CN103840020A - 太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能电池及其制造方法。所述太阳能电池包括基底、在所述基底上的背电极层、在所述背电极层上的光吸收层、在所述光吸收层上的缓冲层、在所述缓冲层上的透明电极层和在所述透明电极上的抗反射层。所述光吸收层拥有具有渐变带隙能量分布的第一区域、具有渐变带隙能量分布的第二区域、以及在所述第一区域和所述第二区域之间的具有基本上平坦的带隙能量分布的第三区域。这样的带隙能量分布容许价带向导带的容易激发，同时还防止电子和空穴在所述光吸收层中结合，由此提高所述太阳能电池的效率。

Description

太阳能电池及其制备方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年11月23日提交的美国临时申请No.61/729,513和2013年1月10日提交的美国临时申请No.61/751,219的优先权和权益。将这些临时申请两者的全部内容都通过参考引入本文。另外，本申请通过参考将与此同日提交的代理人案号为No.72190/S744的美国专利申请No.14/033,390的全部内容引入本文。
技术领域
本发明涉及太阳能电池，和更具体地，涉及背电极太阳能电池。
背景技术
近来，能量资源的枯竭和关于地球环境的问题使清洁能源的发展加快。在各种类型的清洁能源之中，(使用太阳能电池的)太阳能发电将太阳光直接转化为电，且因此作为新能源正聚焦在太阳能发电上。
然而，与热力发电相比，使用目前的工业太阳能电池的发电成本仍是相对高的。为了太阳能电池的广泛应用，必须改善太阳能电池的发电效率。
发明内容
本公开内容的实施方式的方面涉及具有改善的发电效率的太阳能电池及其制造方法。
在实施方式中，提供太阳能电池。所述太阳能电池包括基底、在所述基底上的第一电极层、在所述第一电极层上的光吸收层和在所述光吸收层上的缓冲层。所述光吸收层包括具有渐变带隙能量分布(profile)的第一区域、具有渐变带隙能量分布的第二区域、以及在所述第一区域和所述第二区域之间的具有基本上平坦的带隙能量分布的第三区域。
在一个实施方式中，所述太阳能电池进一步包括在所述缓冲层上的第二电极层。
在一个实施方式中，所述第二电极层为透明电极。
在一个实施方式中，所述太阳能电池进一步包括在所述第二电极层上的抗反射层。
在一个实施方式中，所述第一区域的渐变带隙能量分布朝向所述第一电极层和所述光吸收层之间的界面升高。
在一个实施方式中，所述第二区域的渐变带隙能量分布朝向所述光吸收层和所述缓冲层之间的界面升高。
在一个实施方式中，所述第一区域的渐变带隙能量分布和所述第二区域的渐变带隙能量分布在所述渐变带隙能量分布的各自的最低点与所述第三区域的基本上平坦的带隙能量分布汇合。
在一个实施方式中，平均起来，所述第三区域的基本上平坦的带隙能量分布低于所述第一区域的渐变带隙能量分布和所述第二区域的渐变带隙能量分布。
在一个实施方式中，所述第三区域中的基本上平坦的带隙能量分布的最高带隙能量和最低带隙能量之间的差小于或等于0.2eV。
在一个实施方式中，所述光吸收层包括IIIA族原子和VIA族原子的至少一种。
在一个实施方式中，所述IIIA族原子包括Ga和In的至少一种，和所述VIA族原子包括S和Se的至少一种。
在一个实施方式中，所述光吸收层的带隙能量根据所述IIIA族原子和所述VIA族原子的至少一种在所述光吸收层中的浓度分布状态而改变。
在一个实施方式中，所述VIA族原子的浓度在所述光吸收层中的所述第一区域和第二区域中比在所述第三区域中高。
在一个实施方式中，贯穿所述光吸收层，所述IIIA族原子的浓度改变小于10%。
在一个实施方式中，所述光吸收层包括化学式Cu(InxGa1-x)(SeyS1-y)2的化合物。
在另一实施方式中，提供制备太阳能电池的方法。所述方法包括在基底上形成第一电极、在所述第一电极上形成光吸收层、和在所述光吸收层上形成缓冲层。所述形成光吸收层包括：在所述第一电极上形成前体层，所述前体层包括Cu、Ga和In；用含Se气体对所述前体层进行第一热处理以形成Cu(InxGa1-x)Se2层；和用含S气体对所述Cu(InxGa1-x)Se2层进行第二热处理以形成Cu(InxGa1-x)(SeyS1-y)2层，从而提供所述光吸收层。
在一个实施方式中，所述方法进一步包括在所述缓冲层上形成第二电极层。
在一个实施方式中，所述方法进一步包括在所述第二电极层上形成抗反射层。
在一个实施方式中，所述形成前体层包括在所述第一电极层上形成Cu-Ga-In层。
在一个实施方式中，所述形成前体层包括在所述第一电极层上形成Cu-Ga层和然后在所述Cu-Ga层上形成In层。
在一个实施方式中，所述形成前体层包括使用Cu-Ga-In合金作为靶材料进行溅射。
在一个实施方式中，所述形成前体层包括使用Cu-Ga合金作为靶材料进行溅射和使用基于In的材料作为靶材料进行溅射。
在一个实施方式中，所述第一热处理在约300℃-约500℃的温度下进行约5分钟-约40分钟的时间。
在一个实施方式中，所述第二热处理在约500℃-约700℃的温度下进行约10分钟-约100分钟的时间。
附图说明
附图与说明书一起说明本发明的示例性实施方式，且与描述一起用于解释本发明的原理。
图1为根据本发明的实施方式的太阳能电池的示意性截面图。
图2为显示图1的太阳能电池中的根据本发明的实施方式的光吸收层中的带隙能量分布状态(带隙能量分布)的图。
图3显示根据具有图2的带隙能量分布状态(带隙能量分布)的光吸收层的深度的对于两个实例(A'和B')的Ga原子的浓度区间分布。
图4显示根据具有图2的带隙能量分布状态的光吸收层的深度的S原子的浓度区间分布。
图5显示根据对于两个实例(A'和B')的Ga浓度的变化的带隙能量分布。
图6为显示根据本发明的实施方式的太阳能电池在阳光中的开路电压乘以短路电流的图。
图7至13为显示根据本发明的实施方式的制造太阳能电池的方法的示意性截面图。
具体实施方式
现在将参照其中示出本发明的示例性实施方式的附图更充分地描述本发明。然而，本发明可以许多不同的形式体现且不应解释为限于本文中阐明的实施方式；相反地，提供这些实施方式作为实例。本文中使用的术语仅为了描述具体实施方式的目的且不意图为本发明的限制。如本文中使用的单数形式“一个(种)(a，an)”和“该(所述)(the)”也意图包括复数形式，除非上下文清楚地另外说明。将进一步理解，术语“包括”和/或“包含”当用在本说明书中时说明存在所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组分，但不排除存在另外的一种或多种其它特征、整体、步骤、操作、元件、组分和/或其集合。将理解，尽管术语第一和第二在本文中用来描述各种元件，但这些元件不应被这些术语限制。相同的附图标记始终是指相同的元件。
在附图中，为了清楚，放大层和区域的厚度。将理解，当一个层被称为“在”另外的层或基底“上”时，其可直接在所述另外的层或基底上，或者还可存在中间层。然而，当一个层被称为“直接在”另外的层或基底上时，则不存在中间层。
图1为根据本发明的实施方式的太阳能电池10的示意性截面图。
参照图1，太阳能电池10为背电极太阳能电池且包括光吸收层130，其形成为拥有具有不同坡度的双渐变带隙能量分布、以及在所述双渐变带隙能量分布之间的基本上平坦的带隙能量分布。特别地，光吸收层130包括具有渐变带隙能量分布的第一区域、具有渐变带隙能量分布的第二区域、以及在所述第一区域和所述第二区域之间的具有基本上平坦的带隙能量分布的第三区域。
更详细地，太阳能电池10包括基底110、形成于基底110上的背电极层120、形成于背电极层120上的光吸收层130、形成于光吸收层130上的缓冲层140、和形成于缓冲层140上的透明电极层150。
用在太阳能电池10中的基底110可为具有合适的光透射率的聚合物基底或玻璃基底。例如，所述玻璃基底可由钠钙玻璃或高应变点钠玻璃形成，和所述聚合物基底可由聚酰亚胺形成。然而，本发明不限于此。所述玻璃基底可由低铁钢化玻璃形成以保护其中的器件不受外部冲击和改善太阳光的透射率。特别地，由于低铁钠钙玻璃在高于500℃的加工温度下释放钠(Na)离子，因此所述低铁钠钙玻璃可进一步改善光吸收层300的效率。基底110可由陶瓷例如氧化铝、不锈钢或柔性聚合物形成。
背电极层120可由具有合适的电导率和光反射率的金属例如钼(Mo)、铝(Al)或铜(Cu)形成，以收集经由光伏效应形成的电荷和将透射通过光吸收层130的光反射，使得所述光被光吸收层130再吸收。
特别地，背电极层120可包含Mo，这是考虑到其高的传导性、其与光吸收层130的欧姆接触和其在与光吸收层130的形成有关的硒(Se)或硫(S)气氛中的高温稳定性。背电极层120可具有约200nm-约500nm的厚度。
背电极层120可掺杂有碱离子例如Na离子。在光吸收层130的生长期间，背电极层120的碱离子混合到光吸收层130中且可为光吸收层130提供结构优点和/或改善光吸收层130的传导性。因此，太阳能电池10的开路电压VOC提高，且因此太阳能电池10的效率可改善。
背电极层120可以多层形成以提供对基底110的合适的粘附和提供背电极层120的合适的电阻特性。
根据本发明的实施方式的光吸收层130吸收入射在太阳能电池10上的太阳光。根据本发明的实施方式可包括具有化学式Cu(InxGa1-x)(SeyS1-y)2的Cu-In-Ga-Se-S五元化合物。在本发明的实施方式中，在Cu(InxGa1-x)(SeyS1-y)2化合物的晶格结构中，In被Ga部分地代替且Se被S部分地代替。在本发明的实施方式中，x为0.01<x<0.25，和y为0.1<y<0.30。在本发明的实施方式中，Ga具有朝向所述背电极层的坡度。在本发明的实施方式中，贯穿所述光吸收层，Ga浓度可相差小于10%，任选地，贯穿所述光吸收层，Ga浓度可相差小于5%。在本发明的实施方式中，Ga浓度可改变在0.5%和10%之间，任选地在2%和5%之间。
在本发明的实施方式中，所述光吸收层具有第一和第二最大S浓度，所述第一最大S浓度朝向与所述背电极层的界面，和所述第二最大S浓度朝向与所述缓冲层的界面，任选地其中S的全体(universal)最小浓度在所述第一和第二最大S浓度之间。在本发明的实施方式中，S浓度可由S/(Se+S)摩尔比表示。在本发明的实施方式中，所述第一和所述第二最大S浓度独立地优选为约0.30-约0.50、优选为约0.32-约0.45。在本发明的实施方式中，S的全体最小浓度由约0.02-约0.12、优选约0.05-约0.10的S/(Se+S)摩尔比表示。
在实施方式中，待转变为光吸收层130的层131由包含铜(Cu)、铟(In)、镓(Ga)和硒(Se)的基于铜-铟-镓-硒化物(Cu(In,Ga)Se2，CIGS)的化合物形成，并形成p型半导体层。
在实施方式中，层131由四元化合物形成并且具有化学式Cu(InxGa1-x)Se2。在所述化合物的晶格结构中，Ga部分地代替In。
这样的CIGS化合物称作黄铜矿化合物并具有p型半导体的性质。CIGS化合物半导体具有直接跃迁带隙能量。
在实施方式中，光吸收层130为Cu-In-Ga-Se-S五元化合物，其中其化学式为Cu(InxGa1-x)(SeyS1-y)2。这里，在Cu(InxGa1-x)(SeyS1-y)2化合物的晶格结构中，In被Ga部分地代替且Se被S部分地代替。
在实施方式中，光吸收层130拥有具有不同坡度的双渐变带隙能量分布和在所述双渐变带隙能量分布之间的基本上平坦的带隙能量分布，由此改善太阳能电池10的效率。在本发明的实施方式中，在所述平坦的带隙能量分布中，所述平坦的带隙能量分布中的最大带隙能量和最低带隙能量之间的差小于或等于0.2eV、任选地小于或等于0.1eV、或者小于或等于0.04eV。在本发明的实施方式中，所述平坦的带隙能量分布中的最大带隙能量和最低带隙能量之间的差为0.0eV-0.2eV，任选地0.005eV-0.1eV，任选地0.01eV-0.04eV。
在本发明的实施方式中，所述光吸收层具有在所述平坦的带隙能量分布的两侧的第一和第二渐变区域，其中：所述第一渐变区域具有朝向所述背电极层和所述光吸收层之间的界面升高的渐变带隙能量分布；和所述第二渐变区域具有在从所述平坦的带隙能量分布朝向所述光吸收层和所述缓冲层之间的界面的方向上升高的带隙能量分布。
在本发明的实施方式中，将所述渐变带隙能量分布调整为朝向所述平坦的带隙能量分布降低，任选地其中所述平坦的带隙能量分布包括全体最小带隙能量。
特别地，在实施方式中，光吸收层130包括(例如沿着从背电极层120到缓冲层140的方向)具有渐变带隙能量分布的第一区域、具有渐变带隙能量分布的第二区域、以及在所述第一区域和所述第二区域之间的具有基本上平坦的带隙能量分布的第三区域。在一些实施方式中，带隙能量分布是线性的。在另外的实施方式中，带隙能量分布是非线性的。
在一些实施方式中，所述第一区域的渐变带隙能量分布和所述第二区域的渐变带隙能量分布在所述渐变带隙能量分布各自的最低点与所述第三区域的基本上平坦的带隙能量分布汇合。
在实施方式中，缓冲层140减小光吸收层130和透明电极层150的带隙能量之间的差，并减少可在光吸收层130和透明电极层150之间发生的电子和空穴的复合。作为例子，缓冲层140可由CdS、ZnS、In2S3、和/或ZnxMg1-xO形成。例如，如果缓冲层140由CdS形成，则CdS薄膜由n型半导体形成，其中其电阻可通过用例如In、Ga和/或Al掺杂所述CdS薄膜而减小。
透明电极层150可由具有高的光透射率的材料形成，使得太阳光可透射到光吸收层130。
此外，为了起到电极层的作用，透明电极层150可由具有低电阻的导电材料形成。透明电极层150可由掺杂有硼(B)、铝(Al)的氧化锌(ZnO)和/或氧化铟锡(ITO)形成。掺杂有B和/或Al的ZnO由于其低的电阻而适合用作电极。特别地，掺杂有B的ZnO提高近红外线区域的光的透射率，由此使太阳能电池的短路电流增大。
抗反射层160可进一步形成于透明电极层150上。太阳能电池的效率可通过如下改善：通过在透明电极层150上形成抗反射层160来减少太阳光的反射损失。抗反射层160可由例如MgF2形成。
可将抗反射层160纹理化以减少入射在光吸收层130上的太阳光的反射和增加其吸收。
图2为显示图1的太阳能电池10中的根据本发明的实施方式的光吸收层130中的带隙能量分布状态(带隙能量分布)的图。
参照图1和2，EV表示价能带(价带)，而EC表示导能带(导带)。带隙能量Eg是指导能带EC和价能带EV之间的能隙。
光吸收层130的带隙能量Eg可通过使用Eg计算方程计算。换言之，带隙能量Eg可基于Ga含量和S含量通过使用Eg计算方程计算。
通常，如果在背电极层120附近的带隙能量Eg大，则可防止光吸收层130中的电子和空穴复合，且因此太阳能电池10的效率可改善。
此外，如果在背电极层120附近的带隙能量Eg大，则太阳能电池10的开路电压VOC增加，且因此太阳能电池10的效率改善。
这里，开路电压VOC是指当向太阳能电池10施加无穷大的阻抗并且光入射到太阳能电池10时在太阳能电池10的两个相对末端处形成的电势之间的差。换言之，开路电压VOC是可从太阳能电池10获得的最大电压。通常，如果开路电流显著小于短路电流，则开路电压VOC与入射光的强度成比例。
此外，如果适当地形成p-n结，则半导体的带隙能量越高，开路电压Voc越大。
因此，如果在光吸收层130和背电极层120之间的界面处的带隙能量Eg增大，可防止电子和空穴的复合且开路电压VOC可提高，且因此太阳能电池10的总体效率可改善。
参照图2，区域A为光吸收层130的与背电极层120接合的区域。光吸收层130具有渐变带隙能量，其中带隙能量朝向背电极层120和光吸收层130之间的界面升高。
因此，区域A在背电极层120和光吸收层130之间的界面处具有最大带隙能量Eg，和带隙能量在从背电极层120到光吸收层130的方向上降低。
区域B为在区域A到光吸收层130的顶面之间的区域且为光吸收层130的内部区域。区域B具有基本上平坦的带隙能量分布。在一些实施方式中，区域B的基本上平坦的带隙能量分布中的最大带隙能量E2和最低带隙能量E1之间的差(ΔEg=E2-E1)小于或等于0.2eV。在一些实施方式中，区域B的基本上平坦的带隙能量分布中的最大带隙能量E2和最低带隙能量E1之间的差(ΔEg=E2-E1)小于或等于0.1eV。在一些实施方式中，区域B的基本上平坦的带隙能量分布中的最大带隙能量E2和最低带隙能量E1之间的差(ΔEg=E2-E1)小于或等于0.04eV。
平均起来，区域B的带隙能量分布小于区域A的带隙能量分布和区域C的带隙能量分布。
区域B的带隙能量分布越小，光伏效应可越有效。如果区域B具有大的带隙能量，即使光吸收层130接收太阳光，价带中的电子也不容易被激发到导带。因此，太阳能电池10的总体发电效率可恶化。
因此，区域A具有调整成朝向区域B降低的渐变带隙能量，和区域B具有最小化的带隙能量，且因此太阳能电池10的发电效率可改善。然而，太阳能电池10的效率不是无条件地与所述基本上平坦的带隙能量分布成比例，且为了效率可适宜地调整区域B的带隙能量分布的宽度。
区域C为光吸收层130的与作为n-型半导体的缓冲层140接合的区域。
区域C具有渐变带隙能量分布，其中带隙能量在从光吸收层130的内部区域朝向光吸收层130和缓冲层140之间的界面的方向上升高。
因此，在区域C中升高的带隙能量可提高开路电压，由此改善太阳能电池10的效率。
光吸收层130中的带隙能量Eg分布状态可通过调整用于形成光吸收层130的工艺条件以及Ga和S的含量来控制。
图3显示根据具有图2的带隙能量分布状态(带隙能量分布)的单一光吸收层的深度的对于两个实例(A'和B')的Ga原子的浓度区间分布，和图4显示根据具有图2的带隙能量分布状态(带隙能量分布)的光吸收层的深度的S原子的浓度区间分布。
根据另一实施方式，图5显示根据图3中所示的光吸收层中的Ga浓度的对于两个实例(A'和B')的带隙能量分布。这里，在一个实施方式中，贯穿所述光吸收层，Ga浓度改变小于10%。在另一实施方式中，贯穿所述光吸收层，Ga浓度改变小于5%。
在一个实施方式中(例如，如图5的平坦的带隙能量区域中所示的)，最大带隙能量E2和最低带隙能量E1之间的差(ΔEg=E2-E1)小于或等于0.2eV。在一些实施方式中，所述基本上平坦的带隙能量分布中的最大带隙能量E2和最低带隙能量E1之间的差(ΔEg=E2-E1)小于或等于0.1eV。在一些实施方式中，所述基本上平坦的带隙能量分布中的最大带隙能量E2和最低带隙能量E1之间的差(ΔEg=E2-E1)小于或等于0.04eV。
参照图3和4，图2的具有基本上平坦的带隙能量分布的区域B以及具有渐变带隙能量分布的区域A和C(其中带隙能量在从区域B的两个相反侧朝向光吸收层130和背电极层120之间的界面、以及光吸收层130和缓冲层140之间的界面的相反方向上升高)可通过根据光吸收层130的深度控制Ga和S的浓度分布而形成。
此外，尽管在图3和4中使用Ga和S的浓度分布状态以形成图2的带隙能量分布状态(带隙能量分布)，但本发明不限于此，和可通过使用不同类型的浓度分布形成图2的其中在区域B中形成基本上平坦的区域的带隙能量分布状态(带隙能量分布)。
此外，如果光吸收层130由除Ga和S之外的IIIA族原子和VIA族原子形成，则图2的带隙能量分布状态(带隙能量分布)可通过使用除Ga和S之外的IIIA族原子和VIA族原子的浓度分布形成。
图6为显示根据本发明的实施方式的太阳能电池在阳光中的开路电压VOC乘以短路电流JSC的图。作为短路电流与开路电压的乘积的JSCVOC与太阳能电池的效率成比例。因此，太阳能电池的效率随着JSCVOC增加而增加。
参照图6，其中基本上平坦的带隙能量B存在于双渐变带隙能量A和C之间的情况(图2)以比其中仅存在双渐变带隙能量的情况(参比)大的JSCVOC值为特征，其中开路电压VOC(mV)与短路电流JSC(mA/cm2)的乘积的平均值为21.86。
换言之，根据本发明的实施方式，由于采用其中区域B的基本上平坦的带隙能量分布(参考图2)存在于具有不同坡度的区域A和C的双渐变带隙能量分布(参考图2)之间的光吸收层130，因此使JSCVOC增加。结果，太阳能电池的效率可改善。
图7至13为根据本发明的实施方式的制造太阳能电池的方法的示意性截面图。在本发明的实施方式中，提供用于制造以上限定的太阳能电池的方法，包括以下顺序的步骤：
(a)在基底上形成背电极层，任选地其中所述背电极层由Mo形成；
(b)通过如下在所述背电极层上形成前体层：
(i)在所述背电极层上形成Cu-Ga-In层；或
(ii)在所述背电极层上形成Cu-Ga层和在所述Cu-Ga层上形成In层；
(c)用含Se气体对包括所述Cu-Ga-In层、或者所述Cu-Ga层和In层的前体层进行第一热处理以形成由Cu(InxGa1-x)Se2形成的第一光吸收层；
(d)用含S气体对第一光吸收层进行第二热处理以形成作为光吸收层的由Cu(InxGa1-x)(SeyS1-y)2形成的第二光吸收层；
(e)在所述第二光吸收层上形成缓冲层；和
(f)在所述缓冲层上形成透明电极层。
在本发明的各种实施方式中，优选包括以下工艺步骤：
(i)在步骤(a)中，通过化学气相沉积(CVD)或者通过使用Mo靶的DC溅射形成所述背电极层；和/或
(ii)在步骤(b)(i)中，通过使用Cu-Ga-In合金作为靶材料经由溅射形成由Cu-Ga-In制成的前体层；和/或
(iii)在步骤(b)(ii)中，通过使用Cu-Ga合金作为靶材料经由DC溅射、随后进行使用基于In的材料作为靶材料的溅射形成所述前体层；和/或
(iv)在步骤(c)中，所述第一热处理在真空室中进行，其中所述含Se气体为包括惰性气体和硒化氢(H2Se)气体的混合气体，任选地其中所述第一热处理在约300℃-约500℃的温度下进行约5分钟-约40分钟的时间；和/或
(v)在步骤(d)中，所述第二热处理在真空室中进行，其中所述含S气体为包括惰性气体和硫化氢(H2S)气体的混合气体，任选地其中所述第二热处理在约500℃-约700℃的温度下进行约10分钟-约100分钟的时间；和/或
(vi)在步骤(e)中，所述缓冲层包括经由化学浴沉积(CBD)的基于CdS的材料；和/或
(vii)在步骤(f)中，所述透明电极层包括ZnO且经由通过使用ZnO作为靶材料的RF溅射、通过使用Zn作为靶材料的反应性溅射、或金属有机化学气相沉积(MOCVD)形成。
参照图7，在基底110上形成背电极层120。如上所述，背电极层120可由Mo形成，Mo为可满足背电极层120的总体要求的材料。背电极层120可通过使用Mo靶的DC溅射形成。此外，背电极层120可经由化学气相沉积(CVD)形成。
参照图8，在背电极层120上形成Cu-Ga层212。这里，Cu-Ga层212可通过使用Cu-Ga合金作为靶材料经由DC溅射形成。这里，由于Ga为典型地本身不是靶材料的材料，因此可使用Cu-Ga合金作为靶材料。
接着，在Cu-Ga层212上形成In层214。In层214可通过使用基于In的材料作为靶材料经由溅射形成。
因此，在背电极层120上形成包括Cu-Ga层212和In层214的前体层210。这里，尽管前体层210可经由如上所述的两阶段操作形成，但前体层210还可通过使用Cu-Ga-In合金作为靶材料经由溅射形成。在该情况中，前体层210形成为Cu-Ga-In层。
参照图9和10，由Cu(InxGa1-x)Se2形成的第一光吸收层131通过如下形成：通过使用含Se气体300对包括Cu-Ga层212和In层214的前体层210进行第一热处理。
所述第一热处理在真空室中进行，其中含Se气体300可为包括惰性气体和硒化氢(H2Se)气体的混合气体。
而且，所述第一热处理可在约300℃-约500℃的温度下进行约5分钟-约40分钟的时间。
参照图11和12，通过使用含S气体400对第一光吸收层131进行第二热处理，由此由第一光吸收层131形成由Cu(InxGa1-x)(SeyS1-y)2形成的光吸收层130。而且，在所述第二热处理期间，可控制温度、时间和含S气体的浓度，使得光吸收层130中的S含量朝向背电极层120增加，如图4中所示。
所述第二热处理在真空室中进行，其中含S气体400可为包括惰性气体和硫化氢(H2S)气体的混合气体。
而且，所述第二热处理可在约500℃-约700℃的温度下进行约10分钟-约100分钟的时间，优选在约500℃-约600℃下进行25分钟-约80分钟，任选地约30分钟-约70分钟和任选地约30分钟-约60分钟以进行硫化，优选硫化步骤在约525℃-约575℃、任选地约540℃-约560℃的温度下进行。
如上所述的层131转变为根据本发明的实施方式的太阳能电池的光吸收层130。
而且，可控制温度、时间、以及H2Se和H2S的浓度以形成具有如图2中所示的带隙能量分布状态(带隙能量分布)的光吸收层130。
参照图13，在光吸收层130上形成缓冲层140。缓冲层140可经由化学浴沉积(CBD)主要由基于CdS的材料形成。
接着，在缓冲层140上形成透明电极层150。透明电极层150可主要由ZnO形成。因此，透明电极层150可经由通过使用ZnO作为靶材料的RF溅射、通过使用Zn作为靶材料的反应性溅射、或金属有机化学气相沉积(MOCVD)形成。
接着，可在透明电极层150上形成抗反射层160。所述抗反射层可使用MgF2经由电子束蒸发形成。
根据本发明的实施方式，可形成具有如图2中所示的具有不同坡度的双渐变带隙能量分布和在其间的基本上平坦的带隙能量分布的光吸收层130。
因此，在光吸收层130和背电极层120之间的界面处以及光吸收层130和缓冲层140之间的界面处，可形成高的带隙能量，由此提高开路电压。而且，由于在光吸收层130和背电极层120之间的界面与光吸收层130和缓冲层140之间的界面之间的光吸收层130的设定部分的带隙能量分布是基本上平坦的，因此可改善太阳能电池的发电效率。
尽管已经参照其实施方式具体展示和描述了本发明，但是将理解，本发明不限于所公开的实施方式，而是相反，意图涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种变型和等同布置。本领域普通技术人员将理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可在其中进行形式和细节方面的各种变化。

Claims (20)

1.太阳能电池，包括：
基底；
在所述基底上的第一电极层；
在所述第一电极层上的光吸收层；和
在所述光吸收层上的缓冲层，
其中所述光吸收层包括：
具有渐变带隙能量分布的第一区域，
具有渐变带隙能量分布的第二区域，和
在所述第一区域和所述第二区域之间的具有基本上平坦的带隙能量分布的第三区域。
2.权利要求1的太阳能电池，进一步包括在所述缓冲层上的第二电极层，其中所述第二电极层为透明电极。
3.权利要求2的太阳能电池，进一步包括在所述第二电极层上的抗反射层。
4.权利要求1的太阳能电池，其中所述第一区域的渐变带隙能量分布朝向所述第一电极层和所述光吸收层之间的界面升高。
5.权利要求1的太阳能电池，其中所述第二区域的渐变带隙能量分布朝向所述光吸收层和所述缓冲层之间的界面升高。
6.权利要求1的太阳能电池，其中所述第一区域的渐变带隙能量分布和所述第二区域的渐变带隙能量分布在所述渐变带隙能量分布各自的最低点与所述第三区域的基本上平坦的带隙能量分布汇合。
7.权利要求1的太阳能电池，其中平均起来，所述第三区域的基本上平坦的带隙能量分布低于所述第一区域的渐变带隙能量分布和所述第二区域的渐变带隙能量分布。
8.权利要求1的太阳能电池，其中所述第三区域中的所述基本上平坦的带隙能量分布的最高带隙能量和最低带隙能量之间的差小于或等于0.2eV。
9.权利要求1的太阳能电池，其中所述光吸收层包括IIIA族原子和VIA族原子的至少一种。
10.权利要求9的太阳能电池，其中所述IIIA族原子包括Ga和In的至少一种，和其中所述VIA族原子包括S和Se的至少一种。
11.权利要求9的太阳能电池，其中所述光吸收层的带隙能量根据所述IIIA族原子和所述VIA族原子在所述光吸收层中的浓度分布状态改变。
12.权利要求9的太阳能电池，其中所述VIA族原子的浓度在所述光吸收层的所述第一区域和第二区域中比在所述第三区域中高。
13.权利要求9的太阳能电池，其中贯穿所述光吸收层，所述IIIA族原子的浓度改变小于10%。
14.权利要求1的太阳能电池，其中所述光吸收层包括化学式Cu(InxGa1-x)(SeyS1-y)2的化合物，其中0.01<x<0.25和0.1<y<0.30。
15.制备太阳能电池的方法，所述方法包括：
在基底上形成第一电极；
在所述第一电极上形成光吸收层；和
在所述光吸收层上形成缓冲层；
其中所述形成光吸收层包括：
在所述第一电极上形成前体层，所述前体层包括Cu、Ga和In，
用含Se气体对所述前体层进行第一热处理以形成Cu(InxGa1-x)Se2层，和
用含S气体对所述Cu(InxGa1-x)Se2层进行第二热处理以形成Cu(InxGa1-x)(SeyS1-y)2层，从而提供所述光吸收层，
其中0.01<x<0.25和0.1<y<0.30。
16.权利要求15的方法，进一步包括：
在所述缓冲层上形成第二电极层；或
在所述缓冲层上形成第二电极层和在所述第二电极层上形成抗反射层。
17.权利要求15的方法，其中所述形成前体层包括：
在所述第一电极层上形成Cu-Ga-In层；或
在所述第一电极层上形成Cu-Ga层，然后在所述Cu-Ga层上形成In层。
18.权利要求15的方法，其中所述形成前体层包括：
使用Cu-Ga-In合金作为靶材料进行溅射；或
使用Cu-Ga合金作为靶材料进行溅射和使用基于In的材料作为靶材料进行溅射。
19.权利要求15的方法，其中所述第一热处理在300℃-500℃的温度下进行5分钟-40分钟的时间。
20.权利要求15的方法，其中所述第二热处理在500℃-700℃的温度下进行10分钟-100分钟的时间。
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