CN100428496C - 太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

太阳能电池及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN100428496C
CN100428496C CNB2004100300252A CN200410030025A CN100428496C CN 100428496 C CN100428496 C CN 100428496C CN B2004100300252 A CNB2004100300252 A CN B2004100300252A CN 200410030025 A CN200410030025 A CN 200410030025A CN 100428496 C CN100428496 C CN 100428496C
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
solar cell
type semiconductor
electrode
semiconductor layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2004100300252A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1531114A (zh
Inventor
桥本泰宏
根上卓之
佐藤琢也
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Publication of CN1531114A publication Critical patent/CN1531114A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100428496C publication Critical patent/CN100428496C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
    • H01L31/0322—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312 comprising only AIBIIICVI chalcopyrite compounds, e.g. Cu In Se2, Cu Ga Se2, Cu In Ga Se2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明的目的是提供一种太阳能电池及其制备方法，所述电池包括含有Zn、Mg和O的层，并且它提高了效率。所述太阳能电池包括第一电极层、第二电极层、置于第一电极层和第二电极层之间的p-型半导体层、和置于第二电极层和p-型半导体层之间的层A，其中层A包括Zn、Mg、O和至少一种选自Ca、Sr、Ba、Al、In和Ga的元素M，并且由于从第二电极层侧入射的光而产生光电动势。

Description

太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池及其制备方法。
背景技术
已有报导使用化合物半导体薄膜(黄铜矿化合物半导体薄膜)作为吸光层的薄膜太阳能电池，所述化合物半导体薄膜是由第Ib族元素、第IIIb族元素和第VIb族元素制成。举例说明，CuInSe2(后文中还称作“CIS”)或其中Ga分散在CIS中的Cu(In，Ga)Se2(后文中还称作“CIGS”)是这类化合物半导体的实例。采用CIS或CIGS作为吸光层的薄膜太阳能电池(后文中也称作“CIS太阳能电池“)具有优异的性能，例如高的能量转化率并且不会由于光发射而降低转化率，这一点是已知的。
常规的高效CIS太阳能电池中，通常使用ZnO层作为窗口层(window layer)。然而近年来，人们的注意力转向用含有Zn、Mg和O(Zn1-x′Mgx′O层)的层代替ZnO层的太阳能电池，这样吸光层和窗口层之间的导带偏移就更接近最佳值。人们还研究了CIS太阳能电池，该电池中为了省去以前常规太阳能电池中所采用的缓冲层而采用了Zn1-x′Mgx′O层。这种太阳能电池公开在例如US6,259,016和JP2000-323733中。
然而，如果简单地通过将Mg加入至ZnO层中来制备Zn1-x′Mgx′O层时，Zn1-x′Mgx′O层的体积电阻就比ZnO层的大，因此就降低了整个太阳能电池的导电性。目前希望太阳能电池的效率更高，同样，还需要提高采用Zn1-x′Mgx′O层的太阳能电池的效率。
鉴于目前的形式，本发明的目的是提供一种太阳能电池及其制备方法，所述电池包括含有Zn、Mg和O的层，并且它能够比常规方法更高效地制成。
发明内容
一种太阳能电池包括第一电极层、第二电极层、置于第一电极层和第二电极层之间的p-型半导体层、和置于第二电极层和p-型半导体层之间的层A。在此，层A包括Zn(锌)、Mg(镁)、O(氧)和至少一种选自Ca(钙)、Sr(锶)、Ba(钡)、Al(铝)、In(铟)和Ga(镓)的元素M。本发明的太阳能电池由于从第二电极层侧入射的光而产生光电动势。
其次，本发明的太阳能电池制备方法是一种包括下述步骤的太阳能电池制备方法，所述电池包括第一电极层、第二电极层、和置于第一电极层和第二电极层之间的p-型半导体层，并且该电池由于从第二电极层侧入射的光而产生光电动势，所述步骤包括：
(i)在基体上按顺序形成第一电极层和p-型半导体层的步骤；
(ii)形成层A的步骤，使p-型半导体层夹在层A和第一电极层之间；和
(iii)形成第二电极层的步骤，使层A夹在第一电极层和第二电极层之间。在此，层A是包括Zn、Mg、O和至少一种选自Ca、Sr、Ba、A1、In和Ga的元素M的层。
附图说明
图1是表示本发明太阳能电池一个实例的截面示意图。
图2是表示本发明太阳能电池另一个实例的截面示意图。
图3A至图3D是表示本发明太阳能电池制备方法的一个实例的方法步骤图。
图4A至图4C是用图表示本发明太阳能电池制备方法的另一个实例的方法步骤图。
图5A至图5D是用图表示本发明太阳能电池制备方法的又一个实例的方法步骤图。
具体实施方式
下面参考附图描述本发明的实施方式。后面的描述中，相同的附图标记表示相同的组件，对其重复描述将省略。
首先，描述本发明的太阳能电池。
图1表示本发明太阳能电池的一个实例。图1表示的太阳能电池包括第一电极层12、第二电极层16、置于第一电极层12和第二电极层16之间的p-型半导体层13，和置于第二电极层16和p-型半导体层13之间的层A15。这些层形成在基体11上。层A15包括Zn、Mg、O和至少一种选自Ca、Sr、Ba、Al、In和Ga的元素M的层。p-型半导体层13是吸光层，本发明的太阳能电池是一种由于从第二电极层16侧入射的光而产生光电动势的太阳能电池。产生的光电动势能够通过与第一电极层12电连接的电极17和与第二电极层16电连接的电极18传出。
这种太阳能电池的层A15的体积电阻能够比传统的Zn1-x′Mgx′O层的更小。这将增加该太阳能电池的总导电性，由此达到更高的效率，即能够增加能量转化率。应当说明的是，例如常规Zn1-x′Mgx′O层中的x′是满足表达式0.03≤x′≤0.3的数值。
图1表示的太阳能电池1中，第一电极层12、p-型半导体层13、层A15和第二电极层16位于基体11上，但是本发明的太阳能电池中，基体11不是绝对必要的。所需要的仅仅是，从入射光一侧按顺序包括第二电极层16、层A15、p-型半导体层13和第一电极层12，如果需要，可以不用基体11。如果需要，同基体11一样，同样可以不用电极17和电极18。应当说明的是，本发明的太阳能电池1中，如果需要可以在上述层之间随意设置其它层。
下面描述层A15。
层A15包括Zn、Mg、O和至少一种选自Ca、Sr、Ba、Al、In和Ga的元素M。对层A15中包括的上述元素的形式(层A15中上述元素的状态)没有特别限制。例如，层A15可以包括含有元素M、Zn、Mg和O的化合物，例如包括元素M、Zn和Mg的氧化物。更具体地说，层A15可以包括用(Zn，Mg，M)O表示的氧化物，即其中Zn、Mg和元素M的总原子数比例基本上等于O的原子数比例的氧化物。另外，层A15可以包括含有Zn和Mg的氧化物，并且该氧化物中掺杂了元素M。应当说明的是，上述氧化物中，并不要求氧与除了氧之外的元素是化学计量比的。例如，它也可以是缺少一些氧的氧化物。
层A15作为窗口层。如上所述，传统太阳能电池中一般使用ZnO层作为窗口层。本发明太阳能电池中用层A15代替ZnO层使得层A15和p-型半导体层13(它是吸光层)之间的导带偏移达到更佳值。由此可以得到具有更高释放电压性能的太阳能电池。本文中，如果p-型半导体层13是由上述CIS(CuInSe2)或CIGS(Cu(In，Ga)Se2)制成的，那么导带偏移甚至可以达到更佳值。层A15的体积电阻比Zn1-x′Mgx′O层的降低了，其中Zn1-x′Mgx′O层的导带偏移同层A15一样被优化了。因此，可以获得提高了能量转化率的太阳能电池。
优选的是，包括在层A15中的元素M是至少一种选自Ca、Sr和Ba的元素，特别优选Ca。
层A15主要由元素Zn、Mg和O组成。层A15中的元素M的含量为，例如以原子百分比计不超过20％(不超过20原子％)。优选的是，该含量以原子百分比计不超过3％(不超过3原子％)，特别优选的是，以原子百分比计不超过1％(不超过1原子％)。即使元素M仅仅是非常微量，层A15的体积电阻也可以降低。例如，当层A15中元素M的含量约为0.01原子％或更高(优选约0.035原子％或更高)时，层A15的体积电阻就可以降低。应当说明的是，对元素M的含量没有具体的下限，例如可以约为0.005原子％。还有，如果层A15中元素M的含量太高，那么层A15的体积电阻就增加，这样就存在着太阳能电池的能量转化率反而降低的危险。
如果元素M包括至少一种选自Al、In和Ga的元素，那么优选的是，层A15中至少一种选自Al、In和Ga的元素含量不超过3原子％。
层A15中，Zn、Mg和O原子数之比优选用Zn∶Mg∶O＝(1-x)∶x∶1来表示。上述表达式中，x的值例如在0.05≤x≤0.3 5范围内。换句话说，优选的是，层A15的组成是通过向组成式Zn1-xMgxO(0.05≤x≤0.35)表示的氧化物中加入元素M(例如Ca)得到的。
使层A15中含有元素M可以降低层A15的体积电阻。层A15的体积电阻率特别是在例如不超过1×1012Ω·cm的范围内。该范围内，优选的是不超过1×1011Ω·cm的范围内。对于层A15体积电阻率的下限没有特别限制，例如它可以约为1×108Ω·cm。
对于层A15的形状没有特别限制，它可以是太阳能电池1所要求的任何形状。对于层A15的厚度没有特别限制，例如它可以在0.08μm至0.2μm范围内，优选在0.1μm至0.15μm范围内。
下面描述本发明太阳能电池1的其它层。
对第一电极层12所用的材料没有特别限制，只要该材料是导电的就行。例如，它可以是体积电阻率为例如6×106Ω·cm的金属或半导体。更具体地说，可以使用Mo(钼)作为第一电极层12的材料。对第一电极层12的形状没有特别限制，它可以是太阳能电池1所要求的任何形状。这一点同样适合其它层的形状。第一电极层12的厚度约为，例如0.1μm至1μm范围内。
p-型半导体层13是吸光层。对p-型半导体层13所用的材料没有特别限制，只要该材料是用作吸光层的p-型半导体就行。例如，它可以使用化合物半导体，其中第Ib族元素、第IIIb族元素和第VIb族元素是主要组成元素并且它是黄铜矿结构(后文中，这也称作“第I-III-VI族化合物半导体”)。更具体地说，它可以使用p-型化合物半导体，该半导体具有黄铜矿结构并且含有至少一种选自Cu(铜)、In和Ga的元素和至少一种选自Se(锶)和S(硫)的元素。进一步具体地说，诸如CuInSe2、Cu(In，Ga)Se2、或者其中任何一个中的一些Se被S取代的化合物半导体都可以用作p-型半导体层13。举例说明，p-型半导体层13的厚度约在0.4μm至3.5μm范围内。应当说明的是，本发明说明书中所用的元素族命名是基于IUPAC(1970)命名。IUPAC(1989)命名中，第Ib族元素对应于第11族，第IIIb族元素对应于第13族，第VIb族元素对应于第16族。
举例说明，光入射一侧的第二电极层16是由具有透光性的导体材料制成的。本文中，“透光性”可以是对射在太阳能电池1上的频带的光的透光性。更具体地说，可以使用铟锡氧化物(ITO)、ZnO或这些材料的层状膜作为第二电极层16。第二电极层16的厚度约在，例如0.1μm至0.3μm范围内。
对基体11所用材料没有特别限制，只要该材料是通用于太阳能电池的就行。例如，可以使用玻璃基体、不锈钢基体、或者聚酰亚胺基体。应当说明的是，如果本发明的太阳能电池被集成并且基体是导电基体(例如不锈钢基体)，那么有必要在基体表面上形成绝缘层，或者进行处理使之隔离基体表面。
对电极17和18的材料没有特别限制，只要该材料是通用于太阳能电池的就行。例如，可以便用NiCr、Ag、Au或Al。
图2表示了本发明太阳能电池的另一个实例的示意图。
图2所示太阳能电池1是在图1所示太阳能电池1中，进一步在p-型半导体层13和层A15之间设置n-型半导体层14。通过这种方法改变的太阳能电池，可以得到具有p-n同质结的太阳能电池。
n-型半导体层14所用的材料，例如是包括Zn、至少一种选自Cu、In和Ga的元素和至少一种选自Se和S的元素的化合物半导体。更具体地说，将与p-型半导体层13相同的半导体层进一步掺杂Zn得到的半导体层可以用作n-型半导体层14。
本发明的太阳能电池可以用例如下面的制备本发明太阳能电池的方法制成。
图3A至3D是本发明太阳能电池制备方法的步骤图。
首先，如图3A所示，在基体11上形成第一电极层12。然后，如图3B所示，在第一电极层12上形成p-型半导体层13(步骤i)。通常用于制造太阳能电池的方法可以用于形成第一电极层12和p-型半导体层13。例如，第一电极层12可以通过溅射或气相沉积形成。p-型半导体层13可以通过气相沉积形成，更具体地说，例如它可以通过三步气相沉积法形成。即使p-型半导体层13是由上述第I-III-VI族化合物半导体组成的，也可使用该方法。上述第I-III-VI族化合物半导体的一个具体实例是包括至少一种选自Cu、In和Ga的元素和至少一种选自Se和S的元素的化合物半导体。
接着，如图3C所示，形成层A15，使p-型半导体层13夹在层A15和第一电极层12之间(步骤(ii))。图3C所示实例中，层A15形成在p-型半导体层13上(p-型半导体层13与第一电极层12接界的主表面所背对的另一个主表面)。
对层A15的形成方法没有特别限制，只要能够形成具有上述组成的层A15就行。例如，层A15可以通过溅射法形成。溅射法容许目标组合物改变，以便于更容易地限定所形成的层A15的组成。更具体地说，可以使用包括Zn、Mg、O和至少一种选自Ca、Sr、Ba、Al、In和Ga的元素M的目标组合物。还可以使用具有不同组成的多个目标组合物。另外，还可以在弱氧化气氛中，使用包括元素M、Zn和Mg的目标组合物形成层A15。此时，还可以使用具有不同组成的多种不同目标组合物。
接着，如图3D所示，形成第二电极层16，以使层A15夹在第一电极层12和第二电极层16之间(步骤(iii))。图3D所示实施例中，在层A15上形成第二电极层16。通常用于制造太阳能电池的方法，例如溅射法，可以用于形成第二电极层16。
这样就制成了本发明的太阳能电池1。应当说明的是，如图3D所示，如果需要也可以提供电极17和18。对形成电极17和18的方法没有特别限制，只要电极能够与电极层电连接就行，可以使用任何常用方法。如果需要的话，也可以在组成太阳能电池的各层之间设置任意层。
通过本发明方法形成的各层的例如组成、构型、厚度可以与本发明上述太阳能电池的相同。
本发明太阳能电池的另一个制备实例表示在图4A至4C中。
首先，如图4A所示，在基体11上按顺序形成第一电极层12、p-型半导体层13和层A15。形成这些层的方法与图3A至3C中描述的那些实例中的相同。
接着，如图4B所示，对层A15施加热21来热处理层A15。也就是说，上述步骤(ii)后，本发明制备方法可以包括对所形成的层A15进行热处理的步骤。热处理层A15可以进一步降低其体积电阻。
接着，如图4C所示，形成第二电极层16，以使层A15夹在第一电极层12和第二电极层16之间，视需要形成电极17和18，这样就制成了本发明的太阳能电池。
从维持所形成的层A15的组成角度看，优选的是，层A15的热处理方法是在惰性气氛下进行的。更具体地说，可以在包括氮气、稀有气体或这些气体的组合的气氛下进行。例如氩气可以用作稀有气体。热处理的温度可以根据所需要的层A15的物理性能进行自由设定，例如100℃至300℃范围内，优选150℃至250℃范围内。热处理时间要根据热处理温度而变化，但是例如约为5-15分钟。
对层A15的加热方法没有特别限制，例如可以通过加热基体11的方法来加热。此外，对热处理的时间没有特别限制，例如可以在形成层A15后但是形成第二电极层16之前进行热处理。也可以在第二电极层16形成后或整个太阳能电池形成后进行热处理。
根据本发明制备太阳能电池的另一个实例表示在图5A至5D中。
首先，如图5A所示，在基体11上按顺序形成第一电极层12和p-型半导体层13。这些层的形成方法可以与图3A和图3B中所示实施例的相同。
接着，如图5B所示，在p-型半导体层13上形成n-型半导体层14。也就是说，在步骤(i)和步骤(ii)之间，本发明的制备方法进一步包括在p-型半导体层上形成n-型半导体层的步骤(a)。这样就制成了图2所示的太阳能电池。
通常用于制备太阳能电池的方法，例如气相沉积，可以用于形成n-型半导体层14。还有，如果所形成的n-型半导体层14的组成与p-型半导体层13的组成相同，那么n-型半导体层14也可以通过在一部分p-型半导体层13中掺杂另一种元素例如Zn的方法来制成。同样，还可以在p-型半导体层13上形成另一个p-型半导体层，并用另一种元素例如Zn掺杂所形成的p-型半导体层13以形成n-型半导体层14。掺杂元素可以根据所需要的n-型半导体层14的组成而自由设定。
接着，如图5C和图5D所示，例如形成层A15和第二电极层16，以制成包括n-型半导体层14的本发明太阳能电池，例如图2所示的那种。
实施例
下面，本发明将通过实施例进行更详细地描述。然而，本发明并不限于下面这些实施例。
实施例1
实施例1中，制备了用于本发明太阳能电池中的层A并评估了其性能。
首先，通过使用ZnO靶和MgO靶的两维溅射在硅晶片基体上形成Zn0.9Mg0.1O膜(厚度：100nm)。溅射是在氩气中(气压：2.7Pa(2×10-2Torr))中，通过对ZnO靶施加功率200W的高频并对MgO靶施加功率100W的高频进行的。
利用相同方法，通过使用ZnO靶和包括1原子％Ca的MgO靶的两维溅射在硅晶片基体上形成Zn0.9Mg0.1Ca0.0007O膜(厚度：100nm)作为层A。此时，氩气气压为2.7Pa(2×10-2Torr)，施加至ZnO靶的高频功率为200W，施加至MgO靶的高频功率为100W。
测试了该方法中制备的膜的体积电阻。体积电阻是利用电压源电流测试法(VSIM)测试的。测试是在下述条件下进行的：使用DC电压电流源和监测器，施加电流为0.2mV至40mV，测试温度为21℃，相对湿度为65±5％。使用汞作为表面电极，使用基体作为反电极。每种膜的样品数目是n＝3，求其平均值。
不含有Ca的Zn0.9Mg0.1O膜的体积电阻率约为7.3×1012Ω·cm至8×1012Ω·cm，而含有Ca的层A的(Zn0.9Mg0.1Ca0.0007O膜)体积电阻率为1×1012Ω·cm。体积电阻率的测试结果表明，膜的各样品之间有波动。在不含有Ca的Zn0.9Mg0.1O膜中，大多数样品的平均体积电阻约率为8×1012Ω·cm。然而，大约十分之一的样品膜的体积电阻率约为1×1012Ω·cm，因此整体平均值约为7.3×1012Ω·cm。相反，在含有Ca的层A(Zn0.9Mg0.1Ca0.0007O膜)中，制成的所有样品的体积电阻率约为1×1012Ω·cm或低于该值。因此，很显然，通过掺杂层A，即含有Ca，与ZnMgO膜相比，其电阻降低了。
接着，在每个膜都进行了热处理之后，再次测试体积电阻率。该热处理是在200℃下的氮气中进行了10分钟。
其结果是，热处理后Zn0.9Mg0.1O膜的体积电阻率为8.7×1012Ω·cm，稍微增加了。相反，含有Ca的层A的体积电阻率为1×1011Ω·cm。也就是说，在含有Ca的层A中，可以通过热处理进一步降低体积电阻率。
本实施例中，仅给出了其中层A含有Ca的情况，在含有例如Sr、Ba、Al、In或Ga时，其结果相同。
实施例2
实施例2中，制备了图2所示太阳能电池并评估了其性能。
首先，在玻璃基体上形成了Mo膜作为第一电极层12。用溅射法形成Mo膜。接着，利用气相沉积，在Mo膜上形成Cu(In，Ga)Se2膜(厚度2μm)作为p-型半导体层13。然后将玻璃基体的温度升高到300℃，在Cu(In，Ga)Se2膜上气相沉积3分钟的Zn。Zn的气相沉积使得Zn被加入到一部分Cu(In，Ga)Se2膜中，深及距表面50nm。加入了Zn的部分相当于n-型半导体层14。
接着，按照与实施例1相同的方法，在n-型半导体层14上形成Zn0.9Mg0.1Ca0.0007O膜(厚度100nm)作为层A15。
然后，利用溅射法，在层A15上形成为透明导电膜的ITO膜(厚度100nm)作为第二电极层16。ITO膜是在氩气气氛中(气压1.07Pa(8×10-3Torr))，通过对靶施加400W功率高频形成的。最后，利用电子束气相沉积，在Mo膜和ITO膜上沉积NiCr膜和Ag膜以形成电极17和18，由此制成了如图2中所示的太阳能电池(样品1)。
除了上述太阳能电池之外，用Zn0.9Mg0.1O膜(厚度100nm)代替层A15制成了太阳能电池，作为对比实施例。Zn0.9Mg0.1O膜是按照与实施例1相同的方法制成的。
用1.5AM(大气质量(Air Mass))和100mW/cm2的假太阳光束照射这样制成的两种太阳能电池上，并评估它们的发电性能。
含有Zn0.9Mg0.1O膜的太阳能电池(即对比实施例)的短路电流为0.91mA/cm2，释放电压为0.125V，占空系数(FF)为0.241，转化率为0.027％。对比实施例的电流-电压曲线呈现二极管性能，由于光电流基本上为0，因此所得转化率基本上为0％。将对比实施例的太阳能电池进行与实施例1相同的热处理(氮气气氛，200℃，10分钟)，所得短路电流为19.4mA/cm2，释放电压为0.50V，占空系数为0.181，转化率为1.8％。
相反，包括Zn0.9Mg0.1Ca0.0007O膜(即层A)的样品1，其短路电流为30.4mA/cm2，释放电压为0.467V，占空系数为0.576，转化率为8.2％。因此，可以证实，通过设置包括Ca的层A，结果是提高了太阳能电池的发电性能。
此外，当将样品1进行与实施例1相同的热处理(氮气气氛，200℃，10分钟)时，所得短路电流为35.1mA/cm2，释放电压为0.594V，占空系数为0.668，转化率为13.9％，表明进一步提高了发电性能。因此显然，太阳能电池的能量转化率可以通过热处理进一步提高。
本实施例中，仅给出了其中层A含有Ca的情况，在含有例如Sr、Ba、Al、In或Ga时，其结果相同。
实施例3
按照与实施例2相同的方法制备了如图2所示的太阳能电池。关于太阳能电池的制备，按照与实施例2相同的方法进行了热处理。然而，改变层A15中Ca的含量，制备了7个不同的样品(样品2-8)。从样品2至样品8的顺序，每个样品的层A15的Ca含量分别为0原子％、0.01原子％、0.1原子％、1原子％、5原子％、10原子％和20原子％。也就是说，如果层A15用Zn0.9Mg0.1CayO膜表示，那么从样品2开始，y的值分别为0、0.0001、0.001、0.01、0.05、0.1和0.2。应当说明的是，层A中Ca的含量可以通过调整包括在MgO靶中Ca的含量来改变。还有，Ca含量通过ICP(感应耦合等离子体)发射光谱测定。
按照与实施例2相同的方法评估了该方法制成的几个样品的发电性能。结果表示在表1中。
表1
    Ca含量(原子％)   短路电流(mA/cm<sup>2)</sup> 释放电压(V) 占空系数  转化率(％)
    0     20.3     0.47     0.189     1.8
    0.01     30.1     0.55     0.553     9.2
    0.1     35.1     0.61     0.676     14.6
    1     34.6     0.60     0.656     13.7
    5     28.4     0.47     0.334     4.5
    10     23.4     0.48     0.231     2.6
    20     22.6     0.49     0.199     2.2
从表1中可以清楚地看出，与实施例2中所示对比实施例相比，使层A中含有约0.01原子％的Ca将提高能量转化率。即使层A中含有约20原子％的Ca也能够达到该效果，当Ca含量为5原子％或更低，特别是为1原子％或更低时，能量转化率最高。
如上所述，通过本发明可以提供一种太阳能电池及其制备方法，所述电池包括含有Zn、Mg和O的层并且比常规太阳能电池效率更高。特别是，通过本发明可以提供具有更高效率的CIS或CIGS太阳能电池。
在不偏离本发明精神或基本特征的前提下，可以用其它方式实施本发明。不管从哪个方面本说明书中所描述的实施方式应都被认为是说明性的而非限定性的。本发明的范围将通过后面的权利要求来界定而不是上面的描述来界定，在权利要求等价意义和范围内的所有变化都要包括在内。

Claims (14)

1、一种太阳能电池，包括第一电极层、第二电极层、置于第一电极层和第二电极层之间的p-型半导体层、和置于第二电极层和p-型半导体层之间的层A，
其中层A包括Zn、Mg、O和至少一种选自Ca、Sr、Ba、Al、In和Ga的元素M，
其中由于从第二电极层侧入射的光而产生光电动势，并且
其中层A中，Zn、Mg和O的原子数之比用Zn∶Mg∶O＝(1-x)∶x∶1来表示，其中x的值满足表达式0.05≤x≤0.35。
2、根据权利要求1的太阳能电池，其中元素M是至少一种选自Ca、Sr和Ba的元素。
3、根据权利要求1的太阳能电池，其中层A中元素M的含量以原子百分比计不超过20％。
4、根据权利要求3的太阳能电池，其中层A中，至少一种选自Al、In和Ga的元素的含量以原子百分比计不超过3％。
5、根据权利要求1的太阳能电池，其中层A的体积电阻率不超过1×1012Ω·cm。
6、根据权利要求1的太阳能电池，其中p-型半导体层是含有至少一种选自Cu、In和Ga的元素和至少一种选自Se和S的元素的化合物半导体。
7、根据权利要求1的太阳能电池，还包括置于p-型半导体层和层A之间的n-型半导体层，其中n-型半导体层是含有Zn、至少一种选自Cu、In和Ga的元素和至少一种选自Se和S的元素的化合物半导体。
8、根据权利要求1的太阳能电池，其中第一电极层是由Mo制成的，第二电极层是透明电极。
9、一种太阳能电池的制备方法，所述电池包括第一电极层、第二电极层、和置于第一电极层和第二电极层之间的p-型半导体层，并且该电池由于从第二电极层侧入射的光而产生光电动势，所述方法包括下述步骤：
(i)在基体上按顺序形成第一电极层和p-型半导体层的步骤；
(ii)形成层A的步骤，使p-型半导体层夹在层A和第一电极层之间；和
(iii)形成第二电极层的步骤，使层A夹在第一电极层和第二电极层之间；
其中，层A是包括Zn、Mg、O和至少一种选自Ca、Sr、Ba、Al、In和Ga的元素M的层，并且层A中，Zn、Mg和O的原子数之比用Zn∶Mg∶O＝(1-x)∶x∶1来表示，其中x的值满足表达式0.05≤x≤0.35。
10、根据权利要求9的太阳能电池制备方法，其中步骤(ii)是通过溅射法进行的。
11、根据权利要求9的太阳能电池制备方法，还包括：
步骤(ii)之后，对所形成的层A进行热处理的步骤。
12、根据权利要求11的太阳能电池制备方法，其中热处理温度为100℃至300℃范围内。
13、根据权利要求9的太阳能电池制备方法，还包括：
在步骤(i)和步骤(ii)之间，在p-型半导体层上形成n-型半导体层的步骤(a)。
14、根据权利要求9的太阳能电池制备方法，其中p-型半导体层是包括至少一种选自Cu、In和Ga的元素和至少一种选自Se和S的元素的化合物半导体。
CNB2004100300252A 2003-03-18 2004-03-17 太阳能电池及其制备方法 Expired - Fee Related CN100428496C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP074445/2003 2003-03-18
JP2003074445 2003-03-18

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1531114A CN1531114A (zh) 2004-09-22
CN100428496C true CN100428496C (zh) 2008-10-22

Family

ID=32821329

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004100300252A Expired - Fee Related CN100428496C (zh) 2003-03-18 2004-03-17 太阳能电池及其制备方法

Country Status (4)

Country Link
US (2) US7479596B2 (zh)
EP (1) EP1460692B1 (zh)
CN (1) CN100428496C (zh)
DE (1) DE602004017378D1 (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI294699B (en) * 2006-01-27 2008-03-11 Epistar Corp Light emitting device and method of forming the same
US7758223B2 (en) * 2005-04-08 2010-07-20 Toshiba Lighting & Technology Corporation Lamp having outer shell to radiate heat of light source
US7842534B2 (en) * 2008-04-02 2010-11-30 Sunlight Photonics Inc. Method for forming a compound semi-conductor thin-film
JP4773544B2 (ja) * 2009-04-17 2011-09-14 昭和シェル石油株式会社 エッジスペースを備えた太陽電池モジュールの製造方法
KR101072089B1 (ko) * 2009-09-30 2011-10-10 엘지이노텍 주식회사 태양전지 및 이의 제조방법
KR101183111B1 (ko) * 2009-12-22 2012-09-20 경희대학교 산학협력단 단극성 수직형 투명 다이오드
JP2011166016A (ja) * 2010-02-12 2011-08-25 Sumitomo Heavy Ind Ltd 太陽電池の製造方法及び太陽電池
WO2012040299A2 (en) * 2010-09-22 2012-03-29 First Solar, Inc A thin-film photovoltaic device with a zinc magnesium oxide window layer
US20130074933A1 (en) * 2011-09-23 2013-03-28 Bang-Yen Chou Photovoltaic device and method for making the same
JP5697581B2 (ja) * 2011-11-16 2015-04-08 株式会社東芝 光電変換素子及び太陽電池
KR20150084834A (ko) * 2012-11-19 2015-07-22 토소가부시키가이샤 산화물 소결체, 그것을 이용한 스퍼터링 타깃 및 산화물막
US20140299184A1 (en) * 2013-03-29 2014-10-09 Solarity, Inc. Semiconductor dome-array structures using non-permanent and permanent mold templates

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000323733A (ja) * 1999-03-05 2000-11-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 太陽電池
CN1367536A (zh) * 2002-03-08 2002-09-04 清华大学 一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3337494B2 (ja) 1992-07-24 2002-10-21 松下電器産業株式会社 太陽電池の製造方法及び薄膜太陽電池
US6259016B1 (en) * 1999-03-05 2001-07-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Solar cell

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000323733A (ja) * 1999-03-05 2000-11-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 太陽電池
CN1367536A (zh) * 2002-03-08 2002-09-04 清华大学 一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20040182434A1 (en) 2004-09-23
EP1460692A2 (en) 2004-09-22
US20090090618A1 (en) 2009-04-09
US7479596B2 (en) 2009-01-20
EP1460692B1 (en) 2008-10-29
DE602004017378D1 (de) 2008-12-11
EP1460692A3 (en) 2005-11-09
CN1531114A (zh) 2004-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7071496B2 (en) Electronic device and method for manufacturing the same
KR101144810B1 (ko) 태양전지용 전극 페이스트, 이를 이용한 태양전지, 및 태양전지의 제조방법
CN107658350B (zh) 光伏装置及制作方法
JP6096790B2 (ja) 光電池のための導電性基材
Rugen-Hankey et al. Improvement to thin film CdTe solar cells with controlled back surface oxidation
US20090090618A1 (en) Solar cell and method for manufacturing the same
CN102244110B (zh) 硒化钒薄膜作背接触层的CdTe太阳电池
JP2016063160A (ja) 光電変換素子および太陽電池
WO2012153641A1 (ja) 光電変換素子および太陽電池
JP2011181746A (ja) 太陽電池モジュール及び太陽電池装置
EP2565939A1 (en) Photoelectric conversion element, photoelectric conversion device, and method for manufacturing photoelectric conversion element
JP3519543B2 (ja) 半導体薄膜形成用前駆体及び半導体薄膜の製造方法
AU2011201950A1 (en) Cadmium sulfide layers for use in cadmium telluride based thin film photovoltaic devices and methods of their manufacture
GB2384621A (en) II-VI and III-V thin film photovoltaic devices
Bayhan et al. Eects of Post Deposition Treatments on Vacuum Evaporated CdTe Thin Films and CdS= CdTe Heterojunction Devices
KR101541450B1 (ko) Czts계 박막 태양전지의 제조방법
WO2012153640A1 (ja) 光電変換素子および太陽電池
JP4851069B2 (ja) 太陽電池とその製造方法
Ananthan et al. Review on CZTS based solar cells
JP2004281938A (ja) 太陽電池およびその製造方法
JPH09213978A (ja) カルコパイライト構造半導体およびそれを用いた光起電力装置
JP2014053420A (ja) 太陽電池
JP2011091249A (ja) 太陽電池
KR101924538B1 (ko) 투명 전도성 산화물 후면전극을 가지는 칼코게나이드계 태양전지 및 그 제조방법
JP2015179863A (ja) 光電変換素子および太陽電池

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20081022

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee