TWI550887B - 太陽能電池之緩衝層、用以製備緩衝層的前驅物溶液及製造緩衝層的方法 - Google Patents

太陽能電池之緩衝層、用以製備緩衝層的前驅物溶液及製造緩衝層的方法 Download PDF

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Description

太陽能電池之緩衝層、用以製備緩衝層的前驅物溶液及製造緩衝層的方法
本發明是有關於太陽能電池之緩衝層、包含緩衝層的太陽能電池、用以製備太陽能電池之緩衝層的前驅物溶液及製造太陽能電池之緩衝層的方法。
近年來由於受到全球氣候變遷、環境污染問題以及資源日趨短缺的影響，在環保意識高漲與能源危機的警訊下，刺激了太陽光電產業的蓬勃發展。在各種太陽能電池中，由於銅銦鎵硒太陽能電池(Cu(In,Ga)Se2，CIGS)的轉換效率高、穩定性佳、材料成本低、可製成薄膜等優點，因此受到極大的重視。
銅銦鎵硒太陽能電池可包含基板、背電極、光吸收層、緩衝層、透明窗層及前電極依序堆疊。目前的緩衝層的材質大多為硫化鎘、硫化鋅或硫化銦，但其未能明顯幫助提昇銅銦鎵硒太陽能電池的光電轉換效率。因此目前亟需一種新穎的緩衝層，以期能夠解決上述問題。
本發明的目的在於提供一種太陽能電池之緩衝層，其包含主要金屬元素、VIA族元素及摻雜元素。摻雜元素可有效提升太陽電池性能，例如可改善緩衝層顯微結構，提高太陽電池開路電壓(Voc)、短路電流(Isc)、填充因子(FF)及光電轉換效率等。
本發明提供之太陽能電池的緩衝層包含主要金屬元素、VIA族元素及摻雜元素。主要金屬元素選自由鋅、鎘、銦及其組合所構成之群組。VIA族元素選自由氧、硫、硒及其組合所構成之群組。摻雜元素選自由IA族、鈦、鉛、錫、鎳、釤、釹及其組合所構成之群組。摻雜元素與主要金屬元素之莫耳比為0.01：100至8：100。
根據本發明一實施例，IA族元素包含鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)或其組合。
根據本發明一實施例，緩衝層包含氫氧根(OH-)。
本發明另提供一種太陽能電池，包含基板、背電極、光吸收層、上述之緩衝層、透明窗層及前電極。背電極設置於基板之上方。光吸收層設置於背電極之上方。緩衝層設置於光吸收層之上方。透明窗層設置於緩衝層之上方。前電極設置於透明窗層之上方。
本發明另提供一種用以製備太陽能電池之緩衝層的前驅物溶液，包含溶劑、主要金屬元素、VIA族元素及摻雜元素。主要金屬元素選自由鋅、鎘、銦及其組合所構成之群組。VIA族元素選自由氧、硫、硒及其組合所構成之群組。摻雜元素選自IA族、鈦、鉛、錫、鎳、釤、釹及其組合所構成之群組。摻雜元素與主要金屬元素之莫耳比為0.01：100 至8：100。
根據本發明一實施例，溶劑包含水。
根據本發明一實施例，IA族元素包含鋰、鈉、鉀或其組合。
根據本發明一實施例，前驅物溶液更包含氨水。
本發明另提供一種製造太陽能電池之緩衝層的方法，包含：提供前述之前驅物溶液；以及使一基材接觸前驅物溶液，以形成緩衝層於基材上。
1‧‧‧太陽能電池
10‧‧‧基板
20‧‧‧背電極
30‧‧‧光吸收層
40‧‧‧緩衝層
50‧‧‧透明窗層
60‧‧‧前電極
第1圖係繪示依照本發明一實施例之太陽能電池的剖面示意圖。
以下將以圖式揭露本發明之複數個實施例，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式顯示之。
本發明提供一種太陽能電池之緩衝層，包含主要金屬元素、VIA族元素及摻雜元素。主要金屬元素選自由鋅、鎘、銦及其組合所構成之群組。VIA族元素選自由氧、硫、硒及其組合所構成之群組。在數個實施例中，緩衝層包含氧離子(O2-)或氫氧根(OH-)。在數個實施例中，緩衝層包含CdS： 摻雜元素、ZnS：摻雜元素、In2S3：摻雜元素、Cd(S,O)：摻雜元素、Zn(S,O)：摻雜元素、In2(S,O)3：摻雜元素、Cd(S,O,OH)：摻雜元素或Zn(S,O,OH)：摻雜元素或In2(S,O,OH)3：摻雜元素。
摻雜元素選自由IA族、鈦、鉛、錫、鎳、釤、釹及其組合所構成之群組，且摻雜元素與主要金屬元素之莫耳比為0.01：100至8：100。若摻雜元素與主要金屬元素之莫耳比過小，則效果不明顯；若摻雜元素與主要金屬元素之莫耳比過大，則光電轉換效率下降。在一實施例中，摻雜元素與主要金屬元素之莫耳比為0.05：100至5：100。在一實施例中，摻雜元素與主要金屬元素之莫耳比為0.1：100至3：100。上述摻雜元素可改善緩衝層顯微結構及半導體特性，並有效提升太陽電池性能，如可改善與光吸收層界面，可提高太陽電池開路電壓(Voc)、短路電流(Isc)、填充因子(FF)、光電轉換效率等。
本發明亦提供一種太陽能電池1，包含基板10、背電極20、光吸收層30、上述之緩衝層40、透明窗層50及前電極60。如第1圖所示。
基板10可為玻璃、高分子基板、金屬基板或透明導電層。背電極20設置於基板10之上方。背電極20可為含鉬金屬層，例如可利用濺鍍方式形成。光吸收層30設置於背電極20之上方，其用以作為P型半導體層。光吸收層30可包含銅銦硒化合物、銅銦硫化合物、銅銦鎵硫化合物、銅銦鎵硫硒化合物、銅銦鎵硒化合物、銅鎵硒化合物、銅鎵硫化合物、銅鋅錫硒化合物、銅鋅錫硫化合物、銅鋅錫硫硒化合物、碲化鎘或上述之組合。光吸收層30其化合物結構可 為黃銅礦相、鋅黃錫礦相、閃鋅礦相、kersterite結構或上述之組合。
緩衝層40設置於光吸收層30之上方，其用以作為N型半導體層。緩衝層40的組成可參照上述。
透明窗層50設置於緩衝層40之上方，其材料可為氧化鋅(ZnO)、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅硼(BZO)、氧化鋅鋁(AZO)、氧化鋅鎵(GZO)或其組合。氧化銦錫(ITO)、氧化鋅硼(BZO)、氧化鋅鋁(AZO)具有導電作用。透明窗層材料不受上述材料限制，僅需具有透光性即可。
前電極60設置於透明窗層50之上方，用以收集太陽能電池1產生的電流。前電極60的材料可例如為鎳、鎳鋁合金。
為了製備上述的緩衝層，本發明提供一種用以製備太陽能電池之緩衝層的前驅物溶液，其包含溶劑、主要金屬元素、VIA族元素及摻雜元素。主要金屬元素選自由鋅、鎘、銦及其組合所構成之群組。VIA族元素選自由氧、硫、硒及其組合所構成之群組。摻雜元素選自IA族、鈦、鉛、錫、鎳、釤、釹及其組合所構成之群組。摻雜元素與主要金屬元素之莫耳比為0.01：100至8：100，較佳為0.05：100至5：100，更佳為0.1：100至3：100。
在一實施例中，前驅物溶液更包含氨水，其用以調整前驅物溶液的pH值。
溶劑可例如為水、醇類、酮類、醚類、胺類、鹼類或上述之組合。上述醇類包括甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇、異戊醇或乙二醇；酮類包括丙酮、丁酮、甲基異丁酮；醚類包括甲醚、乙醚、甲乙醚、二苯醚、乙二醇甲醚、 乙二醇丁醚或乙二醇乙醚醋酸；胺類包括乙二胺、二甲基甲醯胺、三乙醇胺或二乙醇胺。上述鹼類包括氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鋰(LiOH)、尿素(CON2H4)、氨(NH3)、碳酸鈉(Na2CO3)、碳酸氫鈉(NaHCO3)或上述之組合。在一實施例中，溶劑包含水。
主要金屬元素的來源可為含主要金屬元素的化合物，例如為含主要金屬元素的氧化物、硝酸物、鹵化物、醋酸物與硫酸物，如硝酸鎘、氯化鎘、醋酸鎘、硫酸鎘、硝酸鋅、氯化鋅、醋酸鋅、硫酸鋅、硝酸銦、氯化銦、醋酸銦或硫酸銦。但含主要金屬元素的化合物的選擇並不限於上述提及之化合物，只要是能含主要金屬元素陽離子的化合物皆適用於本發明。
VIA族元素的來源可為含VIA族元素的化合物，如硫脲(thiourea,SC(NH2)2)、硫代乙醯胺、二甲基二硫(CH3-S-S-CH3)、二烯丙基二硫化物(H2C=CH-CH2S-SCH2-CH=CH2)、硫粉(S)、硒粉(Se)、亞硒酸(H2SeO3)、硒酸(H2SeO4)、甲硒醇(CH4Se)、乙硒醇(CH3CH2SeH)、丙硒醇(C3H7SeH)、丁硒醇(C4H9SeH)等。但含VIA族元素的化合物的選擇並不限於上述提及之化合物，只要是能含VIA族陰離子的化合物皆適用於本發明。
摻雜元素選自IA族、鈦、鉛、錫、鎳、釤、釹及其組合所構成之群組。在一實施例中，摻雜元素的來源為含摻雜元素的化合物，如含摻雜元素的氧化物、鹵化物、硝酸物、醋酸物、硫酸物、碳酸物或氯酸物，例如氯化鋰(LiCl)、氯化鈉(NaCl)、氯化鉀(KCl)、硝酸鋰(LiNO3)、硝酸鈉 (NaNO3)、硝酸鉀(KNO3)、醋酸鋰(CH3 COOLi)、醋酸鈉(CH3COONa)、醋酸鉀(CH3COOK)、硫酸鋰(Li2SO4)、硫酸鈉(Na2SO4)、硫酸鉀(K2SO4)、碳酸鋰(Li2CO3)、碳酸鈉(Na2CO3)、碳酸鉀(K2CO3)、氯酸鋰(LiClO3)、氯酸鈉(NaClO3)或氯酸鉀(KClO3)、四氯化鈦、四溴化鈦、四碘化鈦、硝酸鉛、碳酸鉛、氧化鋰(Li2O)、氧化鈉(Na2O)、氧化鉀(K2O)、氧化鈦(TiO2)、氧化鉛(PbO)、氧化錫(SnO2)、氧化鎳(Ni2O3)、氧化釤(Sm2O3)、氧化釹(Nd2O3)、氟化鋰(LiF)、氟化鈉(NaF)、氟化鉀(KF)、氟化鈦(TiF2)、氟化鉛(PbF2)、氟化錫(SnF4)、氟化鎳(NiF3)、氟化釤(SmF3)、氟化釹(NdF3)、氯化鋰(LiCl)、氯化鈉(NaCl)、氯化鉀(KCl)、氯化鈦(TiCl2)、氯化鉛(PbCl2)、氯化錫(SnCl4)、氯化鎳(NiCl3)、氯化釤(SmCl3)、氯化釹(NdCl3)、溴化鋰(LiBr)、溴化鈉(NaBr)、溴化鉀(KBr)、溴化鈦(TiBr2)、溴化鉛(PbBr2)、溴化錫(SnBr4)、溴化鎳(NiBr3)、溴化釤(SmBr3)、溴化釹(NdBr3)、碘化鋰(LiI)、碘化鈉(NaI)、碘化鉀(KI)、碘化鈦(TiI2)、碘化鉛(PbI2)、碘化錫(SnI4)、碘化鎳(NiI3)、碘化釤(SmI3)、碘化釹(NdI3)、硝酸鋰(Li(NO3))、硝酸鈉(Na(NO3))、硝酸鉀(K(NO3))、硝酸鈦(Ti(NO3)2)、硝酸鉛(Pb(NO3)2)、硝酸錫(Sn(NO3)4)、硝酸鎳(Ni(NO3)3)、硝酸釤(Sm(NO3)3)、硝酸釹(Nd(NO3)3)、醋酸鋰(CH3COOLi)、醋酸鈉(CH3COONa)、醋酸鉀(CH3COOK)、醋酸鈦((CH3COO)4Ti)、醋酸鉛((CH3COO)2Pb)、醋酸錫((CH3COO)4Sn)、醋酸鎳((CH3COO)3Ni)、醋酸釤((CH3COO)3Sm)、醋酸釹((CH3COO)3Nd(NO3)3)、硫酸鋰(Li2SO4)、硫酸鈉(Na2SO4)、硫酸鉀(K2SO4)、硫酸鈦(TiSO4)、硫酸鉛(Pb SO4)、硫酸錫 (Sn(SO4)2)、硫酸鎳(Ni2(SO4)3)、硫酸釤(Sm2(SO4)3)、硫酸釹(Nd2(SO4)3)、碳酸鋰(Li2CO3)、硫酸鈉(Na2 CO3)、硫酸鉀(K2 CO3)、硫酸鈦(Ti CO3)、硫酸鉛(Pb CO3)、硫酸錫(Sn(CO3)2)、硫酸鎳(Ni2(CO3)3)、硫酸釤(Sm2(CO3)3)、硫酸釹(Nd2(CO3)3)、氯酸鋰(LiClO3)、硫酸鈉(Na ClO3)、硫酸鉀(K ClO3)、氯酸鈦(TiOCl)、氯酸鉛(Pb(ClO4)2)、氯酸鎳(Ni(ClO3)2)、氯酸釤(Sm(ClO4)3)、氯酸釹(NdClO4)等。
在數個實施例中，摻雜元素的來源為含有一種摻雜元素的一或多種化合物、含有多種摻雜元素的一或多種化合物或其組合。在一實施例中，摻雜元素中的IA族元素包含鋰、鈉、鉀或其組合。
本發明另提供一種製造太陽能電池之緩衝層的方法，包含：提供前述之前驅物溶液；以及使一基材接觸前驅物溶液，以形成緩衝層於基材上。此前驅物溶液可透過化學水浴沉積法(chemical bath deposition,CBD)，成長出合適的緩衝層於基材上。此化學水浴沉積法可在室溫至95℃的環境下進行，反應時間3分鐘至4小時。藉由控制沉積的時間，可控制緩衝層的厚度。
實施例1
利用化學水浴沉積法製備銅銦鎵硒(CIGS)太陽電池之緩衝層。以含有硫酸鎘、硫脲、氨水與四氯化鈦的前驅物溶液，於反應溫度60℃沉積13分鐘，以製備鈦離子摻雜硫化鎘薄膜。其中四氯化鈦做為摻雜元素鈦之來源，四氯化鈦與硫酸鎘之莫耳濃度比為1：200。將soda lime glass/Mo/CIGS浸泡在前驅物溶液中，以沉積鈦離子摻雜之硫化鎘薄膜於 soda lime glass/Mo/CIGS的CIGS上，獲得soda lime glass/Mo/CIGS/CdS：Ti。
以spda lime glass/Mo/CIGS/CdS：Ti/i-ZnO/ITO之結構製作銅銦鎵硒薄膜太陽電池，再以太陽能標準光源模擬器分析銅銦鎵硒薄膜太陽電池，實驗結果顯示開路電壓(Voc)為0.580V，短路電流(Jsc)為31.64mA/cm2，填充因子(FF)為64.95%，光電轉換效率為11.92%。
比較例1
利用化學水浴沉積法製備銅銦鎵硒(CIGS)太陽電池之緩衝層薄膜，以含有硫酸鎘、硫脲與氨水的前驅物溶液，於反應溫度60℃沉積13分鐘，以製備未摻雜硫化鎘(CdS)薄膜。將soda lime glass/Mo/CIGS浸泡在前驅物溶液中，以沉積硫化鎘(CdS)薄膜於soda lime glass/Mo/CIGS上，獲得soda lime glass/Mo/CIGS/CdS。
以soda lime glass/Mo/CIGS/CdS/i-ZnO/ITO之結構製作銅銦鎵硒薄膜太陽電池，再以太陽能標準光源模擬器分析銅銦鎵硒薄膜太陽電池，實驗顯示開路電壓(Voc)為0.562V，短路電流(Jsc)為31.24mA/cm2，填充因子(FF)為58.57%，光電轉換效率為10.29%。與未摻雜硫化鎘薄膜(CdS)之比較例1比較，以鈦離子摻雜硫化鎘薄膜應用於銅銦鎵硒薄膜太陽電池之開路電壓、短路電流、填充因子及轉換效率均明顯增加。
實施例2
利用化學水浴沉積法製備銅銦鎵硒(CIGS)太陽電池之緩衝層。以含有硫酸鎘、硫脲、氨水與硝酸鋰的前驅物溶 液，於反應溫度60℃沉積13分鐘，以製備鋰離子摻雜硫化鎘(CdS：Li)薄膜。其中硝酸鋰做為摻雜元素鋰之來源，硝酸鋰與硫酸鎘之莫耳濃度比為1：100。將soda lime glass/Mo/CIGS浸泡在前驅物溶液中，以沉積鋰離子摻雜之硫化鎘薄膜於soda lime glass/Mo/CIGS的CIGS上，獲得soda lime glass/Mo/CIGS/CdS：Li。
以soda lime glass/Mo/CIGS/CdS：Li/i-ZnO/ITO之結構製作銅銦鎵硒薄膜太陽電池，再以太陽能標準光源模擬器分析銅銦鎵硒薄膜太陽電池，實驗結果顯示開路電壓(Voc)為0.581V，短路電流(Jsc)為31.52mA/cm2，填充因子(FF)為63.78%，光電轉換效率為11.66%。與未摻雜硫化鎘薄膜(CdS)之比較例1比較，以鋰離子摻雜硫化鎘薄膜應用於銅銦鎵硒薄膜太陽電池之開路電壓、短路電流、填充因子及轉換效率均明顯增加。
實施例3
利用化學水浴沉積法製備銅銦鎵硒(CIGS)太陽電池之緩衝層。以含有硫酸鎘、硫脲、氨水與硫酸鈉的前驅物溶液，於反應溫度60℃沉積13分鐘，以製備鈉離子摻雜硫化鎘(CdS：Na)薄膜。其中硫酸鈉做為摻雜元素鈉之來源，硫酸鈉與硫酸鎘之莫耳濃度比為1：200。將soda lime glass/Mo/CIGS浸泡在前驅物溶液中，以沉積鈉離子摻雜之硫化鎘薄膜於soda lime glass/Mo/CIGS的CIGS上，獲得soda lime glass/Mo/CIGS/CdS：Na。
以soda lime glass/Mo/CIGS/CdS：Na/i-ZnO/ITO之結構製作銅銦鎵硒薄膜太陽電池，再以太陽能標準光源模擬器 分析銅銦鎵硒薄膜太陽電池，實驗結果顯示開路電壓(Voc)為0.589V，短路電流(Jsc)為31.43mA/cm2，填充因子(FF)為62.74%，光電轉換效率為11.62%。與未摻雜硫化鎘薄膜(CdS)之比較例1比較，以鈉離子摻雜硫化鎘薄膜應用於銅銦鎵硒薄膜太陽電池之開路電壓、短路電流、填充因子及轉換效率均明顯增加。
實施例4
利用化學水浴沉積法製備銅銦鎵硒(CIGS)太陽電池之緩衝層。以含有硫酸鎘、硫脲、氨水與氯化鉀的前驅物溶液，於反應溫度60℃沉積13分鐘，以製備鉀離子摻雜硫化鎘(CdS：K)薄膜。其中氯化鉀做為摻雜元素鉀之來源，氯化鉀與硫酸鎘之莫耳濃度比為1：200。將soda lime glass/Mo/CIGS浸泡在前驅物溶液中，以沉積鉀離子摻雜之硫化鎘薄膜於soda lime glass/Mo/CIGS的CIGS上，獲得soda lime glass/Mo/CIGS/CdS：K。
以soda lime glass/Mo/CIGS/CdS：K/i-ZnO/ITO之結構製作銅銦鎵硒薄膜太陽電池，再以太陽能標準光源模擬器分析銅銦鎵硒薄膜太陽電池，實驗結果顯示開路電壓(Voc)為0.583V，短路電流(Jsc)為31.53mA/cm2，填充因子(FF)為64.15%，光電轉換效率為11.8%。與未摻雜硫化鎘薄膜(CdS)之比較例1比較，以鉀離子摻雜硫化鎘薄膜應用於銅銦鎵硒薄膜太陽電池之開路電壓、短路電流、填充因子及轉換效率均明顯增加。
實施例5
利用化學水浴沉積法製備銅銦鎵硒(CIGS)太陽電池之緩衝層。以含有硫酸鎘、硫脲、氨水與硝酸鉛的前驅物溶液，於反應溫度60℃沉積13分鐘，以製備鉛離子摻雜硫化鎘(CdS：Pb)薄膜。其中硝酸鉛做為摻雜元素鉛之來源，硝酸鉛與硫酸鎘之莫耳濃度比為1：200。將soda lime glass/Mo/CIGS浸泡在前驅物溶液中，以沉積鉛離子摻雜之硫化鎘薄膜於soda lime glass/Mo/CIGS的CIGS上，獲得soda lime glass/Mo/CIGS/CdS：Pb。
以soda lime glass/Mo/CIGS/CdS：Pb/i-ZnO/ITO之結構製作銅銦鎵硒薄膜太陽電池，再以太陽能標準光源模擬器分析銅銦鎵硒薄膜太陽電池，實驗結果顯示開路電壓(Voc)為0.564V，短路電流(Jsc)為31.73mA/cm2，填充因子(FF)為62.03%，光電轉換效率為11.11%。與未摻雜硫化鎘薄膜(CdS)之比較例1比較，以鉛離子摻雜硫化鎘薄膜應用於銅銦鎵硒薄膜太陽電池之開路電壓、短路電流、填充因子及轉換效率均明顯增加。
實施例6
利用化學水浴沉積法製備銅銦鎵硒(CIGS)太陽電池之緩衝層。以含有硫酸鎘、硫脲、氨水與氯化錫的前驅物溶液，於反應溫度60℃沉積13分鐘，以製備錫離子摻雜硫化鎘(CdS：Sn)薄膜。其中氯化錫做為摻雜元素錫之來源，氯化錫與硫酸鎘之莫耳濃度比為1：100。將soda lime glass/Mo/CIGS浸泡在前驅物溶液中，以沉積錫離子摻雜之硫化鎘薄膜於soda lime glass/Mo/CIGS的CIGS上，獲得soda lime glass/Mo/CIGS/CdS：Sn。
以soda lime glass/Mo/CIGS/CdS：Sn/i-ZnO/ITO之結構製作銅銦鎵硒薄膜太陽電池，再以太陽能標準光源模擬器分析銅銦鎵硒薄膜太陽電池，實驗結果顯示開路電壓(Voc)為0.569V，短路電流(Jsc)為31.47mA/cm2，填充因子(FF)為60.96%，光電轉換效率為10.92%。與未摻雜硫化鎘薄膜(CdS)之比較例1比較，以錫離子摻雜硫化鎘薄膜應用於銅銦鎵硒薄膜太陽電池之開路電壓、短路電流、填充因子及轉換效率均明顯增加。
實施例7
利用化學水浴沉積法製備銅銦鎵硒(CIGS)太陽電池之緩衝層。以含有硫酸鎘、硫脲、氨水與氧化銣的前驅物溶液，於反應溫度60℃沉積13分鐘，以製備釹離子摻雜硫化鎘(CdS：Nd)薄膜。其中氧化銣做為摻雜元素釹之來源，氧化銣與硫酸鎘之莫耳濃度比為1：100。將soda lime glass/Mo/CIGS浸泡在前驅物溶液中，以沉積銣離子摻雜之硫化鎘薄膜於soda lime glass/Mo/CIGS的CIGS上，獲得soda lime glass/Mo/CIGS/CdS：Nd。
以soda lime glass/Mo/CIGS/CdS：Nd/i-ZnO/ITO之結構製作銅銦鎵硒薄膜太陽電池，再以太陽能標準光源模擬器分析銅銦鎵硒薄膜太陽電池，實驗結果顯示開路電壓(Voc)為0.573V，短路電流(Jsc)為31.58mA/cm2，填充因子(FF)為61.66%，光電轉換效率為11.16%。與未摻雜硫化鎘薄膜(CdS)之比較例1比較，以銣離子摻雜硫化鎘薄膜應用於銅銦鎵硒薄膜太陽電池之開路電壓、短路電流、填充因子及轉換效率均明顯增加。
實施例8
利用化學水浴沉積法製備銅銦鎵硒(CIGS)太陽電池之緩衝層。以含有硫酸鎘、硫脲、氨水與氧化釤的前驅物溶液，於反應溫度60℃沉積13分鐘，以製備釤離子摻雜硫化鎘(CdS：Sm)薄膜。其中氧化釤做為摻雜元素釤之來源，氧化釤與硫酸鎘之莫耳濃度比為1：100。將soda lime glass/Mo/CIGS浸泡在前驅物溶液中，以沉積釤離子摻雜之硫化鎘薄膜於soda lime glass/Mo/CIGS的CIGS上，獲得soda lime glass/Mo/CIGS/CdS：Sm。
以soda lime glass/Mo/CIGS/CdS：Sm/i-ZnO/ITO之結構製作銅銦鎵硒薄膜太陽電池，再以太陽能標準光源模擬器分析銅銦鎵硒薄膜太陽電池，實驗結果顯示開路電壓(Voc)為0.574V，短路電流(Jsc)為31.50mA/cm2，填充因子(FF)為60.37%，光電轉換效率為10.92%。與未摻雜硫化鎘薄膜(CdS)之比較例1比較，以釤離子摻雜硫化鎘薄膜應用於銅銦鎵硒薄膜太陽電池之開路電壓、短路電流、填充因子及轉換效率均明顯增加。
實施例9
利用化學水浴沉積法製備銅銦鎵硒(CIGS)太陽電池之緩衝層。以含有硫酸鎘、硫脲、氨水與醋酸鎳的前驅物溶液，於反應溫度60℃沉積13分鐘，以製備鎳離子摻雜硫化鎘(CdS：Ni)薄膜。其中醋酸鎳做為摻雜元素鎳之來源，醋酸鎳與硫酸鎘之莫耳濃度比為1：100。將soda lime glass/Mo/CIGS浸泡在前驅物溶液中，以沉積鎳離子摻雜之 硫化鎘薄膜於soda lime glass/Mo/CIGS的CIGS上，獲得soda lime glass/Mo/CIGS/CdS：Ni。
以soda lime glass/Mo/CIGS/CdS：Ni/i-ZnO/ITO之結構製作銅銦鎵硒薄膜太陽電池，再以太陽能標準光源模擬器分析銅銦鎵硒薄膜太陽電池，實驗結果顯示開路電壓(Voc)為0.587V，短路電流(Jsc)為31.38mA/cm2，填充因子(FF)為60.86%，光電轉換效率為11.21%。與未摻雜硫化鎘薄膜(CdS)之比較例1比較，以鎳離子摻雜硫化鎘薄膜應用於銅銦鎵硒薄膜太陽電池之開路電壓、短路電流、填充因子及轉換效率均明顯增加。
1‧‧‧太陽能電池
10‧‧‧基板
20‧‧‧背電極
30‧‧‧光吸收層
40‧‧‧緩衝層
50‧‧‧透明窗層
60‧‧‧前電極

Claims (9)

  1. 一種太陽能電池之中接觸光吸收層的緩衝層，包含：主要金屬元素，選自由鋅、鎘、銦及其組合所構成之群組；VIA族元素，選自由氧、硫、硒及其組合所構成之群組；以及摻雜元素，選自由IA族、鈦、鉛、錫、鎳、釤、釹及其組合所構成之群組，該摻雜元素與該主要金屬元素之莫耳比為0.01：100至8：100。
  2. 如請求項1所述之緩衝層，其中該IA族元素包含鋰、鈉、鉀或其組合。
  3. 如請求項1所述之緩衝層，其中該緩衝層包含氫氧根(OH-)。
  4. 一種太陽能電池，包含：一基板；一背電極，設置於該基板之上方；一光吸收層，設置於該背電極之上方；請求項1至3中任一項所述之該緩衝層，設置於該光吸收層之上方，並接觸該光吸收層；一透明窗層，設置於該緩衝層之上方；以及一前電極，設置於該透明窗層之上方。
  5. 一種用以製備太陽能電池之中接觸光吸收層的緩衝層的前驅物溶液，包含：溶劑，該溶劑包含水、醇類、酮類、醚類、胺類、鹼類或上述之組合；主要金屬元素，選自由鋅、鎘、銦及其組合所構成之群組；VIA族元素，選自由氧、硫、硒及其組合所構成之群組；以及摻雜元素，選自IA族、鈦、鉛、錫、鎳、釤、釹及其組合所構成之群組，該摻雜元素與該主要金屬元素之莫耳比為0.01：100至8：100。
  6. 如請求項5所述之前驅物溶液，其中該溶劑包含該水。
  7. 如請求項5所述之前驅物溶液，其中該IA族元素包含鋰、鈉、鉀或其組合。
  8. 如請求項5所述之前驅物溶液，更包含氨水。
  9. 一種製造太陽能電池之中接觸光吸收層的緩衝層的方法，包含：提供請求項5-8任一項所述之該前驅物溶液；以及使該光吸收層接觸該前驅物溶液，以形成該緩衝層於該光吸收層上。
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