CN104054182B - 太阳能电池设备及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
根据实施例的太阳能电池设备包括：支撑基板；在所述支撑层上的背电极层；在所述背电极层上的光吸收层；在所述光吸收层上的具有第一导电率的第一缓冲层；在所述第一缓冲层上的具有第二导电率的第二缓冲层；以及在所述第二缓冲层上的窗口层。
Description
技术领域
实施例涉及一种太阳能电池设备及其制造方法。
背景技术
太阳能电池(或光伏电池)是太阳能发电中的核心元件，太阳能电池直接将太阳光转化为电能。
例如，如果能量大于半导体能带隙能量的太阳光入射到具有PN结结构的太阳能电池中，电子-空穴对就产生了。由于电子和空穴分别聚集到N层和P层中，因为在PN结部分中形成了电场，N层和P层之间产生了光伏。在这种情况下，如果将负载连接到在太阳能电池的两端处设置的电极上，电流就会流过太阳能电池。
近年来，随着能源消耗的增长，开发了将太阳光转化成电能的太阳能电池。
特别地，具有包括玻璃基板、金属背电极层、P型CIGS基光吸收层、高电阻缓冲层和N型窗口层的基板结构的CIGS基太阳能电池被广泛使用，其中CIGS基太阳能电池是PN异质结装置。
人们进行了各种调查研究来提高太阳能电池的电学特性，例如，低电阻和高透光率。
由于CdS的能带隙介于P型CIGS基光吸收层和N型窗口层的能带隙之间，并且表现出优越的电学特性，从而CdS被广泛用于高电阻缓冲层。然而，由于CdS的能带隙相对固定，CdS不利于形成具有宽带隙的缓冲层。
此外，由于CdS具有N型的电学特性，需要通过在P型CIGS基光吸收层上形成P型缓冲层来提高电学特性的技术。
发明内容
技术问题
实施例提供了一种太阳能电池设备，该太阳能电池设备包括形成在光吸收层上的具有第一导电率的第一缓冲层以及具有第二导电率的第二导电层，以提高缓冲层的覆盖率，使得可以提高太阳能电池的电学特性。
技术方案
根据实施例，提供了一种太阳能电池，包括支撑基板；在所述支撑层上的背电极层；在所述背电极层上的光吸收层；具有第一导电率的第一缓冲层，在所述光吸收层上；具有第二导电率的第二缓冲层，在所述第一缓冲层上；以及在所述第二缓冲层上的窗口层。
有益效果
如前所述，根据实施例，该太阳能电池包括形成在所述光吸收层上的具有第一导电率的第一缓冲层和具有第二导电率的第二缓冲层，使得可以提高缓冲层的覆盖率。因此，可以提高太阳能电池设备的电学特性。
附图说明
图1是示出了根据实施例的太阳能电池设备的截面图；
图2至图5是示出了制造根据实施例的太阳能电池的工序的截面图。
具体实施方式
在实施例的描述中，将会理解的是，当基板、层、薄膜或电极被称为在另一个基板、另一个层、另一个薄膜或另一个电极“上”或“下”时，它可以“直接地”或“间接地”在另一个基板、另一个层、另一个薄膜或另一个电极上，或者还可以存在一个或多个中间层。已经参照附图描述了这种层的位置。为了说明的目的，可以夸大附图所示的元件大小，并且可以不完全反映实际大小。
图1是示出了根据实施例的太阳能电池设备的截面图。参见图1，该太阳能电池包括支撑基板100、背电极层200、光吸收层300、第一缓冲层400、第二缓冲层500、高电阻缓冲层600以及窗口层700。
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、第一缓冲层400、第二缓冲层500、高电阻缓冲层600以及窗口层700。
支撑基板100可以是绝缘体。支撑基板可以是玻璃基板、例如聚合物的塑料基板或金属基板。此外，支撑基板100可以是含有氧化铝、、不锈钢或具有柔性特性的聚合物的陶瓷基板。支撑基板100可以透明的并且可以是钢性的或柔性的。
如果支撑基板100包括钙钠玻璃基板，在太阳能电池的制造过程中，钙钠玻璃中含有的钠可以被扩散到包括CIGS的光吸收层300中。因此，可以提高光吸收层300的电荷浓度，所以提高太阳能电池的光电转化效率。
背电极层200设置在基板100上。背电极200是导电层。背电极层200传输太阳能电池的光吸收层300中产生的电荷，从而允许电流流到太阳能电池外部。背电极层200必须表现出较高导电率和较低电阻率以实现上述功能。
此外，当在形成CIGS化合物时所需要的硫(S)或硒(Se)气氛下执行热处理中，背电极层200必须保持高温稳定性。此外，背电极层200必须表现出对基板100有较好的粘合特性，以防止背电极层200因为背电极层200和基板100之间的热膨胀系数的差异而从基板100剥落。
背电极层200可以包括钼(Mo)、金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)、钨(W)和铜(Cu)中的任何一种。在它们之中，当与其它元素相比时，Mo与基板100之间形成较小的热膨胀系数差，因此Mo表现出较好的粘合特性，从而防止发生上述剥落现象，并且完全符合背电极层200要求的特征。背电极层200可以具有400至1000范围内的厚度。
光吸收层300可以形成在背电极层200上。光吸收层300包括P型半导体化合物。更具体地，光吸收层300包括I-III-VI基族化合物。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。
当光吸收层300形成为(In,Ga)Se2(CIGS)晶体结构时，光吸收层300可以以化学式Cu(Inx,Ga(1-x))Se形成，其中X可以形成为0至0.3范围内的厚度。
光吸收层300可以具有1.1eV至1.2eV范围内的能带隙，以及1.5至2.5范围内的厚度。
具有第一导电率第一缓冲层400设置在光吸收层300上。由于太阳能电池具有包括CIGS化合物的光吸收层300，在用作P型半导体的CIGS化合物薄膜和作为N型半导体的窗口层50之间形成了PN结。然而，由于两种材料之间表现出很大的晶格常数和能带隙的差异，要求在两种材料的能带隙之间具有中间能带隙的缓冲层，以在两种材料之间形成较好的接合。
根据实施例，具有第一导电率的第一缓冲层400形成于光吸收层300上。第一缓冲层400可以具有与光吸收层300相同的导电率。也就是说第一缓冲层400可以具有P型导电性。例如，第一缓冲层400可以包括InP。包括InP的第一缓冲层400可以具有1.2eV至1.4eV范围内的能带隙，并且具有30到80的厚度。
具有第二导电率的第二缓冲层500可以形成在第一缓冲层400上。第二缓冲层500可以具有与窗口层700相同的导电率。也就是说，第二缓冲层500可以具有N型导电性。例如，第二缓冲层500可以包括CdS。包括CdS的第二缓冲层500可以具有2.4eV的能带隙并且具有20到80的厚度。
由于第一缓冲层400形成在光吸收层300上，可以提高透光率因此可以提高Isc。因此，可以提高填充因子。
高电阻缓冲层600可以布置在第二缓冲层500上。高电阻缓冲层500可以包括i-ZnO，i-ZnO是未掺杂杂质的氧化锌。高阻缓冲层500可以具有约3.1eV到约3.3eV范围内的能带隙，并且具有50到60范围内的厚度。
窗口层700布置在高电阻缓冲层500上。窗口层是透明的且导电的层。窗口层700的电阻高于背电极层200的电阻。
窗口层700包括氧化物。例如，窗口层700可以包括氧化锌、氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)。
此外，窗口层700可以包括掺杂Al的氧化锌(AZO)或掺杂Ga的氧化锌(GZO)。窗口层700可以以800至1000范围内的厚度形成。
根据实施例，太阳能电池装置包括形成在光吸收层上的具有第一导电率的第一缓冲层和具有第二导电率的第二导缓冲层，使得可以提高入射到太阳能电池中的光的吸收率，因此可以提高太阳能电池的电学特性。
图2至图5是示出了制造根据实施例的太阳能电池的工序的截面图。将参照以上对太阳能电池的描述来描述本制造方法。上述太阳能电池的描述可以被包含在本制造方法的描述中。
参见图2，背电极层200形成在基板100上。背电极层200可以通过沉积Mo形成。背电极层200可以通过溅镀方案形成。此外，可以在基板100和背电极层200之间插入附加层，如防扩散层。
此后，光吸收层300形成在背电极层200上。光吸收层300可以通过广泛使用的方案形成，例如，通过同时或者分别地蒸发Cu、In、Ca和Se来形成Cu(In,Ga)Se2(CIGS)基光吸收层300的方案或者通过在形成了金属前体膜后执行硒化工艺的方案。
相反，使用Cu靶、In靶和Ga靶的溅镀工艺和硒化工艺可以同时进行。CIS基或CIG基光吸收层300可以通过仅使用Cu靶和In靶或Cu靶和Ga靶的溅镀工艺和硒化工艺形成。
参见图3，第一缓冲层400形成在光吸收层300上。第一缓冲层400可以包括InP并且可以通过MOCVD或溅镀方案形成。
参见图4，第二缓冲层500形成在第一缓冲层400上。第二缓冲层500可以包括CdS并且可能通过使用CBD和H2S/H2Se的热处理方法形成。
参见图5，高电阻缓冲层600可以形成在第二缓冲层500上。高电阻缓冲层500可以包括i-ZnO，，i-ZnO是未掺杂杂质的氧化锌。然后，窗口层700形成在高电阻缓冲层600上，此外，可以通过使用溅镀方案沉积透明的导电材料，例如掺杂Al的氧化锌(AZO)，在高电阻缓冲层600上形成窗口层700。
本说明书中任何参考“一个实施例”、“一种实施例”、“示例实施例”等的意思是结合实施例描述特定特征、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此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，结合其它实施例来实现这种特征、结构或特性在本领域技术人员的范围内。
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实现多种其它修改和实施例。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而易见的。
Claims (10)
1.一种太阳能电池设备，包括：
支撑基板；
在所述支撑基板上的背电极层；
在所述背电极层上的光吸收层；
在所述光吸收层上的具有第一导电率的第一缓冲层；
在所述第一缓冲层上的具有第二导电率的第二缓冲层；以及
在所述第二缓冲层上的窗口层，
其中，所述第一缓冲层与所述光吸收层具有相同的导电率，并且所述第二缓冲层与所述窗口层具有相同的导电率，
其中，所述第一缓冲层包括InP，
其中，所述第二缓冲层包括CdS。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述第一缓冲层具有1.2eV至1.4eV范围内的能带隙。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述第一缓冲层具有30nm至80nm范围内的厚度。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述第二缓冲层具有20nm至80nm范围内的厚度。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，在所述第二缓冲层上设置有高阻缓冲层。
6.一种制造太阳能电池设备的方法，所述方法包括：
在支撑层上形成背电极层；
在所述背电极层上形成光吸收层；
在所述光吸收层上形成具有第一导电率的第一缓冲层；
在所述第一缓冲层上形成具有第二导电率的第二缓冲层；以及
在所述第二缓冲层上形成具有第二导电率的窗口层，
其中，所述第一缓冲层与所述光吸收层具有相同的导电率，并且所述第二缓冲层与所述窗口层具有相同的导电率，
其中，所述第一缓冲层包括In和P，并且所述第一缓冲层通过MOCVD形成，
其中，所述第二缓冲层包括CdS。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一缓冲层具有1.2eV至1.4eV范围内的能带隙。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一缓冲层具有30nm至80nm范围内的厚度。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第二缓冲层具有20nm至80nm范围内的厚度。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第二缓冲层具有2.4eV的能带隙。
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