基板上形成背電極層；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硒的第二緩沖層；并且，在所述第二緩沖層上形成包括硫化物的第三緩沖層。
【專利說明】太陽能電池及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 實施例涉及太陽能電池及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]制造用于太陽光電力產(chǎn)生的太陽能電池的方法如下。首先，在制備基板后，在基板上形成背電極層，并且通過激光將其圖案化，由此形成多個背電極。
[0003]其后，在背電極上依序形成光吸收層、緩沖層和高電阻緩沖層。諸如下述方案的各種方案已經(jīng)被廣泛使用以便形成光吸收層:通過同時或分別蒸發(fā)Cu、In、Ga和Se來形成基于Cu (In，Ga) Se2 (CIGS)的光吸收層的方案；以及，在已經(jīng)形成金屬前體膜后執(zhí)行硒化工藝的方案。光吸收層的帶隙能量在大約IeV至大約1.8eV的范圍中。
[0004]然后，通過濺射工藝來在光吸收層上形成包括硫化鎘(CdS)的緩沖層。該緩沖層的帶隙能量可以在大約2.2eV至大約2.4eV的范圍中。其后，通過濺射工藝在緩沖層上形成包括氧化鋅(ZnO)的高電阻緩沖層。高電阻緩沖層的帶隙能量在大約3.1eV至大約3.3eV的范圍中。
[0005]其后，可以在光吸收層、緩沖層和高電阻緩沖層中形成凹槽圖案。
[0006]然后，透明導(dǎo)電材料被層疊在高電阻緩沖層上，并且被填充在凹槽圖案中。因此，在高電阻緩沖層上形成透明電極層，并且在凹槽圖案中形成連接導(dǎo)線。構(gòu)成該透明電極層和連接導(dǎo)線的材料可以包括鋁摻雜的氧化鋅(AZO)。該透明電極層的帶隙能量可以在大約
3.1eV至大約3.3eV的范圍中。
[0007]然后，在透明電極層中形成凹槽圖案，使得可以形成多個太陽能電池。該等透明電極和高電阻緩沖層分別對應(yīng)于每一個電池。可以以條形或矩陣的形式來提供該等透明電極和高電阻緩沖層。
[0008]透明電極和背電極彼此不對齊，使得透明電極分別通過連接導(dǎo)線電連接到背電極。因此，太陽能電池可以彼此電串聯(lián)。
[0009]如上所述，為了將太陽光轉(zhuǎn)換為電能，已經(jīng)制造和使用了各種太陽能電池設(shè)備。在韓國未審查專利公開N0.10-2008-0088744中公開了所述太陽能電池設(shè)備的一種。
[0010]同時，對于太陽能電池來說，如何減少在緩沖層與光吸收層之間的帶隙能量差以容易地產(chǎn)生光伏電力，是很關(guān)鍵的。因此，關(guān)于如何使緩沖層和光吸收層具有相似帶隙能量的問題已經(jīng)得到了積極的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]技術(shù)問題
[0012]實施例提供了一種能夠表現(xiàn)出改善的光電轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池。
[0013]技術(shù)方案
[0014]根據(jù)實施例，提供了一種太陽能電池，包括:背電極層；在所述背電極層上的光吸收層；以及，在所述光吸收層上的緩沖層，其中，所述緩沖層包括第一緩沖層、在所述第一緩沖層上的第二緩沖層和在所述第二緩沖層上的第三緩沖層，并且其中，所述第一緩沖層包括1-VI族化合物。
[0015]根據(jù)一個實施例，提供了一種制造太陽能電池的方法，包括步驟:在基板上形成背電極層；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硒的第二緩沖層；并且，在所述第二緩沖層上形成包括硫化物的第三緩沖層。
[0016]有益效果
[0017]因為在根據(jù)實施例的太陽能電池中包括的緩沖層被劃分為第二緩沖層和第三緩沖層，所以緩沖層可以具有依序變化的帶隙能量。
[0018]S卩，在光吸收層和緩沖層的帶隙能量之間的差別減少，使得可以容易地產(chǎn)生光伏電力。
[0019]因此，可以容易地通過緩沖層來傳送電子，使得根據(jù)實施例的太陽能電池可以具有改善的效率。
[0020]S卩，與具有僅包括硫化鎘(CdS)的緩沖層的、根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的太陽能電池作比較，根據(jù)實施例的太陽能電池可以具有改善的效率。
[0021]在根據(jù)另一個實施例的太陽能電池中所包括的緩沖層包括第一緩沖層、第二緩沖層和第三緩沖層。第一緩沖層被插設(shè)在光吸收層和第二緩沖層之間，使得可以增強相對于光吸收層和第二緩沖層的耦合結(jié)構(gòu)。
[0022]因為插入了第一緩沖層，所以可以將光吸收層的銅(Cu)空洞摻雜鈉。在接近第一緩沖層的、光吸收層的表面處分布大量的鈉，使得光吸收層和緩沖層可以具有類似的帶隙能量。因此，可以改善電子產(chǎn)生率。
[0023]根據(jù)實施例的方法可以制造具有上述效果的太陽能電池。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是示出根據(jù)第一實施例的太陽能電池的截面圖；
[0025]圖2是在圖1中的“A”的放大視圖；
[0026]圖3是示出根據(jù)第二實施例的在太陽能電池中包括的緩沖層的截面圖；
[0027]圖4是圖示在根據(jù)第二實施例的太陽能電池的每層中包括的鈉的濃度的曲線圖；
[0028]圖5至圖7是圖示制造根據(jù)第一實施例的太陽能電池的工藝的截面圖；以及
[0029]圖8至圖10是圖示制造根據(jù)第二實施例的太陽能電池的工藝的截面圖。
【具體實施方式】
[0030]在實施例的描述中，可以明白，當層、膜、區(qū)域、圖案或結(jié)構(gòu)被稱為在另一個基板、另一層、膜或另一個圖案“上”或“下”時，它可以“直接地”或“間接地”在另一層、另一膜、另一個圖案上，或者也可以存在一個或多個介入層。已經(jīng)參考附圖描述了每層的位置。
[0031]為了明顯和方便的說明，可能夸大在附圖中所示的元件的大小和厚度。并且該大小或厚度可能不完全反映實際大小。
[0032]以下，將參考附圖詳細描述實施例。
[0033]首先，將參考圖1和圖2來描述根據(jù)第一實施例的太陽能電池。圖1是示出根據(jù)第一實施例的太陽能電池的截面圖。圖2是在圖1中的“A”的放大視圖。[0034]參見圖1，太陽能電池包括支撐基板100、背電極層200、光吸收層300、緩沖層400、高電阻緩沖層500和前電極層600。
[0035]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、緩沖層400、高電阻緩沖層500和前電極層600。
[0036]支撐基板100可以包括絕緣體。支撐基板100可以包括玻璃基板、塑料基板或金屬基板。更詳細地，支撐基板100可以包括鈉鈣玻璃基板。支撐基板100可以是透明的。支撐基板100可以是硬的或柔性的。
[0037]背電極層200被設(shè)置在支撐基板100的頂表面上。背電極層200可以是導(dǎo)電層。背電極層200可以包括諸如鑰的金屬。
[0038]另外，背電極層200可以包括至少兩層。在該情況下，可以通過使用同種金屬或異種金屬來形成這些層。
[0039]在背電極層200上設(shè)置了光吸收層300。光吸收層300包括1-1I1-VI族化合物。例如，光吸收層300可以具有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)。
[0040]光吸收層300可以具有在大約IeV至大約1.8eV的范圍中的帶隙能量。
[0041]在光吸收層300上設(shè)置了緩沖層400。緩沖層400直接接觸光吸收層300。
[0042]緩沖層400可以包括兩層或兩層以上的層。詳細而言，參見圖2，緩沖層400可以包括第二緩沖層420和第三緩沖層430。
[0043]第二緩沖層420被布置在光吸收層300上。
[0044]第二緩沖層420包括硒(Se)。詳細而言，第二緩沖層420包括CdSe。
[0045]第二緩沖層420可以具有IOnm至20nm的范圍中的厚度。
[0046]第二緩沖層420的帶隙能量可以是大約1.7eV。
[0047]第三緩沖層430被布置在第二緩沖層420上。
[0048]第三緩沖層430包括硫化物。詳細而言，第三緩沖層430包括硫化鎘(CdS)。
[0049]第三緩沖層430具有在30nm至40nm的范圍中的厚度。
[0050]第三緩沖層430的帶隙能量可以是大約2.4eV。
[0051]緩沖層400的帶隙能量以階梯形式增大，即依序增大。即，因為緩沖層400被劃分為第二緩沖層420和第三緩沖層430，所以緩沖層400具有依序變化的帶隙能量。
[0052]S卩，通過減少在光吸收層300和緩沖層400之間的帶隙能量差別，容易產(chǎn)生光伏電力。
[0053]因此，可以容易地通過緩沖層400傳送電子，使得根據(jù)實施例的太陽能電池具有改善的效率。
[0054]與具有僅由CdS構(gòu)成的緩沖層400的太陽能電池作比較，根據(jù)實施例的太陽能電池具有改善的效率。
[0055]在緩沖層400上布置了高電阻緩沖層500。高電阻緩沖層500包括作為未摻雜雜質(zhì)的氧化鋅的1-ZnO。高電阻緩沖層500可以具有在大約3.1eV至大約3.3eV的范圍中的
帶隙能量。
[0056]在光吸收層300上設(shè)置了前電極層600。更詳細地，在高電阻緩沖層500上設(shè)置了前電極層600。[0057]在高電阻緩沖層500上設(shè)置了前電極層600。前電極層600是透明的。例如，前電極層600可以包括摻雜Al的氧化鋅(AZO)、銦鋅氧化物(IZO)或銦錫氧化物(ITO)。
[0058]前電極層600可以具有在大約500nm至大約1.5微米的范圍中的厚度。而且當前電極層600由摻雜鋁的氧化鋅形成時，前電極層600可以以在大約2.5重量％至大約3.5重量％的范圍中的比率被摻雜。前電極層600是導(dǎo)電層。
[0059]以下，將參考圖3和圖4來描述根據(jù)第二實施例的太陽能電池。在下面的說明中，為了清楚和簡單說明的目的，將省略與在第一實施例中的結(jié)構(gòu)和組件相同或類似的結(jié)構(gòu)和組件的細節(jié)。
[0060]圖3是在根據(jù)第二實施例的太陽能電池中包括的緩沖層400的截面圖。圖4是圖示在根據(jù)第二實施例的太陽能電池的每層中包括的鈉的濃度的曲線圖。
[0061]參見圖3，在根據(jù)第二實施例的太陽能電池中包括的緩沖層400包括第一緩沖層410、第二緩沖層420和第三緩沖層430。
[0062]第一緩沖層410位于光吸收層300上。
[0063]第一緩沖層410包括I和VI族化合物。第一緩沖層410可以包括鈉。詳細而言，第一緩沖層410可以包括Na2Se。
[0064]第一緩沖層410可以具有IOnm或IOnm以下的厚度。
[0065]第二緩沖層420位于第一緩沖層410上。
[0066]因為第二和第三緩沖層420和430與根據(jù)第一實施例的第二和第三緩沖層420和430相同或類似，所以將省略詳細說明。
[0067]因為第一緩沖層410被插設(shè)在光吸收層300和第二緩沖層420之間，所以可以增強相對于光吸收層300和第二緩沖層420的耦合結(jié)構(gòu)。
[0068]因為第一緩沖層410的插入，所以鈉被摻雜到光吸收層300的Cu空洞內(nèi)。參見圖4，在光吸收層300中的鈉的濃度向第一緩沖層410逐漸增大。即，在接近第一緩沖層410的表面處分布較多鈉，使得光吸收層300和緩沖層400可以具有彼此類似的帶隙能量。因此，可以改善電子產(chǎn)生率。
[0069]以下，將參考圖5至圖7來描述根據(jù)第一實施例的制造太陽能電池的方法。圖5至圖7是圖示根據(jù)第一實施例的制造太陽能電池的工藝的截面圖。
[0070]根據(jù)第一實施例的制造太陽能電池的方法包括:在支撐基板100上形成背電極層200的步驟；形成光吸收層300的步驟；形成第二緩沖層420的步驟；以及，形成第三緩沖層430的步驟。
[0071]參見圖5，通過濺射工藝在支撐基板100上沉積諸如鑰的金屬，以形成背電極層200?？梢酝ㄟ^在不同的條件下兩次執(zhí)行工藝來形成背電極層200。
[0072]可以在支撐基板100和背電極層200之間插入諸如擴散阻擋層的額外層。
[0073]接下來，在背電極層200上形成光吸收層300?？梢酝ㄟ^濺射工藝或蒸發(fā)來形成光吸收層300。
[0074]例如，已經(jīng)廣泛使用諸如下述方式的各種方案以便形成光吸收層300:通過同時或分別蒸發(fā)Cu、In、Ga和Se來形成基于Cu (In, Ga) Se2 (CIGS)的光吸收層300的方案；以及，在已經(jīng)形成金屬前體膜后執(zhí)行硒化工藝的方案。
[0075]關(guān)于先形成金屬前體層再進行硒化工藝的細節(jié)，通過使用Cu靶、In靶或Ga靶的濺射工藝來在背電極層200上形成金屬前體層。
[0076]其后，將金屬前體層進行硒化工藝，使得形成基于Cu (In，Ga) Se2 (CIGS)的光吸收層 300。
[0077]另外，可以同時執(zhí)行使用Cu靶、In靶和Ga靶的濺射工藝和硒化工藝。
[0078]而且，可以通過僅使用Cu靶和In靶和僅使用Cu靶和Ga靶的濺射工藝和硒化工藝來形成基于CIS或CIG的光吸收層300。
[0079]然后，參見圖6，在光吸收層300上形成第二緩沖層420。
[0080]可以通過CBD (化學(xué)浴沉積)、CVD (化學(xué)氣相沉積)工藝、噴灑方案或PVD (物理氣相沉積)工藝來形成第二緩沖層420。
[0081]作為一個示例，可以通過使用Cd(EtBU-dsc)2前體的化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝來形成第二緩沖層420。
[0082]參見圖7，在第二緩沖層420上形成第三緩沖層430。
[0083]可以通過CBD工藝、CVD工藝、噴灑方案或PVD工藝來形成第三緩沖層430。
[0084]作為一個示例，可以通過CBD (化學(xué)浴沉積)工藝來形成第三緩沖層430。例如，在已經(jīng)形成第二緩沖層420后，將第二緩沖層420浸入到包括用于形成硫化鎘(CdS)的物質(zhì)的溶液內(nèi)，并且在第二緩沖層420上形成包括CdS的第三緩沖層430。
[0085]其后，通過濺射工藝在第三緩沖層430上沉積氧化鋅，由此形成高電阻緩沖層。
[0086]在高電阻緩沖層上形成前電極層。在高電阻緩沖層上堆疊透明導(dǎo)電材料以形成前電極層。例如，該透明導(dǎo)電材料包括摻雜鋁(Al)的氧化鋅。
[0087]以下，將參考圖8至圖10來描述根據(jù)第二實施例的制造太陽能電池的方法。
[0088]圖8至圖10是圖示根據(jù)第二實施例的用于制造太陽能電池的工藝的截面圖。
[0089]參見圖8，在光吸收層300上形成第一緩沖層410。
[0090]可以通過CBD工藝、CVD工藝、噴灑方案或PVD工藝來形成第一緩沖層410。
[0091]其后，參見圖9和圖10，可以在第一緩沖層410上形成第二和第三緩沖層420和430。
[0092]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在本發(fā)明的至少一個實施例中包括結(jié)合實施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。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，認為結(jié)合其他實施例實現(xiàn)這樣的特征、結(jié)構(gòu)或特性屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的技術(shù)范圍內(nèi)。
[0093]雖然已經(jīng)參考其多個說明性實施例而描述了實施例，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，替代使用也對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員是顯然的。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能電池，包括: 背電極層； 在所述背電極層上的光吸收層；以及 在所述光吸收層上的緩沖層， 其中，所述緩沖層包括第一緩沖層、在所述第一緩沖層上的第二緩沖層和在所述第二緩沖層上的第三緩沖層，并且其中， 所述第一緩沖層包括1-VI族化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述第一緩沖層包括鈉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述第一緩沖層包括硒化鈉(Na2Se)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述第二緩沖層包括硒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述第二緩沖層包括硒化鎘(CdSe)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述第三緩沖層包括硫化物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述第三緩沖層包括硫化鎘(CdS)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述光吸收層具有向所述第一緩沖層逐漸增大的鈉濃度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述第一緩沖層具有IOnm或IOnm以下的厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述第二緩沖層具有在IOnm至20nm的范圍中的厚度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中所述第三緩沖層具有在30nm至40nm的范圍中的厚度。
12.—種太陽能電池，包括: 背電極層； 在所述背電極層上的光吸收層；以及 在所述光吸收層上的緩沖層， 其中，所述緩沖層包括第二緩沖層和在所述第二緩沖層上的第三緩沖層，并且， 其中，所述第二緩沖層包括硒。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽能電池，其中，所述第三緩沖層包括硫化物。
14.一種制造太陽能電池的方法，所述方法包括: 在基板上形成背電極層； 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硒的第二緩沖層；以及 在所述第二緩沖層上形成包括硫化物的第三緩沖層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，在形成光吸收層和形成第二緩沖層之間還包括在所述光吸收層上形成包括1-VI族化合物的第一緩沖層。
【文檔編號】H01L31/042GK103999236SQ201280062499
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月17日
【發(fā)明者】成命錫 申請人:Lg伊諾特有限公司