CN103069575A - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
根据一个实施例的太阳能电池包括：支撑衬底；在所述支撑衬底上的阻挡层；以及在所述阻挡层上的光电转换部，其中，所述阻挡层包括具有互不相同的孔隙度的第一阻挡层和第二阻挡层。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池及其制造方法。
背景技术
近来，随着能量需求的增加，已经对将太阳能转化为电能的太阳能电池进行了积极的研究和学习。
太阳能电池可以分为硅基太阳能电池、非硅基太阳能电池和染料敏化太阳能电池。其中，非硅基太阳能电池可以具有薄膜形式，以减小材料损失并同时扩大太阳能电池的使用范围。此外，硅基太阳能电池中使用的光吸收层由于光而劣化的程度低，从而表现长寿命。
为了实现挠性太阳能电池，已经应用采用金属材料制成的支撑衬底的技术。
发明内容
技术问题
本发明提供一种太阳能电池及其制造方法，其能够防止杂质从光电转换部扩散到支撑衬底，并且防止支撑衬底和光电转换部之间发生层离。
技术方案
根据实施例，提供一种太阳能电池，包括：支撑衬底；在所述支撑衬底上的阻挡层；以及在所述阻挡层上的光电转换部，其中，所述阻挡层包括具有互不相同的孔隙度的第一阻挡层和第二阻挡层。
根据实施例，提供一种太阳能电池的制造方法。所述方法包括：在支撑衬底上形成第一阻挡层；在所述第一阻挡层上形成第二阻挡层，该第二阻挡层具有与所述第一阻挡层的孔隙度不同的孔隙度；以及在所述第二阻挡层上形成光电转换部。
有益效果
如上所述，根据实施例的太阳能电池，具有较致密结构的第一阻挡层形成为与支撑衬底相邻，并且具有较疏松结构的第二阻挡层形成为与光电转换部相邻。因此，第一阻挡层可以防止制造太阳能电池时产生的杂质扩散到光电转换部。
此外，具有多孔结构的第二阻挡层增加与光电转换部的接触面积，由此不仅有效地防止支撑衬底和光电转换部之间的层离，还提高光电转换效率。
此外，在根据实施例的太阳能电池的制造方法中，可以通过仅改变简单的过程条件利用相同材料形成第一和第二阻挡层。因此，可以降低根据实施例的太阳能电池的制造成本。
附图说明
图1和2是示意性示出根据实施例的太阳能电池的剖视图；
图3a至3c是示出根据第一实施例的太阳能电池的制造方法中的过程步骤的剖视图；
图4a至4c是示出根据第二实施例的太阳能电池的制造方法中的过程步骤的剖视图；以及
图5和6是示出根据实施例的太阳能电池的金属层和阻挡层的剖视图。
具体实施方式
在实施例的描述中，应该理解，当层（或膜）、区域、图案或结构被表述为在其它衬底、其它层（或膜）、其它区域、其它衬垫、或其它图案“上”或“下”时，它可以“直接地”或“间接地”在所述其它衬底、层（或膜）、区域、衬垫、或图案上，或者也可以存在一个或多个中间层。参照附图描述了所述层的这种位置关系。为了方便或清楚的目的，可以夸大、省略或示意性地描绘附图中所示的各个层的厚度和尺寸。另外，元件的尺寸不完全反映实际尺寸。
下面，将参照附图详细描述实施例，从而使得本领域技术人员可以容易地实现所述实施例。
图1和2是示意性示出根据实施例的太阳能电池的剖视图。
参照图1，根据实施例的太阳能电池100包括支撑衬底10、在支撑衬底10上的阻挡层20以及在阻挡层20上的光电转换部30。此外，如图2所示，根据实施例的太阳能电池100进一步包括在支撑衬底10上的金属层40。
支撑衬底10具有板形形状，并且支撑阻挡层20和光电转换部30。
支撑衬底10可以包括刚性衬底或挠性衬底。详细地，支撑衬底10可以包括挠性衬底。例如，支撑衬底10可以包括挠性金属衬底。因此，太阳能电池100可以实现为挠性太阳能电池。
支撑衬底10可以包括通常用于本发明所属领域中的太阳能电池衬底。例如，支撑衬底10可以包括从由铁、铅（Pb）、钴（Co）、镍（Ni）、铜（Cu）、锡（Sn）及其结合组成的组中选择的材料，但是本实施例不限于此。根据一个实施例，支撑衬底10可以包括主要由铁制成的不锈钢。
此外，支撑衬底10可以包括诸如玻璃或塑料的绝缘体。
阻挡层20设置在支撑衬底10上。详细地，阻挡层20插置在支撑衬底10和光电转换部30之间。阻挡层20具有约5μm或更小的厚度，但是本实施例不限于此。
阻挡层20包括第一阻挡层22和第二阻挡层24。此外，第一阻挡层22和第二阻挡层24彼此可以直接接触。
详细地，阻挡层20包括在支撑衬底上的第一阻挡层22和在第一阻挡层22上的第二阻挡层24。换言之，第一阻挡层22与支撑衬底10相邻，第二阻挡层24与光电转换部30相邻。
第一阻挡层22和第二阻挡层24具有互不相同的孔隙度。更详细地，与支撑衬底10相邻的第一阻挡层22具有较小的孔隙度，从而可以致密地形成第一阻挡层22。此外，与光电转换部30相邻的第二阻挡层24可以具有显示较大孔隙度的多孔结构。
如上所述，第一阻挡层22可以具有致密结构，从而有效防止支撑衬底10的材料扩散到光电转换部30。例如，第一阻挡层22可以支撑衬底10的材料和支撑衬底10上的杂质在形成光电转换部30的高温热处理过程中扩散到光电转换部30中。
第一阻挡层22的孔隙度可以显示为约10%或更小，但是本实施例不限于此。详细地，第一阻挡层22的孔隙度可以为约5%，或1%或更小的孔隙度，但是本发明不限于此。
如上所述，第二阻挡层24可以具有显示较大孔隙度的多孔结构。因此，可以增加第二阻挡层24和光电转换部30之间的接触面积。此外，可以有效防止第二阻挡层和光电转换部30之间的层离，并且增加光电转换部30的表面积，从而可以提高光电转换效率。
第二阻挡层24的孔隙度可以在约20%至约40%的范围内，但是本实施例不限于此。详细地，第二阻挡层24的孔隙度可以在约30%至约40%的范围内，但是本实施例不限于此。
同时，尽管附图和详细的说明书公开了构成阻挡层20的第一阻挡层22和第二阻挡层24彼此单独形成，但是本实施例不限于此。换言之，本实施例的范围包括以下情形，即，在阻挡层20中，即使第一阻挡层22和第二阻挡层24之间的边界不清楚，阻挡层20与支撑衬底10相邻的部分的孔隙度也和阻挡层20与光电转换部30相邻的部分的孔隙度不同。
换言之，根据本实施例的太阳能电池包括具有致密结构且与支撑衬底10相邻的第一阻挡层22和具有多孔结构且与光电转换部30相邻的第二阻挡层24。因此，阻挡层20不仅可以防止杂质扩散和层离现象，还可以提高光电转换效率。
第一阻挡层22和第二阻挡层24可以包括氧化物。详细地，第一阻挡层22和第二阻挡层24可以包括金属氧化物。例如，第一阻挡层22和第二阻挡层24中的每个可以包括从由氧化铝、氧化钛、氧化镁、氧化钨及其结合构成的组中选择的材料。
此外，第一阻挡层22可以仅包括金属，或可以既包括金属也包括金属氧化物。例如，第一阻挡层22可以包括从由铝（Al）、钛（Ti）、镁（Mg）、钨（W）、其氧化物及其结合构成的组中选择的材料。
包括第一阻挡层22和第二阻挡层24的阻挡层20具有约5μm或更小的厚度，但是本实施例不限于此。如上所述，阻挡层20可以包括氧化物。如果将厚度超过约5μm的氧化物阻挡层20弯曲，那么氧化物阻挡层20会破裂。因此，厚度超过约5μm的氧化物阻挡层20不能应用于挠性太阳能电池100。
第一阻挡层22和第二阻挡层24可以包括相同材料。在此情形中，可以通过仅简单改变过程条件的方法利用相同材料形成第一阻挡层22和第二阻挡层24。因此，可以降低根据实施例的太阳能电池的制造成本。下面，将更详细地描述太阳能电池的制造方法。
第二阻挡层24的厚度与第一阻挡层22的厚度比率可以在约0.1至约0.3的范围内。如果比率为0.3，则具有多孔结构的第二阻挡层24具有厚的厚度，并且第一阻挡层22具有薄的厚度。因此，第一阻挡层22不能有效阻止杂质扩散。此外，如果比率小于0.1，则第二阻挡层24具有薄的厚度，从而不能确保足够的接触面积。
参照图2，根据实施例的太阳能电池，可以在衬底10上额外设置金属层40。金属层40可以包括金属。例如，金属层40可以包括从由Al、Ti、Mg、W及其结合组成的组中选择的材料。
可以设置金属层40以形成阻挡层20。例如，可以通过将金属层40氧化来形成阻挡层20。在此情形中，如图1所示，可以通过将金属层40的整个部分氧化来将金属层40改变成阻挡层20。然而，如图2所示，仅将部分金属层40改变成阻挡层20，而未被改变成阻挡层20的金属层40部分可以保留在支撑衬底10上。
金属层40像第一阻挡层22一样具有很致密的结构。因此与第一阻挡层22一起，金属层40可以有效防止支撑衬底10的材料扩散到光电转换部30。
将光电转换部30设置在阻挡层20上。详细地，将光电转换部30设置在第二阻挡层24上。光电转换部30将太阳能转化为电能。
光电转换部30包括第一电极层31、光吸收层33和第二电极层39.光电转换部30可以进一步包括插置在光吸收层33和第二电极层39之间的缓冲层35和高阻缓冲层37，但是本实施例不限于此。
第一电极层31可以包括显示优异电特性的材料。例如，第一电极层31可以包括钼（Mo）、铜（Cu）、镍（Ni）、铝（Al）及其合金。
光吸收层33设置在第一电极层31上。
光吸收层33可以包括非硅基材料。换言之，光吸收层33可以包括I-III-V族化合物。例如，光吸收层33可以具有基于Cu-In-Ga-Se（Cu(In,Ga)Se2；CIGS）的化合物、Cu-In-Se（CIS）化合物或基于Cu-Ga-Se（CGS）化合物。
光吸收层33可以包括II-IV族化合物或III-IV族化合物。例如，光吸收层33可以包括Cd-Te化合物或Ga-As化合物。
光吸收层33上的缓冲层35可以减小与第二电极层39的晶格常数差异和能带隙差异。例如，光吸收层33可以包括硫化镉（CdS）。
缓冲层35上的高阻缓冲层37可以防止形成第二电极层39时损坏缓冲层35。例如，缓冲层35可以包括氧化锌（ZnO）。
第二电极层39可以包括透明导电材料。此外，第二电极层39可以具有N型半导体特性。在此情形中，第二电极层39与缓冲层35一起构成N型半导体层，以与作为P型半导体层的光吸收层33一起形成PN结。例如，第二电极层39可以包括掺杂Al的氧化锌（AZO）。
如上所述，根据本实施例的太阳能电池可以包括光吸收层33，该光吸收层33包括基于CIGS的化合物、基于CIS的化合物、基于CGS的化合物、Cd-Te化合物或Ga-As化合物。因此，可以显示优异的光电转换效率。因此，太阳能电池100可以具有薄的厚度，可以减少材料损耗，并且可以应用于各种工业领域。
同时，本实施例不限于此。相应地，光电转换部30可以包括构成染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池或硅太阳能电池的光电转换部。
下面，将参照图3至6描述根据实施例的太阳能电池的制造方法。将通过参照太阳能电池的以上描述来描述根据本实施例的太阳能电池的制造方法。太阳能电池的以上描述将被结合在根据本实施例的太阳能电池的制造方法的描述中。
图3a至3d是示意性示出根据第一实施例的太阳能电池的制造方法中的过程步骤的剖视图。
如图3a所示，在支撑衬底10上形成第一阻挡层22。第一阻挡层22可以包括诸如Al氧化物、Ti氧化物、Mg氧化物或W氧化物的氧化物，并且可以通过各种方法来形成。例如，可以通过从由溅射过程、电镀过程、微弧氧化过程、阳极化过程及其结合组成的组中选择的过程来形成第一阻挡层22。
之后，如图3b所示，第二阻挡层24以高于第一阻挡层22的孔隙率形成在第一阻挡层22上。
第二阻挡层24可以包括诸如Al氧化物、Ti氧化物、Mg氧化物和W氧化物的氧化物，并且可以通过各种方法来形成。例如，可以通过从由溅射过程、电镀过程、微弧氧化过程、阳极化过程及其结合组成的组中选择的过程来形成第二阻挡层24。
第一阻挡层22和第二阻挡层24可以包括相同材料。在此情形中，可以在相同过程下通过仅简单地改变过程条件的方法来形成第一阻挡层22和第二阻挡层24。例如，在通过电镀过程形成了第一阻挡层22之后，可以通过微弧氧化过程形成多孔结构的第二阻挡层24，在所述微弧氧化中，在相同电镀槽中向阳极和阴极交替施加高压。
如上所述，在根据本实施例的太阳能电池的制造方法中，可以通过简单过程制造阻挡层20，所述阻挡层20包括分别与支撑衬底10和光电转换部30相邻并且具有互不相同的孔隙度的多个层。
为了降低阻挡层20的粗糙度，可以进一步执行对阻挡层20进行抛光的过程。可以在形成了阻挡层20之后而在阻挡层20上形成光电转换部30之前执行抛光过程。此外，抛光过程包括机械抛光过程和/或化学抛光过程。
之后，如图3c所示，在阻挡层20上形成光电转换部30，以制造太阳能电池100。下面，将描述其细节。
首先，在阻挡层20上形成第一电极层31。例如，可以通过沉积Mo的溅射过程形成第一电极层31。此外，第一电极层31可以包括至少两层。所述层可以包括相同金属，或者可以包括不同金属。可以通过过程条件互不相同的两个过程形成包括至少两层的第一电极层31。
接着，在第一电极层31上形成光吸收层33。可以通过各种方法形成光吸收层33。例如，可以通过蒸发方法或溅射过程形成光吸收层33。
根据蒸发方法，可以通过同时或单独蒸发Cu、In、Ga和Se来形成基于CIGS的光吸收层33。
根据溅射方法，在通过溅射过程形成了金属前驱层之后，可以通过硒化过程形成基于CIGS的光吸收层33。换言之，在通过利用Cu靶、In靶和Ga靶的溅射过程形成包括Cu、In和Ga的金属前驱层之后，可以通过硒化过程形成基于CIGS的光吸收层33。此外，可以通过同时执行溅射过程和硒化过程形成基于CIGS的光吸收层33。
尽管以上方法公开了基于CIGS的光吸收层33的形成，但是根据所需材料改变作为蒸发材料的靶，以形成各种光吸收层。
之后，可以在光吸收层33上形成缓冲层35。可以通过化学浴沉积（CBD）方法、溅射法、蒸发法或化学气相沉积（CVD）方法形成缓冲层35。
在缓冲层35上形成高阻缓冲层37。例如，可以通过沉积ZnO形成高阻缓冲层37。但是，本实施例不限于此，并且可以通过不同方法由不同材料制成高阻缓冲层37。
之后，在高阻缓冲层37上形成第二电极层39。
图4a至4c是示出根据第二实施例的太阳能电池的制造方法中的过程步骤的剖视图。
在根据第二实施例的太阳能电池的制造方法中，可以通过蚀刻第一阻挡层22a的上部形成具有较高孔隙度的第二阻挡层24。例如，可以利用氟化物蚀刻剂来蚀刻第一阻挡层22a的上部以形成第二阻挡层24。第一阻挡层22a的未被蚀刻部分保留作为第一阻挡层22。之后，如图5c所示，在阻挡层20上形成光电转换部30，以制造太阳能电池100。
如上所述，根据第二实施例，可以通过蚀刻第一阻挡层的简单过程来制造包括第一阻挡层22和第二阻挡层24的阻挡层20。因此，可以通过简单过程形成阻挡层20，在该阻挡层20中，与支撑衬底10相邻的部分的孔隙度不同于与光电转换部30相邻的部分的孔隙度。
图5和6是图示根据第三和第四实施例制造的太阳能电池的剖视图。
根据第三和第四实施例，在支撑衬底10上形成金属层40之后，可以通过将该金属层40氧化来形成阻挡层20。
金属层40可以通过诸如溅射过程和电镀过程的各种过程形成在支撑衬底10上。接着，将金属层40氧化。在此情形中，根据金属层40的氧化程度，金属层40如图2所示地保留在支撑衬底10上，或者如图1所示可以将金属层40的整个部分改变成两个阻挡层。
参照图5，通过电镀过程在支撑衬底10上形成Al金属层40。通过微弧氧化过程将Al金属层40的上部氧化，从而可以将Al金属层40的上部改变成阻挡层20。在此情形中，部分Al金属层40可以包括在支撑衬底10上而不被氧化。
图6是示出根据第四实施例的金属层40和阻挡层20的剖视图。参照图6，可以通过阳极化金属层40来形成阻挡层20。在金属层40的阳极化过程中，可以同时形成第一阻挡层22和第二阻挡层24。详细地，阻挡层20可以包括具有与支撑衬底10相邻的致密结构的第一阻挡层22和具有与光电转换部30相邻的多孔结构的第二阻挡层24。
本说明书中涉及的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等，表示结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书中不同位置的这些词语的出现不必要都指代同一实施例。此外，当结合任意实施例描述特定特征、结构或特性时，应当认为结合其它实施例实现这些特征、结构或特性在本领域技术人员的能力范围内。
尽管已参照本发明的若干示例性实施例描述了本发明，但是应该理解，本领域技术人员可以推导出的许多其它改进和实施例都将落在本公开的原理的精神和范围内。更具体地，在本公开、附图和所附权利要求的范围内可以对所讨论的组合排列的组成部件和/或排列方式进行各种变型和改进。除了对组成部件和/或排列方式进行变型和改进之外，替换使用对本领域技术人员来说也是显而易见的。
Claims (17)
1.一种太阳能电池，包括：
支撑衬底；
在所述支撑衬底上的阻挡层；以及
在所述阻挡层上的光电转换部，
其中，所述阻挡层包括具有互不相同的孔隙度的第一阻挡层和第二阻挡层。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，进一步包括在所述支撑衬底上的金属层。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一阻挡层设置于所述支撑衬底上，并且
所述第二阻挡层被设置在所述第一阻挡层上。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其中，所述第二阻挡层的孔隙度大于所述第一阻挡层的孔隙度。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其中，所述第一阻挡层的孔隙度为10%。
6.根据权利要求4所述的太阳能电池，其中，所述第二阻挡层的孔隙度在20%至40%的范围内。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一阻挡层和所述第二阻挡层包括相同材料。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第二阻挡层的厚度与所述第一阻挡层的厚度的比率在0.1至0.3的范围内。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述阻挡层具有5μm或更小的厚度。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述阻挡层包括氧化物。
11.根据权利要求10所述的太阳能电池，其中，所述阻挡层包括选自由氧化铝、氧化钛、氧化镁、氧化钨及其结合组成的组中的至少一种。
12.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述光电转换部包括：
在所述阻挡层上的第一电极层；
在所述第一电极层上的光吸收层；以及
在所述光吸收层上的第二层。
13.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述支撑衬底包括挠性衬底。
14.一种太阳能电池的制造方法，所述方法包括：
在支撑衬底上形成第一阻挡层；
在所述第一阻挡层上形成第二阻挡层，该第二阻挡层具有与所述第一阻挡层的孔隙度不同的孔隙度；以及
在所述第二阻挡层上形成光电转换部。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，在所述支撑衬底上形成所述第一阻挡层的步骤包括：
在所述支撑衬底上形成金属层；以及
将所述金属层氧化，以形成所述第一阻挡层。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，通过从由溅射过程、电镀过程、微弧氧化过程、阳极化过程及其结合组成的组中选择的过程，形成所述第一阻挡层和所述第二阻挡层中的每个。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，通过蚀刻所述第一阻挡层的上部形成所述第二阻挡层。
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