制造具有厚度降低的p-掺杂CdTe层的太阳能电池的方法
【技术领域】
[0001] 本发明的目的在于制造效率增加的CdTe太阳能电池的方法。
【背景技术】
[0002] 薄膜太阳电池的分配可以通过增加其光转化方面的电效率而被进一步加速。已经 证明基于CdTe的太阳能电池在这方面特别有前景。
[0003] 在现有技术中，CdTe太阳能电池具有以下结构：在玻璃基底上沉积作为前接触的 透明导电氧化物层（TC0)。该TCO层可以包括如下的高电阻缓冲层，其有助于使在太阳能电 池中的分流作用最小化。在其上，沉积硫化镉（CdS)层并在其上沉积碲化镉（CdTe)层。最 后，施用金属层以收集电荷载流子。该方法被称作上层构造。
[0004] 在制造太阳能电池的过程中，基底(优选玻璃）形成如下的基体，在其上接连地沉 积后续层。
[0005] 在CdTe太阳能组件制备中，通常将CdTe层的厚度维持在4至5iim范围内。然而， CdTe太阳能电池的理论模拟表明，具有IiimCdTe层的太阳能电池也可以产生合理的高效 率。原则上，将CdTe膜厚度从4iim降低到2iim可有助于在组件制造中将CdTe材料消耗 降低30~40%。该CdTe膜厚度降低还可有助于降低层沉积时间，且由此加快组件制造。
[0006] 通常在>500°C的基底温度下沉积CdTe来获得高效率太阳能电池。在该温度下的 CdTe层具有大晶粒，其可能导致针孔的形成。因此，简单地降低该层厚度对太阳能电池的效 率和长期稳定性有数种负面影响。在降低膜厚度（〈3um)的同时，在CdTe层中形成针孔， 导致太阳能电池的分流。如果在太阳能电池制造中包括蚀刻过程，其将导致太阳能电池的 性能差，那么该问题将更加突出。另外，降低分流电阻值导致填充因子低且最终导致效率降 低。因此，有必要使CdTe层中的针孔形成最少化，以便获得高效率的太阳能电池。
[0007] 除此之外，增加CdTe层的P-掺杂对于获得高效率的太阳能电池同样重要。可以 通过掺杂CdTe层来实现CdTe太阳能电池的效率的进一步增加。根据理论预测，CdTe的高 程度P-掺杂由于形成自补偿作用而受到限制。通过使用适当的掺杂元素和在沉积CdTe层 之后提供掺杂元素到CdTe层的方法，仅可实现特定水平的P-掺杂。在CdTe太阳能电池的 制备期间，通常在活化过程之后实施CdTe层的非固有P-掺杂，其包括后期退火处理以诱发 掺杂元素扩散。用于CdTe层的公知且简单的p-掺杂剂为Cu。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于获得如下的太阳能电池，其包括厚度降低且没有针孔的掺杂的 CdTe层。另外，本发明的目的在于简化CdTe太阳能电池的制造方法。
[0009] 根据本发明，所述制造CdTe太阳能电池的方法包括在基极层上形成具有大晶粒 的第一CdTe层的步骤、在所述第一CdTe层上形成包含掺杂元素的牺牲性掺杂层的步骤和 在所述牺牲性掺杂层上形成具有小晶粒的第二CdTe层的步骤。
[0010] 所述牺牲性掺杂层的优选材料选自如下的材料作为所述掺杂元素，所述材料包括 铜、磷、锑、铋、钥或锰。根据一个实施方式，所述掺杂元素被作为元素层提供。在另一实施方 式中，以不同元素的组合物提供所述掺杂元素，例如铜和锑或锑和铋，或者以复合物提供所 述掺杂元素，其中所述复合物优选为所提到的任何掺杂元素与卤素的化合物，例如SbCl3。 用于所述牺牲性掺杂层的复合物的优选卤素为氟（F)，最优选为氯（Cl)。优选使用的化合 物为氯化物。
[0011] 可以使用根据现有技术的方法来施用所述牺牲性掺杂层。优选使用物理或干式化 学方法或湿式化学方法，例如但不限于：
[0012] -溅射，
[0013] -电沉积，
[0014] _包含卤素的化合物的喷雾液，其中将所述化合物溶解于水或另一已知溶剂中；
[0015] -旋涂，
[0016] -将所述基底(或所述第一CdTe层的表面）浸至含有所述掺杂元素或其化合物的 溶液中；
[0017] -海绵辊涂，等。
[0018] 优选通过湿式加工、更优选通过海绵辊涂施用包含卤素的化合物。
[0019] 所述牺牲性掺杂层的厚度取决于由熔接所述第一CdTe层和所述第二CdTe层产生 的CdTe层的尺寸和所使用的掺杂元素。关于所述CdTe层的厚度，选择所述牺牲性掺杂层 的厚度以使得当所述牺牲性掺杂层完全溶解时实现所述CdTe层的预定的掺杂水平。在元 素锑作为所述牺牲性掺杂层的情况下，所述牺牲性掺杂层的厚度优选大约为所述CdTe层 的厚度的千分之一。在表1中给出一些实例，其中还给出了第一和第二CdTe层各自的大致 厚度。
【主权项】
1. 一种制造太阳能电池的方法，其包括以下步骤： a) 在基极层上施用具有大晶粒的第一 CdTe层， b) 在所述第一 CdTe层上施用包含掺杂元素的牺牲性掺杂层，和 c) 在所述牺牲性掺杂层上施用具有小晶粒的第二CdTe层。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述牺牲性掺杂层包含铜、磷、锑、铋、钥或 锰中的一种作为所述掺杂元素。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述掺杂元素被作为元素层提供。
4. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于以不同掺杂元素的组合物或以复合物 提供所述掺杂元素。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述复合物包含卤素。
6. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于通过溅射方法或通过使用含 有所述掺杂元素的液体溶液的方法，施用所述牺牲性掺杂层。
7. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于以在2nm至15nm范围内的厚 度施用所述牺牲性掺杂层。
8. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于在室温至350°C范围内的基 底温度下施用所述牺牲性掺杂层。
9. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于在490°C至540°C范围内的 基底温度下，以在〇. 5 ii m至6 ii m范围内、优选在Iiim至1.8iim范围内的厚度，沉积所述 第一 CdTe层。
10. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于在200°C至350°C范围内的 基底温度下，以由所述第一 CdTe层和所述第二CdTe层组成的CdTe层的总体层厚度的20% 至40%的厚度，沉积所述第二CdTe层。
11. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于所述方法还包括在步骤c) 之后在300°C至550°C范围内、优选在300°C至450°C范围内的温度下实施的温度处理步骤。
12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于在所述温度处理步骤期间，将含有卤素 的材料设置在所述第二CdTe层的表面上。
13. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于所述方法还包括以下步 骤： d) 提供透明基底， e) 施用透明前接触层， f) 施用CdS层，和 g) 施用背接触层， 其中所述步骤d)、e)和f)按此顺序在实施所述步骤a)、b)和c)之前进行实施，和所 述步骤g)在实施所述步骤a)、b)和c)之后进行实施，且其中包括所述透明基底、所述透明 前接触层和所述CdS层的层堆叠为所述基极层。
14. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于所述方法还包括以下步 骤： h) 提供基底， i) 施用背接触层， j) 施用CdS层，和 k) 施用透明前接触层， 其中所述步骤h)和i)按此顺序在实施所述步骤a)、b)和c)之前进行实施，和所述步 骤j)和k)在实施所述步骤a)、b)和c)之后进行实施，且其中包括所述基底和所述背接触 的层堆叠为所述基极层。
【专利摘要】本发明涉及制造具有厚度降低的p-掺杂CdTe层的太阳能电池的方法。特别地，本发明提出制造如下的薄膜CdTe太阳能电池的方法，该薄膜CdTe太阳能电池具有层厚度降低的没有针孔且均匀掺杂的CdTe层。根据本发明的方法是防止所述太阳能电池分流、改进所述太阳能电池的可靠性和长期稳定性并提供所述CdTe层的均匀掺杂的有效方法。这通过在具有大晶粒的第一CdTe层和具有小晶粒的第二CdTe层之间施用牺牲性掺杂层来实现，所述第一CdTe层和所述第二CdTe层一起形成所述太阳能电池的CdTe层。另外，如果所述牺牲性掺杂层包含卤素，则可以省去CdCl2活化处理步骤。
【IPC分类】H01L31-18, H01L31-0264
【公开号】CN104851938
【申请号】CN201410215748
【发明人】克里什纳库马·维拉潘, 彭寿
【申请人】中国建材国际工程集团有限公司, Ctf太阳能有限公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2014年5月20日
【公告号】DE102014202961A1