具有局部電場(chǎng)分布的透明導(dǎo)電氧化物層及其光伏器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種光伏器件，包括：襯底、設(shè)置在襯底上方的背接觸層、設(shè)置在背接觸層上方的用于光子吸收的吸收層、設(shè)置在吸收層上方的緩沖層、設(shè)置在緩沖層上方的導(dǎo)電涂層以及設(shè)置在導(dǎo)電涂層上方的透明導(dǎo)電層。導(dǎo)電涂層包括至少一個(gè)尺寸在0.5nm至1000nm的范圍內(nèi)的至少一種納米材料。本發(fā)明還提供了具有局部電場(chǎng)分布的透明導(dǎo)電氧化物層及其光伏器件。
【專利說(shuō)明】具有局部電場(chǎng)分布的透明導(dǎo)電氧化物層及其光伏器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明通常涉及光伏器件，更具體而言，涉及包含透明導(dǎo)電層的光伏器件及其制造工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]光伏器件(還被稱為太陽(yáng)能電池)吸收太陽(yáng)光并將光能轉(zhuǎn)換為電能。因此，光伏器件及其制造方法不斷發(fā)展，以提供更高的轉(zhuǎn)換效率和更薄的設(shè)計(jì)。
[0003]薄膜太陽(yáng)能電池基于沉積在襯底上的一層或多層光伏材料薄膜礎(chǔ)。光伏材料的膜厚度在幾納米至數(shù)十微米的范圍的范圍內(nèi)。這樣的光伏材料的實(shí)例包括碲化鎘(CdTe )、銅銦鎵硒(CIGS)和非晶硅(α-Si)。這些材料用作光吸收體。光伏器件可以進(jìn)一步包括諸如緩沖層、背接觸層和前接觸層的其他薄膜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種光伏器件，包括:襯底；背接觸層，設(shè)置在所述襯底上方；吸收層，用于光子吸收并設(shè)置在所述背接觸層上方；緩沖層，設(shè)置在所述吸收層上方；導(dǎo)電涂層，設(shè)置在所述緩沖層上方；以及透明導(dǎo)電層，設(shè)置在所述導(dǎo)電涂層上方；其中，所述導(dǎo)電涂層包括至少一個(gè)尺寸在0.5nm至100nm的范圍內(nèi)的至少一種納米材料。
[0005]在該光伏器件中，所述緩沖層或所述吸收層具有紋理表面。
[0006]在該光伏器件中，所述透明導(dǎo)電層包括透明導(dǎo)電氧化物(TCO )。
[0007]在該光伏器件中，所述導(dǎo)電涂層的厚度在0.5nm至500nm的范圍內(nèi)。
[0008]在該光伏器件中，所述導(dǎo)電涂層包括石墨烯納米片層。
[0009]在該光伏器件中，所述導(dǎo)電涂層包括銀納米顆粒。
[0010]在該光伏器件中，所述導(dǎo)電涂層包括碳納米管(CNT )。
[0011]該光伏器件進(jìn)一步包括:延伸至所述緩沖層和所述吸收層中的劃線，其中，所述緩沖層上方的所述導(dǎo)電涂層中的所述碳納米管具有基本垂直于所述劃線的定向。
[0012]在該光伏器件中，所述導(dǎo)電涂層是在所述碳納米管之間具有多個(gè)空隙的不連續(xù)涂層，并且所述透明導(dǎo)電層填充所述碳納米管之間的所述多個(gè)空隙。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種光伏器件，包括:襯底；背接觸層，設(shè)置在所述襯底上方；吸收層，設(shè)置在所述背接觸層上方；緩沖層，設(shè)置在所述吸收層上方，所述吸收層和所述緩沖層都是半導(dǎo)體；導(dǎo)電涂層，包括碳納米管或石墨烯納米片層并設(shè)置在所述緩沖層上方；以及透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層，設(shè)置在所述導(dǎo)電涂層上方。
[0014]在該光伏器件中，所述導(dǎo)電涂層的厚度在0.5nm至500nm的范圍內(nèi)。
[0015]在該光伏器件中，所述吸收層或所述緩沖層具有紋理表面。
[0016]在該光伏器件中，所述導(dǎo)電涂層包括碳納米管(CNT )。
[0017]該光伏器件進(jìn)一步包括:延伸至所述緩沖層和所述吸收層中的劃線，其中，所述緩沖層上方的所述導(dǎo)電涂層中的所述碳納米管具有基本垂直于所述劃線的定向。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種制造光伏器件的方法，包括:在襯底上方形成背接觸層；在所述背接觸層上方形成用于光子吸收的吸收層；在所述吸收層上方形成緩沖層；在所述緩沖層上方沉積導(dǎo)電涂層；以及在所述導(dǎo)電涂層上方形成透明導(dǎo)電層，其中，所述導(dǎo)電涂層包括至少一個(gè)尺寸在0.5nm至100nm的范圍內(nèi)的至少一種納米材料。
[0019]在該方法中，所述緩沖層或所述吸收層具有紋理表面。
[0020]在該方法中，所述導(dǎo)電涂層中的納米材料包括石墨烯納米片層或者碳納米管(CNT)0
[0021 ] 在該方法中，通過(guò)沉積分散在溶液中的所述納米材料來(lái)形成所述導(dǎo)電涂層。
[0022]該方法進(jìn)一步包括:形成延伸至所述緩沖層和所述吸收層中的劃線。
[0023]在該方法中，在電場(chǎng)中，在包含碳納米管(CNT)的溶液中實(shí)施在所述緩沖層上方沉積所述導(dǎo)電涂層；以及所述緩沖層上方的所述導(dǎo)電涂層包括具有基本垂直于所述劃線的定向的碳納米管。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以更好地理解本發(fā)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，附圖的各種部件不必按比例繪制。相反，為了清楚起見(jiàn)，各種部件的尺寸可以被任意增大或縮小。在整個(gè)說(shuō)明書和全部附圖中，相似的參考標(biāo)號(hào)表示相似的部件。
[0025]圖1A至圖1E是根據(jù)一些實(shí)施例在制造期間的示例性光伏器件的一部分的截面圖；
[0026]圖2是示出根據(jù)一些實(shí)施例制造示例性光伏器件的方法的流程圖；
[0027]圖3A是根據(jù)一些實(shí)施例示出具有紋理表面的示例性緩沖層的制造期間的光伏器件的一部分的截面圖；
[0028]圖3B是根據(jù)一些實(shí)施例示出沉積在緩沖層的紋理表面上的導(dǎo)電涂層的制造期間的光伏器件的一部分的俯視圖；
[0029]圖4是根據(jù)一些實(shí)施例吸收層具有紋理表面的制造期間的示例性光伏器件的一部分的截面圖；
[0030]圖5是根據(jù)一些實(shí)施例具有劃線的示例性光伏器件的一部分的截面圖；
[0031]圖6是根據(jù)一些實(shí)施例示出導(dǎo)電涂層具有基本上垂直于劃線的定向的納米材料的示例性光伏器件的一部分的截面圖；
[0032]圖7是根據(jù)一些實(shí)施例具有基本上垂直于光伏器件中的劃線的定向的導(dǎo)電涂層中的納米材料的示例性配置的俯視圖；
[0033]圖8A至圖SE是根據(jù)一些實(shí)施例示出在緩沖層上沉積導(dǎo)電涂層的示例性工藝的示意圖；
[0034]圖9A和9B是根據(jù)一些實(shí)施例示出形成具有定向的納米材料的導(dǎo)電涂層的示例性機(jī)制的示意圖；圖9B是圖9A的一部分的放大圖；以及
[0035]圖10是根據(jù)一些實(shí)施例示出在電場(chǎng)中包含碳納米管(CNT)的溶液中沉積導(dǎo)電涂層的示例性工藝的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0036]結(jié)合被視為整個(gè)說(shuō)明書的一部分的附圖來(lái)閱讀示例性實(shí)施例的描述。在描述中，諸如“下部”、“上部”、“水平的”、“垂直的”、“在……上方”、“在……下方”、“向上”、“向下”、“頂部”和“底部”的空間相對(duì)位置的術(shù)語(yǔ)以及它們的派生詞(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)應(yīng)該被解釋為所討論附圖中所述或所示的方位。這些空間相對(duì)位置的術(shù)語(yǔ)是為了便于說(shuō)明并不需要以特定定向來(lái)構(gòu)造或操作該裝置。除非另有說(shuō)明，否則關(guān)于連接、耦合等的術(shù)語(yǔ)(諸如“連接”和“互連”)指的是結(jié)構(gòu)相互直接固定或附接或者通過(guò)中間結(jié)構(gòu)相互間接地固定或附接的關(guān)系，以及可移動(dòng)的或剛性的附接或關(guān)系。
[0037]用于光伏器件中的透明導(dǎo)電層具有雙重功能:將光傳輸至吸收層同時(shí)還用作前接觸件以將光生電荷傳送出去以形成輸出電流。在一些實(shí)施例中，透明導(dǎo)電氧化物(TCO)用作前接觸件。期望通過(guò)改善具有TCO的透明導(dǎo)電層的導(dǎo)電性和光學(xué)透射率來(lái)提高光伏效率。
[0038]本發(fā)明提供了一種光伏器件以及其制造方法。在這樣的光伏器件中，結(jié)合透明導(dǎo)電層使用導(dǎo)電涂層以提高透明導(dǎo)電層的導(dǎo)電性和光學(xué)透射率。因此，所得到的光伏器件具有極好的光伏效率。
[0039]除非另有指明，否則本發(fā)明中提及的“納米材料”被理解為涵蓋諸如直徑和/或長(zhǎng)度的至少一個(gè)尺寸在0.1nm至100nm的范圍內(nèi)的材料。合適材料的實(shí)例包括但不限于納米顆粒、納米管、納米纖維、納米棒、納米片層(nanoplatelete)、納米片以及它們的組合。
[0040]在圖1A至圖1E、圖3A和圖3B、圖4至圖7和圖8A至圖10中，相似的參考標(biāo)號(hào)表示相似的部件，而且為簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，不再重復(fù)以上參考前述附圖所提供的結(jié)構(gòu)的描述。參考圖1A至圖1E所述的示例性結(jié)構(gòu)來(lái)描述圖2所述的方法。
[0041]圖2是根據(jù)一些實(shí)施例制造示例性光伏器件的方法200的流程圖。圖1A至圖1E是根據(jù)一些實(shí)施例在制造期間的示例性光伏器件100的一部分的截面圖。
[0042]在步驟202中，在襯底102上方形成背接觸層104。圖1A示出在步驟202之后得到的光伏器件100的一部分的結(jié)構(gòu)。襯底102和背接觸層104是由適用于薄膜光伏器件的任何材料制成。適用于襯底102中的材料的實(shí)例包括但不限于玻璃(諸如，鈉鈣玻璃)、聚合物(例如，聚酰亞胺)膜和金屬箔(諸如，不銹鋼)。襯底102的膜厚度在任何合適的范圍內(nèi)，例如在一些實(shí)施例中，在0.1mm至5_的范圍內(nèi)。適合于背接觸層104的材料的實(shí)例包括但不限于銅、鎳、鑰(Mo)或者任何其他的金屬或?qū)щ姴牧??？梢曰诒∧す夥骷念愋蛠?lái)選擇背接觸層104。例如，在CIGS薄膜光伏器件中，在一些實(shí)施例中，背接觸層104是Mo。在CdTe薄膜光伏器件中，在一些實(shí)施例中，背接觸層104是銅或鎳。背接觸層104的厚度為納米級(jí)或微米級(jí)，例如，在10nm至20mm的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，背接觸層104的厚度是在200nm至1mm的范圍內(nèi)。在步驟202之后，還可以蝕刻背接觸層104以形成圖案。
[0043]在步驟204中，在背接觸層104上方形成用于光子吸收的吸收層106。圖1B示出步驟204之后的制造期間得到的光伏器件100的一部分的結(jié)構(gòu)。
[0044] 吸收層106是P型或η型半導(dǎo)體材料。適合于吸收層106的材料的實(shí)例包括但不限于碲化鎘(CdTe)、銅銦鎵硒(CIGS)和非晶硅(α-Si)。在一些實(shí)施例中，吸收層106是包含銅、銦、鎵和硒的半導(dǎo)體，諸如CuInxGad-x) Se2，其中，X在O至I的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，吸收層106是包含銅、銦、鎵和硒的P型半導(dǎo)體。吸收層106的厚度為納米級(jí)或微米級(jí)，例如，在0.5微米至10微米的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，吸收層106的厚度在500納米至2微米的范圍內(nèi)。
[0045]可以根據(jù)諸如濺射、化學(xué)汽相沉積、印刷、電沉積等的方法來(lái)形成吸收層106。例如，首先通過(guò)濺射包含特定比率的銅、銦和鎵的金屬膜，之后通過(guò)將硒或含氣態(tài)化學(xué)物質(zhì)的硒引入金屬膜中的硒化工藝來(lái)形成CIGS。在一些實(shí)施例中，通過(guò)蒸鍍物理汽相沉積(PVD)來(lái)沉積硒。
[0046]在步驟206中，在吸收層106上方形成緩沖層108。圖1C示出了在步驟206之后的制造期間得到的光伏器件100的一部分的結(jié)構(gòu)。根據(jù)一些實(shí)施例，緩沖層108的實(shí)例包括但不限于CdS或者ZnS。緩沖層108的厚度為納米級(jí)，例如，在一些實(shí)施例中，在5nm至10nm的范圍內(nèi)。
[0047]通過(guò)諸如濺射或者化學(xué)汽相沉積的合適的工藝來(lái)完成緩沖層108的形成。例如，在一些實(shí)施例中，緩沖層108是通過(guò)溶液中的水熱反應(yīng)或化學(xué)浴沉積(CBD)所沉積的CdS層或者ZnS層或者CdS和ZnO的混合物。例如，在一些實(shí)施例中，在包含CIGS的吸收層106上方形成包含ZnS薄膜的緩沖層108。在80°C的水溶液(包含:ZnS04、氨、硫脲)中形成緩沖層108。在一些實(shí)施例中，合適的溶液包括0.16M的ZnS04、7.5M的氨和0.6M的硫脲。
[0048]在一些實(shí)施例中，緩沖層108或者吸收層106具有紋理表面。在一些實(shí)施例中，如圖1C所示，緩沖層108具有紋理表面?？梢酝ㄟ^(guò)蝕刻或者原位沉積包括納米管、納米棒或納米尖端(nanotips)的材料來(lái)形成這種紋理表面。例如,緩沖層108的紋理表面或粗糙表面可以由在吸收層106的表面上垂直生長(zhǎng)的納米管形成。圖3A示出了所得到的結(jié)構(gòu)。例如，這樣的緩沖層108可以包括通過(guò)在溶液中的水熱反應(yīng)或化學(xué)浴沉積所制備的本征ZnO納米管。溶液包括含鋅鹽和堿性化學(xué)物質(zhì)。任何含鋅鹽可以是硝酸鋅、醋酸鋅、氯化鋅、硫酸鋅、它們的組合和水合物。水合物的一個(gè)實(shí)例是六水合硝酸鋅、硝酸鋅或醋酸鋅。溶液中的堿性化學(xué)物質(zhì)可以是諸如KOH或NaOH的強(qiáng)堿或者諸如氨或胺的弱堿。
[0049]在一些實(shí)施例中，吸收層106具有紋理表面。在一些實(shí)施例中，吸收層106和緩沖層108都具有紋理表面。圖4示出了示例性器件400。可以通過(guò)蝕刻或者原位沉積具有納米管、納米棒或納米尖端的結(jié)構(gòu)的合適材料來(lái)形成紋理表面。作為一個(gè)實(shí)例，可以通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積(MOCVD)來(lái)制作包含CdS或ZnS并具有紋理表面的緩沖層108。
[0050]在一些實(shí)施例中，方法200還包括形成延伸至緩沖層108和吸收層106中的劃線。在一些實(shí)施例中，圖2的步驟208是可選的。步驟208中，通過(guò)合適的方法(例如激光劃刻或者機(jī)械劃刻工藝)來(lái)形成延伸至緩沖層108和吸收層106中的劃線。例如，圖5和圖6分別地示出了具有劃線(P2)的示例性PV器件500和600。
[0051]再次參考圖2，在步驟210中，在緩沖層108上方沉積包括至少一個(gè)尺寸在0.5nm至100nm的范圍內(nèi)的至少一種納米材料的導(dǎo)電涂層110。圖1D示出步驟210之后制造期間得到的的光伏器件100的一部分的結(jié)構(gòu)。導(dǎo)電涂層110的厚度為納米級(jí)或微米級(jí)，例如，在一些實(shí)施例中，在0.5nm至500nm的范圍內(nèi)。
[0052]導(dǎo)電涂層110包括諸如顆粒尺寸、直徑或長(zhǎng)度的至少一個(gè)尺寸在0.5nm至100nm的范圍內(nèi)的至少一種納米材料。用于導(dǎo)電涂層I1的納米材料可以具有諸如納米管、納米片層、納米棒、納米顆粒、納米片或者任何其他的形狀或者它們的組合的形式。用于導(dǎo)電涂層110的納米材料可以由碳、石墨、金屬或者任何其他的無(wú)機(jī)或有機(jī)導(dǎo)電材料制成。適合于導(dǎo)電涂層110的材料的實(shí)例包括但不限于碳納米管、石墨烯納米片層或者納米片、金屬納米管、金屬納米棒和金屬納米顆粒。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電涂層110中的納米材料包括石墨烯納米片層、碳納米管(CNT)或者銀納米顆粒。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電涂層110中的納米材料包括碳納米管。合適的碳納米管(CNT)的實(shí)例包括但不限于單壁CNT、雙壁CNT和多壁CNT。
[0053]可以通過(guò)諸如導(dǎo)電涂層110的浸涂、旋涂、噴涂、原位沉積的合適的工藝或者任何其他合適的方法來(lái)完成導(dǎo)電涂層110的沉積。在一些實(shí)施例中，通過(guò)沉積分散在溶液中的納米材料來(lái)形成導(dǎo)電涂層110。例如，在電場(chǎng)中，在包含碳納米管(CNT)的溶液中來(lái)實(shí)施在緩沖層108上方的沉積導(dǎo)電涂層110。在一些實(shí)施例中，位于緩沖層108上方的導(dǎo)電涂層包括具有特定定向的碳納米管，例如，基本上垂直于劃線的定向。圖3B是根據(jù)一些實(shí)施例示出沉積在緩沖層108的紋理表面上的導(dǎo)電涂層110的制造期間的示例性光伏器件的一部分的俯視圖。如圖3B所示，在緩沖層108的紋理表面上可以看到吸收層106的一部分。
[0054]圖8A至圖8E是根據(jù)一些實(shí)施例示出在緩沖層108上方沉積導(dǎo)電涂層110的示例性工藝的示意圖。參考圖8A，容器802中的溶液804包括分散的用于導(dǎo)電涂層110的納米材料806。如參考圖1D所述的，納米材料806可以具有諸如納米管、納米片層、納米棒、納米顆粒、納米片或者任何其他的形狀或它們的組合的形式。用于導(dǎo)電涂層110的納米材料可以是由碳、石墨、金屬或者任何其他的無(wú)機(jī)或有機(jī)導(dǎo)電材料制成。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電涂層110中的納米材料806包括石墨烯納米片層、碳納米管(CNT)或者銀納米顆粒。在一些實(shí)施例中，納米材料806包括碳納米管(CNT)。合適的CNT可以是單壁CNT、雙壁CNT、多壁CNT或者它們的組合。在一些實(shí)施例中，所使用的碳納米管在分散之前是純凈的。碳納米管可以分散在包含分散劑(諸如，表面活性劑)的水溶液中。例如，CNT使用表面活性劑分散在去離子水中。合適的表面活性劑的實(shí)例包括但不限于丁氧基乙醇、四甲基-5-癸炔_4，7- 二醇(tetramethyl-5-decyne_4，7-d1l)和 α -壬基苯基-ω -輕基-聚(氧代-1, 2_ 亞乙基)(alpha-(nonylphenyl)-omega-hydroxy-poly(oxy-1, 2-ethanediyl)。
[0055]參考圖8B，將制造的示例性光伏器件808浸在包含分散的納米材料806的溶液804中。如圖1C所述，示例性光伏器件808包括緩沖層108和吸收層106。緩沖層108或吸收層106具有紋理表面。
[0056]參考圖8C，將示例性光伏器件808浸入溶液804中。在緩沖層108的紋理表面上沉積分散的納米材料806。圖8D示出將光伏器件808垂直拉出溶液的工藝。在一些實(shí)施例中，光伏器件808包括參考圖5和圖6所述的至少一條劃線113。例如，在圖5和圖6中，延伸至吸收層106和緩沖層108中的劃線被標(biāo)記為“P2”。此外，拉出方向垂直于至少一條劃線 113。
[0057]參考圖8E，在示例性光伏器件808完全離開(kāi)溶液804之后，分散的納米材料806在平行于拉出方向并垂直于劃線113的方向上對(duì)準(zhǔn)。這樣的納米材料806的涂層是導(dǎo)電涂層110。圖3B和圖7中也示出具有這樣定向的納米材料806的導(dǎo)電涂層110。
[0058]圖9A和圖9B是示出根據(jù)一些實(shí)施例形成具有定向的納米材料的導(dǎo)電涂層110的示例性機(jī)制的示意圖。圖9B是圖9A的一部分的放大圖。如圖8D所述，將制造期間的示例性光伏器件808垂直拉出包含用于導(dǎo)電涂層110的納米材料806的溶液804(圖9A)。在示例性光伏器件808的表面上形成包含納米材料806的溶液804的邊界層(boundary layer)。在邊界層中，分散的納米材料806與拉出定向平行地進(jìn)行定向。在一些實(shí)施例中，在干燥之后，可以形成具有特定定向的納米材料806 (諸如碳納米管)的導(dǎo)電涂層110。
[0059]在一些實(shí)施例中，通過(guò)使用電場(chǎng)或磁場(chǎng)輔助形成這樣定向的納米材料806的工藝。圖10是根據(jù)一些實(shí)施例在電場(chǎng)中在包含碳納米管(CNT)的溶液中沉積導(dǎo)電涂層110的示例性工藝的示意圖。圖10中，相似的參考標(biāo)號(hào)表示相似的部件，而且為簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，不再重復(fù)以上參考圖8A至圖SE所提供的結(jié)構(gòu)的描述。如圖10所示，所制造的示例性光伏器件808的兩端與兩個(gè)電極810和812連接。通過(guò)電源對(duì)光伏器件808施加電壓或電流。在一些實(shí)施例中，電流是電壓在0.1伏特至30伏特的范圍內(nèi)的交流電流(AC)，或者在一些其他實(shí)施例中，電流是電壓在0.1伏特至100伏特的范圍內(nèi)的直流電流(DC)。
[0060]在包含CNT的示例性溶液中，CNT與溶劑的重量比可以在10_4至10_2的范圍內(nèi)。合適的CNT可以是單壁CNT，具有0.8nm至2nm的范圍內(nèi)的直徑和5 μ m至30 μ m的范圍內(nèi)的長(zhǎng)度。合適的CNT可以是多壁CNT，具有3nm至50nm的范圍內(nèi)的直徑和10 μ m至50 μ m的范圍內(nèi)的長(zhǎng)度。
[0061]再次參考圖2，在步驟212中，在導(dǎo)電涂層110上方形成透明導(dǎo)電層112。圖1E示出在步驟212之后的制造期間得到的光伏器件100的一部分的結(jié)構(gòu)。適合于透明導(dǎo)電層112的材料的實(shí)例包括但不限于透明導(dǎo)電氧化物，諸如銦錫氧化物(ΙΤ0)、摻氟錫氧化物(FT0)、摻鋁鋅氧化物(AZO)、摻鎵ZnO (GZ0)、鋁和鎵共摻雜的ZnO (AGZO)、摻硼ZnO (BZO)和它們的任何組合。適合于透明導(dǎo)電層112的材料還可以是包括透明導(dǎo)電氧化物(TCO)和另一導(dǎo)電材料中的至少一種的復(fù)合材料，從而沒(méi)有顯著降低透明導(dǎo)電層112的導(dǎo)電性或光學(xué)透射率。透明導(dǎo)電層112的厚度為納米級(jí)或微米級(jí)，例如，在一些實(shí)施例中，在0.3nm至
2.5 μ m的范圍內(nèi)。
[0062]如上所述，一方面，本發(fā)明提供了一種光伏器件。圖1E、圖4、圖5和6示出了根據(jù)一些實(shí)施例的光伏器件的實(shí)例。如圖1E和圖4所示，在一些實(shí)施例中，光伏器件100或400包括襯底102、設(shè)置在襯底102上的背接觸層104、設(shè)置在背接觸層104上的用于光子吸收的吸收層106、設(shè)置在吸收層106上的緩沖層108、設(shè)置在緩沖層108上的導(dǎo)電涂層110以及設(shè)置在導(dǎo)電涂層110上方的透明導(dǎo)電層112。吸收層106和緩沖層108都是半導(dǎo)體。導(dǎo)電涂層I1包括至少一個(gè)尺寸在0.5nm至100nm的范圍內(nèi)的至少一種納米材料。在一些實(shí)施例中，緩沖層108或吸收層106具有紋理表面。如圖1E所示,在一些實(shí)施例中，緩沖層108具有紋理表面。如圖4所示，吸收層106、或者緩沖層108和吸收層106具有紋理表面。
[0063]在一些實(shí)施例中，透明導(dǎo)電層112包括透明導(dǎo)電氧化物(TC0)。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電涂層110的厚度在0.5nm至500nm的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電涂層包括石墨烯納米片層。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電涂層110包括銀納米顆粒。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電涂層110包括碳納米管(CNT)。
[0064]在一些實(shí)施例中，如圖5和圖6所示，光伏器件500或600進(jìn)一步包括延伸至緩沖層108和吸收層106中的劃線(例如P2)。圖5是根據(jù)一些實(shí)施例具有劃線(P1、P2和P3)的示例性光伏器件500的一部分的截面圖。劃線P2的寬度在I μ m至10ym的范圍內(nèi)，例如，在一些實(shí)施例中，為40 μ m。吸收層106 (LI)和緩沖層108 (L2)的厚度分別在500nm至2μπι的范圍內(nèi)和5nm至500nm的范圍內(nèi)。位于緩沖層108 (L3)上方或位于劃線P2 (L4或L5)中的導(dǎo)電涂層110的厚度在0.5nm至500nm的范圍內(nèi)，例如，在一些實(shí)施例中，在1nm至400nm的范圍內(nèi)。通過(guò)圖案化背接觸層104和填充有吸收層106來(lái)形成Pl。
[0065]在一些實(shí)施例中，位于緩沖層108上方的導(dǎo)電涂層110中的納米材料(諸如碳納米管)具有基本上垂直于劃線(諸如P2，或者圖7中的劃線113)的定向。圖6是示出根據(jù)一些實(shí)施例的導(dǎo)電涂層110中的納米材料具有基本上垂直于劃線P2的定向的示例性光伏器件600的一部分的截面圖，。如圖6所示，在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電涂層110在碳納米管之間具有一些間隔或者多個(gè)空隙的不連續(xù)涂層。透明導(dǎo)電層112填充碳納米管之間的間隔或多個(gè)空隙。
[0066]本發(fā)明提供了一種光伏器件和制造該光伏器件的方法。根據(jù)一些實(shí)施例，一種光伏器件包括襯底、設(shè)置在襯底上方的背接觸層、設(shè)置在背接觸層上方用于光子吸收的吸收層、設(shè)置在吸收層上方的緩沖層、設(shè)置在緩沖層上方的導(dǎo)電涂層以及設(shè)置在導(dǎo)電涂層上方的透明導(dǎo)電層。導(dǎo)電涂層包括至少一個(gè)尺寸在0.5nm至100nm范圍內(nèi)的至少一種納米材料。在一些實(shí)施例中，緩沖層或者吸收層具有紋理表面。在一些實(shí)施例中，透明導(dǎo)電層包括透明導(dǎo)電氧化物(TC0)。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電涂層的厚度在0.5nm至500nm的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電涂層包括石墨烯納米片層。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電涂層包括銀納米顆粒。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電涂層包括碳納米管(CNT)。在一些實(shí)施例中，光伏器件進(jìn)一步包括延伸至緩沖層和吸收層中的劃線。位于緩沖層上方的導(dǎo)電涂層中的碳納米管具有基本上垂直于劃線的定向。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電涂層是在碳納米管之間具有多個(gè)空隙的不連續(xù)涂層。透明導(dǎo)電層填充碳納米管之間的多個(gè)空隙。
[0067]根據(jù)一些實(shí)施例，一種光伏器件包括襯底；設(shè)置在襯底上的背接觸層；設(shè)置在背接觸層上的吸收層；設(shè)置在吸收層上的緩沖層，其中，吸收層和緩沖層都是半導(dǎo)體；設(shè)置在緩沖層上的包含碳納米管或石墨烯納米片層的導(dǎo)電涂層；以及設(shè)置在導(dǎo)電涂層上方的透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電涂層的厚度在0.5nm至500nm的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，吸收層或緩沖層具有紋理表面。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電涂層包括碳納米管(CNT)0在一些實(shí)施例中，光伏器件包括延伸至緩沖層和吸收層中的劃線。位于緩沖層上方的導(dǎo)電涂層中的碳納米管具有基本上垂直于劃線的定向。
[0068]本發(fā)明還提供了一種制造光伏器件的方法。該方法包括以下步驟:在襯底上形成背接觸層；在背接觸層上形成用于光子吸收的吸收層；在吸收層上形成緩沖層；在緩沖層上沉積導(dǎo)電涂層；以及在導(dǎo)電涂層上方形成透明導(dǎo)電層。導(dǎo)電涂層包括至少一個(gè)尺寸在
0.5nm至100nm的范圍內(nèi)的至少一種納米材料。在一些實(shí)施例中，緩沖層或吸收層具有紋理表面。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電涂層中的納米材料包括石墨烯納米片層、碳納米管(CNT)或銀納米顆粒。在一些實(shí)施例中，通過(guò)沉積分散在溶液中的納米材料來(lái)形成導(dǎo)電涂層。
[0069]在一些實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括形成延伸至緩沖層和吸收層中的劃線。在一些實(shí)施例中，在電場(chǎng)中，在包含碳納米管(CNT)的溶液中實(shí)施緩沖層上方的導(dǎo)電涂層的沉積。位于緩沖層上方的導(dǎo)電涂層包括具有基本上垂直于劃線的定向的碳納米管。
[0070]雖然就示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明的主題，但本發(fā)明不限于此。相反，所附權(quán)利要求應(yīng)該作廣義解釋為涵蓋本領(lǐng)域技術(shù)人員可以作出的其他變型例和實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種光伏器件，包括: 襯底； 背接觸層，設(shè)置在所述襯底上方； 吸收層，用于光子吸收并設(shè)置在所述背接觸層上方； 緩沖層，設(shè)置在所述吸收層上方； 導(dǎo)電涂層，設(shè)置在所述緩沖層上方；以及 透明導(dǎo)電層，設(shè)置在所述導(dǎo)電涂層上方； 其中，所述導(dǎo)電涂層包括至少一個(gè)尺寸在0.5nm至100nm的范圍內(nèi)的至少一種納米材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中，所述緩沖層或所述吸收層具有紋理表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中，所述透明導(dǎo)電層包括透明導(dǎo)電氧化物(TCO)0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中，所述導(dǎo)電涂層的厚度在0.5nm至500nm的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中，所述導(dǎo)電涂層包括石墨烯納米片層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中，所述導(dǎo)電涂層包括銀納米顆粒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中，所述導(dǎo)電涂層包括碳納米管(CNT)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光伏器件，進(jìn)一步包括: 延伸至所述緩沖層和所述吸收層中的劃線，其中，所述緩沖層上方的所述導(dǎo)電涂層中的所述碳納米管具有基本垂直于所述劃線的定向。
9.一種光伏器件，包括: 襯底； 背接觸層，設(shè)置在所述襯底上方； 吸收層，設(shè)置在所述背接觸層上方； 緩沖層，設(shè)置在所述吸收層上方，所述吸收層和所述緩沖層都是半導(dǎo)體； 導(dǎo)電涂層，包括碳納米管或石墨烯納米片層并設(shè)置在所述緩沖層上方；以及 透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層，設(shè)置在所述導(dǎo)電涂層上方。
10.一種制造光伏器件的方法，包括: 在襯底上方形成背接觸層； 在所述背接觸層上方形成用于光子吸收的吸收層； 在所述吸收層上方形成緩沖層； 在所述緩沖層上方沉積導(dǎo)電涂層；以及 在所述導(dǎo)電涂層上方形成透明導(dǎo)電層， 其中，所述導(dǎo)電涂層包括至少一個(gè)尺寸在0.5nm至100nm的范圍內(nèi)的至少一種納米材料。
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK104051549SQ201310236722
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2013年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月11日
【發(fā)明者】陳世偉 申請(qǐng)人:臺(tái)積太陽(yáng)能股份有限公司