CN109192791A - 太阳能电池及其阻挡层 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种太阳能电池的阻挡层，包括第一阻挡层、第二阻挡层以及第三阻挡层。第一阻挡层覆盖于太阳能电池的衬底的表面。第二阻挡层包括铬、钛或氮化钛中的至少一种，覆盖于第一阻挡层远离衬底的表面。第三阻挡层包括第二钼化合物，覆盖于第二阻挡层，第二阻挡层设置于第一阻挡层和第三阻挡层之间。阻挡层位于太阳能电池的衬底和太阳能电池的背电极之间。通过第一阻挡层、第二阻挡层以及第三阻挡层可以形成多个界面，从而有效阻挡衬底中的杂质的扩散。第二阻挡层通过采用铬、钛或氮化钛，还可以减小电阻。在第一阻挡层和第三阻挡层使用第一钼化合物和第二钼化合物，可以增加阻挡效果，同时可以提升与衬底和背电极的结合力。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种太阳能电池及其阻挡层。
背景技术
近几年，世界各国加速发展各种可再生能源替代传统的化石能源，以解决日益加剧的温室效应、环境污染和能源枯竭等全球危机。作为理想的清洁能源，太阳能永不枯竭，正成为当今世界最具发展潜力的产业之一。目前，太阳能电池市场主要产品是单晶硅和多晶硅太阳能电池，占市场总额的80％以上。由于晶硅电池的高成本和生产过程的高污染，成本更低、生产过程更加环保的薄膜太阳能电池得到快速发展。
传统的薄膜太阳能电池使用的衬底中通常会有杂质，比如Fe元素及Si，Ni，Cr等。这些杂质在制备过程中会透过背电极，向吸收层中扩散，从而引起电池效率的下降。
发明内容
基于此，有必要针对衬底中杂质向吸收层扩散的问题，提供一种太阳能电池及其阻挡层。
一种太阳能电池的阻挡层，包括：
第一阻挡层，包括第一钼化合物，所述第一阻挡层覆盖于太阳能电池的衬底的表面；
第二阻挡层，包括铬、钛或氮化钛中的至少一种，覆盖于所述第一阻挡层远离所述衬底的表面；以及
第三阻挡层，包括第二钼化合物，覆盖于所述第二阻挡层，所述第二阻挡层设置于所述第一阻挡层和所述第三阻挡层之间，所述阻挡层位于所述太阳能电池的衬底和所述太阳能电池的背电极之间。
在其中一个实施例中，所述第一钼化合物为钼氧化物，所述第二钼化合物为钼氧化物。
在其中一个实施例中，所述第一钼化合物为钼氧化物，所述第二钼化合物为钼氮化物。
在其中一个实施例中，所述第一钼化合物为钼氮化物，所述第二钼化合物为钼氧化物。
在其中一个实施例中，所述第一钼化合物为钼氮化物，所述第二钼化合物为钼氮化物。
在其中一个实施例中，所述第一钼化合物和所述第二钼化合物均包括钼氧化物和钼氮化物，所述钼氧化物和所述钼氮化物层叠设置。
在其中一个实施例中，所述钼氧化物或所述钼氮化物的厚度为30nm-100nm。
在其中一个实施例中，所述第一阻挡层、所述第二阻挡层、所述第三阻挡层的总厚度为90nm-300nm。
在其中一个实施例中，所述第一阻挡层、所述第二阻挡层或所述第三阻挡层的厚度大于或等于30nm。
一种太阳能电池，包括上述实施例所述的阻挡层，还包括吸收层、缓冲层、顶电极，且依次层叠设置于所述背电极远离所述第三阻挡层的一侧。
上述太阳能电池的阻挡层，包括第一阻挡层、第二阻挡层以及第三阻挡层。通过所述第一阻挡层、所述第二阻挡层以及所述第三阻挡层可以形成多个界面，从而有效阻挡衬底中的杂质的扩散。第二阻挡层通过采用铬、钛或氮化钛，还可以减小电阻。在所述第一阻挡层和所述第三阻挡层使用所述第一钼化合物和所述第二钼化合物，可以增加阻挡效果，同时可以提升与所述衬底和所述背电极的结合力。
附图说明
图1为本申请一实施例提供的太阳能电池的结构示意图。
附图标记说明：
1 太阳能电池
10 阻挡层
11 钼氧化物
12 钼氮化物
100 衬底
200 第一阻挡层
300 第二阻挡层
400 第三阻挡层
500 背电极
600 吸收层
700 缓冲层
800 顶电极
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图1，本申请一实施例提供一种太阳能电池的阻挡层，包括第一阻挡层200、第二阻挡层300以及第三阻挡层400。所述第一阻挡层200覆盖于太阳能电池的衬底100的表面。所述第二阻挡层300包括铬、钛或氮化钛中的至少一种，覆盖于所述第一阻挡层200远离所述衬底的表面。所述第三阻挡层400包括第二钼化合物，覆盖于所述第二阻挡层300，所述第二阻挡层300设置于所述第一阻挡层200和所述第三阻挡层400之间。所述阻挡层位于所述太阳能电池的衬底100和所述太阳能电池的背电极500之间。
在一个实施例中，所述衬底100的材料可以为金属或合金，比如铝或钛。在一个实施例中，所述衬底100的材料可以为不锈钢。在一个实施例中，所述衬底100的材料可以为430不锈钢。因为430不锈钢具有耐腐蚀的特性，在后续的工艺过程中不易与其它元素或者溶液反应。另外，在衬底100上后续的镀膜工艺需要不同的温度，从室温到700℃以上，在这个过程中，要尽量避免已经镀上的薄膜在衬底热胀冷缩时发生龟裂。430不锈钢导热性能比奥氏体好，热膨胀系数比奥氏体小，耐热疲劳，是理想的镀膜衬底。且430不锈钢与所述第一钼化合物的结合力更好，不易脱落。
在一个实施例中，所述第一阻挡层200可以由一种材料制成，也可以由多种材料制成。所述第一阻挡层200与所述衬底100之间可以形成不同材料之间的界面。在制备所述太阳能电池1的过程中，随着温度的升高，所述衬底100中的Fe元素等杂质会慢慢向外扩散。通过设置所述第一阻挡层200、所述第二阻挡层300和所述第三阻挡层400与所述衬底100间形成了多个界面，而Fe元素等杂质进行跨界面扩散时需要跨过不同界面的势垒，因此可以有效阻挡Fe元素等杂质的扩散。
所述第二阻挡层300中的铬、钛或氮化钛对Fe元素的扩散具有良好的阻挡效果，同时设置所述第二阻挡层300还可以增加更多的界面，以进一步增加阻挡效果。同时，铬、钛或氮化钛都为金属，可以在增加更多界面的同时，减小电阻的增加。在一个实施例中，所述第二阻挡层300由铬制成，可以增加所述太阳能电池1的1％的光电转化率，并且铬的价格低于钛和氧化钛，有利于降低成本。在另一个实施例中，所述第二阻挡层300由钛或氮化钛制成。
所述第一钼化合物和所述第二钼化合物中可以包括钼的一种化合物，也可以包括多种钼的化合物。所述第一钼化合物可以提高与所述衬底100的结合力。所述第二钼化合物可以提高与所述背电极500的结合力。在一个实施例中，所述背电极500包括Mo元素，并覆盖于所述第三阻挡层400远离所述第二阻挡层300的表面。所述第二钼化合物与所述具有Mo元素的背电极500的结合力更强，从而可以提高所述太阳能电池1的稳定性和质量。所述第一钼化合物和所述第二钼化合物对衬底100中的Fe元素等杂质具有较好的阻挡作用。
在本实施例中，通过所述第一阻挡层200、所述第二阻挡层300以及所述第三阻挡层400可以形成多个界面，从而有效阻挡衬底100中的杂质的扩散。第二阻挡层300通过采用铬、钛或氮化钛，还可以减小电阻。在所述第一阻挡层200和所述第三阻挡层400使用所述第一钼化合物和所述第二钼化合物，可以增加阻挡效果，同时可以提升与所述衬底100和所述背电极500的结合力。
在一个实施例中，所述第一钼化合物可以为钼氧化物11，所述第二钼化合物可以为钼氧化物11。所述钼氧化物11可以由化学式MoOx表示。MoOx可以为钼的多种氧化物的混合体，比如MoO和MoO2的混合体。在一个实施例中，所述MoOx可以为MoO或MoO2。在本实施例中，所述阻挡层10具有至少三层结构，形成至少四层界面，对所述衬底100中的杂质扩散起阻挡作用。同时所述钼氧化物11可以提升与所述衬底100和所述背电极500的结合力。
在一个实施例中，所述第一钼化合物可以为钼氧化物11，所述第二钼化合物可以为钼氮化物12。所述钼氮化物12可以由化学式MoNx表示。所述MoNx可以为钼的多种氮化物的混合体，比如MoN和MoN2的混合体。在一个实施例中，所述MoNx可以为MoN或MoN2。在本实施例中，所述阻挡层10具有至少三层结构，形成至少四层界面，对所述衬底100中的杂质扩散起阻挡作用。同时所述钼氧化物11可以提升与所述衬底100的结合力。所述钼氮化物12可以提升与所述背电极500的结合力。
在一个实施例中，所述第一钼化合物可以为钼氮化物12，所述第二钼化合物可以为钼氧化物11。在本实施例中，所述阻挡层10具有至少三层结构，形成至少四层界面，对所述衬底100中的杂质扩散起阻挡作用。同时所述钼氮化物12可以提升与所述衬底100的结合力。所述钼氧化物11可以提升与所述背电极500的结合力。
在一个实施例中，所述第一钼化合物为钼氮化物12，所述第二钼化合物为钼氮化物12。在本实施例中，所述阻挡层10具有至少三层结构，形成至少四层界面，对所述衬底100中的杂质扩散起阻挡作用。同时所述钼氮化物12可以提升与所述衬底100和所述背电极500的结合力。
在一个实施例中，所述第一钼化合物和所述第二钼化合物均包括钼氧化物11和钼氮化物12，所述钼氧化物11和所述钼氮化物12层叠设置。所述钼氧化物11和所述钼氮化物12的层叠顺序不限。在本实施例中，所述阻挡层10具有至少五层结构，形成至少六层界面，对所述衬底100中的杂质扩散起阻挡作用。同时所述钼氮化物12或所述钼氧化物11可以提升与所述衬底100和所述背电极500的结合力。在一个实施例中，所述第一阻挡层200包括至少一层所述钼氧化物11和至少一层所述钼氮化物12，且所述钼氮化物12与所述钼氧化物11相邻层叠设置。
在一个实施例中，所述第一阻挡层200包括一层所述钼氧化物11和一层所述钼氮化物12，且所述钼氧化物11和所述钼氮化物12的叠加顺序不限。在一个实施例中，所述钼氧化物11设置于所述衬底100表面，所述钼氮化物12叠加于所述钼氧化物11表面。在一个实施例中，所述第一阻挡层200包括多层钼氧化物11和多层所述钼氮化物12层叠设置。且所述钼氧化物11或所述钼氮化物12只与不同于自身的材料接触，以形成更多的界面，增加阻挡效果。同时每多一层所述钼氧化物11或所述钼氮化物12都可以增加阻挡效果。
在一个实施例中，所述第三阻挡层400包括至少一层所述钼氧化物11和至少一层所述钼氮化物12，且所述钼氮化物12与所述钼氧化物11相邻层叠设置。
在一个实施例中，所述第三阻挡层400包括一层所述钼氧化物11和一层所述钼氮化物12，且所述钼氧化物11和所述钼氮化物12的叠加顺序不限。在一个实施例中，所述钼氧化物11设置于所述第二阻挡层300表面，所述钼氮化物12叠加于所述钼氧化物11表面并与所述背电极500接触。在一个实施例中，所述第三阻挡层400包括多层所述钼氧化物11和多层所述钼氮化物12交替层叠设置。且所述钼氧化物11或所述钼氮化物12只与不同于自身的材料接触，以形成更多的界面，增加阻挡效果。同时每多一层所述钼氧化物11或所述钼氮化物12都可以增加阻挡效果。在一个实施例中，所述第二阻挡层300包括多层阻挡结构，且每层阻挡结构的材料不同。在一个实施例中，所述第二阻挡层300包括一层铬和一层钛，所述铬层和所述钛层的层叠顺序不限。在一个实施例中，所述第二阻挡层300包括一层铬和一层氧化钛，所述铬层和所述氧化钛层的层叠顺序不限。在一个实施例中，所述第二阻挡层300包括一层钛和一层氧化钛，所述钛层和所述氧化钛层的层叠顺序不限。在一个实施例中，所述第二阻挡层300包括一层铬、一层钛和一层氧化钛，所述铬层、所述钛层和所述氧化钛层的层叠顺序不限。
在本实施例中，所述第二阻挡层300通过设置多层不同材料的阻挡结构，增加了多层界面，以进一步加强阻挡效果。同时铬、钛和氧化钛与所述钼氧化物11或所述钼氮化物12具有良好的结合力，并且也具备良好的阻挡效果和导电性，有利于降低电阻。
在一个实施例中，所述钼氧化物11或所述钼氮化物12的厚度为30nm-100nm。在一个实施例中，所述钼氧化物11或所述钼氮化物12的厚度为50nm-80nm。在一个实施例中，所述第二阻挡层300中包括多层阻挡结构，每层阻挡结构的材料不同，且每层阻挡结构的厚度为30nm-100nm。
可以理解，所述钼氧化物11或所述钼氮化物12或所述多层阻挡结构中每层阻挡结构的厚度若小于30nm，在工艺上由于存在工艺误差，可能会导致层级结构过薄，影响阻挡效果。若所述钼氧化物11或所述钼氮化物12或所述多层阻挡结构中每层阻挡结构的厚度设置超过100nm会导致所述第一阻挡层200、所述第二阻挡层300、所述第三阻挡层400的总厚度过厚，使电阻增大过多，影响电池效率。因此，将所述钼氧化物11或所述钼氮化物12或所述多层阻挡结构中每层阻挡结构的厚度设置于30nm-100nm之间，可以在提高阻挡效果的同时，减少电阻的增加，避免降低电池光电转化效率。
在一个实施例中，所述第一阻挡层200、所述第二阻挡层300、所述第三阻挡层400的总厚度为90nm-300nm。在一个实施例中，所述第一阻挡层200、所述第二阻挡层300、所述第三阻挡层400的总厚度为150nm-300nm。在一个实施例中，所述第一阻挡层200、所述第二阻挡层300、所述第三阻挡层400的总厚度为200nm-250nm。
可以理解，所述第一阻挡层200、所述第二阻挡层300、所述第三阻挡层400的总厚度若小于150nm，会导致层级结构过薄，影响阻挡效果。若所述第一阻挡层200、所述第二阻挡层300、所述第三阻挡层400的总厚度设置超过100nm会导致所述第一阻挡层200、所述第二阻挡层300、所述第三阻挡层400的总厚度过厚，使电阻增大过多，影响电池光电转化效率。因此，在本实施例中，将所述第一阻挡层200、所述第二阻挡层300、所述第三阻挡层400的总厚度设置于90nm-300nm之间，可以在提高阻挡效果的同时，减少电阻的增加，避免降低电池光电转化效率。
在一个实施例中，所述第一阻挡层200、所述第二阻挡层300或所述第三阻挡层400的厚度大于或等于30nm。
可以理解，所述第一阻挡层200、所述第二阻挡层300或所述第三阻挡层400的厚度若设置小于30nm。则由于工艺误差的存在，会导致阻挡层可能过薄，影响阻挡效果。因此，在本实施例中，将所述第一阻挡层200、所述第二阻挡层300或所述第三阻挡层400的厚度设置为大于或等于30nm，可以避免阻挡层过薄，影响阻挡效果的问题。
在一个实施例中，所述MoOx中x的取值范围可以为1-2。在一个实施例中，所述MoOx中x的取值范围可以为1.2-1.6。可以理解，制备所述MoOx时，可以控制所述MoOx中氧的含量，以使x的取值范围为1～2，即钼的氧化物在MoO与MoO2之间。在本实施例中，所述MoOx中x的取值范围在1-2之间，可以增加所述MoOx的阻挡效果，同时减少电阻的增加。
在一个实施例中，所述MoNx中x的取值范围为0.5-1。在一个实施例中，所述MoNx中x的取值范围可以为0.6-0.8。可以理解，制备所述MoNx时，可以控制所述MoNx中氮的含量，以使x的取值范围为0.5-1。在本实施例中，所述MoNx中x的取值范围在0.5-1之间，可以增加所述MoNx的阻挡效果，同时减少电阻的增加。
本申请还提供一种太阳能电池1，包括上述任一实施例所述的阻挡层10，还包括吸收层600、缓冲层700、顶电极800。且所述吸收层600、所述缓冲层700、所述顶电极800依次层叠设置于所述背电极500远离所述第三阻挡层400的一侧。在一个实施例中，所述吸收层600可以为铜铟镓硒(CIGS)材料。
本申请一实施例还提供一种太阳能电池1的制备方法，包括采用溅射方法，在惰性气体与氧气的混合气体氛围中沉积所述MoOx，所述惰性气体与氧气的混合气体中氧气的比例可以为10％-30％。在一个实施例中，所述溅射方法可以为磁控溅射、直流溅射或射频溅射等任意溅射方法。在一个实施例中，所述惰性气体可以为氩气。
在本实施例中，通过控制所述惰性气体与氧气的混合气体中氧气的比例为10％-30％，可以控制MoOx中O的含量，从而使所述MoOx既达到良好的阻挡效果，又能够减少电阻，进而增强电池转化效率。在另一实施例中，还可以通过其他制备方法控制MoOx中O的含量，比如蒸镀或化学气相沉积法。
在一个实施例中，所述惰性气体与氧气的混合气体中惰性气体与氧气的比例为5:1。在本实施例中，可以控制MoOx中O的含量，使MoOx的阻挡效果更好，同时MoOx的电阻更小。
本申请一实施例提供一种太阳能电池1的制备方法，包括采用溅射方法，在惰性气体与氮气的混合气体氛围中沉积所述MoNx，所述惰性气体与氮气的混合气体中氮气的比例为5％-15％。在一个实施例中，所述溅射方法可以为磁控溅射、直流溅射或射频溅射等任意溅射方法。在一个实施例中，所述惰性气体可以为氩气。在本实施例中，通过控制所述惰性气体与氮气的混合气体中氧气的比例为5％-15％，可以控制MoNx中N的含量，从而使所述MoOx既达到良好的阻挡效果，又能够减少电阻，进而增强电池转化效率。在另一实施例中，还可以通过其他制备方法控制MoNx中N的含量，比如蒸镀或化学气相沉积法。
在一个实施例中，所述惰性气体与氮气的混合气体中惰性气体与氮气的比例为10:1。在本实施例中，可以控制MoNx中N的含量，使MoNx的阻挡效果更好，同时MoNx的电阻更小。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种太阳能电池的阻挡层，其特征在于，包括：
第一阻挡层(200)，包括第一钼化合物，所述第一阻挡层(200)覆盖于太阳能电池的衬底(100)的表面；
第二阻挡层(300)，包括铬、钛或氮化钛中的至少一种，覆盖于所述第一阻挡层(200)远离所述衬底(100)的表面；以及
第三阻挡层(400)，包括第二钼化合物，覆盖于所述第二阻挡层(300)，所述第二阻挡层(300)设置于所述第一阻挡层(200)和所述第三阻挡层(400)之间，所述阻挡层位于所述太阳能电池的衬底(100)和所述太阳能电池的背电极(500)之间。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的阻挡层，其特征在于，所述第一钼化合物为钼氧化物(11)，所述第二钼化合物为钼氧化物(11)。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池的阻挡层，其特征在于，所述第一钼化合物为钼氧化物(11)，所述第二钼化合物为钼氮化物(12)。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池的阻挡层，其特征在于，所述第一钼化合物为钼氮化物(12)，所述第二钼化合物为钼氧化物(11)。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池的阻挡层，其特征在于，所述第一钼化合物为钼氮化物(12)，所述第二钼化合物为钼氮化物(12)。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池的阻挡层，其特征在于，所述第一钼化合物和所述第二钼化合物均包括钼氧化物(11)和钼氮化物(12)，所述钼氧化物(11)和所述钼氮化物(12)层叠设置。
7.根据权利要求2-6任一项所述的太阳能电池的阻挡层，其特征在于，所述钼氧化物(11)或所述钼氮化物(12)的厚度为30nm-100nm。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池的阻挡层，其特征在于，所述第一阻挡层(200)、所述第二阻挡层(300)、所述第三阻挡层(400)的总厚度为90nm-300nm。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池的阻挡层，其特征在于，所述第一阻挡层(200)、所述第二阻挡层(300)或所述第三阻挡层(400)的厚度大于或等于30nm。
10.一种太阳能电池，其特征在于，包括权利要求1所述的阻挡层(10)，还包括吸收层(600)、缓冲层(700)、顶电极(800)，且依次层叠设置于所述背电极(500)远离所述第三阻挡层(400)的一侧。
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