CN103988314B - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种太阳能电池及其制造方法。根据实施例的太阳能电池包括：位于支撑基板上的背电极层；位于背电极层上的包括含有钠的玻璃粉的光吸收层；以及位于光吸收层上的前电极层。

Description

太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明实施例涉及太阳能电池及其制造方法。
背景技术
最近，由于严重的环境污染和化石燃料短缺，新的可再生能源的发展变得越来越重要并且倍受关注。在这些新的可再生能源之中，太阳能电池作为解决未来能源问题的能源而引人注目，因为太阳能电池几乎不造成环境污染并且具有半永久使用寿命，并且存在用于太阳能电池的无限资源。
太阳能电池可以定义为当光入射到P-N结二极管上时通过使用产生电子的光伏效应而将光能转换成电能的装置。根据构成结二极管的材料，太阳能电池可以分为硅太阳能电池、主要包含I-III-VI族化合物或III-V族化合物的化合物半导体太阳能电池、染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池。
由CIGS(CuInGaSe)(I-III-VI族黄铜矿类化合物半导体的一种)制成的太阳能电池表现出更为出色的光吸收性、相对于较薄厚度的较高光电转换效率，以及出色的电光稳定性，所以CIGS太阳能电池作为常规的硅太阳能电池的替代物而引人注目。
通常，可以通过向光吸收层中扩散钠来提高CIGS太阳能电池的效率。同时，在CIGS太阳能电池相关技术中，对于光吸收层的钠供应可能不充分或者不易控制。
发明内容
技术问题
本发明实施例提供一种提高了光电转换效率的太阳能电池和该太阳能电池的制造方法。
技术方案
根据实施例的太阳能电池包括：位于支撑基板上的背电极层；位于背电极层上的包括含有钠的玻璃粉的光吸收层；以及位于光吸收层上的前电极层。
根据实施例的太阳能电池的制造方法包括：在支撑基板上形成背电极层；在背电极层上形成包括含有钠的玻璃粉的光吸收层；以及在光吸收层上形成前电极层。
有益效果
根据实施例的太阳能电池，在光吸收层上形成含有钠的玻璃粉，使得玻璃粉中所含的钠可以直接扩散到光吸收层中。因此，根据实施例的太阳能电池可以不需要独立的钠供应层，并且，通过调整玻璃粉中的钠的浓度可以使该太阳能电池具有最优的光电转换效率。
此外，入射到光吸收层中的太阳光的光路可以被该玻璃粉改变。也就是说，该玻璃粉可以使太阳光在该光吸收层中的光路变长。因此，根据实施例的太阳能电池可以具有改善的发电效率。
附图说明
图1是示出根据实施例的太阳能电池的截面图；
图2是示出根据实施例的玻璃粉改变光路的截面图；以及
图3至图6是示出根据实施例的太阳能电池模块的制造方法的截面图。
具体实施方式
在对本发明实施例的具体描述中，应当知道的是，当基板、层、膜或电极被称为在另一个基板、另一个层、另一个膜或另一个电极“上”或“下”时，它可以“直接地”或“间接地”在另一个基板、另一个层、另一个膜或另一个电极上，或者还可以存在一个或多个中间层。已经参照附图描述了层的这种位置。为了说明的目的，可以夸大附图所示的元件大小，并且可能并非完全反映实际大小。
图1是示出根据实施例的太阳能电池的截面图。参见图1，根据实施例的太阳能电池包括支撑基板100、背电极层200、光吸收层300、包含钠410的玻璃粉400、缓冲层500、高电阻缓冲层600以及前电极层700。
支撑基板100支撑着背电极层200、光吸收层300、包含钠410的玻璃粉400、缓冲层500、高电阻缓冲层600以及前电极层700。
支撑基板具有高强度。此外，支撑基板100可以是刚性的或柔性的。例如，支撑基板100可以包括玻璃基板、诸如氧化铝的陶瓷基板、不锈钢基板、钛基板或聚合物基板。此外，根据实施例的太阳能电池将钠从包含钠的玻璃粉400供应到光吸收层300。支撑基板100可以不含诸如钠之类的杂质。
背电极层200被设置在支撑基板100上。背电极层200是导电层。背电极层200可以包括选自由钼(Mo)、金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)、钨(W)和铜(Cu)组成的组中的一种。在上述材料中，Mo的热膨胀系数与支撑基板100相近，因此，Mo可以提高粘结性，并能防止背电极层200从支撑基板100上剥落。
光吸收层300被设置在背电极200上。光吸收层300包括I-III-VI族化合物。例如，光吸收层300可以具有CIGSS(Cu(IN,Ga)(Se,S)2)晶体结构，CISS(Cu(IN)(Se,S)2)晶体结构或CGSS(Cu(Ga)(Se,S)2)晶体结构。此外，光吸收层300的带隙能量在约1eV至约1.8eV的范围内。
光吸收层300包括含有钠410的玻璃粉400。
参见图2，玻璃粉400可以改变入射到太阳能电池中的太阳光L11的光路。入射到太阳能电池中的太阳光L11通过玻璃粉400从所有方向L12射出。也就是说，入射的太阳光L11能够通过玻璃粉400在所有方向L12射出，因此光吸收层300中的光路能够被加长。因此，可以提高根据实施例的太阳能电池的光电转换效率。
该玻璃粉能够通过热处理工艺来烧结。通常，现有技术中的许多不同类型的玻璃粉可以不受限制地使用。例如，可以使用SiO2玻璃粉、SiO2-ZnO(Si-Zn-O)玻璃粉、SiO2-B2O3(Si-B-O)玻璃粉以及SiO2-Bi2O3(Si-Bi-O)玻璃粉，但实施例不限于此。SiO2玻璃粉包含作为主要成分的SiO2，而SiO2-ZnO玻璃粉包括作为主要成分的SiO2和作为次要成分的ZnO。此外，除该主要成分和该次要成分以外，该玻璃粉还可以包含氧化物。该氧化物可以包括选自由Al2O3、Ta2O5、Sb2O5、ZrO2、HfO2、In2O3、Ga2O3、Y2O3和Yb2O3组成的组中的一种或至少两种。
玻璃粉400可以不受限制地采用现有技术中的多种不同的形状。例如，玻璃粉400的截面形状可以是多边形，半圆形，圆形或者椭圆形，但实施例不限于此。
玻璃粉400的平均粒度的范围在约0.1μm至约0.5μm的范围内。具体地，玻璃粉400的平均粒度在约0.1μm至约0.3μm的范围内，但实施例不限于此。
玻璃粉400的分布密度会随着其在光吸收层300中的位置而变化。
根据一个实施例，玻璃粉400的分布密度可以随着玻璃粉400的位置远离背电极层200而减小。例如，玻璃粉400的分布密度在光吸收层400和背电极层200之间的交界面处为最大。此外，玻璃粉400的分布密度在光吸收层400和形成在光吸收层300上的缓冲层500之间的交界面处为最小。例如，在光吸收层400和缓冲层500之间的交界面处可能不存在玻璃粉40。
根据另一个实施例，光吸收层300可以由玻璃粉400来划分。具体地，光吸收层300可以包括：第一光吸收层(图中未示出)，位于与背电极层200相邻的区域处并且以第一浓度分布；以及第二光吸收层(图中未示出)，形成在第一光吸收层上并且以第二浓度分布。
第一浓度大于第二浓度。也就是说，在与背电极层200相邻的第一光吸收层中的玻璃粉400的量大于在远离背电极层200的第二光吸收层中的玻璃粉400的量。尽管为了表述方便，本说明书中将第一光吸收层与第二光吸收层相区分，但实施例不限于此。
玻璃粉400可以包含钠(Na)。例如，如图1所示，玻璃粉400中含有的钠410可以具有颗粒的形状。
在太阳能电池的制造过程中，在进行热处理工艺时，玻璃粉400中含有的钠410会扩散到光吸收层300中。也就是说，根据实施例的太阳能电池可以通过调整在玻璃粉400中所含有的钠410的量来有效地控制扩散到光吸收层300中的钠410的量。因此，根据实施例的太阳能电池提高了开路电压和保真度(fidelity)，因此提高了太阳能电池的光电转换效率。
玻璃粉400中的钠410的浓度在约5重量％至约25重量％的范围内。具体地，玻璃粉400中的钠410的浓度在约15重量％至约20重量％的范围内，但实施例不限于此。也就是说，在太阳能电池的制造过程中，玻璃粉400中含有的钠410可以扩散到光吸收层300中；仅会有极少量的钠410保留在玻璃粉400中。
缓冲层500被设置在光吸收层300上。缓冲层500可以包含CdS、ZnS、InXSY或InXSeYZn(O,OH)。缓冲层500的厚度在约50nm到约150nm的范围内，能带隙在约2.2eV至约2.4eV的范围内。
高电阻缓冲层600被设置在缓冲层500上。高电阻缓冲层600包括不掺杂杂质的i-ZnO。高电阻缓冲层600的能带隙在约3.1eV至约3.3eV的范围内。高电阻缓冲层600可以被省略。
前电极层700可以设置在光吸收层300上。例如，前电极层700可以与在光吸收层300上形成的高电阻缓冲层600直接接触。
前电极层700可以包括透明导电材料。此外，前电极层700可以具有N型半导体的特性。在这种情况下，前电极层700与缓冲层500一起形成N型半导体，进而与作为P型半导体层的光吸收层300一起形成PN结。例如，前电极层700可以包括掺铝氧化锌(AZO)。前电极层700的厚度可以在约100nm至约500nm的范围内。
图3至图6是示出根据实施例的太阳能电池制造方法的截面图。以上关于太阳能电池的描述将会通过引用的方式并入于此。
参见图3，背电极层200形成在支撑基板100上，并且，第一图案P1形成在背电极层200上。
背电极层200可以通过PVD(物理气相沉积)方案或电镀方案形成。背电极层100包括第一图案P1。也就是说，背电极层200可以通过第一图案P1被图案化。第一图案P1可以有多种形状，如图3所示的条纹状，或网格状。举例来说，第一图案P1的宽度可以在约80μm至约200μm的范围内，但实施例不限于此。
参见图4，包括含钠410的玻璃粉400的光吸收层300形成在背电极层200上。在形成光吸收层300时，玻璃粉400中所含的钠410可以扩散到光吸收层300中。
玻璃粉400可以通过提供包含钠410的玻璃糊剂然后对其热处理来制备。
该玻璃糊剂可以包括钠颗粒、玻璃粉、导电粉末、粘合剂和溶剂。此外，该玻璃糊剂还可以包括分散剂以改善固体成分的分散特性。钠410的浓度在约5重量％至约25重量％的范围内。具体地，钠410的浓度在约15重量％至约20重量％的范围内，但实施例不限于此。此外，如果在本技术领域内常用，也可以不受浓度限制地来使用构成该玻璃糊剂的其他成分。
按照以上过程制备的玻璃糊剂可以采用浸涂法、丝网印刷、辊印或平面涂布来印刷或涂布在背电极层200上。
此后，通过对玻璃糊剂进行热处理来形成玻璃粉400。该热处理过程包括对玻璃糊剂进行烘干、预热和烘烤处理。预热过程可以在约200℃至约400℃的温度执行约10分钟至约60分钟，但实施例不限于此。至此，可以除去导电糊剂中的有机物质，如溶剂、粘合剂等。然后，将导电糊剂在约450℃至约600℃的温度下烘烤。
同时，光吸收层300形成。因此，形成玻璃粉400的过程可以与形成光吸收层300的过程同时进行。
光吸收层300可以通过溅镀法或蒸镀法来形成。具体地，为了形成光吸收层300，通过使用铜靶、铟靶和镓靶在背电极层200上形成一个CIG金属前体层。该金属前体层通过硒化工艺与Se反应，就可以形成CIGS光吸收层300。
形成金属前体层的工艺和硒化工艺在约350℃至约550℃的温度下进行，并且，在玻璃粉400中所含的钠410扩散到光吸收层300中。
参见图5，在光吸收层300上形成缓冲层500和高电阻缓冲层600。
缓冲层500可以通过CBD(化学浴沉积)法在光吸收层300上沉积CdS来形成。此外，通过溅镀法将ZnO沉积到缓冲层500上，从而形成高电阻缓冲层600。
接下来，第二图案P2被形成为穿过光吸收层300、缓冲层500和高电阻缓冲层600。第二图案P2可以在玻璃粉400上形成。第二图案P2可以通过机械方法形成以使得背电极层200可以被部分地暴露。第二图案P2的宽度可以在约80μm至约200μm的范围内，但实施例不限于此。
参见图6，通过在高电阻缓冲层600上沉积透明导电材料来在高电阻缓冲层600上形成前电极层700。可以通过在光吸收层300上形成前电极然后再形成划分该前电极的第三图案P3来形成前电极层700。第三图案P3可以通过机械方案形成以使得背电极层200可以被部分地暴露。第三图案P3的宽度可以在约80μm至约200μm的范围内，但实施例不限于此。
参见图6，第三图案P3被形成为穿过光吸收层300、缓冲层500、高电阻缓冲层600和前电极层700。因此，太阳能电池C1、C2...和Cn可以被第三图案P3彼此分开。
在本说明书中对于“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的任何引用表示结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书中不同位置出现的这种短语并不一定全部指相同的实施例。另外，当结合任何实施例描述特定的特征、结构或特性时，所主张的是，结合这些实施例的其他实施例来实现这种特征、结构或特性在本领域技术人员的技术范围内。
尽管参照本发明的多个说明性实施例描述了实施例，但应当理解，本领域技术人员在本公开的精神和原理的范围内可以进行多种其他修改和实施例。更具体地讲，在本公开、附图和所附权利要求书的范围内能够在所讨论的主组合配置的组成零件和/或配置上进行多种变型和修改。除在组成零件和/或配置进行变型和修改之外，替代使用对本领域技术人员也是显见的。

Claims (16)

1.一种太阳能电池，包括：
位于支撑基板上的背电极层；
位于所述背电极层上的包括玻璃粉的光吸收层，所述玻璃粉含有钠；以及
位于所述光吸收层上的前电极层，
其中，所述光吸收层包括：
第一光吸收层，被设置在与所述背电极层相邻的区域中，并且包含以第一浓度分布的所述玻璃粉；以及
第二光吸收层，被设置在所述第一光吸收层上，并且包含以第二浓度分布的所述玻璃粉；并且
其中，所述第一浓度大于所述第二浓度。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述玻璃粉的粒度在0.1μm到0.5μm之间。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述玻璃粉的粒度在0.1μm到0.3μm之间。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述玻璃粉的截面形状为多边形、半圆形、圆形或椭圆形。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述玻璃粉中钠的浓度处于5重量％到25重量％的范围内。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述玻璃粉中钠的浓度处于15重量％到20重量％的范围内。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述玻璃粉包括SiO2玻璃粉，SiO2-ZnO(Si-Zn-O)玻璃粉，SiO2-B2O3(Si-B-O)玻璃粉或SiO2-Bi2O3(Si-Bi-O)玻璃粉。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池，其中，所述玻璃粉包括选自由Al2O3、Ta2O5、Sb2O5、ZrO2、HfO2、In2O3、Ga2O3、Y2O3和Yb2O3组成的组中的至少一种氧化物。
9.一种太阳能电池的制造方法，所述方法包括：
在支撑基板上形成背电极层；
在所述背电极层上形成包括玻璃粉的光吸收层，所述玻璃粉含有钠；以及
在所述光吸收层上形成前电极层，
其中，所述光吸收层包括：
第一光吸收层，被设置在与所述背电极层相邻的区域中，并且包含以第一浓度分布的玻璃粉；以及
第二光吸收层，被设置在所述第一光吸收层上，并且包含以第二浓度分布的所述玻璃粉；并且
其中，所述第一浓度大于所述第二浓度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，形成所述光吸收层包括对所述玻璃粉和所述光吸收层进行热处理，并且通过热处理将在所述玻璃粉中所含的钠扩散到所述光吸收层中。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，通过提供含有钠的玻璃糊剂并对所述玻璃糊剂进行热处理来形成所述玻璃粉。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述玻璃粉中的钠的浓度在5重量％到25重量％的范围内。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述玻璃粉中的钠的浓度在15重量％到20重量％的范围内。
14.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：在形成所述光吸收层之后，在所述光吸收层上形成缓冲层。
15.根据权利要求9所述的方法，其中，所述玻璃粉包括SiO2玻璃粉、SiO2-ZnO(Si-Zn-O)玻璃粉、SiO2-B2O3(Si-B-O)玻璃粉或SiO2-Bi2O3(Si-Bi-O)玻璃粉。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述玻璃粉包括由Al2O3、Ta2O5、Sb2O5、ZrO2、HfO2、In2O3、Ga2O3、Y2O3和Yb2O3组成的组中的至少一种氧化物。
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