CN113130679A - 薄膜太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种薄膜太阳能电池及其制备方法，该薄膜太阳能电池包括依次叠层设置的衬底、背接触层、P型二硒化钼膜层、P型吸收层、N型缓冲层和窗口层。通过在背接触层与P型吸收层之间形成P型二硒化钼膜层，使得P型吸收层与P型二硒化钼膜层形成高低异质结，通过背场作用减少背电极处的载流子复合作用，提高电池转化效率。
Description
技术领域
本公开涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种薄膜太阳能电池及其制备方法。
背景技术
铜铟硒基薄膜太阳电池是指以铜铟硒CuInSe2薄膜、铜铟镓硒Cu(In,Ga)Se2薄膜、铜铟镓硒硫Cu(In,Ga)(Se,S)2薄膜中的一种或二种薄膜叠加为光学吸收层的太阳电池。该类太阳电池是公认的最具有发展和市场潜力的薄膜光伏技术，目前实验室最高光电转换效率已达到23.35％。
铜铟硒基薄膜太阳电池主要制造流程是在镀钼衬底上通过共蒸发法或其它方法制备铜铟硒基光学吸收层，然后再在吸收层上方制备缓冲层和窗口层。其中，背接触层和窗口层分别是太阳电池的背电极和前电极。吸收层通过吸收太阳光产生电子空穴对，空穴和电子分别漂移到太阳电池的背、前电极。但是在该太阳电池结构中，发生在电池背电极处的载流子复合作用将影响电池性能，降低电池转换效率。
发明内容
针对上述问题，本公开提供了一种薄膜太阳能电池及其制备方法，解决了现有技术中背电极处的载流子复合作用影响电池性能的技术问题。
第一方面，本公开提供一种薄膜太阳能电池，包括依次叠层设置的衬底、背接触层、P型二硒化钼膜层、P型吸收层、N型缓冲层和窗口层。
根据本公开的实施例，可选地，上述薄膜太阳能电池中，所述P型二硒化钼膜层的空穴浓度大于所述P型吸收层的空穴浓度。
根据本公开的实施例，可选地，上述薄膜太阳能电池中，所述P型二硒化钼膜层的空穴浓度比所述P型吸收层的空穴浓度大1至5个数量级。
根据本公开的实施例，可选地，上述薄膜太阳能电池中，所述P型二硒化钼膜层的厚度小于所述P型吸收层的厚度。
根据本公开的实施例，可选地，上述薄膜太阳能电池中，所述P型吸收层包括铜铟硒膜层、铜铟镓硒膜层和铜铟镓硒硫膜层中的至少一种。
根据本公开的实施例，可选地，上述薄膜太阳能电池中，所述衬底为刚性衬底或柔性衬底。
第二方面，本公开提供一种薄膜太阳能电池的制备方法，包括：
提供衬底；
在所述衬底上方形成背接触层；
在所述背接触层上方形成P型二硒化钼膜层；
在所述P型二硒化钼膜层上方形成P型吸收层；
在所述P型吸收层上方形成N型缓冲层；
在所述N型缓冲层上方形成窗口层。
根据本公开的实施例，可选地，上述薄膜太阳能电池的制备方法中，所述P型二硒化钼膜层的空穴浓度大于所述P型吸收层的空穴浓度。
根据本公开的实施例，可选地，上述薄膜太阳能电池的制备方法中，所述P型二硒化钼膜层的空穴浓度比所述P型吸收层的空穴浓度大1至5个数量级。
根据本公开的实施例，可选地，上述薄膜太阳能电池的制备方法中，所述P型二硒化钼膜层的厚度小于所述P型吸收层的厚度。
采用上述技术方案，至少能够达到如下技术效果：
本公开提供一种薄膜太阳能电池及其制备方法，该薄膜太阳能电池包括依次叠层设置的衬底、背接触层、P型二硒化钼膜层、P型吸收层、N型缓冲层和窗口层。通过在背接触层与P型吸收层之间形成P型二硒化钼膜层，使得P型吸收层与P型二硒化钼膜层形成高低异质结，通过背场作用减少背电极处的载流子复合作用，提高电池转化效率。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是本公开一示例性实施例示出的一种薄膜太阳能电池的剖面示意图；
图2是本公开一示例性实施例示出一种薄膜太阳能电池的制备方法流程示意图；
图3是本公开一示例性实施例示出一种薄膜太阳能电池的第一中间结构的剖面示意图；
图4是本公开一示例性实施例示出一种薄膜太阳能电池的第二中间结构的剖面示意图；
图5是本公开一示例性实施例示出一种薄膜太阳能电池的第三中间结构的剖面示意图；
图6是本公开一示例性实施例示出一种薄膜太阳能电池的第四中间结构的剖面示意图；
图7是本公开一示例性实施例示出另一种薄膜太阳能电池的制备方法流程示意图；
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，附图并未按照实际的比例绘制；
101-衬底；102-背接触层；103-P型二硒化钼膜层；104-P型吸收层；105-N型缓冲层；1051-硫化镉缓冲层；1052-本征氧化锌缓冲层；106-窗口层。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本公开的实施方式，借此对本公开如何应用技术手段来解决技术问题，并达到相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本公开实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本公开的保护范围之内。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应理解，尽管可使用术语“第一”、“第二”、“第三”等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本公开教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
应理解，空间关系术语例如“在...上方”、位于...上方”、“在...下方”、“位于...下方”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下方”的元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下方”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本公开的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
这里参考作为本公开的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述本公开的实施例。这样，可以预期由于例如制备技术和/或容差导致的从所示形状的变化。因此，本公开的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制备导致的形状偏差。
为了彻底理解本公开，将在下列的描述中提出详细的结构以及步骤，以便阐释本公开提出的技术方案。本公开的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本公开还可以具有其他实施方式。
实施例一
如图1所示，本公开实施例提供一种薄膜太阳能电池，包括衬底101、背接触层102、P型二硒化钼膜层103、P型吸收层104、N型缓冲层105和窗口层106。
衬底101可以为刚性衬底或柔性衬底，刚性衬底可以为钠钙玻璃，柔性衬底可以为聚酰亚胺。衬底101厚度约为3mm。
背接触层102位于衬底101上方，背接触层102的材料为钼，背接触层102的厚度为450nm，背接触层102为薄膜太阳能电池的背电极。
P型二硒化钼膜层103位于背接触层102上方，P型二硒化钼膜层103的厚度为100nm。
P型吸收层104位于P型二硒化钼膜层103的上方，P型吸收层104包括P型的铜铟硒膜层、铜铟镓硒膜层和铜铟镓硒硫膜层中的至少一种，厚度为2μm。
P型二硒化钼膜层103的厚度小于P型吸收层104的厚度。P型二硒化钼膜层103的空穴浓度大于P型吸收层104的空穴浓度。具体的，P型二硒化钼膜层103的空穴浓度比P型吸收层104的空穴浓度大1至5个数量级。高空穴浓度的P型二硒化钼膜层103与低空穴浓度的P型吸收层104形成高低异质结(P+/P)，该异质结的内建电场将促使光生电子向光吸收层方向漂移，减少背电极(背接触层102)周围光生载流子的复合，电池转化效率提高约2％。
具体的，P型二硒化钼膜层103的空穴浓度(NA)为1E18至1E20cm-3，P型吸收层104的空穴浓度(NA)为1E15至1E17cm-3。
N型缓冲层105位于P型吸收层104上方，N型缓冲层105包括位于P型吸收层104上的N型的硫化镉(CdS)缓冲层1051和位于硫化镉缓冲层上方的N型的本征氧化锌(iZnO)缓冲层1052。硫化镉缓冲层1051的厚度为50nm，本征氧化锌缓冲层1052的厚度为50nm至80nm。
窗口层106位于N型缓冲层105上方，窗口层106的材料为掺铝氧化锌(AZO)，厚度为200nm至800nm。窗口层106为薄膜太阳能电池的前电极。
本公开实施例提供一种薄膜太阳能电池，该薄膜太阳能电池包括依次叠层设置的衬底101、背接触层102、P型二硒化钼膜层103、P型吸收层104、N型缓冲层105和窗口层106。通过在背接触层102与P型吸收层104之间形成P型二硒化钼膜层103，使得P型吸收层104与P型二硒化钼膜层103形成高低异质结，通过背场作用减少背电极处的载流子复合作用，提高电池转化效率。
实施例二
在实施例一的基础上，本实施例提供一种薄膜太阳能电池的制备方法。图2是本公开实施例示出的一种薄膜太阳能电池的制备方法流程示意图。
如图2所示，本实施例的薄膜太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤S101：提供衬底101。
本实施例中，衬底101为3mm厚的钠钙玻璃，玻璃衬底用于在其上沉积薄膜太阳能电池的功能膜层。
步骤S102：如图3所示，在衬底101上方形成背接触层102。
具体的，采用磁控溅射的方法，在衬底101上方形成背接触层102。
背接触层102位于衬底101上方，背接触层102的材料为钼，背接触层102的厚度为450nm，背接触层102为薄膜太阳能电池的背电极。
步骤S103：如图4所示，在背接触层102上方形成P型二硒化钼膜层103。
具体的，采用化学气相沉积的方法，在背接触层102上方形成P型二硒化钼膜层103。
P型二硒化钼膜层103位于背接触层102上方，P型二硒化钼膜层103的厚度为100nm。
通过优化制备工艺，控制二硒化钼膜层的掺杂水平，使得P型二硒化钼膜层103的空穴浓度(NA)为1E18至1E20cm-3。
步骤S104：如图5所示，在P型二硒化钼膜层103上方形成P型吸收层104。
具体的，采用共蒸发的方法，在P型二硒化钼膜层103上方形成P型吸收层104。
P型吸收层104位于P型二硒化钼膜层103的上方，P型吸收层104包括P型的铜铟硒膜层、铜铟镓硒膜层和铜铟镓硒硫膜层中的至少一种，厚度为2μm。
通过控制Cu/(In+Ga)参数，实现P型吸收层104的空穴浓度(NA)为1E15至1E17cm-3。
P型二硒化钼膜层103的空穴浓度比P型吸收层104的空穴浓度大1至5个数量级。高空穴浓度的P型二硒化钼膜层103与低空穴浓度的P型吸收层104形成高低异质结(P+/P)，该异质结的内建电场将促使光生电子向光吸收层方向漂移，减少背电极(背接触层102)周围光生载流子的复合，电池转化效率提高约2％。
步骤S105：如图6所示，在P型吸收层104上方形成N型缓冲层105。
N型缓冲层105包括位于P型吸收层104上的N型的硫化镉(CdS)缓冲层1051和位于硫化镉缓冲层1051上方的N型的本征氧化锌(iZnO)缓冲层1052。
具体的，步骤S105具体包括以下步骤：
S105a：采用化学水浴的方法在P型吸收层104上方形成N型的硫化镉缓冲层1051；
S105b：采用磁控溅射的方法在硫化镉缓冲层1051上方形成N型的本征氧化锌缓冲层1052。
硫化镉缓冲层1051的厚度为50nm，本征氧化锌缓冲层1052的厚度为50nm至80nm。
步骤S106：在N型缓冲层105上方形成窗口层106。
具体的，采用磁控溅射的方法在N型缓冲层105上方形成窗口层106。
窗口层106位于N型缓冲层105上方，窗口层106的材料为掺铝氧化锌(AZO)，厚度为200nm至800nm。窗口层106为薄膜太阳能电池的前电极。
本公开提供一种薄膜太阳能电池的制备方法，通过在背接触层102与P型吸收层104之间形成P型二硒化钼膜层103，使得P型吸收层104与P型二硒化钼膜层103形成高低异质结，通过背场作用减少背电极处的载流子复合作用，提高电池转化效率。
实施例三
在实施例一的基础上，本实施例提供另一种薄膜太阳能电池的制备方法。图7是本公开实施例示出的另一种薄膜太阳能电池的制备方法流程示意图。
如图7所示，本实施例的薄膜太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤S201：提供衬底101。
本实施例中，衬底101为聚酰亚胺，但通常，由于聚酰亚胺是柔性材料，所以需要将聚酰亚胺涂覆在刚性基板(如玻璃基板上)，然后在后续太阳能电池的功能膜层形成之后，再将刚性基板剥离，从而形成柔性的薄膜太阳能电池。
步骤S202：在衬底101上方形成背接触层102。
具体的，采用磁控溅射的方法，在衬底101上方形成背接触层102。
背接触层102位于衬底101上方，背接触层102的材料为钼，背接触层102的厚度为450nm，背接触层102为薄膜太阳能电池的背电极。
步骤S203：在背接触层102上方形成P型二硒化钼膜层103。
具体的，采用磁控溅射的方法，在背接触层102上方形成P型二硒化钼膜层103。
P型二硒化钼膜层103位于背接触层102上方，P型二硒化钼膜层103的厚度为100nm。
P型二硒化钼膜层103的掺杂水平由靶材确定，通过对应的靶材进行磁控溅射，使得形成的P型二硒化钼膜层103的空穴浓度(NA)为1E18至1E20cm-3。
步骤S204：在P型二硒化钼膜层103上方形成P型吸收层104。
具体的，采用磁控溅射的方法，在P型二硒化钼膜层103上方形成P型吸收层104。
P型吸收层104位于P型二硒化钼膜层103的上方，P型吸收层104包括P型的铜铟硒膜层、铜铟镓硒膜层和铜铟镓硒硫膜层中的至少一种，厚度为2μm。
同样的，P型吸收层104的掺杂水平由靶材确定，通过对应的靶材进行磁控溅射，使得形成的P型吸收层104的空穴浓度(NA)为1E15至1E17cm-3。
P型二硒化钼膜层103的空穴浓度比P型吸收层104的空穴浓度大1至5个数量级。高空穴浓度的P型二硒化钼膜层103与低空穴浓度的P型吸收层104形成高低异质结(P+/P)，该异质结的内建电场将促使光生电子向光吸收层方向漂移，减少背电极(背接触层102)周围光生载流子的复合，电池转化效率提高约2％。
步骤S205：在P型吸收层104上方形成N型缓冲层105。
N型缓冲层105包括位于P型吸收层104上的N型的硫化镉(CdS)缓冲层1051和位于硫化镉缓冲层上方的N型的本征氧化锌(iZnO)缓冲层1052。
具体的，步骤S205具体包括以下步骤：
S205a：采用磁控溅射的方法在P型吸收层104上方形成N型的硫化镉缓冲层1051；
S205b：采用磁控溅射的方法在硫化镉缓冲层1051上方形成N型的本征氧化锌缓冲层1052。
硫化镉缓冲层1051的厚度为50nm，本征氧化锌缓冲层1052的厚度为50nm至80nm。
步骤S206：在N型缓冲层105上方形成窗口层106。
具体的，采用磁控溅射的方法在N型缓冲层105上方形成窗口层106。
窗口层106位于N型缓冲层105上方，窗口层106的材料为掺铝氧化锌(AZO)，厚度为200nm至800nm。窗口层106为薄膜太阳能电池的前电极。
本公开提供一种薄膜太阳能电池的制备方法，通过在背接触层102与P型吸收层104之间形成P型二硒化钼膜层103，使得P型吸收层104与P型二硒化钼膜层103形成高低异质结，通过背场作用减少背电极处的载流子复合作用，提高电池转化效率。
以上仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。虽然本公开所公开的实施方式如上，但的内容只是为了便于理解本公开而采用的实施方式，并非用以限定本公开。任何本公开所属技术领域内的技术人员，在不脱离本公开所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本公开的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种薄膜太阳能电池，其特征在于，包括依次叠层设置的衬底、背接触层、P型二硒化钼膜层、P型吸收层、N型缓冲层和窗口层。
2.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述P型二硒化钼膜层的空穴浓度大于所述P型吸收层的空穴浓度。
3.根据权利要求2所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述P型二硒化钼膜层的空穴浓度比所述P型吸收层的空穴浓度大1至5个数量级。
4.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述P型二硒化钼膜层的厚度小于所述P型吸收层的厚度。
5.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述P型吸收层包括铜铟硒膜层、铜铟镓硒膜层和铜铟镓硒硫膜层中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述衬底为刚性衬底或柔性衬底。
7.一种薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
在所述衬底上方形成背接触层；
在所述背接触层上方形成P型二硒化钼膜层；
在所述P型二硒化钼膜层上方形成P型吸收层；
在所述P型吸收层上方形成N型缓冲层；
在所述N型缓冲层上方形成窗口层。
8.根据权利要求7所述的薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述P型二硒化钼膜层的空穴浓度大于所述P型吸收层的空穴浓度。
9.根据权利要求8所述的薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述P型二硒化钼膜层的空穴浓度比所述P型吸收层的空穴浓度大1至5个数量级。
10.根据权利要求7所述的薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述P型二硒化钼膜层的厚度小于所述P型吸收层的厚度。
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| CN103811563A (zh) * | 2012-11-15 | 2014-05-21 | 台积太阳能股份有限公司 | 太阳能电池中的具有可控厚度的硒化钼子层及其形成方法 |
| CN105047750A (zh) * | 2014-10-10 | 2015-11-11 | 广东汉能薄膜太阳能有限公司 | 一种提高薄膜太阳能电池转换效率的方法 |
| CN106024937A (zh) * | 2016-06-23 | 2016-10-12 | 盐城普兰特新能源有限公司 | 一种cigs基薄膜太阳能电池及其制备方法 |
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2021
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| Title |
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