太陽能電池及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種太陽能電池及其制造方法。所述太陽能電池包括在支撐基板上的鉬層、在鉬層上的歐姆層、在歐姆層上的光吸收層、以及在光吸收層上的前電極層，其中，歐姆層包含具有互不相同的晶體結(jié)構(gòu)的第一歐姆層和第二歐姆層。
【專利說明】太陽能電池及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種太陽能電池及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 太陽能電池可以定義為利用光入射到P-N結(jié)二極管上時產(chǎn)生電子的光伏效應(yīng)將 光能轉(zhuǎn)換為電能的裝置。根據(jù)構(gòu)成結(jié)型二極管的材料，太陽能電池可以分類為硅太陽能電 池、主要包含I-III-VI族化合物或者III-V族化合物的化合物半導(dǎo)體太陽能電池、染料敏 化太陽能電池以及有機太陽能電池。
[0003] 由CIGS(CuInGaSe) (CIGS是I-III-VI族基于黃銅礦的化合物半導(dǎo)體之一）制成 的太陽能電池，呈現(xiàn)出優(yōu)異的光吸收性、較高的光電轉(zhuǎn)換效率并且厚度薄、以及優(yōu)異的光電 穩(wěn)定性，因此CIGS太陽能電池作為傳統(tǒng)硅太陽能電池的替代品而引起關(guān)注。
[0004] 一般來說，CIGS薄膜太陽能電池通過依次形成包含鈉（Na)的基板、背電極層、光 吸收層、緩沖層以及前電極層來制造。一般來說，背電極層由鑰（Mo)制成，并且在硒（Se) 環(huán)境下以及450°C或以上的溫度下進(jìn)行熱處理，從而形成MoSe 2層。MoSe2層用作電極，并且 在圖案化過程中減小施加到鑰電極的損壞。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 技術(shù)問題
[0006] 實施例提供一種包括具有低電阻和優(yōu)異機械強度的歐姆層的太陽能電池及其制 造方法。
[0007] 技術(shù)方案
[0008] 根據(jù)實施例，提供一種太陽能電池，其包括：在支撐基板上的鑰層、在鑰層上的歐 姆層、在歐姆層上的光吸收層、以及在光吸收層上的前電極層，其中，歐姆層包括具有互不 相同的晶體結(jié)構(gòu)的第一歐姆層和第二歐姆層。
[0009] 根據(jù)實施例，提供一種太陽能電池的制造方法，其包括：在支撐基板上形成鑰層； 在鑰層上形成歐姆層，所述歐姆層包括具有互不相同的晶體結(jié)構(gòu)的多個層、；在歐姆層上形 成光吸收層；以及在光吸收層上形成前電極層。
[0010] 有益效果
[0011] 根據(jù)實施例所述的太陽能電池，利用MoSe2制備的歐姆層設(shè)置在背電極層上。歐姆 層可以包括與c軸水平并具有較低接觸電阻的晶體表面，也包括與c軸垂直并具有優(yōu)異機 械強度的晶體表面。因此，根據(jù)實施例所述的太陽能電池，電阻RS減小并且填充因子增大， 從而可以提高光電轉(zhuǎn)換效率和機械強度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1到圖5是剖視圖，示出了實施例所述的太陽能電池的制造方法。

【具體實施方式】
[0013] 在實施例的描述中，應(yīng)該明白，當(dāng)某一基板、層、膜、或者電極被稱作是在另一基 板、另一層、另一膜或者另一電極"之上"或者"之下"時，它可以是"直接"或"間接"地在該 另一基板、層、膜或電極之上或之下，或者也可以存在一個或更多的中間層。層的這種位置 已經(jīng)參照附圖進(jìn)行了描述。為了說明的目的，附圖所示元件的尺寸可以夸大，并且可以不完 全反映實際的尺寸。
[0014] 圖1到圖5是剖視圖，示出了實施例所述的太陽能電池的制造方法。在下文中，第 一實施例所述的太陽能電池及其制造方法將參照圖1到圖5進(jìn)行描述。
[0015] 參照圖1，背電極層200在基板100上形成。支撐基板100具有平板形狀并且支撐 背電極層200、光吸收層400、緩沖層500、高阻層600以及前電極層700。
[0016] 支撐基板100可以包括絕緣體。支撐基板100可以包括玻璃基板、塑料基板或者 金屬基板。更詳細(xì)地講，支撐基板100可以包括鈉鈣玻璃基板。支撐基板100可以是透明 的。支撐基板100可以是剛性的或柔性的。
[0017] 背電極層200可以通過物理氣相沉積（PVD)方法或者電鍍方法在支撐基板100上 形成。
[0018] 背電極層200是導(dǎo)電層。背電極層200可以包括鑰（Mo)、金（Au)、鋁（A1)、鉻（Cr)、 鎢（W)、以及銅（Cu)中的至少一種。背電極層200可以包括Mo。Mo具有與支撐基板100相 似的熱膨脹系數(shù)，因此Mo可以提高粘合性并且防止背電極層200與支撐基板100層離，以 及完全滿足背電極層200要求的特性。就是說，優(yōu)選地，背電極層200為Mo層。
[0019] 參照圖2,歐姆層300在Mo層200上形成。歐姆層300可以包括MoSe2。歐姆層 300可以制備為包括具有互不相同的晶體結(jié)構(gòu)的多層的復(fù)合層。
[0020] 更詳細(xì)地講，歐姆層300可以包括布置在支撐基板100上的第一歐姆層310以及 布置在第一歐姆層310上的第二歐姆層320。例如，第一歐姆層310可以包括與MoSe 2晶體 的c軸水平的晶體表面，而第二歐姆層320可以包括與MoSe2晶體的c軸垂直的晶體表面。
[0021] 第一歐姆層310作為與Mo層200直接接觸的區(qū)域，并且根據(jù)能量勢壘的接觸電阻 比機械強度更重要。相應(yīng)地，實施例所述的第一歐姆層310上形成有晶體表面與c軸水平 并電阻優(yōu)異的MoSe 2，并且MoSe2與Mo層200相鄰。
[0022] 因此，根據(jù)實施例所述的太陽能電池，電阻Rs減小并且填充因子增大，從而可以 提高光電轉(zhuǎn)換效率和機械強度。
[0023] 此外，第二歐姆層310為光吸收層400直接在其上面形成的區(qū)域，并且重要的是第 二歐姆層310吸收在包括光吸收層400的多個層沉積和圖案化過程中發(fā)生的損害。如此， 實施例所述的第二歐姆層320包括晶體表面垂直于c軸并且機械強度優(yōu)異的MoSe 2。相應(yīng) 地，在實施例所述的太陽能電池中，機械強度可以得到提高。
[0024] 歐姆層300可以通過硒化Mo層200來形成。更詳細(xì)地講，歐姆層300可以通過制 備光吸收層400的硒化過程來形成。在實施例所述的太陽能電池的制造方法中，如上述描 述，具有互不相同的晶體表面的多個歐姆層310和320通過改變硒化過程的條件來制備。這 將在下面連同光吸收層400的制備方法進(jìn)行詳細(xì)地描述。
[0025] 參照圖3,光吸收層400布置在歐姆層300上。
[0026] 光吸收層400包括I-III-VI族化合物。例如，光吸收層300可以具有 CIGSS (Cu (In, Ga) (Se, S)2)晶體結(jié)構(gòu)、CISS (Cu (In) (Se, S)2)晶體結(jié)構(gòu)或者 CGSS (Cu (Ga) (Se, S)2)晶體結(jié)構(gòu)。光吸收層400的能帶隙可以在約1. OeV到約1. 8eV范圍內(nèi)。
[0027] 例如，光吸收層400可以通過各種方法來形成，例如通過同時或分別蒸發(fā)Cu、In、 Ga和Se形成基于Cu (In，Ga) Se2 (CIGS)的光吸收層400的方法，以及在形成了金屬前體層 之后進(jìn)行硒化過程的方法。
[0028] 如上述描述，實施例所述的歐姆層300可以通過硒化過程來形成。光吸收層400 可以通過濺射方法或者蒸發(fā)方法來形成。至于在形成金屬前體層之后的硒化過程的細(xì)節(jié)， 采用Cu靶、In靶、或Ga靶通過濺射過程在背電極層200上形成金屬前體層。然后，金屬前 體層經(jīng)歷硒化過程，從而形成基于Cu (In，Ga) Se2 (CIGS)的光吸收層400。
[0029] 同時，歐姆層300可以形成在背電極層200的一部分上。更詳細(xì)地講，第一歐姆層 310和第二歐姆層320可以通過改變溫度條件而具有互不相同的晶體結(jié)構(gòu)。例如，第一歐姆 層310可以通過在約400°C到約500°C范圍內(nèi)的溫度下硒化Mo層200來形成，而第二歐姆 層320可以通過在約500°C到約600°C范圍內(nèi)的溫度下硒化Mo層200來形成，但本實施例 不限于此。
[0030] 例如，第一歐姆層310可以通過在約400°C到約500°C范圍內(nèi)的溫度下硒化Mo層 200來形成，而第二歐姆層320可以通過在約500°C到約600°C范圍內(nèi)的溫度下硒化Mo層 200來形成，但本實施例不限于此。
[0031] 參照圖4,緩沖層500設(shè)置在光吸收層400上。根據(jù)太陽能電池、CIGS化合物，P-N 結(jié)在作為P型半導(dǎo)體的CIGS或者CIGSS化合物薄膜的光吸收層400和作為N型半導(dǎo)體的 前電極層700之間形成。然而，由于兩種材料之間在晶格常數(shù)和能帶隙上呈現(xiàn)出很大差異， 具有在兩種材料的帶隙之間的中間帶隙的緩沖層對在這兩種材料之間形成理想的結(jié)是必 需的。緩沖層500可以具有約10nm到約30nm范圍內(nèi)的厚度，但本實施例不限于此。
[0032] 緩沖層500可以包括硫化鎘（CdS)、硫化鋅（ZnS)、InXSY、以及InXSeYZn (0, 0H)。 優(yōu)選地，緩沖層500可以為硫化鋅（ZnS)。
[0033] 高阻緩沖層600布置在緩沖層500上。高阻緩沖層600可以包括iZnO, iZnO是 不摻雜雜質(zhì)的氧化鋅。高阻緩沖層600可以通過濺射過程在緩沖層500上沉積氧化鋅來形 成。
[0034] 參照圖5,前電極層700在高阻緩沖層600上形成。前電極層700為透明的導(dǎo)電 層。例如，前電極層700可以包括摻B氧化鋅（ΖηΟ :Β，ΒΖ0)、摻A1氧化鋅（ΑΖ0)，或者摻Ga 氧化鋅（GZ0)。更詳細(xì)地講，通過考慮帶隙和與緩沖層500的接觸，前電極層700可以使用 摻A1氧化鋅（ΑΖ0)或者摻B氧化鋅（ΖηΟ :Β，ΒΖ0)，但本實施例不限于此。
[0035] 前電極層700可以通過在高阻緩沖層500上沉積透明導(dǎo)電材料來形成。更詳細(xì)地 講，前電極層700可以通過濺射方法或者金屬有機化學(xué)氣相沉積（M0CVD)方法來沉積。例 如，前電極層700可以通過濺射過程來沉積。
[0036] 在本說明書中每提及"一個實施例"，"某個實施例"，"示例性實施例"等時意味著， 結(jié)合該實施例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、或特性包含在本發(fā)明的至少一個實施例中。在本說明 書中不同地方出現(xiàn)的此類短語不一定都是指同一實施例。另外，當(dāng)結(jié)合某一實施例描述具 體的特征、結(jié)構(gòu)、或特性時，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，結(jié)合其它實施例實現(xiàn)該特征、結(jié)構(gòu)或特性落入本領(lǐng)域 技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)。
[0037] 雖然參照本發(fā)明的若干說明性實施例描述了實施例，但應(yīng)該知道，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以構(gòu)思出很多其它的變型和實施例，這些變型和實施例落入本發(fā)明原理的精神和范圍 內(nèi)。更具體地講，在本發(fā)明公開、附圖和所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，可以對主題組合結(jié)構(gòu)的 組成部分和/或排列作出各種改變和變型。除了所述組成部分和/或排列的改變和變型之 夕卜，替代用途對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言也是顯然的。
【權(quán)利要求】
1. 一種太陽能電池，包括： 在支撐基板上的鑰層； 在所述鑰層上的歐姆層； 在所述歐姆層上的光吸收層；以及 在所述光吸收層上的前電極層， 其中，所述歐姆層包括具有互不相同的晶體結(jié)構(gòu)的第一歐姆層和第二歐姆層。
2. 如權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述歐姆層包括MoSe2。
3. 如權(quán)利要求2所述的太陽能電池，其中，所述第一歐姆層包括與MoSe2晶體的c軸水 平的晶體表面。
4. 如權(quán)利要求2所述的太陽能電池，其中，所述第二歐姆層包括與MoSe2晶體的c軸垂 直的晶體表面。
5. 如權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述第一歐姆層與所述鑰層直接接觸。
6. -種太陽能電池的制造方法，該方法包括： 在支撐基板上形成鑰層； 在所述鑰層上形成歐姆層，所述歐姆層包括具有互不相同的晶體結(jié)構(gòu)的多個層； 在所述歐姆層上形成光吸收層；以及 在所述光吸收層上形成前電極層。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述歐姆層包括MoSe2。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中，形成所述歐姆層包括： 在所述支撐基板上形成第一歐姆層；以及 在所述第一歐姆層上形成第二歐姆層。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述第一歐姆層包括與MoSe2晶體的c軸水平的晶 體表面，以及所述第二歐姆層包括與MoSe 2晶體的c軸垂直的晶體表面。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述第一歐姆層通過在400°C到500°C范圍內(nèi)的溫 度下硒化所述鑰層來形成，所述第二歐姆層通過在500°C到600°C范圍內(nèi)的溫度下硒化所 述鑰層來形成。
11. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述歐姆層的形成和所述光吸收層的形成是同時 進(jìn)行的。
【文檔編號】H01L31/18GK104115278SQ201280070022
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月19日
【發(fā)明者】李真宇 申請人:Lg伊諾特有限公司