CN103999236B - 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。所述太阳能电池包括：背电极层；在所述背电极层上的光吸收层；以及，在所述光吸收层上的缓冲层，其中，所述缓冲层包括第一缓冲层、在所述第一缓冲层上的第二缓冲层和在所述第二缓冲层上的第三缓冲层，并且其中，所述第一缓冲层包括I-VI族化合物。一种制造太阳能电池的方法包括步骤：在基板上形成背电极层；在所述背电极层上形成光吸收层；在所述光吸收层上形成包括硒的第二缓冲层；并且，在所述第二缓冲层上形成包括硫化物的第三缓冲层。

Description

太阳能电池及其制造方法
技术领域
实施例涉及太阳能电池及其制造方法。
背景技术
制造用于太阳光电力产生的太阳能电池的方法如下。首先，在制备基板后，在基板上形成背电极层，并且通过激光将其图案化，由此形成多个背电极。
其后，在背电极上依序形成光吸收层、缓冲层和高电阻缓冲层。诸如下述方案的各种方案已经被广泛使用以便形成光吸收层：通过同时或分别蒸发Cu、In、Ga和Se来形成基于Cu(In,Ga)Se2(CIGS)的光吸收层的方案；以及，在已经形成金属前体膜后执行硒化工艺的方案。光吸收层的带隙能量在大约1eV至大约1.8eV的范围中。
然后，通过溅射工艺来在光吸收层上形成包括硫化镉(CdS)的缓冲层。该缓冲层的带隙能量可以在大约2.2eV至大约2.4eV的范围中。其后，通过溅射工艺在缓冲层上形成包括氧化锌(ZnO)的高电阻缓冲层。高电阻缓冲层的带隙能量在大约3.1eV至大约3.3eV的范围中。
其后，可以在光吸收层、缓冲层和高电阻缓冲层中形成凹槽图案。
然后，透明导电材料被层叠在高电阻缓冲层上，并且被填充在凹槽图案中。因此，在高电阻缓冲层上形成透明电极层，并且在凹槽图案中形成连接导线。构成该透明电极层和连接导线的材料可以包括铝掺杂的氧化锌(AZO)。该透明电极层的带隙能量可以在大约3.1eV至大约3.3eV的范围中。
然后，在透明电极层中形成凹槽图案，使得可以形成多个太阳能电池。该等透明电极和高电阻缓冲层分别对应于每一个电池。可以以条形或矩阵的形式来提供该等透明电极和高电阻缓冲层。
透明电极和背电极彼此不对齐，使得透明电极分别通过连接导线电连接到背电极。因此，太阳能电池可以彼此电串联。
如上所述，为了将太阳光转换为电能，已经制造和使用了各种太阳能电池设备。在韩国未审查专利公开No.10-2008-0088744中公开了所述太阳能电池设备的一种。
同时，对于太阳能电池来说，如何减少在缓冲层与光吸收层之间的带隙能量差以容易地产生光伏电力，是很关键的。因此，关于如何使缓冲层和光吸收层具有相似带隙能量的问题已经得到了积极的研究。
发明内容
技术问题
实施例提供了一种能够表现出改善的光电转换效率的太阳能电池。
技术方案
根据实施例，提供了一种太阳能电池，包括：背电极层；在所述背电极层上的光吸收层；以及，在所述光吸收层上的缓冲层，其中，所述缓冲层包括第一缓冲层、在所述第一缓冲层上的第二缓冲层和在所述第二缓冲层上的第三缓冲层，并且其中，所述第一缓冲层包括I-VI族化合物。
根据一个实施例，提供了一种制造太阳能电池的方法，包括步骤：在基板上形成背电极层；在所述背电极层上形成光吸收层；在所述光吸收层上形成包括硒的第二缓冲层；并且，在所述第二缓冲层上形成包括硫化物的第三缓冲层。
有益效果
因为在根据实施例的太阳能电池中包括的缓冲层被划分为第二缓冲层和第三缓冲层，所以缓冲层可以具有依序变化的带隙能量。
即，在光吸收层和缓冲层的带隙能量之间的差别减少，使得可以容易地产生光伏电力。
因此，可以容易地通过缓冲层来传送电子，使得根据实施例的太阳能电池可以具有改善的效率。
即，与具有仅包括硫化镉(CdS)的缓冲层的、根据现有技术的太阳能电池作比较，根据实施例的太阳能电池可以具有改善的效率。
在根据另一个实施例的太阳能电池中所包括的缓冲层包括第一缓冲层、第二缓冲层和第三缓冲层。第一缓冲层被插设在光吸收层和第二缓冲层之间，使得可以增强相对于光吸收层和第二缓冲层的耦合结构。
因为插入了第一缓冲层，所以可以将光吸收层的铜(Cu)空洞掺杂钠。在接近第一缓冲层的、光吸收层的表面处分布大量的钠，使得光吸收层和缓冲层可以具有类似的带隙能量。因此，可以改善电子产生率。
根据实施例的方法可以制造具有上述效果的太阳能电池。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的太阳能电池的截面图；
图2是在图1中的“A”的放大视图；
图3是示出根据第二实施例的在太阳能电池中包括的缓冲层的截面图；
图4是图示在根据第二实施例的太阳能电池的每层中包括的钠的浓度的曲线图；
图5至图7是图示制造根据第一实施例的太阳能电池的工艺的截面图；以及
图8至图10是图示制造根据第二实施例的太阳能电池的工艺的截面图。
具体实施方式
在实施例的描述中，可以明白，当层、膜、区域、图案或结构被称为在另一个基板、另一层、膜或另一个图案“上”或“下”时，它可以“直接地”或“间接地”在另一层、另一膜、另一个图案上，或者也可以存在一个或多个介入层。已经参考附图描述了每层的位置。
为了明显和方便的说明，可能夸大在附图中所示的元件的大小和厚度。并且该大小或厚度可能不完全反映实际大小。
以下，将参考附图详细描述实施例。
首先，将参考图1和图2来描述根据第一实施例的太阳能电池。图1是示出根据第一实施例的太阳能电池的截面图。图2是在图1中的“A”的放大视图。
参见图1，太阳能电池包括支撑基板100、背电极层200、光吸收层300、缓冲层400、高电阻缓冲层500和前电极层600。
支撑基板100具有平板形状，并且支撑背电极层200、光吸收层300、缓冲层400、高电阻缓冲层500和前电极层600。
支撑基板100可以包括绝缘体。支撑基板100可以包括玻璃基板、塑料基板或金属基板。更详细地，支撑基板100可以包括钠钙玻璃基板。支撑基板100可以是透明的。支撑基板100可以是硬的或柔性的。
背电极层200被设置在支撑基板100的顶表面上。背电极层200可以是导电层。背电极层200可以包括诸如钼的金属。
另外，背电极层200可以包括至少两层。在该情况下，可以通过使用同种金属或异种金属来形成这些层。
在背电极层200上设置了光吸收层300。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Cu(In,Ga)Se2(CIGS)晶体结构、Cu(In)Se2晶体结构或Cu(Ga)Se2晶体结构。
光吸收层300可以具有在大约1eV至大约1.8eV的范围中的带隙能量。
在光吸收层300上设置了缓冲层400。缓冲层400直接接触光吸收层300。
缓冲层400可以包括两层或两层以上的层。详细而言，参见图2，缓冲层400可以包括第二缓冲层420和第三缓冲层430。
第二缓冲层420被布置在光吸收层300上。
第二缓冲层420包括硒(Se)。详细而言，第二缓冲层420包括CdSe。
第二缓冲层420可以具有10nm至20nm的范围中的厚度。
第二缓冲层420的带隙能量可以是大约1.7eV。
第三缓冲层430被布置在第二缓冲层420上。
第三缓冲层430包括硫化物。详细而言，第三缓冲层430包括硫化镉(CdS)。
第三缓冲层430具有在30nm至40nm的范围中的厚度。
第三缓冲层430的带隙能量可以是大约2.4eV。
缓冲层400的带隙能量以阶梯形式增大，即依序增大。即，因为缓冲层400被划分为第二缓冲层420和第三缓冲层430，所以缓冲层400具有依序变化的带隙能量。
即，通过减少在光吸收层300和缓冲层400之间的带隙能量差别，容易产生光伏电力。
因此，可以容易地通过缓冲层400传送电子，使得根据实施例的太阳能电池具有改善的效率。
与具有仅由CdS构成的缓冲层400的太阳能电池作比较，根据实施例的太阳能电池具有改善的效率。
在缓冲层400上布置了高电阻缓冲层500。高电阻缓冲层500包括作为未掺杂杂质的氧化锌的i-ZnO。高电阻缓冲层500可以具有在大约3.1eV至大约3.3eV的范围中的带隙能量。
在光吸收层300上设置了前电极层600。更详细地，在高电阻缓冲层500上设置了前电极层600。
在高电阻缓冲层500上设置了前电极层600。前电极层600是透明的。例如，前电极层600可以包括掺杂Al的氧化锌(AZO)、铟锌氧化物(IZO)或铟锡氧化物(ITO)。
前电极层600可以具有在大约500nm至大约1.5微米的范围中的厚度。而且当前电极层600由掺杂铝的氧化锌形成时，前电极层600可以以在大约2.5重量％至大约3.5重量％的范围中的比率被掺杂。前电极层600是导电层。
以下，将参考图3和图4来描述根据第二实施例的太阳能电池。在下面的说明中，为了清楚和简单说明的目的，将省略与在第一实施例中的结构和组件相同或类似的结构和组件的细节。
图3是在根据第二实施例的太阳能电池中包括的缓冲层400的截面图。图4是图示在根据第二实施例的太阳能电池的每层中包括的钠的浓度的曲线图。
参见图3，在根据第二实施例的太阳能电池中包括的缓冲层400包括第一缓冲层410、第二缓冲层420和第三缓冲层430。
第一缓冲层410位于光吸收层300上。
第一缓冲层410包括I和VI族化合物。第一缓冲层410可以包括钠。详细而言，第一缓冲层410可以包括Na2Se。
第一缓冲层410可以具有10nm或10nm以下的厚度。
第二缓冲层420位于第一缓冲层410上。
因为第二和第三缓冲层420和430与根据第一实施例的第二和第三缓冲层420和430相同或类似，所以将省略详细说明。
因为第一缓冲层410被插设在光吸收层300和第二缓冲层420之间，所以可以增强相对于光吸收层300和第二缓冲层420的耦合结构。
因为第一缓冲层410的插入，所以钠被掺杂到光吸收层300的Cu空洞内。参见图4，在光吸收层300中的钠的浓度向第一缓冲层410逐渐增大。即，在接近第一缓冲层410的表面处分布较多钠，使得光吸收层300和缓冲层400可以具有彼此类似的带隙能量。因此，可以改善电子产生率。
以下，将参考图5至图7来描述根据第一实施例的制造太阳能电池的方法。图5至图7是图示根据第一实施例的制造太阳能电池的工艺的截面图。
根据第一实施例的制造太阳能电池的方法包括：在支撑基板100上形成背电极层200的步骤；形成光吸收层300的步骤；形成第二缓冲层420的步骤；以及，形成第三缓冲层430的步骤。
参见图5，通过溅射工艺在支撑基板100上沉积诸如钼的金属，以形成背电极层200。可以通过在不同的条件下两次执行工艺来形成背电极层200。
可以在支撑基板100和背电极层200之间插入诸如扩散阻挡层的额外层。
接下来，在背电极层200上形成光吸收层300。可以通过溅射工艺或蒸发来形成光吸收层300。
例如，已经广泛使用诸如下述方式的各种方案以便形成光吸收层300：通过同时或分别蒸发Cu、In、Ga和Se来形成基于Cu(In,Ga)Se2(CIGS)的光吸收层300的方案；以及，在已经形成金属前体膜后执行硒化工艺的方案。
关于先形成金属前体层再进行硒化工艺的细节，通过使用Cu靶、In靶或Ga靶的溅射工艺来在背电极层200上形成金属前体层。
其后，将金属前体层进行硒化工艺，使得形成基于Cu(In,Ga)Se2(CIGS)的光吸收层300。
另外，可以同时执行使用Cu靶、In靶和Ga靶的溅射工艺和硒化工艺。
而且，可以通过仅使用Cu靶和In靶和仅使用Cu靶和Ga靶的溅射工艺和硒化工艺来形成基于CIS或CIG的光吸收层300。
然后，参见图6，在光吸收层300上形成第二缓冲层420。
可以通过CBD(化学浴沉积)、CVD(化学气相沉积)工艺、喷洒方案或PVD(物理气相沉积)工艺来形成第二缓冲层420。
作为一个示例，可以通过使用Cd(EtBu-dsc)2前体的化学气相沉积(CVD)工艺来形成第二缓冲层420。
参见图7，在第二缓冲层420上形成第三缓冲层430。
可以通过CBD工艺、CVD工艺、喷洒方案或PVD工艺来形成第三缓冲层430。
作为一个示例，可以通过CBD(化学浴沉积)工艺来形成第三缓冲层430。例如，在已经形成第二缓冲层420后，将第二缓冲层420浸入到包括用于形成硫化镉(CdS)的物质的溶液内，并且在第二缓冲层420上形成包括CdS的第三缓冲层430。
其后，通过溅射工艺在第三缓冲层430上沉积氧化锌，由此形成高电阻缓冲层。
在高电阻缓冲层上形成前电极层。在高电阻缓冲层上堆叠透明导电材料以形成前电极层。例如，该透明导电材料包括掺杂铝(Al)的氧化锌。
以下，将参考图8至图10来描述根据第二实施例的制造太阳能电池的方法。
图8至图10是图示根据第二实施例的用于制造太阳能电池的工艺的截面图。
参见图8，在光吸收层300上形成第一缓冲层410。
可以通过CBD工艺、CVD工艺、喷洒方案或PVD工艺来形成第一缓冲层410。
其后，参见图9和图10，可以在第一缓冲层410上形成第二和第三缓冲层420和430。
在本说明书中对于“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的任何引用表示在本发明的至少一个实施例中包括结合实施例描述的特定特征、结构或特性。在本说明书中的各个位置中的这样的短语的出现不必然全部指的是同一实施例。而且，当结合任何实施例描述特定特征、结构或特性时，认为结合其他实施例实现这样的特征、结构或特性属于本领域技术人员的技术范围内。
虽然已经参考其多个说明性实施例而描述了实施例，但是应当明白，本领域内的技术人员可以设计落在本公开的精神和原理范围内的多种其他修改和实施例。更具体地，在本公开、附图和所附的权利要求的范围内的主组合布置的部件部分和/或布置中，各种改变和修改是可能的。除了在部件部分和/或布置中的改变和修改之外，替代使用也对于本领域内的技术人员是显然的。

Claims (11)

1.一种太阳能电池，包括：
背电极层；
在所述背电极层上的光吸收层；以及
在所述光吸收层上的缓冲层，
其中，所述缓冲层包括第一缓冲层、在所述第一缓冲层上的第二缓冲层和在所述第二缓冲层上的第三缓冲层，并且其中，
所述第一缓冲层包括I-VI族化合物。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一缓冲层包括钠。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一缓冲层包括硒化钠(Na2Se)。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第二缓冲层包括硒。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第二缓冲层包括硒化镉(CdSe)。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第三缓冲层包括硫化物。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第三缓冲层包括硫化镉(CdS)。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述光吸收层具有向所述第一缓冲层逐渐增大的钠浓度。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一缓冲层具有10nm或10nm以下的厚度。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第二缓冲层具有在10nm至20nm的范围中的厚度。
11.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述第三缓冲层具有在30nm至40nm的范围中的厚度。
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