CN103081120A - 太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个实施例，一种太阳能电池包括：衬底；在所述衬底上的第一电极层；在所述第一电极层上的光吸收层；在所述光吸收层上的包含透光导电材料的第二电极层；以及在所述第二电极层上的包含透光导电材料的栅极。

Description

太阳能电池
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池。
背景技术
近来，随着能量消耗的增长，已经开发出将太阳能转化为电能的太阳能电池。在这种太阳能电池中，提高光电转换效率是重要因素。
为了提高光电转换效率，由金属制成的不透明栅极形成在太阳能电池的前表面上。根据该方法，由于该栅极具有优异的电导率，因此可以改进电流收集特性。然而，不透明栅极所在的区域会变为阻挡太阳光传播的死区，因此会减少太阳能电池的有效面积。
发明内容
技术问题
本发明提供一种太阳能电池，所述太阳能电池通过改进电流收集特性而不减少太阳能电池的有效面积来提高光电转换效率。
技术方案
根据本发明的太阳能电池包括：衬底；在所述衬底上的第一电极层；在所述第一电极层上的光吸收层；在所述光吸收层上的包含透光导电材料的第二电极层；以及在所述第二电极层上的包含透光导电材料的栅极。
所述栅极可以包含透明导电材料。所述栅极包含选自由掺杂铝的氧化锌（AZO）、掺杂氟的氧化锡（FTO）、掺杂镓的氧化锌（GZO）或掺杂硼的氧化锌（BZO）构成的组中的至少一种。
所述栅极的一部分与第二电极层一体形成。
所述栅极包含金属。所述栅极通过层压至少两个金属层来形成。所述栅极包括：第一金属层，形成在所述第二电极层上并且包含选自由Ni、Ag、Pt和其合金构成的组中的一种；以及第二金属层，形成在所述第一金属层上并且包含Au。
所述栅极包括：第一层，形成在所述第二电极层上并且包含透明导电材料；以及第二层，形成在所述第一层上并且包含金属。
所述第一层包含选自由掺杂铝的氧化锌（AZO）、掺杂氟的氧化锡（FTO）、掺杂镓的氧化锌（GZO）或掺杂硼的氧化锌（BZO）构成的组中的至少一种，所述第二层包含选自由Ni、Ag、Pt和其合金构成的组中的至少一种。
所述栅极的厚度与所述第二电极层的厚度之比的范围是0.5至3。
有益效果
根据本发明的太阳能电池，栅极使用透光导电材料形成，因此可以改进电流收集特性同时不会减少太阳能电池的有效面积。因此，可以有效地提高太阳能电池的光电转换效率。此外，栅极可以用作防反射壁，因此可以更大程度地提高太阳能电池的光电转换效率。栅极可以使用透明导电材料或厚度薄的金属层形成。如果使用透明导电材料形成的栅极的一部分与第二电极层一体形成，则可以简化制造过程并且可以改进结特性。此外，如果栅极的一部分使用金属层形成，则由于金属层具有优异的电导率，可以更大程度地改进电流收集特性。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的太阳能电池的示意性剖视图；
图2是示出根据第一实施例的太阳能电池的改进例子的示意性剖视图；
图3是示出根据第二实施例的太阳能电池的示意性剖视图；以及
图4是示出根据第三实施例的太阳能电池的示意性剖视图。
具体实施方式
在实施例的描述中，应当理解，当层（膜）、区域、图案或结构被表述为在其它层（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”在其它层（膜）、其它区域、其它衬垫或其它图案上，或者也可以存在一个或多个中间层。参照附图描述关于所述层的位置。
为了说明和清楚的目的，可以夸大修改所述层（膜）、区域、图案或结构的尺寸或厚度。所述尺寸不完全反应实际尺寸。
下面，将参照附图详细描述实施例。
图1是示出根据第一实施例的太阳能电池的示意性剖视图。
参照图1，根据实施例的太阳能电池100包括衬底10，第一电极层31、光吸收层33、第二电极层39和栅极42依次形成在衬底10上。此外，太阳能电池100还可以包括阻挡层20、缓冲层35和高阻缓冲层37。下面将更详细地描述太阳能电池100的结构。
衬底10具有板形形状并且支撑形成在其上的第一电极层31、光吸收层33和第二电极层39。衬底10可以包含绝缘体，诸如玻璃或塑料。例如，衬底10可以包含钠钙玻璃。然而，本发明不限于此。例如，衬底10可以包含金属衬底。就是说，根据太阳能电池的特性，衬底10可以通过使用刚性材料或挠性材料来形成。
形成在衬底10上的阻挡层20可以防止衬底10的材料向第一电极层31扩散。阻挡层20可以包含氧化物。例如，阻挡层20可以包含氧化铝、氧化钛、氧化镁或氧化钨。阻挡层20不是必要元件并且可以省去。
第一电极层31形成在阻挡层20上。第一电极层31可以通过使用各种导电材料来形成。例如，第一电极层31可以包含Mo、Cu、Ni、Al及其合金。第一电极层31可以通过不同的过程来形成。例如，第一电极层31可以通过经由溅射过程沉积Mo来形成。
此外，第一电极层31可以包括至少两层。在此情形中，所述层可以通过使用同种金属或不同种金属来形成。包括至少两层的第一电极层31可以通过在不同过程条件下执行两次过程来形成。
光吸收层33形成在第一电极层31上。
光吸收层33可以包括无硅半导体材料。例如，光吸收层33可以包括I-III-IV族的化合物。例如，光吸收层33可以包括Cu-In-Ga-Se（CIGS）化合物、Cu-In-Se（CIS）化合物或Cu-Ga-Se（CGS）化合物。
此外，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的能带隙范围可以是约1eV至约1.8eV。然而，本发明不限于此，并且光吸收层33可以具有不同的能带隙。
光吸收层33可以通过不同方法形成，诸如蒸发方法或溅射方法。
例如，下面将描述通过蒸发方法或溅射方法形成CIGS光吸收层33的方法。
根据蒸发方法，通过同时或单独蒸发Cu、In、Ga和Se来形成CIGS光吸收层33。
根据溅射方法，形成金属前驱层，然后执行硒化过程以形成CIGS光吸收层33。就是说，根据溅射方法，通过使用Cu靶、In靶和Ga靶来形成包含Cu、In和Ga的金属前驱层。然后，执行硒化过程以形成CIGS光吸收层33。另外，也可以同时执行溅射过程和硒化过程，以形成CIGS光吸收层33。
尽管以上描述了制造CIGS光吸收层33的方法，但是可以通过根据原料而改变靶和蒸发材料来形成不同类型的光吸收层33。
缓冲层35形成在光吸收层33上。设置缓冲层35以减小相对于第二电极29的晶格常数和能带隙差异。例如，缓冲层35可以包含CdS或ZnS。缓冲层35可以通过化学浴沉积（CBD）来形成。例如，下面将详细描述通过CBD来形成包含CdS的缓冲层35的方法。
包含CdS的缓冲层35可以通过将光吸收层33浸入其中的Cd2+和S2-过度饱和的用于形成缓冲层的溶液中，然后在预定时间内保持预定反应温度来形成。例如，用于形成缓冲层的溶液可以包含乙酸镉或硫脲。此外，还可以在溶液中加入缓冲剂或氨。此外，反应温度的范围可以是约50℃至约100℃，但是本发明不限于此。
高阻缓冲层37形成在缓冲层35上。设置高阻缓冲层37以防止缓冲层35在第二电极层29形成时受损。例如，高阻缓冲层37可以包含ZnO。但是，本发明不限于此，高阻缓冲层37可以通过利用不同材料的不同方法来形成。
第二电极层39（或窗口层）形成在高阻缓冲层37上。第二电极层39是透明的，从而光可以入射到第二电极层39中。第二电极层39可以通过利用用作电极的透明导电材料形成。此外，第二电极层39具有N型半导体的特性，因此第二电极层39可以与缓冲层35一起形成N型半导体层，并且与用作P型半导体层的光吸收层33一起形成PN结。
为此，例如，第二电极层39可以通过使用诸如掺杂铝的氧化锌（AZO）、掺杂氟的氧化锡（FTO）、掺杂镓的氧化锌（GZO）或掺杂硼的氧化锌（BZO）的透明导电材料形成。
栅极42形成在第二电极层39上。
根据实施例，栅极42和第二电极层39可以使用相同的材料形成。因此，可以改进栅极42与第二电极层39之间的结特性。
例如，栅极42可以包含透明导电材料，诸如掺杂铝的氧化锌（AZO）、掺杂氟的氧化锡（FTO）、掺杂镓的氧化锌（GZO）或掺杂硼的氧化锌（BZO）。就是说，栅极42可以使用透光导电材料来形成。由于透明导电材料的厚度在形成有栅极42的区域变厚，在该区域中的电阻与其它区域相比变小，因此可以改进电流收集特性。此外，根据实施例，栅极42通过使用透光导电材料形成，因此不会形成由于现有技术的金属栅极而形成的死区。就是说，根据实施例，通过包含透光导电材料的栅极42可以改进电流收集特性，从而可以改进太阳能电池100的电特性并且可以扩大太阳能电池100的有效面积。因此，可以提高太阳能电池100的光电转换效率。
第二电极39的厚度T1在约0.5mm至1mm的范围内。此时，栅极42的厚度T2与第二电极层39的厚度T1之比（T2/T1）的范围可以是0.5至5。如果满足上述比率（T2/T1），则可以适当地保持由于栅极42而产生的电阻减小效果。此外，栅极42可以用作防反射壁，因此可以增大入射到太阳能电池中的光的量，由此提高光电转换效率。
如果上述比率（T2/T1）超过3，则栅极42的厚度过厚，因此栅极42不能稳定地形成并且太阳能电池100的厚度会由于栅极42的厚度T2而变厚。此外，如果上述比率（T2/T1）小于0.5，则无法实现所需的电阻减小效果。然而，本发明不限于上述比率。
根据实施例，栅极42可以与第二电极层39一体形成。因此，和通过使用与形成第二电极层39的材料不同的材料单独形成栅极42的情形相比，可以简化制造过程。
可以通过多种方法，诸如溅射方法、蒸发方法或喷射方法，来形成第二电极层39和/或栅极42。然而，本发明不限于此，可以采用不同的方法来形成第二电极层39和/或栅极42。
尽管图1示出具有矩形形状的栅极42，但本发明不限于此。如图2所示，栅极42a可以具有宽度沿向上方向逐渐减小的剖面形状。
在下文中，将参照图3和图4描述根据另一实施例的太阳能电池。将省略对与第一实施例中相同的结构和元件的描述，并且下面将重点描述不同的部件。
图3是示出根据第二实施例的太阳能电池的示意性剖视图。
参照图3，根据第二实施例的栅极44包括第一层44a和第二层44b，第一层44a使用与第二电极层39的材料相同的材料形成，第二层44b使用电阻低于第一层44a的电阻的材料形成。
例如，第一层44a可以使用诸如掺杂铝的氧化锌（AZO）、掺杂氟的氧化锡（FTO）、掺杂镓的氧化锌（GZO）或掺杂硼的氧化锌（BZO）的透明导电材料形成。此外，第二层44b可以使用诸如Ni、Ag、Pt、Au或其合金的金属形成。第二层44b的厚度薄，从而使得光能穿过第二层44b。就是说，尽管第二层44b由金属形成，但是第二层44b可以具有透光性。
如上所述，由于栅极44具有包含透明导电材料的第一层44a和包含具有透光性的金属的第二层44b，因此栅极44可以包含透光导电材料。
根据第二实施例，作为栅极44一部分的第一层44a是使用与第二电极层39相同的材料形成的，因此可以改进第二电极层39与栅极44之间的结特性。此外，作为栅极44另一部分的第二层44b是使用电阻低于第二电极层39的电阻的金属形成的，因此可以改进电阻减小效果。
就是说，根据第二实施例，栅极44包括使用不同材料形成的第一层44a和第二层44b，因此可以同时改进结特性和电阻特性。因此，可以更大程度地提高太阳能电池的光电转换效率。
图4是示出根据第三实施例的太阳能电池的示意性剖视图。
参照图4，根据第三实施例的栅极46可以通过在第二电极层39上依次层压彼此不同的第一金属层46a和第二金属层46b来形成。
例如，第一金属层46a可以包含Ni、Ag、Pt或其合金，第二金属层46b可以包含Au。第一金属层46a和第二金属层44b的厚度薄，从而使得光能穿过第一金属层46a和第二金属层44b，因此栅极可以具有透光性和导电性。
根据第三实施例，使用金属形成栅极46，因此可以更大程度地减小电阻。因此，可以更大程度地提高太阳能电池的光电转换效率。
当考虑栅极46的电阻和透射率时，栅极46的厚度T4与第二电极层39的厚度T3之比（T4/T3）的范围可以是0.3至3。
第一金属层46a和第二金属层46b可以通过使用掩膜（未示出）的溅射方法或蒸发方法来形成。然而，本发明不限于此，可以采用不同的方法来形成第一金属层46a和第二金属层46b。
尽管已经描述并且在图4中示出了栅极46包括第一金属层46a和第二金属层46b这两层，但本发明不限于此。例如，栅极46可以通过层压至少三个金属层来形成。就是说，如果栅极46是通过层压至少两个金属层来形成是足够的。
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 (10)

1.一种太阳能电池，包括：
衬底；
在所述衬底上的第一电极层；
在所述第一电极层上的光吸收层；
在所述光吸收层上的包含透光导电材料的第二电极层；以及
在所述第二电极层上的包含透光导电材料的栅极。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述栅极包含透明导电材料。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述栅极包含选自由掺杂铝的氧化锌、掺杂氟的氧化锡、掺杂镓的氧化锌或掺杂硼的氧化锌构成的组中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述栅极的一部分与第二电极层一体形成。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述栅极包含金属。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中，所述栅极通过层压至少两个金属层来形成。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池，其中，所述栅极包括：
第一金属层，形成在所述第二电极层上并且包含选自由Ni、Ag、Pt和其合金构成的组中的一种；以及
第二金属层，形成在所述第一金属层上并且包含Au。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述栅极包括：
第一层，形成在所述第二电极层上并且包含透明导电材料；以及
第二层，形成在所述第一层上并且包含金属。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其中，所述第一层包含选自由掺杂铝的氧化锌、掺杂氟的氧化锡、掺杂镓的氧化锌或掺杂硼的氧化锌构成的组中的至少一种，所述第二层包含选自由Ni、Ag、Pt和其合金构成的组中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述栅极的厚度与所述第二电极层的厚度之比的范围是0.5至3。
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