CN114207842A - 用于制造无机薄膜太阳能电池装置的方法和无机薄膜太阳能电池装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及形成无机薄膜太阳能电池装置的方法，无机薄膜太阳能电池装置含至少一个无机薄膜太阳能电池，其包括第一电极、无机多晶光敏层和第二电极，无机多晶光敏层置于第一与第二电极间。所述方法包括：形成第一电极；在第一电极上形成无机多晶光敏层；将具有分散磁性纳米颗粒的聚合物溶液沉积到无机多晶光敏层上；施加外部磁场；热退火处理；清洁；在经处理无机多晶光敏层上形成第二电极。还涉及无机薄膜太阳能电池装置，含至少一个无机薄膜太阳能电池，其包括第一电极、无机多晶光敏层和第二电极，无机多晶光敏层置于第一与第二电极间且含多个晶界。所述多个晶界的至少一部分含处于聚合物基质内且基本在相同方向上磁性对准的磁性纳米颗粒。

Description

用于制造无机薄膜太阳能电池装置的方法和无机薄膜太阳能 电池装置
技术领域
本申请涉及一种用于制造无机薄膜太阳能电池装置的方法以及具有提高的装置效率的无机薄膜太阳能电池装置。具体地，本发明描述了一种具有改进的太阳能电池效率的包括第一电极、无机多晶光敏层和第二电极的薄膜太阳能电池装置。
背景技术
无机薄膜太阳能电池通常包括第一电极、至少一个无机多晶光敏层和第二电极。薄膜太阳能电池装置可以包含位于电极层与无机光敏层之间的一个或多个缓冲层。在薄膜太阳能电池中，面向阳光的电极通常由透明材料制成，以使阳光能够进入到无机多晶光敏层中。薄膜太阳能电池的第一电极和第二电极用作用于对产生的电荷载流子进行放电的接触电极。透明导电氧化物(TCO)主要用作如薄膜太阳能电池、触摸屏或液晶显示器等薄膜装置中的透明导电电极。常用的TCO为氧化铟锡(ITO)和氧化氟锡(FTO)、铝掺杂的氧化锌(AZO)或其它掺杂或未掺杂的二元或三元氧化物。在大多数情况下，至少一个无机光敏层是无机光敏材料的至少一个多晶层，所述无机光敏材料是众所周知的，如碲化镉(CdTe)、硫化镉(CdS)、CdTe中包含作为掺杂剂或合金的合适元素的任何其它CdTe吸收剂衍生物(CdZnTe、CdTe:Se等)、铜铟镓硒硫(CIGSS)。
由于在至少一个无机多晶光敏层内存在的晶界，电荷载流子复合是薄膜太阳能电池中的已知效应。电荷载流子的复合减少了电荷载流子的数量，降低了薄膜太阳能电池的开路电压和效率。
用于减少由于多晶光敏层中晶界引起的电荷载流子复合的方法包含增加晶粒尺寸以减少晶界数量或者使晶界钝化。用于使晶界钝化的已知方法是在不同气氛中进行退火步骤，例如在多晶硅光敏层中加入氢原子或在CIGS光敏层中加入钠原子。对于CdTe薄膜太阳能电池，讨论了用作晶界钝化步骤的CdCl2激活步骤。
发明内容
本发明的目的是提供用于减少无机薄膜太阳能电池装置中由于晶界引起的电荷载流子复合的负面影响的另外的方法，以及具有至少一个具有钝化的晶界的无机多晶光敏层的无机薄膜太阳能电池装置。
所述目的通过形成无机薄膜太阳能电池装置的方法和根据独立权利要求的无机薄膜太阳能电池装置来实现，从属子权利要求中公开了有利的实施例。
根据本发明，一种形成无机薄膜太阳能电池装置的方法包括以下过程步骤：
a)形成第一电极，
b)在所述第一电极上形成无机多晶光敏层，
c)将具有分散磁性纳米颗粒的聚合物溶液沉积到所述无机多晶光敏层上，
d)施加外部磁场，
e)执行热退火处理，
f)执行清洁步骤，以及
g)在经处理的无机多晶光敏层上形成第二电极。
所述无机薄膜太阳能电池装置包括至少一个无机薄膜太阳能电池，其中所述无机薄膜太阳能电池包括第一电极、无机多晶光敏层和第二电极，其中所述无机多晶光敏层布置在所述第一电极与所述第二电极之间。
所述无机薄膜太阳能电池装置可以是与所使用的无机多晶光敏层的类型无关的无机薄膜太阳能电池装置，其中单独的无机薄膜太阳能电池在包括多个无机薄膜太阳能电池的薄膜太阳能模块内串联和/或并联连接。
所述无机薄膜太阳能电池装置可以是多结薄膜太阳能电池。多结薄膜太阳能电池包括两个或更多个彼此上下堆叠的薄膜太阳能电池或光敏层。
在步骤a)和g)中，形成第一电极和第二电极。所述第一电极和所述第二电极可以由相同的导电材料或不同的导电材料构成。导电材料可以是任何导电材料，如金属、金属合金、导电氧化物或其组合。每个电极可以是单层，但也可以是层堆叠，所述层堆叠包括导电层、半导电缓冲层、合适的元素扩散阻挡层和/或高阻缓冲层。在一实施例中，第一电极和第二电极中的一个电极由透明导电材料制成。优选地，所述透明导电材料包括透明导电氧化物(TCO)，并且可以是技术人员已知的任何透明导电氧化物，例如氧化铟锡(ITO)、铝掺杂的氧化锌(AZO)或任何其它掺杂或未掺杂的二元或三元氧化物。在另外的实施例中，第一电极和第二电极中的另一个电极由金属或金属合金，例如钼、镍或铬制成。
第一电极和第二电极以及无机多晶光敏层可以通过技术人员已知的各种涂覆技术，例如通过如溅射或蒸发工艺等物理气相沉积(PVD)工艺和/或化学气相沉积(CVD)工艺而沉积在整个基材表面之上。
在步骤b)中，在第一电极上，即在第一电极与第二电极之间形成无机多晶光敏层。所述无机多晶光敏层可以由任何无机多晶半导体材料构成，所述材料将入射光转化为电能并且因此适合于在无机薄膜太阳能电池中使用。无机多晶光敏材料可以是：薄膜硅，包含微晶或多晶硅；III-V族半导体，如砷化镓；II-VI族半导体，如碲化镉；I-III-VI族半导体，如铜铟镓硒；或其组合。无机多晶光敏层还可以是不同无机多晶光敏材料的层堆叠。无机多晶光敏层还可以是至少一种无机多晶光敏材料与至少一种无机非晶光敏材料(如非晶硅)组合的层堆叠。
在优选实施例中，在步骤b)中形成低温无机多晶光敏层。有利地，在降低的基材温度下形成低温无机多晶光敏层并且减少了对基材和已经提供在基材上的所有层的损坏。众所周知，此类低温无机多晶光敏层表现出大量的小晶粒和晶界。例如，CdTe层是在介于250℃与300℃之间的基材温度下形成的。
在步骤c)中，将具有分散磁性纳米颗粒的聚合物溶液沉积到无机多晶光敏层上。具有分散磁性纳米颗粒的聚合物溶液意指单体于溶剂中的溶液和分散磁性纳米颗粒。单体意指可以进行聚合，从而为聚合物的基本结构贡献结构单元的分子。聚合物溶液内的单体可以是一种类型的单体或不同类型单体的混合物。在一实施例中，所述单体选自：芳香族单体，如基于苯乙烯的单体；或基于丙烯酸酯的单体，如基于甲基丙烯酸甲酯的单体或基于丙烯酸的单体；或乙烯基单体；或酯单体；或其组合。
所述溶剂可以是适用于具体单体或不同类型单体的混合物的任何溶剂。示例性溶剂是水、二氯甲烷、氯仿或甲苯。所述溶剂通常含有反应催化剂和/或表面活性剂。反应催化剂是众所周知的化合物，所述化合物适合于引发或增强聚合物溶液内单体的聚合。示例性反应催化剂是基于吡啶的试剂、基于乙二醇的试剂、基于过氧化物的试剂或其组合。表面活性剂是众所周知的化合物，所述化合物可用于减少分子团聚和簇形成并且适用于产生乳液并使分子能够分散在溶液中。示例性表面活性剂是硅酮、磺酸盐衍生物、马来酸衍生物、油酸衍生物或磷酸衍生物或其组合。本领域技术人员已知可以使用哪种类型的催化剂和/或表面活性剂。
在另外的实施例中，在步骤c)中，将含有单体的聚合物溶液沉积到无机多晶光敏层上，这些单体适合在聚合后形成导电聚合物。导电聚合物的实例包括含硫芳香族环聚合物(例如由基于噻吩的单体聚合形成的聚噻吩)、或聚(对亚苯基亚乙烯基)、聚乙炔、聚(对亚苯基)、聚(吡咯)、或聚苯胺。本领域技术人员已知哪种单体形成导电聚合物。有利地，聚合后导电聚合物的电导率的范围为1S*cm-1到102S*cm-1。
磁性纳米颗粒意指可以受磁场影响的任何合适的纳米颗粒，如金属、金属合金、金属氧化物、稀土合金或铁氧体，每种都包括如镍、铁和/或钴等金属。聚合物溶液内的磁性纳米颗粒可以是一种类型的磁性纳米颗粒或不同类型磁性纳米颗粒的混合物。示例性磁性纳米颗粒是基于Fe的纳米颗粒、基于Co的纳米颗粒、基于Ni的纳米颗粒、基于Dy的纳米颗粒、基于Ho的纳米颗粒、基于Sr的纳米颗粒、基于Y的纳米颗粒、基于Ba的纳米颗粒、基于FeO的纳米颗粒、基于CoO的纳米颗粒、基于NiO的纳米颗粒、基于Fe3O4的纳米颗粒、基于y-Fe2O3的纳米颗粒、基于FePt的纳米颗粒、基于CoFe2O4的纳米颗粒或其组合。磁性纳米颗粒可以是单金属核纳米颗粒、多金属核纳米颗粒、无机或有机壳包覆纳米颗粒或具有功能化表面的磁性纳米颗粒。纳米颗粒意指直径介于1nm与100nm之间的颗粒，优选地直径介于1nm到20nm之间的颗粒。
在一实施例中，将磁性纳米颗粒相对于聚合物溶液内的单体的重量比在0.1wt％到30wt％范围内的聚合物溶液沉积到无机多晶光敏层上。优选地，将磁性纳米颗粒相对于聚合物溶液内的单体的重量比在0.1wt％到5wt％范围内的聚合物溶液沉积到无机多晶光敏层上。
在一实施例中，将单体重量比在0.1wt％到30wt％范围内，优选地在0.1wt％到5wt％范围内的聚合物溶液沉积到无机多晶光敏层上。
聚合物溶液可以通过本领域已知的任何方法沉积。在优选实施例中，聚合物溶液通过化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、旋涂、化学气相传输、金属有机化学气相沉积、化学浴沉积、喷涂、浸涂、朗缪尔-布洛节塔技术(Langmuir-Blodgett-technique)、滴铸或丝网印刷来沉积。
有利地，将聚合物溶液沉积到无机多晶光敏层上使磁性纳米颗粒和单体在晶界内，即在无机多晶光敏层的晶粒之间积累。
此外，有利地，由于聚合物溶液的液体性质，可以填充无机多晶光敏层的整个厚度中的晶界。
在步骤d)中，施加外部磁场。在一实施例中，施加磁通量密度为1μT到2T的外部磁场。在另外的实施例中，外部磁场由永磁体或电磁体施加，优选地由电磁体施加。有利地，电磁体易于调节到所需的磁通量密度值。在另外的实施例中，施加外部磁场的时间为5分钟到60分钟。施加外部磁场的时间段取决于施加的外部磁场的磁通量密度。高磁通量密度与短时间段有关。
有利地，在无机多晶光敏层的层平面内或层平面外的方向上施加外部磁场。因此，无机多晶光敏层的晶界内的磁性纳米颗粒将在施加的外部磁场的方向上对准。
在步骤e)中，执行热退火处理。在一实施例中，所述热退火处理在介于100℃与300℃之间的温度下执行。有利地，根据聚合物溶液内的溶剂类型、单体类型和催化剂和/或表面活性剂的类型来选择执行热退火处理时的温度。例如，如果聚合物溶液内的单体为聚苯胺，则在100℃到150℃下执行热退火处理是有利的。在另外的实施例中，热退火处理在烘箱或炉中执行。在另一个实施例中，热退火处理的时间为5分钟到60分钟。有利地，热退火处理能够使聚合物溶液内的单体聚合，并且在无机多晶光敏层的晶界内形成具有嵌入的磁性纳米颗粒的聚合物基质。
具有分散磁性纳米颗粒的聚合物溶液以及聚合后所得聚合物的磁性可以通过本领域众所周知的量热法、SQUID和VSM技术来测量。
在步骤f)中，执行清洁步骤。在一实施例中，清洁步骤通过湿化学清洁和/或机械清洁来执行。在另一个实施例中，可以使用溶剂执行湿化学清洁步骤。所述溶剂可以与聚合物溶液内使用的溶剂相同或不同。优选地，清洁步骤通过使用聚合物溶液内使用的相同溶剂的湿化学清洁来执行。有利地，所述溶剂容易溶解未聚合的单体。在另一个实施例中，清洁步骤通过使用溶剂的湿化学清洁步骤和如机械抛光等机械清洁步骤来执行。还可以通过使用有机酸来执行湿化学清洁步骤。
有利地，清洁步骤从无机光敏层去除聚合物溶液的未聚合残留物并且不损坏无机多晶光敏层。此外，有利地，不损坏在步骤e)中形成的晶界内的聚合物基质。
在一实施例中，一种形成呈顶衬结构的无机薄膜太阳能电池装置的方法包括以下步骤：步骤a)在合适的基材上形成由透明电极组成的第一电极；步骤b)在所述第一电极上形成无机多晶光敏层；步骤c)将具有分散磁性纳米颗粒的聚合物溶液沉积在第一光敏层上；步骤d)施加外部磁场；步骤e)执行热退火处理；步骤f)执行清洁步骤；以及最后的步骤g)在经处理的无机多晶光敏层上形成由金属电极组成的第二电极。
在另一个实施例中，一种形成呈衬底结构的无机薄膜太阳能电池装置的方法包括以下步骤：其中步骤a)在合适的基材上形成由金属电极组成的第一电极；步骤b)在所述第一电极上形成无机多晶光敏层；步骤c)将具有分散磁性纳米颗粒的聚合物溶液沉积在所述无机多晶光敏层上；步骤d)施加外部磁场；步骤e)执行热退火处理；步骤f)执行清洁步骤；以及最后的步骤g)在经处理的无机多晶光敏层上形成由透明电极组成的第二电极。
用于无机薄膜太阳能电池装置的合适基材可以是技术人员已知的任何基材，例如玻璃基材或箔基材，如金属或聚合物箔或片材。
有利地，在如上所述形成的无机薄膜太阳能电池装置中，建立了内部磁场，所述内部磁场将产生的电荷载流子限制在无机多晶光敏层的晶粒内。因此，减少了电荷载流子复合并延长了电荷载流子的寿命，使得根据所要求保护的方法形成的无机薄膜太阳能电池装置表现出改进的装置效率。步骤b)、c)、d)、e)、f)、g)在步骤a)之后执行，优选地直接在步骤a)之后执行。步骤c)、d)、e)、f)在步骤b)之后执行。步骤d)、e)、f)必须在步骤c)之后执行，因为其分别涉及聚合物溶液或由聚合物溶液产生的聚合基质。步骤d)和e)可以彼此以任何顺序执行，并且如果在步骤f)和g)之前执行，则步骤d)和e)还可以同时执行。此外，步骤d)甚至可以在步骤g)之后执行，即在装置完成之后执行。步骤f)在步骤e)之后执行，更优选地直接在步骤e)之后执行。在具体实施例中，步骤c)、d)、e)、f)彼此直接跟随。在另外的具体实施例中，步骤c)、d)、e)、f)可以直接在步骤b)之后执行。在具体实施例中，步骤a)到g)按字母顺序执行。
如果在步骤b)中，无机多晶光敏层被形成为不同无机多晶光敏材料的层堆叠或者被形成为至少一种无机多晶光敏材料与无机非晶光敏材料组合的层堆叠，则步骤c)、d)、e)、f)优选地在形成无机多晶光敏材料的每一层之后执行。
在将无机多晶光敏层形成为层堆叠的情况下，有利地，在步骤c)中将相同或不同的聚合物溶液沉积到层堆叠内的无机多晶光敏层中的每一层上。有利地，在步骤d)中，针对层堆叠内的无机多晶光敏层中的每一层施加具有相同或不同磁通量密度的外部磁场和/或经相同或不同时间段施加外部磁场。有利地，在步骤e)中，针对层堆叠内的无机多晶光敏层中的每一层在相同或不同温度下和/或经相同或不同时间段执行热退火处理。在一些实施例中，磁性处理(即步骤d))和/或热退火处理(即步骤e))可以仅针对沉积的所有聚合物层执行一次。
形成无机薄膜太阳能电池装置的方法可以包括另外的化学和/或热处理步骤。例如，众所周知的另外的化学处理步骤是将CdCl2溶液施加到CdTe多晶光敏层上。此类另外的化学处理步骤可以在步骤b)之后且步骤c)之前或者在步骤c)之后执行。在另外的化学处理步骤的情况下，有利地，形成无机薄膜太阳能电池装置的方法还包括另外的清洁步骤。所述另外的清洁步骤可以在执行所述另外的化学处理步骤之后执行。优选地，另外的清洁步骤与步骤f)同时执行，使用与步骤f)中相同的清洁剂或添加另外的清洁剂。进一步地，在CdTe多晶光敏层上使用CdCl2溶液的化学处理步骤之后通常是热处理步骤，通常是在300℃以上的热处理步骤。其它众所周知的另外的热处理步骤是在不同气氛中的热处理步骤，例如在含氢气氛中的用于将氢原子引入多晶硅光敏层中的热处理步骤。另一个众所周知的另外的热处理步骤是例如在含氯气氛中的CdTe多晶光敏层热处理步骤。这些另外的热处理步骤可以在步骤b)之后且步骤d)之前或之后或同时进行。另外的热处理步骤可以在步骤e)之前或之后或同时执行，优选地与步骤e)同时执行。与步骤e)同时执行另外的热处理步骤有利地节省了过程步骤、时间和成本。然而，如果聚合物溶液或由聚合物溶液产生的聚合基质不能承受另外的化学和/或热处理步骤中使用的温度，则此另外的步骤应该在步骤c)之前执行。
有利地，施加外部磁场将无机多晶光敏层的晶界内的磁性纳米颗粒在外部磁场的方向上对准。此外，有利地，在步骤e)中施加温度使得单体的溶液聚合固定磁性纳米颗粒。此外，施加的温度可去除溶剂。
本发明还提供了无机薄膜太阳能电池装置，其优选地通过本发明的方法形成。
根据本发明，无机薄膜太阳能电池装置包括至少一个无机薄膜太阳能电池。所述无机薄膜太阳能电池包括第一电极、无机多晶光敏层和第二电极，其中所述无机多晶光敏层布置在所述第一电极与所述第二电极之间。所述无机多晶光敏层包括多个晶界，其中所述无机多晶光敏层的所述多个晶界中的至少一部分含有处于聚合物基质内的磁性纳米颗粒，并且所述磁性纳米颗粒基本上在相同方向上磁性对准。
结果，根据本发明的无机薄膜太阳能电池装置表现出内部磁场，所述内部磁场将产生的电荷载流子限制在无机多晶光敏层的晶粒内。无机薄膜太阳能电池装置的内部磁场可以通过众所周知的量热法、SQUID和VSM技术来测量。
在优选实施例中，无机多晶光敏层是低温无机多晶光敏层。低温无机多晶光敏层是众所周知的，并且根据具体的无机多晶光敏层表现出大量的小晶粒和晶界。低温无机多晶光敏层的一个实例是在250℃和300℃之间的降低的基材温度下形成的、晶粒尺寸在0.2μm到0.3μm范围内的低温CdTe层。
在一实施例中，无机薄膜太阳能电池装置内的所得内部磁场达到1mT到100mT的磁通量密度。半导体材料中的此类内部磁场已经能够使电荷载流子漂移并将其排斥到无机多晶光敏层的晶粒中。
此外，有利地，产生的电荷载流子表现出延长的寿命和降低的复合率，从而使装置效率提高。
多晶光敏层的多个晶界中的至少一部分意指晶界的大部分。
基本上在相同方向上磁性对准意味着无机光敏层的晶界内的大多数磁性纳米颗粒在相同方向上磁性对准。由此，在单独晶粒内建立的内部磁场主要在相同方向上朝向。在一实施例中，磁性纳米颗粒磁性对准的方向是在形成无机薄膜装置的本发明方法中施加的外部磁场的方向。
处于聚合物基质内意指磁性纳米颗粒嵌入在无机光敏层的晶界内的聚合物材料中。有利地，聚合物材料固定磁性纳米颗粒，从而防止磁性纳米颗粒进一步扩散。
无机多晶光敏层可以是单个无机多晶光敏层、或不同无机多晶光敏材料的层堆叠、或至少一种无机多晶光敏材料与至少一种无机非晶光敏材料组合的层堆叠。有利的是，层堆叠内的每个无机多晶光敏层的晶界中的至少一部分含有处于聚合物基质内的磁性纳米颗粒。
磁性纳米颗粒意指可以受磁场影响的任何合适的纳米颗粒，如金属、金属合金、金属氧化物、稀土合金或铁氧体，每种都包括如镍、铁和/或钴等金属。磁性纳米颗粒可以是一种类型的磁性纳米颗粒或不同类型磁性纳米颗粒的混合物。示例性磁性纳米颗粒是基于Fe的纳米颗粒、基于Co的纳米颗粒、基于Ni的纳米颗粒、基于Dy的纳米颗粒、基于Ho的纳米颗粒、基于Sr的纳米颗粒、基于Y的纳米颗粒、基于Ba的纳米颗粒、基于FeO的纳米颗粒、基于CoO的纳米颗粒、基于NiO的纳米颗粒、基于Fe3O4的纳米颗粒、基于y-Fe2O3的纳米颗粒、基于FePt的纳米颗粒、基于CoFe2O4的纳米颗粒或其组合。磁性纳米颗粒可以是单金属核纳米颗粒、多金属核纳米颗粒、无机或有机壳包覆纳米颗粒或具有功能化表面的磁性纳米颗粒。纳米颗粒意指直径介于1nm与100nm之间的颗粒，优选地直径介于1nm到20nm之间的颗粒。
在一实施例中，磁性纳米颗粒选自基于Fe的纳米颗粒、基于Co的纳米颗粒、基于Ni的纳米颗粒、基于Dy的纳米颗粒、基于Ho的纳米颗粒、基于Sr的纳米颗粒、基于Y的纳米颗粒、基于Ba的纳米颗粒、基于FeO的纳米颗粒、基于CoO的纳米颗粒、基于NiO的纳米颗粒、基于Fe3O4的纳米颗粒、基于y-Fe2O3的纳米颗粒、基于FePt的纳米颗粒、基于CoFe2O4的纳米颗粒或其组合。有利地，这些纳米颗粒中的许多已经是可商购获得的。
在另外的实施例中，磁性纳米颗粒的直径尺寸为1nm到100nm。有利地，此尺寸范围内的磁性纳米颗粒易于并入无机多晶光敏层的晶界中。
聚合物基质意指对无机薄膜太阳能电池装置的电性能没有负面影响的任何种类的聚合物或聚合物共混物。在一实施例中，在形成无机薄膜太阳能电池装置的方法中通过聚合物溶液的聚合来形成聚合物基质。在另外的实施例中，聚合物基质选自：芳香族聚合物，如基于苯乙烯的聚合物；或基于丙烯酸酯的聚合物，如基于甲基丙烯酸甲酯的聚合物或基于丙烯酸的聚合物；或基于乙烯基的聚合物；或基于酯的聚合物；或其组合。
在另外的实施例中，聚合物基质包括导电聚合物、或导电聚合物的聚合物共混物、或导电聚合物和非导电聚合物的聚合物共混物。导电聚合物的实例是含硫芳香族聚合物(如基于噻吩的聚合物)、聚(对亚苯基-亚乙烯基)、聚乙炔、聚(对亚苯基)、聚(吡咯)、聚苯胺…。有利地，由于导电聚合物，晶界钝化可以已经发生。进一步有利地，包括聚合物基质的导电聚合物或聚合物共混物的电导率的范围为1S*cm-1到105S*cm-1。
根据本发明的一方面，在用于制造无机薄膜太阳能电池装置的方法中使用具有分散磁性纳米颗粒的聚合物溶液。
根据本发明的另一方面，在用于制造无机薄膜太阳能电池装置的方法中使用磁性纳米颗粒。
为了实现本发明，可以如以上所述的那样组合所述实施例和权利要求的特征。然而，前述描述中描述的本发明的实施例是通过图示方式给出的实例，并且本发明决不限于此。任何修改、变化和等效布置以及实施例的组合都应当被认为包含在本发明的范围内。
附图说明
图1示意性地示出了根据本发明的用于产生呈顶衬结构的薄膜太阳能电池装置的方法的实施例。
图2示意性地示出了根据本发明的用于产生呈顶衬结构的薄膜太阳能电池装置的方法的具体实施例。
图3示意性地示出了根据本发明的用于产生呈顶衬结构的薄膜太阳能电池装置的方法的具体实施例，所述方法具有另外的热步骤和另外的化学步骤以及另外的清洁步骤。
图4示意性地示出了根据本发明的无机薄膜太阳能电池装置和所述无机薄膜太阳能电池装置的放大截面。
具体实施方式
在以下示例性实施例中解释了根据本发明的方法和薄膜太阳能电池装置，其中附图不旨在暗示对所示出实施例的限制。
图1示意性地示出了根据本发明的用于产生呈顶衬结构的无机薄膜太阳能电池装置的方法的实施例。所述方法包括以下步骤：S10在合适的基材上形成由透明导电材料制成的第一电极；S20在第一电极上形成无机多晶光敏层；S30将聚合物溶液沉积到无机多晶光敏层上；S40施加外部磁场；S50执行热退火处理；S60执行清洁步骤；以及最后的S70形成由金属电极组成的第二电极。
图2示出了根据本发明的用于产生呈顶衬结构的无机薄膜CdTe太阳能电池装置的方法的具体实施例。所述方法按以下顺序包括以下步骤：S100在玻璃基材上形成由透明导电材料制成的第一电极；步骤S201形成由n型CdS制成的无机多晶光敏层；步骤S301将具有分散磁性纳米颗粒的聚合物溶液沉积到无机n型CdS光敏层上；步骤S401施加外部磁场；步骤S501执行热退火处理；以及步骤S601执行清洁步骤。步骤S401和步骤S501同时执行。接下来，步骤S202形成由p型CdTe制成的无机光敏层，接着是步骤S302将具有分散磁性纳米颗粒的聚合物溶液沉积到p型CdTe光敏层上和步骤S402施加外部磁场，步骤S502执行热退火处理，以及步骤S602执行清洁步骤。步骤S402和步骤S502同时执行。最后执行步骤S700形成由金属或金属合金制成的第二电极。
在根据图2的具体实施例中，在S100中，在300℃至400℃的温度下，通过溅射在玻璃基材上形成厚度为200nm至250nm的SnO：F第一电极。在步骤S201中，在300℃到400℃的沉积温度下，通过近空间升华形成厚度50nm的n型CdS层。在步骤S301中，通过化学浴沉积将具有分散磁性纳米颗粒的聚合物溶液沉积到n型CdS层上。聚合物溶液包括乙烯单体、Fe3O4磁性纳米颗粒和DI水-乙醇溶剂溶液。Fe3O4纳米颗粒的尺寸为8nm到12nm，并且在聚合物溶液内的浓度为1wt％。聚合物溶液内乙烯单体的浓度为25wt％。在步骤S401中，在CdS层的平面内施加磁通量密度为1T的外部磁场。在步骤S501中，在150℃下执行热退火处理。同时执行步骤S401和步骤S501，持续15分钟的时间段。在步骤S601中，通过使用乙醇并用DI水冲洗来执行清洁步骤。接下来，在步骤S202中，在350℃的沉积温度下通过近空间升华形成厚度为3μm的p型CdTe层。在步骤S302中，通过化学浴沉积将具有分散磁性纳米颗粒的聚合物溶液沉积到p型CdTe层上。聚合物溶液包括乙烯单体、Fe3O4磁性纳米颗粒和DI水-乙醇溶剂。Fe3O4纳米颗粒的尺寸为8nm到20nm，并且在聚合物溶液内的浓度为2wt％。聚合物溶液内单体的浓度为25wt％。在步骤S402中，在CdTe层的平面内施加磁通量密度为1T的外部磁场。在步骤S502中，在150℃下执行热退火处理。同时执行步骤S402和步骤S502，持续15分钟的时间段。在步骤S602中，通过使用乙醇并用DI水冲洗来执行清洁步骤。最后，在步骤S700中，在室温下通过溅射形成钼的第二电极，其厚度在200nm范围内。
图3示出了根据本发明的用于产生呈顶衬结构的无机薄膜CdTe太阳能电池装置的方法的具体实施例，所述方法具有另外的热步骤和另外的化学步骤以及另外的清洁步骤。所述方法按以下顺序包括以下步骤：S100在玻璃基材上形成由透明导电材料制成的第一电极；步骤S201形成由n型CdS制成的无机多晶光敏层；步骤S301将具有分散磁性纳米颗粒的聚合物溶液沉积到无机n型CdS光敏层上；步骤S401施加外部磁场；步骤S501执行热退火处理；以及步骤S601执行清洁步骤。步骤S401和步骤S501同时执行。接下来，执行步骤S202形成由p型CdTe制成的无机光敏层，接着是将CdCl2溶液施加到p型CdTe光敏层上的另外的化学处理步骤S800。在步骤S900中，执行用于激活CdTe层中的氯离子的另外的热处理。随后，执行用于去除CdCl2溶液的残留物的另外的清洁步骤S1000。之后，在步骤S302中，将具有分散磁性纳米颗粒的聚合物溶液沉积到p型CdTe光敏层上。接下来，在步骤S402中，施加外部磁场，并且在步骤S502中，执行用于形成聚合基质的热退火处理，其中步骤S402和S502同时执行。接着，在步骤S602中，执行用于去除聚合物溶液的残留物的清洁步骤。最后，在步骤S700中形成由金属或金属合金制成的第二电极。
图4示意性地示出了根据本发明的无机薄膜太阳能电池装置。所述无机薄膜装置包括基材1、第一电极2、无机多晶光敏n型层3、无机多晶光敏p型层4和第二电极5。还示出了无机薄膜太阳能电池装置的放大截面，所述放大截面用圆圈标记。可以看出，无机多晶p型层4由晶粒40和晶界41组成。晶界41中的至少一部分含有处于聚合物基质(未示出)内的磁性纳米颗粒6。晶界41内的磁性纳米颗粒6基本上在相同方向上磁性对准。对准方向由磁性纳米颗粒6的箭头表示。
参考标记
1 基材
2 第一电极
3 无机多晶n型光敏层
4 无机多晶p型光敏层
40 无机多晶p型光敏层的晶粒
41 无机多晶p型光敏层的晶界
5 第二电极
6 磁性纳米颗粒

Claims (12)

1.一种形成无机薄膜太阳能电池装置的方法，所述无机薄膜太阳能电池装置包括至少一个无机薄膜太阳能电池，其中所述无机薄膜太阳能电池包括第一电极、无机多晶光敏层和第二电极，其中所述无机多晶光敏层布置在所述第一电极与所述第二电极之间，所述方法包括以下步骤：
a)形成第一电极，
b)在所述第一电极上形成无机多晶光敏层，
c)将具有分散磁性纳米颗粒的聚合物溶液沉积到所述无机多晶光敏层上，
d)施加外部磁场，
e)执行热退火处理，
f)执行清洁步骤，
g)在经处理的无机多晶光敏层上形成第二电极。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤c)、d)、e)、f)在步骤b)之后执行。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在步骤c)中，所述聚合物溶液通过化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、旋涂、化学气相传输、金属有机化学气相沉积、化学浴沉积、喷涂、浸涂、朗缪尔-布洛节塔技术、滴铸或丝网印刷来沉积。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其中在步骤d)中，施加磁通量密度范围为1μT到2T的外部磁场。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的方法，其中在步骤e)中，在介于100℃与300℃之间的温度下施加所述热退火处理。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的方法，其中在步骤d)中，所述外部磁场由永磁体或电磁体施加。
7.一种无机薄膜太阳能电池装置，其包括至少一个无机薄膜太阳能电池，其中所述无机薄膜太阳能电池包括第一电极、无机多晶光敏层和第二电极，所述无机多晶光敏层包括多个晶界，其中所述无机多晶光敏层布置在所述第一电极与所述第二电极之间，所述无机薄膜太阳能电池的特征在于，
所述无机多晶光敏层的所述多个晶界中的至少一部分含有处于聚合物基质内的磁性纳米颗粒，其中所述磁性纳米颗粒基本上在相同方向上磁性对准。
8.根据权利要求7所述的无机薄膜太阳能电池装置，其中所述磁性纳米颗粒选自基于Fe的纳米颗粒、基于Co的纳米颗粒、基于Ni的纳米颗粒、基于Dy的纳米颗粒、基于Ho的纳米颗粒、基于Sr的纳米颗粒、基于Y的纳米颗粒、基于Ba的纳米颗粒、基于FeO的纳米颗粒、基于CoO的纳米颗粒、基于NiO的纳米颗粒、基于Fe3O4的纳米颗粒、基于y-Fe2O3的纳米颗粒、基于FePt的纳米颗粒、基于CoFe2O4的纳米颗粒或其组合。
9.根据权利要求7或8所述的无机薄膜太阳能电池装置，其中所述磁性纳米颗粒的直径尺寸在1nm到100nm范围内。
10.根据权利要求7到9中任一项所述的无机薄膜太阳能电池装置，其中所述聚合物基质选自基于苯乙烯的聚合物、基于甲基丙烯酸甲酯的聚合物、基于丙烯酸的聚合物、基于噻吩的聚合物、基于乙烯基的聚合物、基于酯的聚合物或其组合。
11.一种具有分散磁性纳米颗粒的聚合物溶液在用于制造无机薄膜太阳能电池装置的方法中的用途。
12.一种磁性纳米颗粒在用于制造无机薄膜太阳能电池装置的方法中的用途。
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