太陽能電池裝置及其制造方法
【專利摘要】根據(jù)實施例的太陽能電池裝置包括：支撐基板；在所述支撐基板上的阻擋層，所述阻擋層包含在所述支撐基板中所包含的材料的化合物；在所述阻擋層上的背電極層；在所述背電極層上的光吸收層；在所述光吸收層上的緩沖層；以及在所述緩沖層上的窗口層。
【專利說明】太陽能電池裝置及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 實施例涉及一種太陽能電池裝置及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 最近，隨著能源消耗的增長，開發(fā)了將太陽光轉(zhuǎn)化成電能的太陽能電池。
[0003] 太陽能電池（或光伏電池）是直接將太陽光轉(zhuǎn)換成電的太陽能發(fā)電的核心元件。
[0004] 例如，如果能量大于半導(dǎo)體的帶隙能量的太陽光入射到具有PN結(jié)結(jié)構(gòu)的太陽能 電池上，就會產(chǎn)生電子空穴對。由于PN結(jié)部分中形成的電場，電子和空穴分別聚集到N層 和P層，所以在N層與P層之間產(chǎn)生了光電壓。在這種情況下，如果負(fù)載連接到太陽能電池 兩端的兩端，電流就會流過太陽能電池。
[0005] 具體地講，廣泛使用了 CIGS基太陽能電池，其中CIGS基太陽能電池是PN異質(zhì)結(jié) 裝置，所述PN異質(zhì)結(jié)裝置具有包括玻璃基板的基板結(jié)構(gòu)、金屬背電極層、P型CIGS基光吸 收層、高電阻緩沖層和N型窗口層。
[0006] 人們進(jìn)行了各種研究來提高太陽能電池的電氣特性，例如，低電阻和高透光率。
[0007] 當(dāng)基板包括金屬時，基板中包括的金屬會擴(kuò)散到CIGS基光吸收層中，使得太陽能 電池的效率會降低。
[0008] 雖然通過在基板與光吸收層之間形成具有例如SiN和A1203的化學(xué)式的阻擋層可 以緩解上述問題，但是由于需要額外的過程來形成阻擋層，所以生產(chǎn)率會降低，因而需要改 進(jìn)。


【發(fā)明內(nèi)容】
[0009] 技術(shù)問題
[0010] 實施例提供了 一種太陽能電池裝置，所述太陽能電池裝置通過在支撐基板上形成 阻擋層來防止當(dāng)支撐基板中包含的金屬材料擴(kuò)散到光吸收層中時引起的效率降低。
[0011] 技術(shù)方案
[0012] 根據(jù)實施例，提供了一種太陽能電池裝置，所述太陽能電池裝置包括：支撐基板； 在所述支撐基板上的阻擋層，所述阻擋層包含在所述支撐基板中所包含的材料的化合物； 在所述阻擋層上的背電極層；在所述背電極層上的光吸收層；在所述光吸收層上的緩沖 層；以及在所述緩沖層上的窗口層。
[0013] 有益效果
[0014] 如上所述，根據(jù)實施例的太陽能電池裝置，阻擋層形成在具有金屬材料的支撐基 板上，使得可以防止由于支撐基板的金屬材料擴(kuò)散到光吸收層中所造成的太陽能電池的效 率降低。因此，可以提高設(shè)備的可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1是示出了根據(jù)實施例的太陽能電池裝置的剖視圖；并且
[0016] 圖2至圖5是示出了根據(jù)實施例的太陽能電池面板的制造過程的剖視圖。

【具體實施方式】
[0017] 在實施例的描述中，將會理解的是，當(dāng)基板、層、薄膜或電極被稱為在另一個基板、 另一個層、另一個薄膜或另一個電極"上"或"下"時，它可以"直接地"或"間接地"在另一 個基板、另一個層、另一個薄膜或另一個電極上，或者還可以存在一個或多個中間層。已經(jīng) 參照附圖描述了層的這種位置。為了說明的目的，可以夸大附圖所示的元件大小，并且可以 不完全反映實際大小。
[0018] 圖1是示出了根據(jù)實施例的太陽能電池裝置的剖視圖。參見圖1，太陽能電池面板 包括支撐基板100、阻擋層200、背電極層300、光吸收層400、緩沖層500和窗口層600。
[0019] 支撐基板100具有平板形狀并且支撐阻擋層200、背電極層300、光吸收層400、緩 沖層500和窗口層600。
[0020] 支撐基板100可以是絕緣體。支撐基板100可以是金屬基板。此外，支撐基板100 可以是由不銹鋼（SUS、STS)形成的。根據(jù)支撐基板100中包含的材料的構(gòu)成比率，可以使 用多種符號來識別支撐基板1〇〇,并且支撐基板可以包括(：、5^11、？、5、附、〇^ 0和？6中 的至少一種。支撐基板100可以是柔性的。
[0021] 阻擋層200形成在支撐層100上。
[0022] 當(dāng)支撐基板100包括金屬元素時，支撐基板中包含的材料會擴(kuò)散到光吸收層中， 使得光電轉(zhuǎn)換效率降低。盡管可以形成SiN或A1 203的阻擋層以防止上述情況，但是這就要 求額外的過程。
[0023] 在實施例中，包含基板100中所包括的材料的化合物的阻擋層200可以通過離子 氮化形成在包含金屬材料的基板100的表面上。
[0024] 根據(jù)離子氮化，密封的容器內(nèi)部降壓到在1托至20托的范圍內(nèi)的壓力，并且在仏 和隊的混合氣氛中，在充當(dāng)負(fù)電極（在實施例中是支撐基板100)的部分與充當(dāng)正電極的容 器壁之間施加在300V至1000V的范圍內(nèi)的直流電壓，使得在兩個電極之間產(chǎn)生輝光放電。 因此，N 2氣體被電離成N+，并且N+與支撐基板100發(fā)生高速碰撞。離子的動能被轉(zhuǎn)化成熱 能，使得支撐基板100在800至1000的范圍內(nèi)的溫度下加熱，并且同時離子穿透到支撐基 板100的表面中。由于碰撞的作用，從基板100的表面發(fā)射出例如Fe、c和0的原子。Fe原 子與N結(jié)合以形成FeN，然后FeN附著在支撐基板100的表面上，使得可以形成阻擋層200。 因此，阻擋層200可以具有例如Fe 2N、Fe3N和Fe4N的化合物。
[0025] 離子氮化不需要特定的加熱裝置，并且表現(xiàn)出很高的氮化速率。此外，可以通過調(diào) 節(jié)溫度、壓力和時間來控制阻擋層200的厚度。根據(jù)實施例的阻擋層200可以具有在0. 8 至1. 2的范圍內(nèi)的厚度。
[0026] 阻擋層200可以防止由于支撐基板100中包含的金屬材料（Fe)擴(kuò)散到光吸收層 400中所造成的光電轉(zhuǎn)換效率的降低。
[0027] 背電極層300被設(shè)置在阻擋層200上。背電極層300是導(dǎo)電層。背電極層300輸 送太陽能電池的光吸收層400中所產(chǎn)生的電荷，從而允許電流流到太陽能電池的外部。背 電極層300必須表現(xiàn)出更高的電導(dǎo)率和更低的電阻，以便實現(xiàn)上述效果。
[0028] 此外，在形成CIGS化合物時，在所要求的硫（S)或硒（Se)的氣氛中進(jìn)行熱處理 時，背電極層300必須維持高溫穩(wěn)定性。此外，背電極層300必須表現(xiàn)出相對于基板100的 出色的粘著性，使得背電極層300不會由于背電極層300與基板100之間的熱膨脹系數(shù)的 差異而從基板100剝離。
[0029] 背電極層300可以包括鑰（Mo)、金（Au)、鋁（A1)、鉻（Cr)、鎢（W)和銅（Cu)中的 任一種。其中，Mo在與其他元素比較時能使與基板100的熱膨脹系數(shù)的差值更小，使得Mo 表現(xiàn)出出色的粘著性，從而防止上述剝離現(xiàn)象，并且完全滿足背電極層300所要求的特性。 背電極層300的厚度可以在400至1000范圍內(nèi)。
[0030] 光吸收層400可以形成在背電極層300上。光吸收層400包括P型半導(dǎo)體化合 物。更具體地講，光吸收層400包括I-III-VI族系列化合物。例如，光吸收層400可以具 有Cu (In，Ga) Se2 (CIGS)晶體結(jié)構(gòu)、Cu (In) Se2晶體結(jié)構(gòu)或Cu (Ga) Se2晶體結(jié)構(gòu)。光吸收層 400可以具有在1. leV至1. 2eV的范圍內(nèi)的能量帶隙，以及在1. 5至2. 5范圍內(nèi)的厚度。
[0031] 緩沖層500被設(shè)置在光吸收層400上。根據(jù)包括CIGS化合物的光吸收層300的 太陽能電池，在充當(dāng)P型半導(dǎo)體的CIGS化合物薄膜與充當(dāng)N型半導(dǎo)體的窗口層600之間形 成P-N結(jié)。然而，由于兩種材料在晶格常數(shù)與兩者之間的能帶隙方面存在巨大差異，所以需 要具有在兩種材料的能帶隙之間的中間能帶隙的緩沖層以在兩種材料之間形成出色的結(jié)。
[0032] 用于形成緩沖層500的材料包括CdS和ZnS。由于CdS在太陽能電池發(fā)電效率方 面比任何其他材料較為出色，所以一般使用CdS。緩沖層500的厚度可以形成在50至80的 范圍內(nèi)。
[0033] 高電阻緩沖層（未示出）可以設(shè)置在緩沖層500上。高電阻緩沖層可以包括 i-ZnO,也就是未摻雜的氧化鋅。高電阻緩沖層可以具有在約3. leV至約3. 3eV的范圍內(nèi)的 能量帶隙以及在50至60的范圍內(nèi)的厚度。
[0034] 窗口層600被設(shè)置在緩沖層500上。窗口層600是透明的并且是導(dǎo)電層。窗口層 600的電阻大于背電極層300的電阻。
[0035] 窗口層600包括氧化物。例如，窗口層600可以包括氧化鋅、銦錫氧化物或銦鋅氧 化物（ΙΖ0)。此外，窗口層600可以包括摻鋁氧化鋅（ΑΖ0)或摻鎵氧化鋅（GZ0)。窗口層 600的厚度可以在800至1000的范圍內(nèi)。
[0036] 根據(jù)實施例的太陽能電池裝置，阻擋層形成在具有金屬材料的支撐基板上，使得 可以防止由于支撐基板的金屬材料擴(kuò)散到光吸收層中所造成的太陽能電池的效率降低。因 此，可以提高設(shè)備的可靠性。
[0037] 圖2至圖5是根據(jù)實施例的太陽能電池的制造方法的剖視圖。將根據(jù)有關(guān)太陽能 電池裝置的上述描述來描述太陽能電池的制造方法。有關(guān)太陽能電池裝置的描述通過引用 的方式實質(zhì)上并入本文中。
[0038] 參見圖2,阻擋層200形成在支撐基板100上。阻擋層200可以通過以下方式形 成：在800至1000的范圍內(nèi)的溫度下，密封的容器內(nèi)部降壓到在1托至20托的范圍內(nèi)的壓 力，同時在H 2和N2的混合氣氛中，在充當(dāng)負(fù)電極的支撐基板100與充當(dāng)正電極的容器壁之 間施加在300V至1000V的范圍內(nèi)的直流電壓。
[0039] 參見圖3,背電極層300形成在阻擋層200上。背電極層300可以通過沉積Mo來 形成。背電極層300可以通過濺鍍方案來形成。此外，例如防擴(kuò)散層的附加層可以插設(shè)在 支撐板100與背電極層300之間。
[0040] 參見圖4,光吸收層400形成在背電極層300上。光吸收層400可以通過普遍使用 的方案來形成，例如，通過同時或單獨地蒸鍍Cu、In、Ga和Se來形成Cu(In，Ga)Se 2(CIGS) 基光吸收層400的方案以及在形成了金屬前體薄膜之后執(zhí)行硒化過程的方案。
[0041] 相反，可以同時執(zhí)行采用Cu靶、In靶、Ga靶的濺鍍過程以及硒化過程。可以通過 只應(yīng)用Cu靶和In靶，或者只應(yīng)用Cu靶和Ga靶的濺鍍過程和硒化過程來形成CIS或CIG 基光吸收層400。
[0042] 參見圖5,光吸收層400可以形成在緩沖層500上。緩沖層500可以具有CdS的化 學(xué)成分，并且可以通過PVD (物理氣相沉積）或M0CVD (金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積）來形成，但 是實施例不限于此。
[0043] 然后，窗口層600形成在緩沖層500上。窗口層600可以通過使用溉鍍方案沉積 例如摻鋁氧化鋅（ΑΖ0)的透明導(dǎo)電材料而形成在緩沖層500上。
[0044] 本說明書中任何參考"一個實施例"、"一種實施例"、"示例實施例"等的意思是結(jié) 合實施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。在本說明書中 不同位置出現(xiàn)的這種短語并不一定全部指相同的實施例。另外，當(dāng)結(jié)合任何實施例描述特 定的特征、結(jié)構(gòu)或特性時，所主張的是，結(jié)合這些實施例的其他實施例來實現(xiàn)這種特征、結(jié) 構(gòu)或特性在本領(lǐng)域技術(shù)人員的權(quán)限內(nèi)。
[〇〇45] 盡管參照本發(fā)明的多個說明性實施例描述了實施例，但應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域技術(shù)人 員在本公開的精神和原理的范圍內(nèi)可以進(jìn)行多種其他修改和實施例。更具體地，在本公開、 附圖和所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)能夠在所討論的組合配置的組成零件和/或配置上進(jìn)行 多種變型和修改。除了對組成零件和/或布置的變更和修改之外，替代使用對本領(lǐng)域的技 術(shù)人員也是顯見的。
【權(quán)利要求】
1. 一種太陽能電池裝置，包括： 支撐基板； 在所述支撐基板上的阻擋層，所述阻擋層包含在所述支撐基板中所包含的材料的化合 物； 在所述阻擋層上的背電極層； 在所述背電極層上的光吸收層； 在所述光吸收層上的緩沖層；以及 在所述緩沖層上的窗口層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池裝置，其中，所述阻擋層具有在0. 8至1. 2的范圍 內(nèi)的厚度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池裝置，其中，所述阻擋層具有包含F(xiàn)e2N、？〇#和 Fe4N中的一種的化學(xué)成分。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池裝置，其中，所述支撐基板包含C、Si、Μη、P、S、 Ni、Cr、Mo和Fe中的至少一種。
5. -種太陽能電池裝置的制造方法，所述方法包括： 在支撐基板上形成阻擋層，所述阻擋層包含在所述支撐基板中所包含的材料的化合 物； 在所述阻擋層上形成背電極層； 在所述背電極層上形成光吸收層； 在所述光吸收層上形成緩沖層；以及 在所述緩沖層上形成窗口層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述阻擋層通過離子氮化來形成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述離子氮化通過在以下條件下施加在300V至 1000V的范圍內(nèi)的電壓來進(jìn)行：溫度在800至1000的范圍內(nèi)，容器的內(nèi)壓在1托至20托的 范圍內(nèi)，并且混合氣氛為H2和N2。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述阻擋層具有在0. 8至1. 2的范圍內(nèi)的厚度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述阻擋層具有包含F(xiàn)e2N、Fe3N和Fe4N中的至少 一種的化學(xué)成分。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述支撐基板包含C、Si、Μη、P、S、Ni、Cr、Mo和 Fe中的至少一種。
11. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述窗口層是由透明導(dǎo)電材料形成的。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述窗口層是由摻鋁氧化鋅形成的。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述窗口層通過濺鍍方案被沉積。
【文檔編號】H01L31/18GK104067396SQ201280067259
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月16日
【發(fā)明者】金昶宇 申請人:Lg伊諾特有限公司