CN105794000A - 太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的太阳能电池包括：支撑基板；形成在所述支撑基板上的背电极层；形成在所述背电极层上的光吸收层；形成在所述光吸收层上的第一缓冲层；形成在所述第一缓冲层上的第二缓冲层；以及形成在所述第二缓冲层上的前电极层，其中，第二缓冲层或所述前电极层中的至少一个包含13族元素。

Description

太阳能电池
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池。
背景技术
一种制造用于光伏发电的太阳能电池的方法如下。首先，设置基板，在所述基板上形成背电极层，并且通过使用激光图案化来形成多个背电极。
然后，在所述背电极上顺序地形成光吸收层、缓冲层和高阻抗缓冲层。为了形成所述光吸收层，通过同时或分别蒸发铜、铟、镓和硒来形成基于铜铟镓硒化物(Cu(In,Ga)Se2；CIGS-based)的光吸收层的方法，以及形成金属前驱体薄膜(metalprecursorfilm)并执行硒化工艺的方法被广泛使用。光吸收层的能带隙(energybandgap)在约1eV至1.8eV的范围内。
然后，通过溅射工艺在所述光吸收层上形成包含硫化镉(CdS)的缓冲层。所述缓冲层的能带隙在约2.2eV至2.4eV的范围内。
然后，形成通孔以穿过所述光吸收层和所述缓冲层。所述高阻抗缓冲层可以进一步形成在所述缓冲层上和所述通孔中。
然后，将透明导电材料堆叠在所述高阻抗缓冲层上，并且用所述透明导电材料填充所述通孔。因此，透明电极层形成在所述高阻抗缓冲层上，例如，用作透明电极层的材料可以包括铝掺杂氧化锌(aluminumdopedzincoxide)等。透明电极层的能带隙在约3.1eV至3.3eV的范围内。
此处，所述高阻抗缓冲层可以与通过所述通孔暴露的背电极层直接接触。但是有一个问题，由于所述高阻抗缓冲层和所述背电极层之间的高接触电阻，所述太阳能电池的效率降低了。
进一步地，为了提高效率，所述透明电极层需要高的光透射率(lighttransmittance)和低的薄层电阻(sheetresistance)，因此，需要由能够满足这种要求的新材料制成的透明电极层。
因此，需要具有满足低接触电阻和高电流密度的新结构的太阳能电池。
发明内容
技术问题
实施例提供一种具有改进的光透射率和光电转换效率的太阳能电池。
技术方案
根据第一实施例的太阳能电池包括支撑基板、形成在所述支撑基板上的背电极层、形成在所述背电极层上的光吸收层、形成在所述光吸收层上的第一缓冲层、形成在所述第一缓冲层上的第二缓冲层，以及形成在所述第二缓冲层上的前电极层，其中，第二缓冲层和所述前电极层中的至少一个包含13族元素。
根据第二实施例的太阳能电池包括支撑基板、形成在所述支撑基板上的背电极层、形成在所述背电极层上的光吸收层、形成在所述光吸收层上的第一缓冲层、形成在所述第一缓冲层上的第二缓冲层，以及形成在所述第二缓冲层上的前电极层，其中，所述第二缓冲层和所述前电极层中的至少一层掺杂有杂质。
有益效果
在根据实施例的太阳能电池中，第二缓冲层和前电极层掺杂有13族元素。
也就是说，在根据实施例的太阳能电池中，第二缓冲层和前电极层可以通过掺杂包含硼、铝和镓中的至少一种的化合物(compound)来形成。
因此，能够减小第二缓冲层和背电极层的接触电阻。进一步地，能够提高前电极层的光透射率，并且能够减小薄层电阻。
也就是说，由于改变了第二缓冲层和前电极层的组分，所以能够减小接触电阻和薄层电阻，并且能够提高电流密度。
因此，根据实施例的太阳能电池能够具有整体改善的光电转换效率。
附图说明
图1是示出了根据实施例的太阳能电池的平面图；
图2是示出了根据实施例的太阳能电池的横截面的剖视图；
图3至图10是描述了制造根据实施例的太阳能电池的方法的视图。
具体实施方式
在对实施例的描述中，被称作在基板、层(膜)、区域或图案“上/上面”或者“下/下面”的层(膜)、区域、图案或结构包括直接形成在其上或者存在中间层。关于每个层的“上/上面”或“下/下面”的引用将基于附图进行描述。
为了清晰和方便的目的，图中的层(膜)、区域、图案或结构的厚度或尺寸可能被修改，并且不完全反应真实的厚度或尺寸。
在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施例。
下文将参照图1和图2来详细描述根据实施例的太阳能电池。图1是示出了根据实施例的太阳能电池的平面图，并且图2是示出了根据实施例的太阳能电池的横截面的剖视图。
参照图1和图2，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、第一缓冲层410、第二缓冲层420、前电极层500和多个连接单元600。
支撑基板100为板状并且支撑背电极层200、光吸收层300、第一缓冲层410、第二缓冲层420、前电极层500和连接单元600。
支撑基板100可以是绝缘体。支撑基板100可以是玻璃基板、塑料基板或金属基板。更具体地说，支撑基板100可以是钠钙玻璃基板。支撑基板100可以是透明的。支撑基板100可以是刚性或柔性的。
背电极层200设置在支撑基板100上。背电极层200是导电层。例如，用作背电极层200的材料可以包括金属，例如钼等。
进一步地，背电极层200可以包括两个或更多个层。在这种情况下，每个层可以由相同的或不同的金属形成。
第一通孔TH1形成在背电极层200中。所述第一通孔TH1是暴露支撑基板100的上表面的开口区域。在平面图中，每个第一通孔TH1可以具有在第一方向延伸的形状。
每个第一通孔TH1的宽度可以在约80μm至约200μm的范围内。
背电极层200通过第一通孔TH1被划分为多个背电极。也就是说，背电极由第一通孔TH1限定。
背电极通过第一通孔TH1相互间隔开。背电极被设置为条状图案。
可选地，背电极可以设置为矩阵(matrix)形式。在这种情况下，在平面图中，第一通孔TH1可以形成为网格图案。
光吸收层300设置在背电极层200上。进一步地，第一通孔TH1填充有光吸收层300中包含的材料。
光吸收层300包含基于I-III-VI族的化合物。例如，光吸收层300可以具有基于铜铟镓硒化物(Cu(In,Ga)Se2；CIGS-based)的晶体结构、基于铜铟硒化物(copper-indium-selenide-based)的晶体结构或基于铜镓硒化物(copper-gallium-selenide-based)的晶体结构。
光吸收层300的能带隙可以在约1eV至1.8eV的范围内。
然后，缓冲层设置在光吸收层300上。缓冲层和光吸收层300直接接触。
缓冲层可以包括第一缓冲层410和第二缓冲层420。具体地，第一缓冲层410形成在光吸收层300上，并且第二缓冲层420形成在第一缓冲层410上。
第一缓冲层410和第二缓冲层420可以包含不同的材料。
第一缓冲层410可以包含CdS或Zn(O,S)。进一步地，第二缓冲层420可以包含氧化锌(ZnO)。
第二通孔TH2可以形成在缓冲层上。具体地，第二通孔TH2形成在第一缓冲层410上，并且第二缓冲层420可以在填充在每个第二通孔TH2中的同时形成在第一缓冲层410上。
第二通孔TH2是暴露支撑基板100的上表面和背电极层200的上表面的开口区域。因此，形成在第二通孔TH2中的第二缓冲层420可以和通过第二通孔TH2暴露的背电极层200直接接触。
在平面图中，每个第二通孔TH2可以具有在一个方向延伸的形状。每个第二通孔TH2的宽度可以在约80μm至约200μm的范围内，但本发明不局限于此。
缓冲层，也就是说，第一缓冲层410和第二缓冲层420通过第二通孔TH2限定为多个缓冲层。
第二缓冲层420可以进一步包含13族元素，而不是氧化锌。具体地，第二缓冲层420可以包含铝(Al)、镓(Ga)和硼(B)中的至少一种13族元素。更具体地，第二缓冲层420可以包含铝和镓中的至少一种13族元素。
例如，第二缓冲层420可以掺杂有杂质。例如，第二缓冲层420可以掺杂有少量的包含13族元素的化合物。
具体地，第二缓冲层420可以掺杂有包含铝和镓中的至少一种的化合物。例如，第二缓冲层420可以掺杂有金属氧化物。具体地，第二缓冲层可以掺杂有诸如Al2O3、B2O3、Ga2O3等的氧化物。
少量的13族元素，也就是说，铝或镓可以添加到或掺杂到第二缓冲层420上。铝或镓可以减小第二缓冲层420的接触电阻。
也就是说，第二缓冲层420和通过第二通孔TH2暴露的背电极层200直接接触，并且因此可能产生接触电阻。在这种情况下，由于氧化锌和背电极层的物理特性之间的差异可能会产生高接触电阻。
高接触电阻影响太阳能电池的效率并且可能是降低太阳能电池的效率的整体原因。
因此，少量的13族元素被添加到或掺杂到与所述背电极层200接触的第二缓冲层420中，从而可以减小接触电阻。因此，在根据实施例的太阳能电池中，可以减小背电极层200和第二缓冲层420的接触电阻，并且，可以提高太阳能电池的整体效率。
前电极层500设置在缓冲层上。具体地，前电极层500设置在第二缓冲层420上。前电极层500是透明的且导电的层。进一步地，所述前电极层500的电阻比所述背电极层500的电阻高。
前电极层500包含氧化物。例如，前电极层500包含氧化锌(ZnO)。进一步地，前电极层500可以进一步包含13族元素而不是氧化锌。具体地，前电极层500可以包含铝(Al)、镓(Ga)和硼(B)中的至少一种13族元素。更具体地，前电极层500可以包含铝和镓中的至少一种13族元素。
少量的13族元素，也就是说，铝或者镓，可以被添加到前电极层500。
例如，前电极层500可以掺杂有杂质。例如，前电极层500可以掺杂有少量的包含13族元素的化合物。
具体地，前电极层500可以掺杂有包含铝和镓中的至少一种的化合物。例如，前电极层500可以掺杂有金属氧化物。具体地，前电极层500可以掺杂有诸如Al2O3、Ga2O3等的氧化物。
因此，前电极层500可以包含掺杂了铝的氧化锌(AldopedZnO；AZO)或掺杂了镓的氧化锌(GadopedZnO；GZO)。
因为铝或镓被添加到或掺杂到前电极层500中，可以提高前电极层500的光透射率，并且可以减小薄层电阻。
也就是说，形成在太阳能电池的最外层边缘的前电极层500作为光入射表面。因此，前电极层500需要高的光透射率和低的薄层电阻。也就是说，由于光透射率和薄层电阻是与电流密度(JSC)及太阳能效率紧密地相关的变量，太阳能电池的效率可以根据光透射率和薄层电阻而变化。
因此，在根据实施例的太阳能电池中，由于少量的13族元素被添加到或掺杂到前电极层500中，所以可以提高光透射率，并且可以减小薄层电阻。因此，在根据实施例的太阳能电池中，可以提高电流密度，并且因此可以提高太阳能电池的整体效率。
第二缓冲层420和前电极层500中的至少一层可以包含13族元素。例如，第二缓冲层420和前电极层500都可以包含13族元素。具体地，第二缓冲层420和前电极层500都可以包含铝和镓中的至少一种元素。
在这种情况下，第二缓冲层420和前电极层500可以包含相同的13族元素或不同的13族元素。当包含相同的13族元素时，第二缓冲层420和前电极层500可以包含铝或镓。
前电极层500包括位于第二通孔TH2中的连接单元600。
第三通孔TH3形成在第一缓冲层410、第二缓冲层420和前电极层500中。第三通孔TH3可以穿过第一缓冲层410和第二缓冲层420的一部分或全部和前电极层500。也就是说，第三通孔TH3可以暴露背电极层200的上表面。
第三通孔TH3形成为与第二通孔TH2相邻。更具体地，第三通孔TH3设置在第二通孔TH2旁边。也就是说，在平面图中，第三通孔TH3在第二通孔TH2旁边并排设置。每个第三通孔TH3可以具有在第一方向延伸的形状。
第三通孔TH3穿过前电极层500。更具体地，第三通孔TH3可以穿过光吸收层300、第一缓冲层410和第二缓冲层420的部分或全部。
前电极层500通过第三通孔TH3划分为多个前电极。也就是说，前电极由第三通孔TH3限定。
每个前电极具有与每个背电极对应的图案。也就是说，前电极被设置为条状图案。或者，前电极可以设置为矩阵形式。
进一步地，多个太阳能电池C1、C2等通过第三通孔TH3来限定。更具体地，太阳能电池C1、C2等通过第二通孔TH2和第三通孔TH3来限定。也就是说，根据实施例的太阳能电池通过第二通孔TH2和第三通孔TH3被划分为太阳能电池C1、C2等。进一步地，太阳能电池C1和C2等在与第一方向相交(crossing)的第二方向上相互连接。也就是说，电流可以在第二方向上流过太阳能电池C1、C2等。
也就是说，太阳能电池板10包括支撑基板100和太阳能电池C1、C2等。太阳能电池C1、C2等设置在支撑基板100上并且彼此间隔开。进一步地，太阳能电池C1、C2等通过连接单元600彼此串联连接。
连接单元600设置在第二通孔TH2中。连接单元600从前电极层500向下延伸并且与背电极层200连接。例如，连接单元600从第一电池C1的前电极延伸并且与第二电池C2的背电极连接。
因此，连接单元600连接相邻的太阳能电池。更具体地，连接单元600连接每个相邻的太阳能电池中包含的前电极和背电极。
连接单元600与前电极层500一体地形成。也就是说，用作连接单元600的材料和用作前电极层500的材料相同。
如上所述，在根据实施例的太阳能电池中，包含13族元素的杂质添加到或掺杂到第二缓冲层或前电极层。因此，可以提高前电极层的光透射率，并且，可以减小薄层电阻。进一步地，可以减小第二缓冲层和背电极层的接触电阻。
因此，由于根据实施例的太阳能电池具有改进的电流密度和低的接触电阻，所以可以提高太阳能电池的整体效率。
下文中，将通过实施例更详细地描述本发明。这样的实施例仅是作为更加详细地描述本发明的实例。因此，本发明不局限于所述实施例。
实施例
在包含钼的背电极层形成在玻璃或塑料的支撑基板上后，通过图案化背电极层，背电极层被划分为多个背电极。然后，光吸收层形成在背电极层上，并且第一缓冲层和第二缓冲层形成在光吸收层上。
在这个时候，第二缓冲层通过真空沉积法(vacuumdepositionmethod)掺杂铝氧化物(Al2O3)或镓氧化物(Ga2O3)。
然后，通过在第二缓冲层上形成前电极层制造太阳能电池。在这个时候，
前电极层通过真空沉积法掺杂铝氧化物(Al2O3)或镓氧化物(Ga2O3)。
比较例
除了第二缓冲层和前电极层未掺杂杂质外，以与所述实施例相同的方式制造太阳能电池。
结果
测量并比较了根据实施例和比较例的太阳能电池的前电极层的特性、电流密度和接触电阻，并且所述特性如下表1所示。
表1
参照表1，可以看出，当第二缓冲层和前电极层掺杂有13族元素，也就是说，硼、铝或镓时，与未掺杂杂质的情况相比，前电极层的光透射率提高了，并且薄层电阻减小了。
进一步地，可以看出，与未掺杂杂质的情况相比，在掺杂杂质的情况下电流密度也增加了。
因此，在根据实施例的太阳能电池中，可以看出，第二缓冲层和前电极层中的至少一层掺杂有硼、铝和镓中的至少一种13族元素，并且因此能够提高太阳能电池的整体效率。
下文将参照图3至图10来描述制造根据实施例的太阳能电池的方法。图3至图10是描述了制造根据实施例的太阳能电池的方法的视图。
首先，参照图3，背电极层200形成在支撑基板100上。
然后，参照图4，通过图案化背电极层200形成第一通孔TH1。因此，多个背电极形成在支撑基板100上。背电极层200是通过激光图案化的。
第一通孔TH1可以暴露支撑基板100的上表面，并且每个第一通孔TH1可以具有在约80μm至约200μm的范围内的宽度。
进一步地，例如扩散阻挡薄膜(diffusionbarrierfilm)等的附加层可以插入在支撑基板100和背电极层200之间，并且，在这种情况下，第一通孔TH1暴露附加层的上表面。
然后，参照图5，光吸收层300形成在背电极层200上。光吸收层300可以通过溅射工艺或蒸镀方法来形成。
例如，为了形成光吸收层300，通过同时或分别地蒸发铜、铟、镓和硒来形成基于铜铟镓硒化物(Cu(In,Ga)Se2；CIGS-based)的光吸收层300的方法，以及通过形成金属前驱体薄膜并执行硒化工艺来形成光吸收层300的方法被广泛应用。
为了详细描述在形成金属前驱体薄膜后的硒化工艺，金属前驱体薄膜通过溅射工艺形成在背电极200上，在所述溅射工艺中使用了铜靶(coppertarget)、铟靶(indiumtarget)和镓靶(galliumtarget)。
然后，通过在金属前驱体薄膜上执行硒化工艺来形成基于铜铟镓硒化物(Cu(In,Ga)Se2；CIGS-based)的光吸收层300。
可选地，使用铜靶、铟靶和镓靶的溅射工艺以及硒化工艺可以同时执行。
可选地，可以通过仅使用铜靶和铟靶的溅射工艺或仅使用铜靶和镓靶的溅射工艺以及硒化工艺来形成基于CIS或基于CIG的光吸收层300。
然后，参照图6，通过溅射工艺、化学浴沉积(CBD)方法等来沉积硫化镉(cadmiumsulfide)，并且形成第一缓冲层410。
然后，参照图7，通过去除光吸收层300和第一缓冲层410的一部分来形成第二通孔TH2。
第二通孔TH2可以通过包含尖端(tip)等的机械设备或者激光设备等来形成。
例如，光吸收层300和缓冲层可以通过具有在约40μm至约180μm的范围内的宽度的尖端来图案化。进一步地，第二通孔TH2可以通过具有在约200nm至约600nm的范围内的波长的激光来形成。
在这种情况下，每个第二通孔TH2的宽度可以在约100μm至约200μm的范围内。进一步地，第二通孔TH2可以形成为暴露背电极层200的上表面的一部分。
然后，参照图8，第二缓冲层420可以形成在第一缓冲层410上。可以通过由沉积工艺等沉积掺杂了铝或镓的氧化锌来形成第二缓冲层420。
形成第二缓冲层420和第二通孔TH2的顺序可以改变。也就是说，可以在首先形成第二缓冲层420后，形成第二通孔TH2。
然后，参照图9，通过在第二缓冲层420上沉积透明导电材料来形成前电极层500。
可以通过由沉积工艺等沉积掺杂了铝或镓的氧化锌来形成前电极层500。
具体地，可以通过在不包含氧气的惰性气体环境(inertgasatmosphere)中沉积掺杂了铝或镓的氧化锌来形成前电极层500。
可以通过由射频(RF)溅射方法或使用Zn靶的反应溅射方法沉积掺杂了铝或镓的氧化锌来形成前电极层500，其中，射频溅射方法是使用ZnO靶的沉积方法。
然后，参照图10，通过去除光吸收层300、第一缓冲层410、第二缓冲层420和前电极层500的一部分来形成第三通孔TH3。因此，通过图案化前电极层500来限定多个前电极、第一电池C1、第二电池C2和第三电池C3。每个第三通孔TH3的宽度可以在约80μm至约200μm的范围内。
在以上描述的实施例中描述的特征、结构、效果等包括本发明的至少一个实施例，但本发明并不仅限于一个实施例。进一步地，本领域技术人员可以将每个实施例中阐述的特征、结构、效果等结合或修改成其他实施例。因此，与结合或修改相关的内容应解释为包括在本发明的范围内。
此外，尽管已经参照示例性实施例详细地描述了本发明，本发明不局限于此。本领域技术人员应该理解，上文未阐述的各种修改和应用可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下实现。例如，实施例中阐述的每个组件可以被修改或制造。与这些修改和应用相关的差异应当解释为包含在附加的权利要求中限定的本发明的范围内。

Claims (16)

1.一种太阳能电池，包括：
支撑基板；
形成在所述支撑基板上的背电极层；
形成在所述背电极层上的光吸收层；
形成在所述光吸收层上的第一缓冲层；
形成在所述第一缓冲层上的第二缓冲层；以及
形成在所述第二缓冲层上的前电极层，
其中，所述第二缓冲层和所述前电极层中的至少一层包含13族元素。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述13族元素包括铝(Al)、镓(Ga)和硼(B)中的至少一种元素。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第二缓冲层与所述背电极层直接接触。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其中，所述第二缓冲层和所述前电极层包含铝、硼和镓中的至少一种元素。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其中，所述第二缓冲层和所述前电极层掺杂有包含Al2O3,、B2O3和Ga2O3中的至少一种的氧化物。
6.根据权利要求3所述的太阳能电池，其中，所述第二缓冲层和所述前电极层包含相同的所述13族元素。
7.根据权利要求3所述的太阳能电池，其中，所述第二缓冲层和所述前电极层包含不同的所述13族元素。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一缓冲层和所述第二缓冲层包含不同的材料。
9.一种太阳能电池，包括：
支撑基板；
形成在所述支撑基板上的背电极层；
形成在所述背电极层上的光吸收层；
形成在所述光吸收层上的第一缓冲层；
形成在所述第一缓冲层上的第二缓冲层；以及
形成在所述第二缓冲层上的前电极层，
其中，所述第二缓冲层和所述前电极层中的至少一层掺杂有杂质。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池，其中，所述杂质包含13族元素。
11.根据权利要求10所述的太阳能电池，其中，所述13族元素包括镓和铝中的至少一种元素。
12.根据权利要求9所述的太阳能电池，其中，所述第二缓冲层和所述前电极层中的至少一层掺杂有包含Al2O3、B2O3和Ga2O3中的至少一种的杂质。
13.根据权利要求12所述的太阳能电池，其中：
所述第二缓冲层和所述前电极层掺杂有Al2O3、B2O3或Ga2O3杂质；并且
所述第二缓冲层和所述前电极层掺杂有相同的杂质。
14.根据权利要求12所述的太阳能电池，其中，
所述第二缓冲层和所述前电极层掺杂有Al2O3、B2O3或Ga2O3杂质；并且
所述第二缓冲层和所述前电极层掺杂有不同的杂质。
15.根据权利要求9所述的太阳能电池，其中，所述第一缓冲层和所述第二缓冲层包含不同的材料。
16.根据权利要求9所述的太阳能电池，其中，所述第二缓冲层与所述背电极层直接接触。
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