专利名称：薄膜太阳能电池背电极的制作方法
技术领域：
本发明涉及薄膜太阳能电池领域，特别涉及薄膜太阳能电池背电极。
技术背景
背电极对于非晶硅、微晶硅、纳米硅、硅锗薄膜以及上述薄膜的叠层结构薄膜 电池等薄膜太阳能电池的性能影响至关重要，要求背电极首先具有良好的电学性能，对 薄膜太阳能电池产生的电能进行良好输运，还要求其具有良好的捕获弱光的能力，背电 极通过把未吸收的长波光线反射回太阳能电池中进行再吸收，以此来增加对太阳光的利 用率。薄膜太阳能电池一般使用Sn02、ITO、ZnO等透明导电氧化物作为电池的前电 极，而使用反光的金属薄膜作为背电极，一方面作为电池电极，另一方面反射未被薄膜 本体层完全吸收的光来增加薄膜太阳能电池的转化效率，现有技术中一般采用TCO(透 明导电氧化物薄膜)及金属的复合背电极如ZnO/Ag、ZnO/Al, ZnO/Cu, ZnO/Mo等作 为薄膜太阳能电池的背电极，这样的薄膜太阳能电池具有反射率高的优点，能够更加充 分利用进入薄膜太阳能电池的光，但是也存在比较明显的缺点由于TCO是一种半导体 薄膜，其导电率并不高，因而一般需在其中掺杂其他元素提高TCO薄膜的电导率；厚的 金属层会导致明显的分流，并且随着时间的推移，金属会失去本身的光泽导致反射能力 下降，而TCO层电导率不高会导致电极与薄膜电池之间接触不够好，TCO/M层(M为金 属)反射能力下降会不利于充分利用太阳光，这对于薄膜太阳能电池都是不利的。发明内容
本发明的目的是为了克服现有薄膜太阳能电池背电极电导率不高，稳定性差， 在使用中反射能力下降的不足，提供一种新型薄膜太阳能电池背电极，它不仅能显著提 高薄膜太阳能电池背电极的导电能力，而且可获得良好的室外稳定性，获得稳定的反射率。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的
一种薄膜太阳能电池背电极，其是由下列五层薄膜组成的复合层，依次为第一 Y:ZNO层、第一 Ag层、第二 Y:ZNO层、第二 Ag层和X层，所述第一 Y:ZNO层和第二 Y:ZNO层均为掺杂了 3价元素的ZnO薄膜层，其中3价元素的掺杂量(重量百分比)小于 等于15%而大于0，第一 Y:ZNO层和第二 Y:ZNO层的厚度均大于Onm小于等于50nm， 所述的X层为金属薄膜层，所述第二 Ag层的厚度大于第一 Ag层。
所述第一 Ag层的厚度小于等于20nm大于Onm，所述第二 Ag层的厚度大于等于 15 Onm ；
所述的Y:ZNO层厚度小于等于40nm大于等于20nm ；
所述的第一 Y:ZNO层和第二 Y:ZNO层中3价元素的掺杂量(重量百分比)均为 0.5% -15% ；
所述的3价元素为:In、Ga、Al元素中的一种；3
所述的第一 Ag层的厚度为4nm_20nm ；
所述的第一 Ag层的厚度为IOnm;
所述的第二 Ag层的厚度为150nm_300nm ；
所述的第二 Ag层的厚度为150nm_250nm ；
所述的金属薄膜层是不易被空气氧化且导电性好的金属薄膜层；
所述的金属薄膜层为Ti、Ni、Al金属薄膜层中的一种；
所述的金属薄膜层的厚度为10nm_30nm。
本发明薄膜太阳能电池背电极采用具有Y:ZNO/Ag/Y:ZNO/Ag/X五层结构的复 合层，其中Y:ZNO为掺杂了 3价元素的ZnO薄膜，可提高背电极的导电率，X层为Ti、 Ni、Al等导电率较好在环境中较稳定的金属制成的金属薄膜层中的一种，其对与其相 邻的Ag薄膜起保护作用，可防止背电极反射能力下降；复合层背电极采用Y:ZNO/Ag/ Y:ZNO/Ag/X五层结构可改善银电极与薄膜之间的接触，提高背电极导电能力及稳定 性，直接表现为薄膜太阳能电池短路电流提升、电池衰减率减少，电池发电性能提升， 并可获得良好的户外使用稳定性，便于在大面积光伏模板中实施。根据大面积单体及复 合薄膜沉积的测试，本发明结构与ZnO/Ag结构相比，相对于单独的ZnO薄膜，Y:ZNO/ Ag/Y:ZNO复合薄膜的电导率更高，透过率也维持在较高的水平。在1400mmX IlOOmm 玻璃衬底上采用相同的磁控溅射设备分别沉积同样厚度的ZnO薄膜及Y:ZNO/Ag/Y:ZNO 复合薄膜，Y:ZNO/Ag/Y:ZNO复合薄膜的方块电阻为100 Ω / □以内，而ZnO薄膜的方 块电阻则为3000 Ω / □左右。
图1是本发明薄膜太阳能电池背电极的结构示意图。
附图标记说明1-第一 Υ:ΖΝΟ层2-第一 Ag层3_第二 Ag层
4-Χ 层 5-第二 Υ:ΖΝΟ 层具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的描述
如图1所示，本发明薄膜太阳能电池背电极包括如下五层固定连接的结构依 次为第一 GZO层1、Ag层、第二 GZO层5、Ag层、X层4，其中第一 GZO层和第二 GZO层均为掺杂了 Ga元素的ZnO薄膜层，Ga元素的掺杂率为小于等于15%，X层4为 Ti、Ni、Al等导电率较好且在环境中较稳定的金属中的一种制成的薄膜层，Ag层为薄膜 层，位于第一 GZO层1和第二 GZO层5间的Ag层为第一 Ag层2，位于第二 GZO层5 及X层4间的Ag层为第二 Ag层3，第一 Ag层2比第二 Ag层3薄。
为了提高掺Ga的ZnO薄膜的电导率，并且维持较高的透过率，Ga元素的掺杂 量为 0.5% -15%。
第一 GZO层和第二 GZO层的厚度均大于Onm小于等于50nm，较好为不超过 40nm,最好为 40nm。
第一 Ag层的厚度不超过20nm，较好在5-20nm之间，最好为lOnm，因为厚度 为IOnm的Ag薄膜层能够保证GZO/Ag/GZO薄膜层具有良好的电导率，并且其透过率也维持在较高水平，第一 Ag层的主要作用为增加GZO/Ag/GZO复合层的电导率，改善 GZO/Ag/GZO复合层与第二 Ag层的电学接触。
本背电极的主要电极层为第二 Ag层，其厚度应大于等于150nm，较好为 150nm-300nm,更好为150nm_250nm，第二Ag层的主要作用是提高电池短路电流密度， 得到的电池的短路电流密度值越大，说明第二 Ag层厚度越合适。
X层为导电率较好在环境中较稳定不易被氧化的金属薄膜层，其可以是Ti金属 薄膜层或Ni金属薄膜层或Al金属薄膜层等，其对与其相邻的第二 Ag层起保护作用，提 高薄膜太阳能电池背电极的稳定性，获得稳定的反射率，提高电池在室外环境下的耐候 性，减少电池性能在室外的快速衰减，其厚度为10nm-30nm之间。使用时由位于表层的 GZO层与太阳能薄膜电池的发电层相连接。
对于GZO/Ag/GZO/Ag/Ti多层复合电极，Ga作为掺杂杂质在ZnO薄膜中的作用是取代锌原子，提供输运电量的电子。其取代机理为Ga为3价金属原子，1个Ga原 子离化后将提供3个电子；Zn为2价金属原子，1个Zn原子离化后将提供2个电子；Ga 原子取代Zn原子后，将多出一个电子，参与电能的输运，从而提高了氧化锌薄膜的导电 性能。因此，3价元素中除Ga为之外，其它的3价元素如Al、hi等掺入ZnO薄膜后， 也会产生类似的取代作用，提供多余的导电电子，从而提高ZnO的导电性能，因此同类 的Y:ZNO(Y:ZNO为掺杂3价元素的ZnO)具有类似的光电性能，可应用在本发明中。
对于多层复合电极，其电阻率可按下述公式求得
1 /R = 1 /R1+1 /R2+1 /R3+1 /R4+1 /R5
其中R为多层复合电极的电阻率，艮、R2, R3、R4、R5分别为图一结构中“1” 层的电阻、“2”层的电阻、“3”层的电阻、“4”层的电阻、“5”层的电阻。
由公式可以看出，R《Ri(i=l，2，3，4，5)，即多层背电极的电阻率小于任 何单层背电极的电阻率。
本发明背电极的Y:ZNO层中，ZNO可用其它的透明导电氧化物(TCO)代替， 如Sn02及ITO等。
本发明中所述的背电极Metal层不限于Ag层，也适用于具有类似性质的其它金属如Al及Cu等金属中。
下面结合具体的实施例分别对Y:ZNO/Ag/Y:ZNO/Ag/X复合层结构中的不同功 能层进行分别说明。
制作时，使用磁控溅射设备或热蒸发设备将复合层背电极的各层沉积结合在一 起，或用热镀设备将各层镀在一起。
1、Y:ZNO/Ag/Y:ZNO复合层的方块电阻和光透过率与现有技术中GZO层的方 块电阻和光透过率比较
利用直流磁控溅射设备在玻璃衬底上制备GZO/Ag/GZO复合层。其中GZO靶 材纯度为99.9%、Ga元素掺杂量0.6%，Ag靶材纯度为99.99%。不同厚度的GZO层及 不同厚度的第一 Ag层的方块电阻和光透过率见表1。
对照例1 :利用直流磁控溅射设备在玻璃衬底上制备GZO层。其中GZO靶材 纯度为99.9%、Ga元素掺杂量0.6%。制得的GZO层厚度为90nm，沉积后得到的GZO 方阻为^ΟΟΩ/□，580nm处光透过率为93%。5
表1 GZO层及第一 Ag层的厚度不同时GZO/Ag/GZO复合层的方块电阻和光 透过率表
权利要求
1.一种薄膜太阳能电池背电极，其特征在于其是由下列五层薄膜组成的复合层， 依次为第一Y:ZNO层、第一Ag层、第二Y:ZNO层、第二Ag层和X层，所述第一Y:ZNO 层和第二 Y:ZNO层均为掺杂了 3价元素的ZnO薄膜层，其中3价元素的掺杂量(重量百 分比)小于等于15%而大于0，第一 Y:ZNO层和第二 Y:ZNO层的厚度均大于Onm小于等 于50nm，所述的X层为金属薄膜层，所述第二 Ag层的厚度大于第一 Ag层。
2.如权利要求1所述的一种薄膜太阳能电池背电极，其特征在于所述第一Ag层的 厚度小于等于20nm大于Onm，所述第二 Ag层的厚度大于等于150nm
3.如权利要求1所述的一种薄膜太阳能电池背电极，其特征在于 厚度小于等于40nm大于等于20nm。
4.如权利要求1所述的一种薄膜太阳能电池背电极，其特征在于 中3价元素元素的掺杂量(重量百分比)为0.5%-15%。
5.如权利要求1所述的一种薄膜太阳能电池背电极，其特征在于 In、Ga、Al元素中的一种。
6.如权利要求1所述的一种薄膜太阳能电池背电极，其特征在于 的厚度为4nm_20nm。
7.如权利要求1所述的一种薄膜太阳能电池背电极，其特征在于 的厚度为150nm_300nm。
8.如权利要求1所述的一种薄膜太阳能电池背电极，其特征在于金属薄膜层是不 易被空气氧化且导电性好的金属薄膜层。
9.如权利要求1或10所述的一种薄膜太阳能电池背电极，其特征在于所述的金属 薄膜层为Ti、Ni、Al中的一种金属薄膜层。
10.如权利要求1或10所述的一种薄膜太阳能电池背电极，其特征在于所述的金属 层薄膜层的厚度为10nm-30nm。所述的Y:ZNO层 所述的Y:ZNO层所述的3价元素为 所述的第一 Ag层 所述的第二 Ag层
全文摘要
本发明为解决现有技术中薄膜太阳能电池背电极电导率不高，稳定性差在使用中反射能力下降的不足，公开了一种薄膜太阳能电池背电极，其是由下列五层薄膜组成的复合层，依次为第一Y:ZNO层、第一Ag层、第二Y:ZNO层、第二Ag层和X层，所述第一Y:ZNO层和第二Y:ZNO层均为掺杂了3价元素的ZnO薄膜层，其中3价元素的掺杂量(重量百分比)小于等于15％而大于0，第一Y:ZNO层和第二Y:ZNO层的厚度均大于0nm小于等于50nm，所述的X层为金属薄膜层，所述第二银层的厚度大于第一银层，采用本发明技术方案的薄膜太阳能电池背电极电导率高，反射能力稳定。
文档编号H01L31/0224GK102024857SQ20101052371
公开日2011年4月20日 申请日期2010年10月28日 优先权日2010年10月28日
发明者叶志高, 吴兴坤, 曹松峰, 郝芳 申请人:杭州天裕光能科技有限公司