CN108735861A - 一种太阳能电池片及其制备方法、制备设备和太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种太阳能电池片及其制备方法、制备设备和太阳能电池，其中太阳能电池片的制备方法通过在形成缓冲层之前，对吸收层进行处理降低吸收层的表面粗糙度，一方面可以降低吸收层表面的形核势垒，与缓冲层形成更少缺陷态的PN结，改善PN结的界面性能；另一方面光滑的吸收层表面可以形成更致密的缓冲层，并且只需要形成较薄的缓冲层即可完全覆盖吸收层的表面，从而减少缓冲层的光吸收损失，提高太阳能电池的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能技术领域，特别是涉及一种太阳能电池片及其制备方法、制备设备和太阳能电池。
背景技术
目前主流的薄膜太阳能电池的PN结一般由P型的吸收层和N型的缓冲层组成。现有的制备方法是在P型的吸收层上直接形成N型的缓冲层，从而形成薄膜太阳能电池发电所需的PN结，P型的吸收层和N型的缓冲层组成PN结界面。
现有的薄膜太阳能电池存在两方面的问题：一方面较厚的缓冲层会产生较多的光吸收损失，影响太阳能电池的光电转换效率；另一方面PN结界面会产生比较多的缺陷态，形成复合中心，导致PN结界面性能较差。
发明内容
本发明提供一种太阳能电池片及其制备方法、制备设备和太阳能电池，以改善太阳能电池PN结的界面性能，同时提高对太阳能的转换效率。
为了解决上述问题，本发明公开了一种太阳能电池片的制备方法，所述制备方法包括：
提供衬底并在所述衬底上形成吸收层，所述吸收层背离所述衬底的一侧具有第一平均粗糙度；
对所述吸收层进行处理，使所述吸收层背离所述衬底的一侧具有第二平均粗糙度，所述第二平均粗糙度小于所述第一平均粗糙度；
在所述吸收层背离所述衬底的一侧形成缓冲层。
可选地，对所述吸收层进行处理的步骤，包括：
对所述吸收层背离所述衬底的一侧进行刻蚀。
可选地，对所述吸收层背离所述衬底的一侧进行刻蚀的步骤，包括：
在指定功率下通入刻蚀气体，对所述吸收层背离所述衬底的一侧进行物理刻蚀第一指定时长。
可选地，对所述吸收层背离所述衬底的一侧进行刻蚀的步骤，还包括：
将所述吸收层加热至第一指定温度，所述第一指定温度大于或等于200℃且小于或等于300℃。
可选地，所述指定功率大于或等于50W且小于或等于500W。
可选地，所述刻蚀气体包括氩气或氦气。
可选地，所述刻蚀气体还包括硒蒸汽。
可选地，所述第一指定时长大于或等于5s且小于或等于20s。
可选地，所述第二平均粗糙度小于或等于40nm。
可选地，在对所述吸收层进行处理的步骤之后，在所述吸收层背离所述衬底的一侧形成缓冲层的步骤之前，所述制备方法还包括：
在第二指定温度下对所述吸收层进行热处理第二指定时长。
可选地，所述在第二指定温度下对所述吸收层进行热处理第二指定时长的步骤，包括：
在碱金属蒸汽中，在第二指定温度下对所述吸收层进行热处理第二指定时长。
可选地，所述第二指定温度大于或等于200℃且小于或等于450℃。
可选地，所述第二指定时长大于或等于8s且小于或等于20s。
为了解决上述问题，本发明还公开了一种太阳能电池片，所述太阳能电池片包括：
衬底；
形成在所述衬底上的吸收层，所述吸收层背离所述衬底的一侧具有第二平均粗糙度，所述第二平均粗糙度小于或等于40nm；
以及形成在所述吸收层背离所述衬底一侧的缓冲层。
为了解决上述问题，本发明还公开了一种太阳能电池，包括上述任一项所述的太阳能电池片。
为了解决上述问题，本发明还公开了一种太阳能电池片的制备设备，所述制备设备包括加载腔室和第一处理腔室；
所述加载腔室，用于加载衬底，所述衬底上形成有吸收层，所述吸收层背离所述衬底的一侧具有第一平均粗糙度；
所述第一处理腔室，与所述加载腔室连接，用于对所述吸收层进行第一处理，使所述吸收层背离所述衬底的一侧具有第二平均粗糙度，所述第二平均粗糙度小于所述第一平均粗糙度。
可选地，所述制备设备还包括等离子体发生器，与所述第一处理腔室连接，用于在指定功率下使刻蚀气体产生等离子体，并将所述等离子体输出至所述第一处理腔室；
所述第一处理腔室，还用于在所述等离子体的作用下，对所述吸收层背离所述衬底的一侧进行物理刻蚀，使所述吸收层背离所述衬底的一侧具有第二平均粗糙度，所述第二平均粗糙度小于所述第一平均粗糙度。
可选地，所述制备设备还包括：
第二处理腔室，与所述第一处理腔室连接，用于对完成第一处理的吸收层进行热处理。
可选地，所述制备设备还包括：
碱金属引入装置，与所述第二处理腔室连接，用于产生碱金属蒸汽并输出至所述第二处理腔室；
所述第二处理腔室，还用于在碱金属蒸汽中，对完成第一处理的吸收层进行热处理。
可选地，所述制备设备还包括隔离腔室和卸载腔室，
所述隔离腔室，设置在所述第一处理腔室和所述第二处理腔室之间，用于为所述第一处理腔室和所述第二处理腔室之间的太阳能电池片提供真空环境；
所述卸载腔室，与所述第二处理腔室连接，用于对完成热处理的太阳能电池片进行卸载。
与现有技术相比，本发明包括以下优点：
本申请提供了一种太阳能电池片及其制备方法、制备设备和太阳能电池，其中太阳能电池片的制备方法包括提供衬底并在所述衬底上形成吸收层，所述吸收层背离所述衬底的一侧具有第一平均粗糙度；对所述吸收层进行处理，使所述吸收层背离所述衬底的一侧具有第二平均粗糙度，所述第二平均粗糙度小于所述第一平均粗糙度；在所述吸收层背离所述衬底的一侧形成缓冲层；本申请提供的制备方法通过在形成缓冲层之前，对吸收层进行处理降低吸收层的表面粗糙度，一方面可以降低吸收层表面的形核势垒，与缓冲层形成更少缺陷态的PN结，改善PN结的界面性能；另一方面光滑的吸收层表面可以形成更致密的缓冲层，并且只需要形成较薄的缓冲层即可完全覆盖吸收层的表面，从而减少缓冲层的光吸收损失，提高太阳能电池的转换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本申请一实施例提供的一种太阳能电池片的制备方法的步骤流程图；
图2示出了本申请一实施例提供的一种太阳能电池片的制备方法第一种实现方式的步骤流程图；
图3示出了本申请一实施例提供的一种太阳能电池片的制备方法第二种实现方式的步骤流程图；
图4示出了本申请一实施例提供的另一种太阳能电池片的制备方法的步骤流程图；
图5示出了本申请一实施例提供的另一种太阳能电池片的制备方法一种实现方式的步骤流程图；
图6示出了本申请一实施例提供的一种太阳能电池片的剖面结构示意图；
图7示出了本申请一实施例提供的一种太阳能电池片的制备设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
发明人发现现有的太阳能电池缓冲层较厚以及PN结界面缺陷态较多的原因，是由于P型的吸收层一般为多晶结构，高效率的薄膜太阳能电池要求晶粒尺寸为0.5-1um，这种多晶结构的吸收层表面比较粗糙，因此需要比较厚的缓冲层才能完全覆盖住吸收层粗糙的表面，导致较多的光吸收损失，影响太阳能电池的光电转换效率，并且粗糙的吸收层表面使PN结界面产生比较多的缺陷态，形成复合中心，导致PN结界面性能较差。
为了解决上述问题，本申请一实施例提供了一种太阳能电池片的制备方法，参照图1，该制备方法可以包括：
步骤101：提供衬底并在衬底上形成吸收层，吸收层背离衬底的一侧具有第一平均粗糙度。
具体地，吸收层可以是CIGS膜层或CIS膜层等P型层。衬底可以包括钙钠玻璃或柔性基材等，以及形成在钙钠玻璃或柔性基材等上的底电极，如Mo薄膜。由于P型的CIGS膜层或CIS膜层等为多晶结构，高效率的太阳能电池要求晶粒尺寸在0.5-1um之间，这种多晶结构的P型层表面比较粗糙，第一平均粗糙度一般大于70nm。
步骤102：对吸收层进行处理，使吸收层背离衬底的一侧具有第二平均粗糙度，第二平均粗糙度小于第一平均粗糙度。
具体地，可以使吸收层背离衬底的一侧粗糙度降低的处理方式有多种，例如可以通过化学刻蚀、物理刻蚀以及研磨等方式。后续实施例会以物理刻蚀为例进行详细介绍。
步骤103：在吸收层背离衬底的一侧形成缓冲层。
具体地，可以采用化学水浴法等在吸收层背离衬底的一侧形成缓冲层，如CdS膜层等N型层。
由于经过步骤102处理后的吸收层背离衬底的一侧表面较光滑，形核势垒降低，从而可以形成更少缺陷态的PN结，改善PN结界面性能，另外在光滑的吸收层表面上可以形成比较致密的缓冲层，并且只需要较薄的缓冲层即可完全覆盖吸收层的表面，从而减少缓冲层的光吸收损失，提高太阳能电池的转换效率。
在本实施例的一种实现方式中，参照图2，上述步骤102具体可以包括：
步骤201：对吸收层背离衬底的一侧进行刻蚀，使吸收层背离衬底的一侧具有第二平均粗糙度，第二平均粗糙度小于第一平均粗糙度。
具体地，刻蚀可以包括物理刻蚀、化学刻蚀，或者干法刻蚀、湿法刻蚀等。为了提高吸收层表面刻蚀的均一性，参照图3，步骤201可以进一步包括：
步骤301：在指定功率下通入刻蚀气体，对吸收层背离衬底的一侧进行物理刻蚀第一指定时长，使吸收层背离衬底的一侧具有第二平均粗糙度，第二平均粗糙度小于第一平均粗糙度。
具体地，刻蚀气体在指定功率作用下可以产生等离子体，通过等离子体对吸收层背离衬底的一侧进行物理刻蚀。指定功率例如可以大于或等于50W且小于或等于500W。第一指定时长例如可以大于或等于5s且小于或等于20s。刻蚀气体可以为氩气、氦气等惰性气体，为了进一步改善PN结的界面性能，刻蚀气体中还可以包括硒蒸汽。
为了使吸收层的表面更容易进行刻蚀，上述步骤201还可以包括：
步骤302：将吸收层加热至第一指定温度，第一指定温度大于或等于200℃且小于或等于300℃。
通过以上实施例提供的太阳能电池片的制备方法，可以得到平均粗糙度小于或等于40nm的吸收层表面，也就是第二平均粗糙度可以小于或等于40nm。
需要注意的是，本申请并不仅限于以上列出的指定功率、刻蚀气体、第一指定时长以及第一指定温度的具体数值，这些参数都可以根据实际情况进行调整优化，从而得到更为光滑的吸收层表面。
另外，为了进一步降低吸收层表面的平均粗糙度，还可以对吸收层背离衬底的一侧表面进行分步刻蚀，例如可以通过逐步降低指定功率的方式降低刻蚀速率，从而有利于获得更光滑的吸收层表面。
在另一实施例中，参照图4，在上述步骤102之后，步骤103之前还可以包括：
步骤401：在第二指定温度下对吸收层进行热处理第二指定时长。
具体地，热处理是指材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。第二指定温度可以大于或等于200℃且小于或等于450℃。第二指定时长可以大于或等于8s且小于或等于20s。当然，本申请并不仅限于以上列出的第二指定温度以及第二指定时长的具体数值，这些参数以及碱金属蒸汽的引入量都可以根据实际情况进行调整优化，以减少吸收层表面缺陷态。
通过对吸收层进行热处理，可以进一步改善吸收层的表面化学态，减少缺陷态复合中心，从而降低PN结界面的缺陷态密度，改善PN结的界面性能。
为了进一步改善PN结的界面性能，参照图5，上述步骤401可以进一步包括：
步骤501：在碱金属蒸汽中，在第二指定温度下对吸收层进行热处理第二指定时长。
具体地，可以通过加热或者蒸镀的方式引入碱金属蒸汽，例如钾蒸汽等，改善PN结界面性能。
本申请另一实施例还提供了一种太能电池片，参照图6，该太阳能电池片可以包括衬底61；形成在衬底61上的吸收层62，吸收层62背离衬底61的一侧具有第二平均粗糙度，第二平均粗糙度小于或等于40nm；以及形成在吸收层62背离衬底61一侧的缓冲层63。
具体的，本实施例提供的太阳能电池可以为上述任一制备方法实施例制作得到的太阳能电池。
本申请另一实施例还提供了一种太阳能电池，该太阳能电池包括以上实施例所述的太阳能电池片。
本申请另一实施例还提供了一种太阳能电池片的制备设备，参照图7，该制备设备可以包括加载腔室71和第一处理腔室72；加载腔室71用于加载衬底，衬底上形成有吸收层，吸收层背离衬底的一侧具有第一平均粗糙度；第一处理腔室72，与加载腔室71连接，用于对吸收层进行第一处理，使吸收层背离衬底的一侧具有第二平均粗糙度，第二平均粗糙度小于第一平均粗糙度。
本实施例的一种实现方式中，参照图7，上述的制备设备还可以包括等离子体发生器73，与第一处理腔室72连接，用于在指定功率下使刻蚀气体产生等离子体，并将等离子体输出至第一处理腔室72；第一处理腔室72还用于在等离子体的作用下，对吸收层背离衬底的一侧进行物理刻蚀，使吸收层背离衬底的一侧具有第二平均粗糙度，第二平均粗糙度小于第一平均粗糙度。
具体的，等离子体发生器73可以设置在第一处理腔室72的外部或内部(如图7所示)。
本申请另一实施例中，在上述实施例提供的制备设备基础上，还可以包括碱金属引入装置74和第二处理腔室75，其中碱金属引入装置74与第二处理腔室75连接，用于产生碱金属蒸汽并输出至第二处理腔室75；第二处理腔室75，还与第一处理腔室72连接，用于在碱金属蒸汽中，对完成第一处理的吸收层进行热处理。
具体的，碱金属引入装置74可以设置在第二处理腔室75的外部或内部(如图7所示)。碱金属引入装置74的设置是为了进一步改善PN结界面性能，在实际应用中可以根据情况设置，在本申请中不是必需的。
参照图7，上述的制备设备还可以包括隔离腔室76和卸载腔室77，其中隔离腔室76设置在第一处理腔室72和第二处理腔室75之间，用于为第一处理腔室72和第二处理腔室75之间的太阳能电池片提供真空环境；卸载腔室77与第二处理腔室75连接，用于对完成热处理的太阳能电池片进行卸载。
在实际应用中，上述的制备设备还可以包括缓冲层制备腔室，与卸载腔室77连接，用于在吸收层上背离衬底的一侧形成缓冲层。
本实施例提供的各个腔室都单独配置有真空泵，使各个腔室保持真空环境，另外各腔室之间可以由门阀78连接，门阀78可以隔绝热量和空气。
本申请提供了一种太阳能电池片及其制备方法、制备设备和太阳能电池，其中太阳能电池片的制备方法包括提供衬底并在所述衬底上形成吸收层，所述吸收层背离所述衬底的一侧具有第一平均粗糙度；对所述吸收层进行处理，使所述吸收层背离所述衬底的一侧具有第二平均粗糙度，所述第二平均粗糙度小于所述第一平均粗糙度；在所述吸收层背离所述衬底的一侧形成缓冲层；本申请提供的制备方法通过在形成缓冲层之前，对吸收层进行处理降低吸收层的表面粗糙度，一方面可以降低吸收层表面的形核势垒，与缓冲层形成更少缺陷态的PN结，改善PN结的界面性能；另一方面光滑的吸收层表面可以形成更致密的缓冲层，并且只需要形成较薄的缓冲层即可完全覆盖吸收层的表面，从而减少缓冲层的光吸收损失，提高太阳能电池的转换效率；进一步地，通过对吸收层进行热处理，可以进一步改善吸收层的表面化学态，减少缺陷态复合中心，从而降低PN结界面的缺陷态密度，改善PN结的界面性能。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种太阳能电池片及其制备方法、制备设备和太阳能电池进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (20)
1.一种太阳能电池片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供衬底并在所述衬底上形成吸收层，所述吸收层背离所述衬底的一侧具有第一平均粗糙度；
对所述吸收层进行处理，使所述吸收层背离所述衬底的一侧具有第二平均粗糙度，所述第二平均粗糙度小于所述第一平均粗糙度；
在所述吸收层背离所述衬底的一侧形成缓冲层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，对所述吸收层进行处理的步骤，包括：
对所述吸收层背离所述衬底的一侧进行刻蚀。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，对所述吸收层背离所述衬底的一侧进行刻蚀的步骤，包括：
在指定功率下通入刻蚀气体，对所述吸收层背离所述衬底的一侧进行物理刻蚀第一指定时长。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，对所述吸收层背离所述衬底的一侧进行刻蚀的步骤，还包括：
将所述吸收层加热至第一指定温度，所述第一指定温度大于或等于200℃且小于或等于300℃。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述指定功率大于或等于50W且小于或等于500W。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述刻蚀气体包括氩气或氦气。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述刻蚀气体还包括硒蒸汽。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一指定时长大于或等于5s且小于或等于20s。
9.根据权利要求1至8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第二平均粗糙度小于或等于40nm。
10.根据权利要求1至8任一项所述的制备方法，其特征在于，在对所述吸收层进行处理的步骤之后，在所述吸收层背离所述衬底的一侧形成缓冲层的步骤之前，所述制备方法还包括：
在第二指定温度下对所述吸收层进行热处理第二指定时长。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述在第二指定温度下对所述吸收层进行热处理第二指定时长的步骤，包括：
在碱金属蒸汽中，在第二指定温度下对所述吸收层进行热处理第二指定时长。
12.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述第二指定温度大于或等于200℃且小于或等于450℃。
13.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述第二指定时长大于或等于8s且小于或等于20s。
14.一种太阳能电池片，其特征在于，所述太阳能电池片包括：
衬底；
形成在所述衬底上的吸收层，所述吸收层背离所述衬底的一侧具有第二平均粗糙度，所述第二平均粗糙度小于或等于40nm；
以及形成在所述吸收层背离所述衬底一侧的缓冲层。
15.一种太阳能电池，其特征在于，包括权利要求14所述的太阳能电池片。
16.一种太阳能电池片的制备设备，其特征在于，所述制备设备包括加载腔室和第一处理腔室；
所述加载腔室，用于加载衬底，所述衬底上形成有吸收层，所述吸收层背离所述衬底的一侧具有第一平均粗糙度；
所述第一处理腔室，与所述加载腔室连接，用于对所述吸收层进行第一处理，使所述吸收层背离所述衬底的一侧具有第二平均粗糙度，所述第二平均粗糙度小于所述第一平均粗糙度。
17.根据权利要求16所述的制备设备，其特征在于，所述制备设备还包括等离子体发生器，与所述第一处理腔室连接，用于在指定功率下使刻蚀气体产生等离子体，并将所述等离子体输出至所述第一处理腔室；
所述第一处理腔室，还用于在所述等离子体的作用下，对所述吸收层背离所述衬底的一侧进行物理刻蚀，使所述吸收层背离所述衬底的一侧具有第二平均粗糙度，所述第二平均粗糙度小于所述第一平均粗糙度。
18.根据权利要求16或17所述的制备设备，其特征在于，所述制备设备还包括：
第二处理腔室，与所述第一处理腔室连接，用于对完成第一处理的吸收层进行热处理。
19.根据权利要求18所述的制备设备，其特征在于，所述制备设备还包括：
碱金属引入装置，与所述第二处理腔室连接，用于产生碱金属蒸汽并输出至所述第二处理腔室；
所述第二处理腔室，还用于在碱金属蒸汽中，对完成第一处理的吸收层进行热处理。
20.根据权利要求18所述的制备设备，其特征在于，所述制备设备还包括隔离腔室和卸载腔室，
所述隔离腔室，设置在所述第一处理腔室和所述第二处理腔室之间，用于为所述第一处理腔室和所述第二处理腔室之间的太阳能电池片提供真空环境；
所述卸载腔室，与所述第二处理腔室连接，用于对完成热处理的太阳能电池片进行卸载。
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