CN105814696A - 太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
根据实施例的太阳能电池包括：支撑基板；设置在所述支撑基板上的后电极层；设置在所述后电极层上的光吸收层；设置在所述光吸收层上的缓冲层；以及设置在所述缓冲层上的前电极层，其中，所述缓冲层包含Zn(O,S)，并且从所述光吸收层至所述前电极层，所述缓冲层中的硫(S)含量增加。
Description
技术领域
本公开涉及一种太阳能电池。
背景技术
随着对环境问题和自然资源枯竭的关注的增加，对作为没有环境问题并且具有高能效的替代能源的太阳能电池的关注在增加。太阳能电池分为硅半导体太阳能电池、化合物半导体太阳能电池、叠层太阳能电池等，并且根据本公开的包括CIGS光吸收层的太阳能电池属于化合物半导体太阳能电池。
由于I-III-VI族化合物半导体铜铟镓硒化物(copperindiumgalliumselenide，CIGS)具有1eV或更高的直接跃迁能带隙，具有在半导体中最高的光吸收系数，并且电光学方面非常稳定，因此是作为太阳能电池的光吸收层的非常理想的材料。
CIGS基太阳能电池以这样一种方式形成，该方式为：依次堆叠支撑基板、后电极层、光吸收层、缓冲层和前电极层。
在这种情况下，缓冲层可以由两层或更多层形成。也就是说，具有高电阻的高电阻缓冲层可以进一步形成在缓冲层上。这样的高电阻缓冲层可以由没有掺杂杂质的锌氧化物(i-ZnO)形成。
然而，由于缓冲层和高电阻缓冲层通过不同的工艺形成，在形成缓冲层时存在工艺时间增加的缺陷。
因此，需要在形成缓冲层时可以通过单个工艺形成缓冲层并且替代高电阻缓冲层的新结构的缓冲层。
发明内容
技术问题
实施例提供了一种具有增强的光电转换效率的太阳能电池。
技术方案
在一个实施例中，一种太阳能电池包括支撑基板；设置在所述支撑基板上的后电极层；设置在所述后电极层上的光吸收层；设置在所述光吸收层上的缓冲层；以及设置在所述缓冲层上的前电极层，其中，所述缓冲层包含掺杂氧的硫化锌(Zn(O，S))，并且从所述光吸收层至所述前电极层，所述缓冲层中的硫(S)含量有变化。
有益效果
根据实施例的太阳能电池包括硫含量不同的第一缓冲层和第二缓冲层。也就是说，设置在光吸收层上第一缓冲层包含比设置在第一缓冲层上的第二缓冲层更少的硫。
因此，第二缓冲层可以在取决于硫含量的电阻率(specificresistance)方面比第一缓冲层大数百倍。因此，第二缓冲层可以替代通常设置在缓冲层上的高电阻缓冲层。
因此，可以省略形成高电阻缓冲层的工艺，所述高电阻缓冲层是在形成缓冲层后通过单独的工艺设置的。
另外，根据对缓冲层中电阻率的控制，可以总体减少太阳能电池的串联电阻(seriesresistance)。
因此，根据实施例的太阳能电池可以具有增强的工艺效率以及总体增强的光电转换效率。
附图说明
图1是根据实施例的太阳能电池的平面视图；
图2是根据实施例的太阳能电池的剖视图；
图3是图2中圆圈A的放大视图；
图4至图10是用于解释根据实施例的太阳能电池的制造方法的视图。
具体实施方式
在实施例的描述中，层(膜)、区域、图案或结构形成在层(膜)、区域、衬垫或图案“上/之上”或者“下/之下”的描述包括它们直接形成或通过其他层形成。短语在每一层“上/之上”或者“下/之下”基于附图进行描述。
由于附图中层(膜)、区域、图案或结构的厚度或尺寸可能因描述的清晰度和便利性而变化，因此附图并不完全反映其实际尺寸。
在下文中，参照附图对实施例进行详细描述。
在下文中，参照图1至图10对根据实施例的太阳能电池及其制造方法进行详细描述。图1是根据实施例的太阳能电池的平面视图，图2是根据实施例的太阳能电池的剖视图，图3是图2中圆圈A的放大视图，并且图4至图10是用于解释根据实施例的太阳能电池的制造方法的视图。
参照图1至图3，根据实施例的太阳能电池包括支撑基板100、后电极层200、光吸收层300、缓冲层400、前电极层500以及多个连接部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。具体地，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可以是刚性的或柔性的。
后电极层200设置在支撑基板100上。后电极层200是导电层。用于后电极层200的示例材料可以包括金属，例如钼(Mo)。
另外，后电极层200可以包括两层或更多层。在这种情况下，所述层可以由相同的金属或不同的金属形成。
第一通孔TH1形成在后电极层200中。第一通孔TH1是暴露支撑基板100的上表面的开放区域。当从顶端观看时，第一通孔TH1可以具有在第一方向上延伸的形状。
第一通孔TH1的宽度可以为约80μm至约200μm。
后电极层200通过第一通孔TH1划分为多个后电极。也就是说，后电极由第一通孔TH1限定。
后电极通过第一通孔TH1间隔开。以条带(stripe)的形式设置后电极。
可替代地，可以以矩阵(matrix)的形式设置后电极。在这种情况下，当从顶端观看时，第一通孔TH1可以形成为网格的形式。
光吸收层300设置在后电极层200上。另外，光吸收层300中包含的材料填充第一通孔TH1。
光吸收层300包含基于I-III-VI族的化合物。例如，光吸收层300可以具有铜铟镓硒化物(Cu(In,Ga)Se2；CIGS)基晶体结构，铜铟硒化物(copper-indium-selenide)或铜镓硒化物(copper-gallium-selenide)基晶体结构。
在这种情况下，铜/III族元素的比值可以为约0.8至约0.9，并且镓/III族元素的比值可以为约0.38至约0.40。
光吸收层300的能带隙可以为约1eV至约1.8eV。
缓冲层400设置在光吸收层300上。缓冲层400与光吸收层300直接接触。
缓冲层400可以包含硫(S)。具体地，缓冲层400可以包含掺杂氧的硫化锌(Zn(O,S))。
根据位置，缓冲层400可以在硫含量方面有所变化。例如，缓冲层400可以从光吸收层朝前电极层方向增加硫含量。
如图3所示，缓冲层400可以包括第一缓冲层410和第二缓冲层420。具体地，缓冲层400可以包括设置在光吸收层300上的第一缓冲层，以及设置在第一缓冲层410上的第二缓冲层420。
第一缓冲层410和第二缓冲层420可以包含相同或相似的材料。例如，第一缓冲层410和第二缓冲层420可以包含掺杂氧的硫化锌(Zn(O,S))。
第一缓冲层410和第二缓冲层420可以具有不同的成分。具体地，第一缓冲层410和第二缓冲层420可以在Zn(O,S)中包含的硫的含量上有所不同。
具体地，第二缓冲层420可以包含比第一缓冲层410更少的硫。例如，第一缓冲层410可以包含占Zn(O,S)总体的约10wt％至约15wt％的硫。另外，第二缓冲层420可以包含占Zn(O,S)总体的约20wt％至约25wt％的硫。
另外，第一缓冲层410和第二缓冲层420可以具有不同的厚度。具体地，可以以比第二缓冲层420更大的厚度形成第一缓冲层410。例如，可以以约20nm至约30nm的厚度形成第一缓冲层410。另外，可以以约10nm至约20nm的厚度形成第二缓冲层420。另外，缓冲层400，即，第一缓冲层410和第二缓冲层的总厚度可以为约30nm至约50nm。
在第一缓冲层410和第二缓冲层420超出硫的wt％的范围和厚度的范围的情况下，它们的电阻率之间的差异可能不等于或大于预期值。另外，第二缓冲层420可能不能恰当地起绝缘体的作用。
第一缓冲层410和第二缓冲层420可以具有约2.7eV至约2.8eV的带隙。
第一缓冲层410和第二缓冲层420可以具有不同的电阻率。具体地，第二缓冲层的电阻率可以大于第一缓冲层的电阻率。例如，第一缓冲层410的电阻率可以小于或等于约10-3Ω。另外，第二缓冲层420的电阻率可以等于或大于约10-2Ω。
缓冲层的电阻率可以根据缓冲层包含的Zn(O,S)中的硫的含量而变化。也就是说，缓冲层的电阻率可以随硫含量的增加而增加。
也就是说，第二缓冲层可以包含比第一缓冲层更多的硫，并且因此，第二缓冲层的电阻率可以大于第一缓冲层的电阻率。
具体地，根据电阻率的增加，第二缓冲层可以起绝缘体的作用。因此，可以省略通常设置在缓冲层上的高电阻缓冲层的形成。
也就是说，在形成缓冲层之后，起绝缘体作用的高电阻缓冲层通常进一步设置在缓冲层上。例如，进一步形成不掺杂杂质的氧化锌(i-ZnO)。
然而，根据实施例的太阳能电池可以在形成第二缓冲层时增加硫含量来增大电阻率，从而使得第二缓冲层能够替代常用的高电阻缓冲层。
因此，由于能够省略形成高电阻缓冲层的工艺，所以能够由于工艺时间的减少来增强工艺效率。
另外，根据实施例的太阳能电池可以在形成缓冲层时调节硫含量以形成具有较少的硫，即，较小的电阻率的第一缓冲层，并且然后形成具有更多的硫，即，更大的电阻率的第二缓冲层，使得能够控制缓冲层中的电阻率。因此，能够总体减小太阳能电池的串联电阻Rs。
因此，根据实施例的太阳能电池可以增强工艺效率并且增强太阳能电池的整体效率。
第二通孔TH2可以形成在缓冲层400中。第二通孔TH2是暴露支撑基板100的上表面和后电极层200的上表面的开放区域。当从顶端观看时，第二通孔TH2可以具有在一个方向上延伸的形状。第二通孔TH2的宽度可以为约80μm至约200μm，但不局限于此。
缓冲层400通过第二通孔TH2限定为多个缓冲层。
前电极层500设置在缓冲层400上。更具体地，前电极层500设置在第三缓冲层430上。前电极层500是透明的导电层。另外，前电极层500的电阻比后电极层200的电阻更高。
前电极层500包含氧化物。例如，用于前电极层500的材料可以包括掺杂Al的ZnC(AZO)、铟锌氧化物(IZO)、铟锡氧化物(ITO)等。
前电极层500包括在第二通孔TH2中的连接部600。
第三通孔TH3形成在缓冲层400和前电极层500中。第三通孔TH3可以穿过缓冲层400和前电极层500一部分或者全部。也就是说，第三通孔TH3可以暴露后电极层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，当从顶端观看时，第三通孔TH3并排设置在第二通孔TH2旁边。第三通孔TH3可以具有在第一方向上延伸的形状。
第三通孔TH3穿过前电极层500。更具体地，第三通孔TH3可以部分地或全部地穿过光吸收层300，缓冲层400和/或高电阻缓冲层。
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。
前电极具有与后电极相对应的形状。也就是说，以条带的形式设置前电极。可替代地，可以以矩阵的形式设置前电极。
另外，多个太阳能电池C1、C2、...由第三通孔TH3限定。更具体地，太阳能电池C1、C2、…由第二通孔TH2和第三通孔TH3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划分为太阳能电池C1、C2、…。另外，太阳能电池C1、C2、…在与第一方向相交的第二方向上彼此连接。也就是说，电流可以在第二方向上流过太阳能电池C1、C2、…。
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、…。太阳能电池C1、C2、…设置在支撑基板100上并且彼此间隔开。另外，太阳能电池C1、C2、…通过连接部600彼此串联。
连接部600设置在第二通孔TH2中。连接部600从前电极层500向下延伸并且与后电极层200连接。例如，连接部600从第一电池C1的前电极延伸并且与第二电池C2的后电极连接。
因此，连接部600连接相邻的太阳能电池。更具体地，连接部600连接相邻的太阳能电池的每个中包含的前电极和后电极。
连接部600与前电极层500一体地形成。也就是说，用于连接部600的材料与用于前电极层500的材料相同。
如前所述，根据实施例的太阳能电池包括在硫含量上不同的第一缓冲层和第二缓冲层。也就是说，设置在光吸收层上的第一缓冲层比设置在第一缓冲层上的第二缓冲层包含更少的硫。
因此，第二缓冲层可以在取决于硫含量的电阻率方面比第一缓冲层大数百倍。因此，第二缓冲层可以替代通常设置在缓冲层上的高电阻缓冲层。
因此，可以省略形成高电阻缓冲层的工艺，所述高电阻缓冲层是在形成缓冲层后通过单独的工艺设置的。
另外，根据对缓冲层中电阻率的控制，可以总体减少太阳能电池的串联电阻。
因此，根据实施例的太阳能电池可以具有增强的工艺效率以及总体增强的光电转换效率。
在下文中，参照图4至图10对根据实施例的太阳能电池的制造方法进行描述。图4至图10为用于解释根据实施例的太阳能电池的制造方法的视图。
首先，参照图4，后电极层200形成在支撑基板100上。
随后，参照图5，图案化后电极层200以便形成第一通孔TH1。因此，多个后电极，第一连接电极以及第二连接电极设置在支撑基板100上。后电极层200可以通过激光束图案化。
第一通孔TH1可以暴露支撑基板100的上表面并且具有约80μm至约200μm的宽度。
另外，可以在支撑基板100和后电极层200之间设置附加层，例如，扩散阻挡层，在这种情况下，第三通孔TH1暴露附加层的上表面。
随后，参照图6，光吸收层300设置在后电极层200上。光吸收层可以通过溅射工艺(sputteringprocess)或蒸发(vaporization)来形成。
例如，同时或分别蒸发铜、铟、镓和硒以形成CIGS基光吸收层300，以及在形成金属前驱体薄膜(metalprecursorfilm)后通过硒化工艺形成光吸收层的方法已广泛使用以便形成吸收层300。
对在形成金属前驱体薄膜后通过硒化工艺来形成光吸收层进行描述，金属前驱体薄膜通过采用铜靶、铟靶和镓靶的溅射工艺形成在后电极上。
然后，前驱体薄膜通过硒化工艺形成为CIGS基光吸收层300。
或者，采用铜靶、铟靶和镓靶的溅射工艺和硒化工艺可以同时进行。
或者，可以通过仅采用铜靶和铟靶或仅采用铜靶和镓靶的溅射工艺和硒化工艺来形成CIS基或CIG基光吸收层300。
随后，参照图7，缓冲层400形成在光吸收层300上。缓冲层400可以包括第一缓冲层410和第二缓冲层420，并且第一缓冲层410和第二缓冲层420可以依次沉积。
也就是说，第一缓冲层410可以沉积在光吸收层300上，并且第二缓冲层420可以沉积在第一缓冲层410上。
例如，第一缓冲层410和第二缓冲层420可以通过原子层沉积进行沉积。然而，实施例并不局限于此，并且第一缓冲层410和第二缓冲层420可以通过各种方法形成，如化学气相沉积(CVD)或有机金属化学气相沉积(MOCVD)。
在这种情况下，第一缓冲层410和第二缓冲层420可以以nm为单位沉积。具体地，第一缓冲层410可以以约20nm至约30nm的厚度沉积，并且第二缓冲层420可以以约10nm至约20nm的厚度沉积。
然后，参照图8，移除光吸收层300和缓冲层400的一部分，以便形成第二通孔TH2。
第二通孔TH2可以通过例如刀片(tip)的机械装置或者激光装置来形成。
例如，光吸收层300和缓冲层400可以通过具有约40μm至约180μm的宽度的刀片来图案化。另外，第二通孔TH2可以通过具有约200nm至约600nm的波长的激光光束来形成。
在这种情况下，第二通孔TH2宽度可以为约100μm至约200μm。另外，第二通孔TH2可以暴露后电极层200的上表面的一部分。
随后，参照图9，透明的导电材料沉积在缓冲层400，即，第二缓冲层420上，以便形成前电极层500。
前电极层500可以通过在无氧气氛下沉积透明的导电材料来形成。更具体地，前电极层500可以通过在不包含氧气的惰性气体气氛下沉积掺杂Al的氧化锌来形成。
前电极层的形成可以通过经由采用ZnO靶的沉积法或采用Zn靶的反应溅射法的RF溅射法沉积掺杂Al的氧化锌来执行
随后，参照图10，移除光吸收层300、缓冲层400以及前电极层500的一部分，以便形成第三通孔TH3。因此，对前电极层500图案化以限定多个前电极、第一电池C1、第二电池C2和第三电池C3。第三通孔TH3的宽度可以为约80μm至约200μm。
上述实施例中描述的特性、结构以及效果包含在至少一个实施例中但不一定局限于一个实施例。此外，每个实施例中描述的特性、结构以及效果可以经本领域技术人员组合或修改用于其他实施例。因此，需要进行阐明的是与这样的组合和修改相关的内容均包含在实施例的范围内。
尽管上文对实施例进行了主要的描述，但其仅为示例且不限制本公开，并且本公开所属技术领域中的技术人员能够明白，在不脱离实施例的基本特性的情况下，可以实施上文没有描述的各种修改和应用。例如，可以修改实施例中特定描述的部分。此外，与这样的修改和应用相关的差异应当解释为包含在所附权利要求限定的本公开的范围内。
Claims (14)
1.一种太阳能电池，包括：
支撑基板；
设置在所述支撑基板上的后电极层；
设置在所述后电极层上的光吸收层；
设置在所述光吸收层上的缓冲层；以及
设置在所述缓冲层上的前电极层，
其中，所述缓冲层包含Zn(O,S)，并且
从所述光吸收层至所述前电极层，所述缓冲层中的硫(S)含量有变化。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，从所述光吸收层至所述前电极层，所述缓冲层中的硫(S)含量增加。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述缓冲层以约30nm至50nm的厚度形成。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述缓冲层包括：
第一缓冲层；以及
设置在所述第一缓冲层上的第二缓冲层，
其中，所述第一缓冲层与所述第二缓冲层在硫含量上互不相同。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其中，所述第二缓冲层比所述第一缓冲层具有更多的硫。
6.根据权利要求4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Zn(O,S)，并且
所述第一缓冲层包含占Zn(O,S)总体的约10wt％至15wt％的硫。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池，其中，所述第二缓冲层包含占Zn(O,S)总体的约20wt％至25wt％的硫。
8.根据权利要求4所述的太阳能电池，其中，所述第一缓冲层的厚度和所述第二缓冲层的厚度互不相同。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其中，所述第一缓冲层的厚度形成为大于所述第二缓冲层的厚度。
10.根据权利要求8所述的太阳能电池，其中，所述第一缓冲层的厚度以20nm至30nm的厚度形成，并且
所述第二缓冲层的厚度以10nm至20nm的厚度形成。
11.根据权利要求4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的电阻率互不相同。
12.根据权利要求11所述的太阳能电池，其中，所述第二缓冲层的电阻率大于所述第一缓冲层的电阻率。
13.根据权利要求11所述的太阳能电池，其中，所述第一缓冲层的电阻等于或大于10-3Ω。
14.根据权利要求13所述的太阳能电池，其中，所述第二缓冲层的电阻等于或大于10-2Ω。
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