CN104350606B - 用于光电薄层太阳能电池的多层背电极及其用于制造薄层太阳能电池和模块的应用、包含多层背电极的光电薄层太阳能电池和模块及其制造方法 - Google Patents

用于光电薄层太阳能电池的多层背电极及其用于制造薄层太阳能电池和模块的应用、包含多层背电极的光电薄层太阳能电池和模块及其制造方法 Download PDF

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Abstract

用于光电薄层太阳能电池的多层背电极按如下顺序包括至少一个块体背电极层（4），至少一个尤其欧姆的接触层（8a，8b），‑ 通过借助物理和/或化学气相沉积在使用至少一种金属硫族化物源的情况下涂敷至少一个层而获得，所述层包含至少一种金属硫族化物或基本上由至少一种金属硫族化物形成，其中金属选自钼、钨、钽、钴和/或铌并且硫族元素选自硒和/或硫，或通过涂敷至少一个金属层（第一层，10）和金属硫族化物层（第二层，12）而获得，其中第一层和块体背电极层在其一种或多种金属的成分上在这些金属中的一种或所有金属方面并不一致（Mo、W、Ta、Nb和/或Co），将该多层背电极用于制造薄层太阳能电池和薄层太阳能模块，包含该多层背电极的光电薄层太阳能电池和模块以及用于制造光电薄层太阳能电池和模块的方法。

Description

用于光电薄层太阳能电池的多层背电极及其用于制造薄层太阳能电池和模块的应用、包含多层背电极的光电薄层太阳能电池和模块及其制造方法
技术领域
如下的发明涉及一种用于光电薄层太阳能电池的多层背电极、该多层背电极用于制造薄层太阳能电池和薄层太阳能模块的应用、包含根据本发明的多层背电极的光电薄层太阳能电池和模块、以及一种用于制造光电薄层太阳能电池和模块的方法。
背景技术
合适的光电太阳能模块一方面包括结晶和无定形硅太阳能模块并且另一方面包括所谓的薄层太阳能模块。在后一种情况下，一般使用IB-IIIA-VIA化合物半导体层、所谓的黄铜矿半导体吸收层。在这些薄层太阳能模块的情况下，通常钼背电极层平放在玻璃衬底上。该钼背电极层在一种方法变型方案中配备有包括铜和铟以及必要时镓的前体金属薄层并且紧接着在存在硫化氢和/或硒化氢和/或硒或硫时在温度提高的情况下转化成所谓的CIS或CIGS系。
为了能够可靠地实现可接受的效率，通常已经在选择和制造背电极层时需要特别注意。
例如，背电极层必须拥有高横向导电性，以便确保低损耗的串行布线。从衬底和/或半导体吸收层迁移、例如扩散的物质也应对背电极层的质量和功能范围（Funktionsweite）无影响。此外，背电极层的材料必须具有与衬底和位于该衬底之上的层的热膨胀特性的良好匹配，以便避免微裂纹。最后，在衬底表面上的附着也应满足所有常见的使用要求。
尽管可以通过使用特别纯的背电极材料得到良好效率，不过经常随之出现不成比例地高的生产成本。此外，前面所提及的迁移现象、尤其是扩散现象在通常的生产条件下并非罕见地导致背电极材料的显著污染。
根据DE 44 42 824 C1应通过如下方式得到具有形态上良好地构造的吸收层和良好效率的太阳能电池，即黄铜矿半导体吸收层利用来自组钠、钾和锂的元素以1014到1016个原子/cm2的剂量掺杂，并且同时在衬底与半导体吸收层之间设置扩散阻挡层。替代地提出，假如应舍弃扩散阻挡层，则使用无碱衬底。
Blösch等人（Thin Solid Films 2011）提出，在使用聚酰亚胺衬底膜的情况下使用由钛、氮化钛和钼构成的层系统，以便获得良好的附着特性和令人满意的热特性分布。Blösch等人（IEEE，2011年，第一卷，第2期，第194到199页）提出为了使用柔性薄层太阳能电池此外使用不锈钢衬底膜，首先为了改进附着性的目的而将薄钛层施加到该不锈钢衬底膜上。利用这样的CIGS薄层太阳能电池取得令人满意的结果，该CIGS薄层太阳能电池装备了钛/钼/钼三个层。还利用WO 2011/123869 A2的技术教导追求改进的薄层太阳能电池。其中所公开的太阳能电池包括钠玻璃衬底、钼背电极层、CIGS层、缓冲层、由本征氧化锌构成的层和由利用铝掺杂的氧化锌构成的层。第一分离沟在钼层、CIGS层和粉末层之上延伸，第二分离沟在钼层之上开始。绝缘材料被沉积在第一分离沟中或沉积在第一分离沟上，并且前电极层应倾斜地沉积到包括第一分离沟在内的太阳能电池上。以此方式应获得具有改进的光输出的薄层太阳能电池。US 2004/014419 A1致力于提供薄层太阳能电池，其钼背电极层具有改进的效率。这应通过如下方式来实现：给玻璃衬底配备由钼构成的背电极层，该背电极层的厚度不应超过500nm。
可以考虑将极大不同的金属、如钨、钼、铬、钽、铌、钒、钛和锰作为用于薄层太阳能电池的合适的背电极材料，这已经可以在Orgassa等人（Thin Solid Films，2003年，第431-432卷，第1987至1993页）中找到。
发明内容
因此，本发明所基于的任务是提供用于薄层太阳能电池或模块的背电极系统，这些背电极系统不再有现有技术的缺点并且这些背电极系统尤其以成本低和可靠的方式可再现地导致具有高效率的薄层太阳能模块。
相应地，找到了用于光电薄层太阳能电池的多层背电极，该多层背电极以如下顺序包括至少一个块体背电极层、至少一个尤其欧姆的接触层，
- 通过借助物理和/或化学气相沉积在使用至少一种金属硫族化物源的情况下涂敷至少一个层而获得，所述层包含至少一种金属硫族化物或基本上由至少一种金属硫族化物构成，其中该金属硫族化物的金属优选地选自钼、钨、钽、钴和/或铌，并且该金属硫族化物的硫族元素尤其选自硒和/或硫，或
- 通过在构造金属硫族化物层（第二层）的情况下借助物理气相沉积在使用至少一种金属源和在硫族元素气氛、尤其硒气氛和/或硫气氛中和/或在氢化硫族元素气氛、尤其是H2S气氛和/或H2Se气氛中在高于300℃、优选地高于350℃的温度下处理至少一个金属层（第一层）的情况下涂敷该金属层而获得，其中第一层和块体背电极层在其成分上、尤其在分别所使用的金属方面或只要多种金属存在于该金属层和块体背电极层中就在这些金属中的至少一种、尤其是所有金属方面并不一致，所述金属包含Mo、W、Ta、Zr、Nb和/或Co或基本上由Mo、W、Ta、Zr、Nb和/或Co构成。
在此，尤其如下实施方式适合于接触层，在这些实施方式中金属硫族化物是MSe2、MS2和/或M(Se1-x,Sx)，其中M=Mo、W、Ta、Zr、Co或铌并且尤其选自如下组，该组包括：MoSe2、WSe2、TaSe2、NbSe2、Mo(Se1-x,Sx)2、W(Se1-x,Sx)2、Ta(Se1-x,Sx)2 和/或Nb(Se1-x,Sx)2，其中x取0到1的任意值。
在一种改进方案中此外规定，至少一个导电的阻挡层存在于块体背电极层与接触层之间。
该阻挡层在此情况下优选地是对从块体背电极层和/或通过块体背电极层迁移的、尤其是扩散的或可扩散的组分的阻挡和/或对从接触层和/或通过接触层扩散的或可扩散的组分的阻挡。如下背电极也特别适合，在这些背电极的情况下阻挡层是对碱离子、尤其是钠离子、硒或硒化合物、硫或硫化物、金属、尤其是Cu、In、Ga、Fe、Ni、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Al、Ta和/或W、和/或包含碱离子的化合物的阻挡。在此情况下尤其规定：阻挡层包含如下材料或基本上由如下材料形成：至少一种金属氮化物、尤其是TiN、MoN、TaN、ZrN和/或WN，至少一种金属碳化物，至少一种金属硼化物和/或至少一种金属硅氮化物、尤其是TiSiN、TaSiN和/或WSiN。金属氮化物、金属硅氮化物、金属碳化物和/或金属硼化物的金属在合适的构型中是钛、钼、钽、锆或钨。这种金属氮化物优选地作为本发明的意义上的阻挡材料、例如TiN，在这些阻挡材料的情况下金属在氮方面化学计量上或过化学计量上、即以过量的氮被沉积。
导电的阻挡层作为双向起作用的阻挡层是对从背电极层和/或通过背电极层迁移的、尤其是扩散的或可扩散的组分、尤其是掺杂材料的阻挡和对从接触层和/或通过接触层、尤其是从半导体吸收层扩散的或可扩散的组分、尤其是掺杂材料的阻挡。由存在阻挡层的情况决定，例如可以显著地降低块体背电极材料的纯度。例如，块体背电极层可以受到选自包括Fe、Ni、Al、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、W和/或Na的组的至少一种元素和/或所提及的元素的化合物污染，而不持久地损害具有根据本发明的背电极的薄层太阳能电池或模块的效率。
使用阻挡层与根据本发明的多层背电极的另一优点在使用于薄层太阳能电池和模块中时在以下方面显示出，即半导体吸收层、例如黄铜矿或锌黄锡矿层的厚度相对于传统系统能够被明显地减小。因为通过阻挡层尤其在以金属氮化物、例如氮化钛或包含这种金属或氮化钛的形式存在时非常有效地反射通过半导体吸收层的太阳光，因此在两次穿过半导体吸收层的路径中可以实现非常好的量子输出。由于在根据本发明的背电极中或在包含该背电极的薄层太阳能电池或模块中存在所提及的阻挡层，半导体吸收层的平均厚度可以减小到例如在0.4μm到1.5μm的范围内的值，例如减小到0.5μm到1.2μm的范围内的值。
根据本发明的背电极的阻挡层在一种特别合乎目的的构型中拥有相对于掺杂材料、尤其相对于用于半导体吸收层和/或来自半导体吸收层的掺杂材料、相对于如硒和/或硫的硫族元素以及硫族元素化合物、相对于半导体吸收层的金属组成部分、如Cu、In、Ga、Sn和/或Zn和相对于来自块体背电极层的如铁和/或镍的杂质和/或相对于来自衬底的组分和/或杂质的阻挡特性，尤其是双向阻挡特性。相对于来自衬底的掺杂材料的双向阻挡特性一方面应防止例如从玻璃衬底中扩散出的碱离子在背电极或接触层与半导体吸收层的界面处积聚。这样的积聚作为半导体层脱离的原因而已知。导电的阻挡层因此应有助于避免附着问题。另一方面，对从半导体吸收器可扩散出或扩散出的掺杂材料的阻挡特性应防止：掺杂材料以此方式在块体背电极处损失并且因此半导体吸收器缺乏掺杂材料，这将明显降低太阳能电池或太阳能模块的效率。因为例如已知的是，钼背电极可以吸收显著数量的钠掺杂材料。双向的导电的阻挡层因此应能够实现有目的地将掺杂材料配量到半导体吸收层中的前提，以便能够实现太阳能电池和模块的可再现的高效率。
相对于硫族元素的阻挡特性应防止这些硫族元素到达背电极并且在那里构造金属硫族化物化合物。已知地，这些硫族化物化合物、例如MoSe有助于背电极的表面附近的层的显著的体积扩大，这又带来层结构的不平坦性和恶化的附着性。块体背电极材料的杂质、如Fe和Ni是用于黄铜矿半导体的所谓的深干扰部位（半导体毒物）并且因此应通过阻挡层保持远离于半导体吸收层。
合适的根据本发明的多层背电极的特征也在于，块体背电极层包含如下材料或基本上由如下材料形成：V、Mn、Cr、Mo、Ti、Co、Zr、Ta、Nb和/或W，和/或包含如下合金或基本上由如下合金形成，所述合金包含V、Mn、Cr、Mo、Ti、Co、Fe、Ni、Al、Zr、Ta、Nb和/或W。
在此情况下，尤其可以规定，块体背电极层受到选自包括Fe、Ni、Al、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、W和/或Na的组的至少一种元素和/或所提及的元素的化合物污染。
已证明为特别合适的是，接触层的第一层的金属和第二层的金属一致和/或接触层的第一层的金属和/或第二层的金属与块体背电极的金属一致。
如下的根据本发明的背电极也有特别的实际的好处，在这些背电极中接触层、接触层的第一层和/或第二层具有用于薄层太阳能电池的半导体吸收层的至少一种掺杂材料、尤其是选自组钠、钾和锂的至少一种元素和/或这些元素的至少一种化合物和/或至少一种碱金属青铜，其中所述化合物是所述元素优选地与氧、硒、硫、硼和/或卤素、例如碘或氟的化合物，所述碱金属青铜尤其是钠青铜和/或钾青铜，优选地是与选自钼、钨、钽和/或铌的金属的碱金属青铜。合适的青铜例如包括混合氧化物或由混合氧化物和氧化物构成的混合物、例如Na2MoO2+WO。被掺杂的接触层例如可通过涂敷掺入有金属硫族化物源中的掺杂材料的金属硫族化物来获得。
针对以用于薄层太阳能电池的半导体吸收层的掺杂材料掺杂接触层的情况，根据本发明的多层背电极已证明为合适的。在制造半导体吸收层时，经常使用高于300℃或高于350℃的温度。通常，这些温度也处于500℃到600℃的范围中。在这种温度下，掺杂材料、如尤其钠离子或钠化合物从被掺杂的接触层迁移、尤其扩散到半导体吸收层中。由阻挡层决定地，不发生到背电极层中的迁移或扩散。
由于在处理半导体时所提及的相对高的温度，有利的是，多层背电极的所选择的层、尤其是块体背电极和/或导电的阻挡层被组成，使得其线性热膨胀系数与半导体吸收器和/或衬底的线性热膨胀系数匹配。因此，尤其是根据本发明的薄层太阳能电池和模块的块体背电极和/或阻挡层应优选地被组成，使得不超过14*10-6K、优选地9*10-6K的线性热膨胀系数。
在本发明的意义上，物理气相沉积应包括分别优选地在高真空下的物理气相沉积（Physical Vapor Deposition (PVD))涂覆、借助电子束蒸发器的蒸镀、借助电阻蒸发器的蒸镀、感应蒸发、ARC蒸发和/或阴极雾化（溅射涂覆）、尤其是DC或RF磁控管溅射，以及化学气相沉积应包括化学气相沉积（Chemical Vapour Deposition (CVD)）、低压力（low pressure）CVD和/或大气压力（atmospheric pressure）CVD。
此外，根据本发明的背电极的一种特别合适的实施方式规定：块体背电极层的平均厚度处于50nm到500nm的范围中、尤其是处于80nm到250nm的范围中，和/或阻挡层的平均厚度处于10nm到250nm的范围中、尤其是处于20nm到150nm的范围中和/或接触层的平均厚度处于2nm到200nm的范围中，尤其是处于5nm到100nm的范围中。在此，多层背电极的总厚度优选地可被设定，使得根据本发明的背电极的总电阻率不超过50微欧姆*cm、优选地10微欧姆*cm。在这些预先规定下可以再次减少串行布线的模块中的欧姆损耗。
如下的根据本发明的多层背电极也是特别优选的，在这些多层背电极中块体背电极和接触层包含钼或钨或钼合金或钨合金，尤其是钼或钼合金，或基本上由钼或钨或钼合金或钨合金、尤其是钼或钼合金形成。
在本上下文中，如下实施方式也是合适的，在这些实施方式中块体背电极层包含钼和/或钨、尤其是钼或基本上由钼和/或钨、尤其是钼形成，并且接触层包含钛或基本上由钛形成。
金属层、即接触层的第一层的处理优选地在薄层太阳能电池的半导体吸收器形成之前和/或期间进行。
在一种可能的构型中，在此金属层可以在从金属源、例如钼源和/或钨源沉积时被选择为薄的和/或暴露于温度并且硫族元素、例如硒或硒化氢可以突出地被选择，使得金属层完全转变为单层金属硫族化物层。为此，在2nm到50nm的范围中、尤其是在5nm到10nm的范围中的金属层的厚度是足够的并且也是有利的。当金属层已沉积在导电的阻挡层上以形成接触层时，完全转变为金属硫族化物层特别简单地且以限定的反应停止实现。
如下多层背电极也已证明为特别合适的，在这些多层背电极中对金属层（第一层）的处理在薄层太阳能电池的半导体吸收器形成之前和/或期间进行。
在此情况下，尤其也可以规定，在接触层中掺杂材料、尤其钠离子以1013到1017个原子/cm2的范围中的剂量存在，优选地以1014到1016个原子/cm2的范围中的剂量存在。
此外，本发明所基于的任务通过包括至少一个根据本发明的多层背电极的光电薄层太阳能电池或光电薄层太阳能模块来解决。
合适的根据本发明的薄层太阳能电池或模块例如按如下顺序包括至少一个衬底层、至少一个根据本发明的背电极层、至少一个尤其直接邻近接触层的半导体吸收层、尤其是黄铜矿或锌黄锡矿半导体吸收层和至少一个前电极。
这种薄层太阳能电池和模块的其他实施方式的特征在于，在半导体吸收层与前电极之间存在至少一个缓冲层，尤其是至少一个层，其包含CdS或无CdS的层或基本上由CdS或无CdS的层形成，尤其是包含Zn(S,OH)或In2S3或基本上由Zn(S,OH)或In2S3形成，和/或至少一个层，其包含如下材料和基本上由如下此材料形成：本征的氧化锌和/或高欧姆的氧化锌。
在此情况下也可以规定，至少一个导电的阻挡层存在于背电极层与接触层之间。
按照根据本发明的薄层太阳能电池或根据本发明的薄层太阳能模块的一种可能的构型，半导体吸收层可以是或包括四元IB-IIIA-VIA黄铜矿层、尤其是Cu(In,Ga)Se2层、五元IB-IIIA-VIA黄铜矿层、尤其是Cu(In,Ga)(Se1-x, Sx)2层或锌黄锡矿层、尤其是Cu2ZnSn(Sex,S1-x)4层、例如Cu2ZnSn(Se)4层或Cu2ZnSn(S)4层，其中x取0到1的任意值。锌黄锡矿层通常基于IB-IIA-IVA-VIA结构。应示范性地提及Cu2ZnSnSe4和Cu2ZnSnS4。
在另一种构型中可以规定，接触层包括至少一个金属层和至少一个金属硫族化物层，其中所述金属层与背电极相邻或与该背电极邻接或者与阻挡层相邻或与该阻挡层邻接，并且所述金属硫族化物层与半导体吸收层相邻或与该半导体吸收层邻接。
也优选如下薄层太阳能电池和模块，在这些薄层太阳能电池和模块中金属层和金属硫族化物层基于相同的金属、尤其是钼和/或钨。在此情况下，接触层特别优选地是金属硫族化物层。
根据本发明的光电薄层太阳能模块优选地包含至少两个、尤其是多个尤其是单片集成的、串行布线的根据本发明的薄层太阳能电池。例如在根据本发明的薄层太阳能模块中可以存在20到150个或50到100个串行布线的根据本发明的薄层太阳能电池。
根据本发明的多层背电极的总电阻率在一种合适的构型中不应处于50微欧姆*cm之上、优选地不应处于10微欧姆*cm之上。以此方式应可以确保尽可能低损耗的单片集成的串行布线。
此外，本发明所基于的任务通过用于制造根据本发明的光电薄层太阳能电池或根据本发明的光电薄层太阳能模块的方法来解决，该方法包括步骤：借助物理薄层沉积方法分别优选地在高真空中或借助化学气相沉积施加块体背电极层、阻挡层、接触层、半导体吸收层的金属和/或掺杂材料，其中物理薄层沉积方法尤其包括气相沉积（Physical Vapor Deposition (PVD))涂覆、借助电子束蒸发器的蒸镀、借助电阻蒸发器的蒸镀、感应蒸发、ARC蒸发和/或阴极雾化（溅射涂覆）、尤其是DC或RF磁控管溅射，以及化学气相沉积尤其包括化学气相沉积（Chemical Vapour Deposition（CVD））、低压力（low pressure）CVD和/或大气压力（atmospheric pressure）。
在此情况下，根据本发明可以规定，块体背电极层、阻挡层、接触层、半导体吸收层的金属和/或掺杂材料借助阴极雾化（溅射涂覆）、尤其是DC磁控管溅射来施加。
有利的也是如下方法变型方案，在该方法变型方案中掺杂材料与接触层和/或吸收层的至少一个组分、尤其是来自混合靶或烧结靶的组分一起被施加。最后可以规定，混合靶或烧结靶包含至少一种掺杂材料，其选自钠化合物、钠钼青铜和钠钨青铜，尤其是以选自MoSe2、WSe2、Mo、W、铜和/或镓的基质组分。例如，硒化钼靶可以掺入有作为掺杂材料的亚硫酸钠。
随着本发明出现令人惊异的认识：可以利用根据本发明的薄层背电极的结构实现薄层太阳能电池或模块中的半导体吸收层的相对薄的层厚度，而不必容忍效率损失。利用根据本发明的系统经常出现甚至更高的效率。就此而言发现了：反射太阳光的阻挡层有助于进一步生成电流。该太阳光在此两次通过半导体吸收层。此外令人惊异地发现了，还随之出现改进的效果：例如基于黄铜矿或锌黄锡矿系统的半导体吸收层直接沉积在钼接触层上。该钼接触层在此情况下可以在紧接着的半导体形成过程中在界面处反应为硒化钼或硫硒化钼。此外令人惊异地发现了，用于半导体吸收层的例如基于钠的掺杂材料可以以配量的方式经由接触层（即最初存在于接触层中）被引入到所提及的半导体吸收层中。为此，在形成半导体吸收层时的温度已经足够，其中阻挡层辅助地一起影响掺杂材料朝半导体吸收层的方向的迁移方向。所提及的掺杂材料只要在半导体吸收层中存在就经常有助于提高薄层太阳能电池或薄层太阳能模块的效率。在此情况下已证实为有利的是，通过经由接触层的输入可以非常精确地设定掺杂材料的量，其最后在完成的产品中存在于半导体吸收层中。首先以此方式与玻璃和/或块体背电极的成分无关地实现效率的可再现的提高。利用根据本发明的系统令人惊异地也可以避免由于硫族元素、尤其是硒在形成半导体吸收层期间与块体背电极的不受控制的反应而引起的效率损失。通过在块体背电极的表面上不再出现金属硫族化物、如硒化钼的形成，也避免块体背电极的导电性的损失以及横向不均匀的硫族化物形成并且因此阻止微裂纹的形成。因为随着硫族化物形成而经常出现可观的体积膨胀。利用根据本发明的系统例如可以比在传统薄层系统中更精确且更可靠地设定各个层的厚度以及总系统的厚度。同时，根据本发明的多层背电极允许使用未受污染的块体背电极材料，而对薄层太阳能电池的效率无不利影响。以此可以明显降低薄层太阳能模块的总成本。此外，利用根据本发明的多层背电极显著更受控地构建半导体吸收层。半导体的组成部分、如Cu、In和/或Ga不再迁移到背电极中，由此可以有目的地设定以及也保持形成半导体吸收层的组分的所期望的质量比。
此外，根据本发明的多层背电极允许有目的地构建非常薄的接触层，所述接触层甚至在作为金属硫族化物存在时并未显现出不平坦性并且并未随着所述接触层而出现附着问题。
附图说明
本发明的其他的特征和优点从随后的描述中得出，在该描述中示例性地借助示意图阐述本发明的优选实施方式。在此：
图1示出薄层太阳能电池的子系统的示意性横截面视图，该薄层太阳能电池包含根据本发明的多层背电极的第一实施方式；
图2示出薄层太阳能电池的子系统的示意性横截面视图，该薄层太阳能电池包含根据本发明的多层背电极的第二实施方式；以及
图3示出根据本发明的薄层太阳能电池的子系统的示意性横截面视图。
具体实施方式
在图1中所描绘的根据本发明的多层背电极1的实施方式中，在衬底层2、例如玻璃衬底上存在由钼构成的块体背电极层4。欧姆接触层8a平放地位于该块体背电极层上，通过在使用至少一个硒化钼靶的情况下借助物理气相沉积涂敷基本上由硒化钼构成的至少一个层来获得该欧姆接触层。可选地（未描绘出）由例如氮化钨或氮化钛构成的双向起作用的导电的阻挡层可以与该欧姆接触层邻接。在此在一种优选的实施方式中，接触层8a掺入有至少一种掺杂材料，例如钠离子或钠化合物，尤其是亚硫酸钠或硫化钠。这种被掺杂的接触层可以通过如下方式获得：掺杂材料、例如亚硫酸钠被混入钼靶。在一种特别合乎目的的替代的实施方式中，块体背电极和接触层在所使用的金属方面并不一致。例如，钛用于块体背电极，而钼或硒化钼被用于接触层。
在图2中所再现的根据本发明的多层背电极1的第二实施方式中，接触层8b为双层系统，该双层系统包括由金属、例如钼或钨构成的第一层10和由金属硫族化物、例如硒化钼和/或硒化钨构成的第二层12，所述第二层与第一层10邻接。在该实施方式中，在接触层8b中也优选地存在至少一种掺杂材料，例如钠离子或钠化合物，尤其是亚硫酸钠或硫化钠。在此情况下，掺杂材料可以存在于第一层和/或第二层中。该双层系统可以通过如下方式获得：首先在使用至少一个钼源和/或钨源的情况下借助物理气相沉积来沉积金属层。紧接着，该金属层在高于300℃、优选地高于350℃的温度下在硒或硒化氢气氛下在构造双层的情况下仅部分地、例如在背离背电极的侧上被转换为金属硒化物、例如硒化钼。可选地，（未描绘出）在块体背电极层与接触层之间可以设置双向起作用的导电的阻挡层，该阻挡层由例如氮化钨或氮化钛构成。
在一种特别合乎目的的替代的实施方式中，块体背电极和接触层在所使用的金属方面并不一致。例如，钛用于块体背电极，而钼或硒化钼被用于接触层。
在图3中部分再现的根据本发明的薄层太阳能电池100拥有由玻璃构成的衬底层2、由例如Mo、W或Ti构成的块体背电极层4、由硒化钼构成的接触层8和黄铜矿半导体吸收层14。该薄层太阳能电池通过如下方式来获得：首先将由钼构成的金属层施加在背电极层上。可选地，（未描绘出）由例如氮化钨或氮化钛构成的双向起作用的导电的阻挡层可以被设置在块体背电极层与接触层之间。紧接着，在其上施加半导体吸收层的金属，这些金属此后为了构造黄铜矿结构的目的而被暴露于硒气氛和/或硫气氛和/或H2S气氛和/或H2Se气氛中。在形成该黄铜矿结构之后，保持所提及的硫族元素气氛，优选地在高于350℃的温度下，其结果是：现在处于其下的金属层也被转换成相应的金属硫族化物。在一种特别合乎目的的替代的实施方式中，块体背电极和接触层在所使用的金属方面在此也并不一致。例如，钛可以被用于块体背电极，而钼或硒化钼被用于接触层。
在上面的描述中、在权利要求中以及在附图中所公开的本发明的特征不仅可以单独地而且可以以每一任意的组合对于在本发明的不同的实施方式中实现本发明是重要的。

Claims (40)

1.用于制造光电薄层太阳能电池的多层背电极的方法，
所述多层背电极按如下顺序包括：
至少一个块体背电极层，
至少一个接触层，
其中接触层按照以下方式获得，
- 通过借助物理或化学气相沉积在使用至少一种金属硫族化物源的情况下涂敷至少一个层，所述层包含至少一种金属硫族化物或由至少一种金属硫族化物形成，其中所述金属硫族化物的金属选自钼、钨、锆、钽、钴和/或铌，并且所述金属硫族化物的硫族元素选自硒和/或硫，或
- 通过涂敷至少一个金属层作为第一层，该涂敷是在构造金属硫族化物层作为第二层的情况下借助物理气相沉积在使用至少一种金属源和在硫族元素气氛中和/或在氢化硫族元素气氛中在高于300℃的温度下处理所述金属层的情况下进行的，其中所述第一层和所述块体背电极层在其成分上不一致，所述成分包含Mo、W、Ta、Nb、Zr和/或Co或由Mo、W、Ta、Zr、Nb和/或Co构成。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述金属硫族化物是MSe2、MS2和/或M(Se1-x,Sx)2，其中M=Mo、W、Ta、Zr、Co或铌。
3.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，
所述金属硫族化物选自如下组，该组包括：MoSe2、WSe2、TaSe2、NbSe2、Mo(Se1-x,Sx)2、W(Se1-x,Sx)2、Ta(Se1-x,Sx)2 和/或 Nb(Se1-x,Sx)2，其中x取0到1的值。
4.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
至少一个导电的阻挡层，所述阻挡层存在于所述块体背电极层与所述接触层之间。
5.根据权利要求4所述的方法，
其特征在于，
所述至少一个导电的阻挡层是双向阻挡层。
6.根据权利要求4所述的方法，
其特征在于，
所述阻挡层是对碱离子、硒或硒化合物、硫或硫化物、金属、和/或包含碱离子的化合物的阻挡。
7.根据权利要求4至6之一所述的方法，
其特征在于，
所述阻挡层包含如下材料或由如下材料形成：至少一种金属氮化物、至少一种金属碳化物、至少一种金属硼化物和/或至少一种金属硅氮化物。
8.根据权利要求1至6之一所述的方法，
其特征在于，
所述块体背电极层包含如下材料或由如下材料形成：V、Mn、Cr、Mo、Ti、Co、Zr、Ta、Nb和/或W，和/或包含如下合金或由如下合金形成，所述合金包含V、Mn、Cr、Mo、Ti、Co、Fe、Ni、Al、Zr、Ta、Nb和/或W。
9.根据权利要求1至6之一所述的方法，
其特征在于，
所述块体背电极层受到选自包括Fe、Ni、Al、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、W和/或Na的组的至少一种元素和/或所提及的元素的化合物污染。
10.根据权利要求1至6之一所述的方法，
其特征在于，
所述接触层的第一层的金属和第二层的金属一致和/或所述接触层的第一层的金属和/或第二层的金属与所述块体背电极的金属一致。
11.根据权利要求1至6之一所述的方法，
其特征在于，
所述接触层、所述接触层的第一层和/或第二层具有用于薄层太阳能电池的半导体吸收层的至少一种掺杂材料。
12.根据权利要求11所述的方法，
其特征在于，
所述至少一种掺杂材料选自组钠、钾和锂和/或这些元素的至少一种化合物和/或钠青铜和/或钾青铜。
13.根据权利要求12所述的方法，
其特征在于，
所述至少一种化合物是组钠、钾和锂中的元素与氧、硒、硫、硼和/或卤素的化合物。
14.根据权利要求1至6之一所述的方法，
其特征在于，
所述物理气相沉积包括物理气相沉积 (PVD)涂覆、借助电子束蒸发器的蒸镀、借助电阻蒸发器的蒸镀、感应蒸发、ARC蒸发和/或阴极雾化，以及所述化学气相沉积包括化学气相沉积 (CVD)、低压力CVD和/或大气压力CVD。
15.根据权利要求1至6之一所述的方法，
其特征在于，
所述块体背电极层的平均厚度处于50nm到500nm的范围中，和/或所述阻挡层的平均厚度处于10nm到250nm的范围中和/或所述接触层的平均厚度处于2nm到200nm的范围中。
16.根据权利要求1至6之一所述的方法，
其特征在于，
所述块体背电极层的平均厚度处于80nm到250nm的范围中，和/或所述阻挡层的平均厚度处于20nm到150nm的范围中和/或所述接触层的平均厚度处于5nm到100nm的范围中。
17.根据权利要求1至6之一所述的方法，
其特征在于，
所述块体背电极和所述接触层包含钼或钨或钼合金或钨合金，或由钼或钨或钼合金或钨合金形成，和/或所述块体背电极包含钼和/或钨或由钼和/或钨形成，并且所述接触层包含钛或由钛形成。
18.根据权利要求1至6之一所述的方法，
其特征在于，
对所述第一层的处理在薄层太阳能电池的半导体吸收器形成之前和/或期间进行。
19.根据权利要求1至6之一所述的方法，
其特征在于，
所述块体背电极层包含钼和/或钨，或由钼和/或钨形成，
所述导电的阻挡层包含TiN或由TiN形成，并且
接触层包含MoSe2或由MoSe2形成。
20.根据权利要求11所述的方法，
其特征在于，
在所述接触层中所述掺杂材料以在1014至1017个原子/cm2的范围中的剂量存在。
21.根据权利要求20所述的方法，
其特征在于，
在所述接触层中所述掺杂材料以在1014至1016个原子/cm2的范围中的剂量存在。
22.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述硫族元素气氛是硒气氛和/或硫气氛。
23.光电薄层太阳能电池，包括至少一个根据权利要求1至22之一所述的多层背电极。
24.根据权利要求23所述的光电薄层太阳能电池，
按如下顺序包括至少一个衬底层、至少一个根据权利要求1至22之一所述的方法获得的多层背电极层、至少一个接触层、至少一个半导体吸收层和至少一个前电极。
25.根据权利要求24所述的光电薄层太阳能电池，
其特征在于，
所述半导体吸收层直接邻近所述接触层。
26.根据权利要求24所述的光电薄层太阳能电池，
其特征在于，
半导体吸收层是黄铜矿或锌黄锡矿半导体吸收层。
27.根据权利要求23或24所述的光电薄层太阳能电池，
其特征在于，
在所述半导体吸收层与所述前电极之间存在至少一个缓冲层。
28.根据权利要求23或24所述的光电薄层太阳能电池，
其特征在于，
所述至少一个缓冲层是至少一个包含CdS或无CdS的层或由CdS或无CdS的层形成的层，和/或至少一个包含如下材料或由如下此材料形成的层：本征的氧化锌和/或高欧姆的氧化锌层。
29.根据权利要求27所述的光电薄层太阳能电池，
其特征在于，
所述至少一个缓冲层包含Zn(S,OH)或In2S3或由Zn(S,OH)或In2S3形成。
30.根据权利要求23至24之一所述的光电薄层太阳能电池，
特征在于至少一个导电的阻挡层，所述阻挡层存在于所述背电极层与所述接触层之间。
31.根据权利要求23至24之一所述的光电薄层太阳能电池，
其特征在于，
所述半导体吸收层是或包括四元IB-IIIA-VIA黄铜矿层、五元IB-IIIA-VIA黄铜矿层或锌黄锡矿层。
32.根据权利要求31所述的光电薄层太阳能电池，
其特征在于，
所述半导体吸收层是Cu(In,Ga)Se2层、Cu(In,Ga)(Sex,S S1-x)2层或Cu2ZnSn(Sex,S1-x)4层，其中x取0到1的值。
33.根据权利要求23至24之一所述的光电薄层太阳能电池，
其特征在于，
所述接触层包括至少一个金属层和至少一个金属硫族化物层，其中所述金属层与所述背电极相邻或与所述背电极邻接或者与所述阻挡层相邻或与所述阻挡层邻接，并且所述金属硫族化物层与所述半导体吸收层相邻或与所述半导体吸收层邻接。
34.光电薄层太阳能模块，
包含至少两个根据权利要求23至33之一所述的光电薄层太阳能电池。
35.根据权利要求23至33之一所述的光电薄层太阳能电池的应用，用于制造光电薄层太阳能模块。
36.根据权利要求1至22之一所述的方法获得的多层背电极的应用，用于制造光电薄层太阳能电池或薄层太阳能模块。
37.根据权利要求11至22之一所述的方法获得的多层背电极的应用，用于在制造根据权利要求23至33之一所述的光电薄层太阳能电池或根据权利要求34所述的光电薄层模块期间对半导体吸收层进行掺杂。
38.用于制造根据权利要求23至33之一所述的光电薄层太阳能电池或根据权利要求34所述的光电薄层太阳能模块的方法，包括如下步骤：
借助物理薄层沉积方法或借助化学气相沉积施加块体背电极层、阻挡层、接触层、半导体吸收层的金属和/或掺杂材料。
39.根据权利要求38所述的方法，
其特征在于，
所述块体背电极层、所述阻挡层、所述接触层、所述半导体吸收层的金属和/或所述掺杂材料借助阴极雾化来施加。
40.根据权利要求38或39所述的方法，
其特征在于，
所述掺杂材料与所述接触层和/或所述吸收层的至少一种组分共同地被施加，所述掺杂材料选自钠化合物、钠离子、钠钼青铜和/或钠钨青铜。
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