太阳能电池及其制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本公开涉及太阳能电池及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 与目前具有最大市场份额的结晶型硅（Si)太阳能电池技术相比，作为先进太阳 能电池技术的薄膜太阳能电池技术已经受到了广泛关注。
[0003] 薄膜太阳能电池可以以较低成本制造，同时具有比结晶型Si太阳能电池更高的 效率，其中已开发出多种类型的太阳能电池。薄膜太阳能电池的常见实例是Cu(In，Ga) Se2(CIGS)太阳能电池。
[0004] CIGS太阳能电池代表着由普通玻璃基板-背电极-光吸收层-缓冲层-前透明电 极-抗反射涂层构成的电池，其中，吸收阳光的光吸收层由CIGS或Culn (S，Se)2 (CIS)形成。 由于在CIGS或CIS中CIGS得到更为广泛的使用，因此将在下文描述CIGS太阳能电池。
[0005] 由于作为I-III-VI族黄铜矿类化合物半导体的CIGS (I、III和IV族表示元素周 期表的1B、3B和6B族）具有直接跃迀型能带隙和约1 X 105cm 1的光吸收系数（这在半导 体中是最高的之一），CIGS是能够制造甚至具有1 μ m~2 μ m厚薄膜的高效太阳能电池的 材料。
[0006] 可以通过用其他金属分别代替如铜（Cu)等阳离子和如硒（Se)等阴离子来使用 CIGS，且这些材料可以统称为CIGS类化合物半导体。CIGS类化合物半导体是可以通过改变 构成元素阳离子（例如，Cu、银（Ag)、铟（In)、镓（Ga)、铝（A1)等）和阴离子（例如，Se和 硫（S))的类型和组成来调节能带隙和晶格常数的材料。
[0007] 由于CIGS太阳能电池即使在室外也具有光电学优异的长期稳定性以及优异的辐 射抗性，CIGS太阳能电池适于作为空间飞行器太阳能电池 。一般而言，玻璃用作CIGS太阳 能电池的基板，但CIGS太阳能电池可以通过沉积在除玻璃基板外的聚合物（例如聚酰亚 胺）或金属薄膜（例如不锈钢、钛（Ti))基板上而以柔性太阳能电池的形式制造。
[0008] 特别地，已知作为低成本高效薄膜太阳能电池的CIGS太阳能电池具有极高的 商业化潜力，其可代替结晶型硅太阳能电池，因为最近在薄膜太阳能电池中已经实现了 19. 5%的最高能量转化效率。
[0009] 在CIGS薄膜太阳能电池中，缓冲层以约50 μ m的厚度形成且起着仅次于光吸收层 的重要作用。由于CIGS薄膜因多晶生长形态而具有不规则表面，为了使器件稳定，缓冲层 起到通过在表面上提供共形覆盖而避免器件缺陷露出的功能。缓冲层通常通过CdS化学浴 沉积（CBD)形成，且CdS还起着缓冲CIGS和作为透明电极的ZnO之间的较大带隙差的作用。
[0010] 通常，CdS用作缓冲层，但由于镉有毒性，已在进行将CdS替代为Zn(0,0H)S或 In2S3的研究。特别地，在使用ZnS的情形中，紫外（UV)区的量子效率高于使用CdS的情形， 因此，已知在转化效率方面可预期有约8%的额外改善。
[0011] 此外，湿式CBD制备法已成为真空在线工艺的障碍。为了克服这种障碍，已积极进 行了可在真空工艺中使用缓冲材料的薄膜沉积法的研究和开发。
【发明内容】
[0012] 技术问题
[0013] 本发明的目的在于提供一种太阳能电池，其包括对人体无害并且具有优异的化学 耐性的缓冲层。
[0014] 本发明的目的还在于提供一种制造太阳能电池的方法，其可以使界面和缓冲层中 缺陷的出现最小化。
[0015] 技术方案
[0016] 根据本发明的一个实施方式，提供了包括基板、背电极、光吸收层、缓冲层和前透 明电极的太阳能电池，其中，所述缓冲层包含钛（Ti)化合物。
[0017] 缓冲层的厚度可以为l〇〇nm以下。
[0018] 缓冲层可以通过原子层沉积（ALD)法形成。
[0019] 光吸收层可以包含由#、M2、M3及其组合构成的化合物（其中，M 1是铜（Cu)、银（Ag) 或其组合，Μ2是铟（In)、镓（Ga)、铝（A1)、锌（Zn)、锡（Sn)或其组合，且Μ3是硒（Se)、硫（S) 或其组合）。
[0020] Ti 化合物可以包括 Ti02、Ti (0H)4、Ti (SH)2、TiOS、TiS(0H)2或其组合。
[0021] 太阳能电池可以进一步包括抗反射涂层。
[0022] 根据本发明的另一实施方式，提供了一种制造太阳能电池的方法，所述太阳能电 池包含基板、背电极、光吸收层、缓冲层和前透明电极，其中，使用钛（Ti)前体材料通过原 子层沉积法形成所述缓冲层。
[0023] Ti前体材料可以包括四（二甲基氨基）钛（TDMAT，Ti[N(CH3)2]4)、四（二乙基酰 氨基）钛（TDEAT，Ti [N(C2H5)2]4)、四（乙基甲基酰氨基）钛（TEMAT，Ti [N(C2H5) (CH3) ]4)、四 异丙醇化物（TTIP，Ti[0CH(CH3)2]4)或其组合。
[0024] 有利效果
[0025] 由于本发明实施方式的CIGS薄膜太阳能电池包含对人体无害且具有优异化学耐 性的钛（Ti)化合物作为缓冲层，因而无害性、光响应特性和带隙缓冲性得到改善，并且薄 膜的可靠性优异。此外，由于本发明另一实施方式的制造 CIGS薄膜太阳能电池的方法通过 利用原子层沉积（ALD)法形成含Ti化合物的缓冲层，该方法可以改善能带排列性质以及在 CIGS界面处的结合。因此，可以预期高效率的效果。
【附图说明】
[0026] 图1是示意性示出本发明实施方式的CIGS太阳能电池的截面图；
[0027] 图2a示出了 CIS的晶体结构；
[0028] 图2b示出了 CIGS的晶体结构；
[0029] 图3示出了 Ti02的晶体结构；
[0030] 图4示出了实施例1中所进行的原子层沉积法的条件；
[0031] 图5示出了实施例2中所进行的原子层沉积法的条件；且
[0032] 图6是示出实施例2中制备的CIGS太阳能电池的照片。
【具体实施方式】
[0033] 本发明的实施方式提供了包括基板、背电极、光吸收层、缓冲层和前透明电极的薄 膜太阳能电池，其中，所述缓冲层包含钛（Ti)化合物。
[0034] 缓冲层的厚度可以为100nm以下，且厚度可以是30nm~100nm。在缓冲层厚度在 lOOnm以下的情形中，吸收层上方的缓冲层可以在维持光透射的同时起作用。缓冲层厚度大 于lOOnm的情形是不合适的，因为透明度降低并且到达缓冲层下方设置的光吸收层的光量 减少。
[0035] 光吸收层可以包含由#、M2、M3及其组合构成的化合物（其中，M 1是铜（Cu)、银 (Ag)或其组合，M2是铟（In)、镓（Ga)、铝（A1)、锌（Zn)、锡（Sn)或其组合，且M3是硒（Se)、 硫（S)或其组合）。光吸收层中使用的化合物的具体实例可以是Cu(In，Ga)Se2(CIGS)和 CuIn(S，Se)2(CIS)。
[0036] 任何基板，只要其在本领域中使用，就可以用作上述基板，例如，玻璃、钠钙玻璃 (SLG)、陶瓷基板、不锈钢、金属基板和聚合物基板。
[0037] 背电极可以包含钼（Mo)。此外，前透明电极可以是包含ZnO和氧化铟锡（IT0)的 电极，并且可以具有第一电极（包含ZnO或IT0)和第二电极（A1掺杂ZnO或A1栅格）的 双层结构。在此情形中，第一电极可以设置在面向缓冲层的方向上。
[0038] 缓冲层包含Ti化合物，其中，由于钛化合物具有各种不同的晶体结构（如四方型 和正交型），其对人体无害且具有优异的化学耐性，因此，与对人体有害的CdS相比，无害 性、光响应特性和带隙缓冲性得到改善，并且薄膜的可靠性可以得到改善。Ti化合物可以包 括 Ti02、Ti (0H) 4、Ti (SH) 2、TiOS、TiS (0H) 2或其组合。
[0039] 缓冲层可以通过原子层沉积法来形成。
[0040] CIGS太阳能电池可以进一步包括抗反射涂层。抗反射涂层可以被设置为面向前透 明电极。即，抗反射涂层可以形成在前透明电极之上。抗反射涂层可以包含MgF2。
[0041] 本发明实施方式的具有上述配置的太阳能电池在图1中示意性示出。图1所示的 太阳能电池具有下述结构，其中前透明电极具有第一电极（包含ZnO)和第二电极（A1掺杂 ZnO)的双层结构并且太阳能电池包含有抗反射涂层，但本发明的太阳能电池不限于此种配 置。
[0042] 如图1所示，CIGS太阳能电池 100由基板1、背电极3、光吸收层5、缓冲层7、前透 明电极9 (第一电极9a和第二电极9b)和抗反射涂层11构成。
[0043] 下文将具体描述本发明另一实施方式的制造 CIGS太阳能电池的方法中的制造缓 冲层的方法。
[0044] 在本发明实施方式的CIGS太阳能电池中，缓冲层可以通过原子层沉积法来制备。 由于缓冲层通过原子层沉积法形成，当缓冲层沉积在光吸收层上时，可以使缓冲层选择性 地生长以具有与薄膜表面的晶体结构最为相似的晶相。因此，可以使界面和缓冲层中缺陷 的出现最小化。此外，由于原子层沉积法由交替的化学吸附、表面反应和副产物脱附的步骤 组成，并且可以一次沉积一个原子层，杂质的量可能较低，如针孔等缺陷可以得到最小化， 并且即使在具有高长径比的孔中也可以获得近乎100%的阶梯覆盖率，这与其它化学沉积 法或物理沉积法不同。
[0045] 原子层沉积法可以使用Ti前体材料进行。Ti前体材料可以包括四（二甲基氨基） 钛〇1>嫩1'，11叫013)2]4)、四（二乙基酰氨基）钛〇1^1'，11叫(： 2!15)2]4)、四（乙基甲基酰 氨基）钛（TEMAT，Ti [N(C2H5) (CH3) ]4)、四异丙醇化物（TTIP，Ti [0CH(CH3)2]4)或其组合。
[0046] 原子层沉积法可以通过在时间上分为4节段而进行。原子层沉积法可以包括：将 Ti前体材料吸附在光吸收层上的第一步；从光吸收层除去副产物的第二步；通过利用化学 反应将吸附于已除去副产物的光吸收层上的Ti前体材料转化为Ti化合物，而在光吸收层 上形成缓冲层的第三步，这而进行；和使副产物从缓冲层脱附的第四步。
[0047] 第三步中的所述化学反应可以是氧化反应。
[0048] 第一步、第二步和第四步可以在稀释气体的存在下进行。稀释气体可以是氩气 (Ar)或氮气（N2)。此外，氢气（?)也可以与稀释气体一同使用。在一起使用稀释气体和氢 气的情形中，稀释气体与氢气的混合比可以为约50体积％ : 50体积％~约80体积％ : 20 体积％。在一起使用稀释气体和氢气的情形中，前体材料可以进行更好地还原。
[0049] 此外，第一步、第二步和第四步可以在注入水蒸气（H20)、H2S气体或其组合的同时 进