专利名称：薄膜太阳能电池及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种薄膜太阳能电池及其制造方法。具体而言，本发明涉及吸收层含有掺杂物的薄膜太阳能电池及其制造方法。
背景技术：
近年来，由于光伏技术运用可持续的、清洁的并且可再生的太阳能替代传统的以矿物燃料为基础的能源，其受到越来越多的关注。目前，尤其是在陆地应用领域，由于性能高，晶体硅太阳能电池是最为流行的商业化光伏器件。然而，如果光伏能源要成为一种重要的能源，太阳能电池的生产必须大幅度的提高产能并降低成本。在材料使用、大规模生产和集成模块制造方面，薄膜太阳能电池与晶体硅太阳能电池相比有着基本的优势，因此自上世纪六十年代早期以来薄膜太阳能电池持续被推动发展。在此，“薄膜”一词用来区分此种太阳能电池与晶体硅太阳能电池，并可能包含从几纳米到几十微米的相当大范围的厚度。 目前，碲化镉、铜铟镓硒以及非晶硅是制造薄膜太阳能电池的常用材料。能量转换效率是薄膜太阳能电池仍处于提高阶段的一个方面。例如，有人提议将铜掺入碲化镉薄膜太阳能电池的碲化镉吸收层中以提高电池的能量转换效率。但是，人们发现在大幅度提高能量转换效率的同时，掺入铜的碲化镉薄膜太阳能电池比不掺铜的碲化镉薄膜太阳能电池的光伏性能衰减速度更大，这显然不是大家乐于见到的。研究表明，吸收层(碲化镉层)中掺杂物(铜)对与吸收层(碲化镉层)相邻的缓冲层(例如，硫化镉层) 以及缓冲层(硫化镉层)和吸收层(碲化镉层)结处的污染是导致碲化镉薄膜太阳能电池光伏性能加速衰减的原因之一。其他种类的薄膜太阳能电池在吸收层中掺杂掺杂物时可能会面临同样的问题。然而，还没有发现能减缓或消除光伏性能衰减的有效解决方法。因此，有必要开发一种新的薄膜太阳能电池及其制造方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的薄膜太阳能电池及其制造方法。本发明涉及的薄膜太阳能电池，包括背接触层；与背接触层相邻并包含吸收材料和掺杂物的吸收层；缓冲层；位于吸收层和缓冲层之间的掺杂物阻挡层；以及与缓冲层相邻的窗口层。该发明涉及的薄膜太阳能电池的制造方法，包括提供背接触层；提供与背接触层相邻包括吸收材料和掺杂物的吸收层；提供缓冲层；提供位于吸收层和缓冲层之间的掺杂物阻挡层；以及提供与缓冲层相邻的窗口层。本发明所涉及的薄膜太阳能电池及其制造方法解决了现有技术的技术问题。
通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中
图1是根据本发明的第一种实施例所提供的薄膜太阳能电池的剖面图。图2是根本该发明的第二种实施例所提供的薄膜太阳能电池的剖面图。
具体实施例方式在下文中，将根据
本发明的实施方式，将不会详细描述众所周知的功能和结构，以避免因不必要的细节而使本发明变得令人费解。说明书中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于该具体数量，还包括与该数量接近的可接受的而不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。本发明中所提及的数值包括从低到高一个单元一个单元增加的所有数值，此处假设任何较低值与较高值之间间隔至少两个单元。举例来说，如果说了一个组分的数量或一个工艺参数的值，比如，温度，压力，时间等等，是从1到90，20到80较佳，30到70最佳，是想表达15到85，22到68，43到51，30到32等数值都已经明白的列举在此说明书中。前述只是想要表达的特别示例，所有在列举的最低到最高值之间的数值组合均被视为以类似方式清楚地列在本说明书中。图1是根据该发明第一种实施例所提供的薄膜太阳能电池1的剖视图。该薄膜太阳能电池1包括背接触层2 ；与背接触层2相邻的含有吸收材料(未图示)和掺杂物(未图示)的吸收层3 ；缓冲层4 ；位于吸收层3和缓冲层4之间的掺杂物阻挡层5 ；以及与缓冲层4相邻的窗口层6。吸收材料可以是任何适合薄膜太阳能电池并能够被掺杂的光伏吸收物质。吸收材料的例子包括但不限于碲化镉、铜铟镓二硒、铜铟铝二硒以及用硫磺替代前述含硒物质中的硒产生的物质、非晶硅、微晶硅、硅-锗及硅-碳合金、薄膜硅、铜的氧化物、钛酸钠、铌酸钾、硒化镉、硫化镉、硫化铜、镉碲硒、铜铟硒、氧化镉、碘化铜、半导体材料、各种纳米结构光电化学及有机材料，及上述材料的组合。掺杂物可以是任何适于掺杂在薄膜太阳能电池吸收层中的物质。在某些具体的实施例中，吸收层含有碲化镉，而掺杂物为铜。薄膜太阳能电池的各层可以是单独的，也可以是在不改变薄膜太阳能电池功能前提下相互混合或者重合的。缓冲层4和窗口层6是透明的，可以用来透光，使绝大部分光被吸收层3吸收。在一些实施例中，缓冲层4和窗口层6相互重合，例如，缓冲层4和窗口层6由一种材料构成， 如硫化镉。在另一些实施方案中，缓冲层4和窗口层6相互独立，例如，缓冲层4可以含有硫化镉，而窗口层6含有透明导电氧化物。透明导电氧化物的例子包括但不限于掺氟或锑的氧化铟锡、掺氟或锑的锡氧化物、掺硼或铝的氧化锌以及镉锡酸。掺杂物阻挡层5是透明的。掺杂物阻挡层5将会足够薄，以使其对吸收层3和缓冲层4连接的影响最小化，并且又要足够厚从而可以防止掺杂物从吸收层3进入缓冲层4。 这样可以有效控制吸收层3的掺杂物对缓冲层4以及吸收层3和缓冲层4结处的污染，从而可以消除薄膜太阳能电池1的加速衰减。掺杂物阻挡层5也可以降低吸收层/缓冲层界面复合效应并且/或者提高结内的电场。在一些实施例中，掺杂物阻挡层5的厚度在约为1纳米到约为100纳米之间或者约为5纳米到约为50纳米之间。在一些实施例中，掺杂物是铜，掺杂物阻挡层5可含有掺杂的或不掺杂的氮化物或者掺杂的或不掺杂的氮氧化物。在一些实施例中，掺杂物是铜，掺杂物阻挡层5包含至少一种以下物质氮化钽、氮化钛、氮化铪、氮化锆、氮化钨、氮化钼、氮化镍、氮化钌、氮化镨、 氮化钛钨、氮化钽硅、氮化钛硅、氮化铪硅、氮化锆硅、氮化钨硅、氮化钼硅、氮化镍硅、氮化钌硅、氮化镨硅、氮氧化钽、氮氧化钛、氮氧化铪、氮氧化锆、氮氧化钨、氮氧化钼、氮氧化镍、 氮氧化钌和氮氧化镨。背接触层2由可与相邻的吸收层3形成良好电接触的物质组成。如钼、铌、钽、铜、
镍、石墨、铝、金等。在一些实施例中，薄膜太阳能电池1可包括支持层7。支持层7由玻璃(如硼硅玻璃，钠钙玻璃)、透明塑料(如聚酰亚胺)薄膜或金属薄膜构成。在一些实施例中，支持层、窗口层和缓冲层可分别是钠钙玻璃、氧化铟锡/ 二氧化锡和硫化镉。在另一些实施例中，支持层、窗口层和缓冲层可分别是硼硅玻璃、锡酸镉/锡酸锌和硫化镉。图2是根据本发明的第二种实施例所提供的薄膜太阳能电池10的剖面图。薄膜太阳能电池10和薄膜太阳能电池1非常相似，除了薄膜太阳能电池1是支持层7安放在背接触层2 —侧并且光线沿着方向8传导的形态，而薄膜太阳能电池10是支持层70被安放在窗口层60的一侧并且光线沿着方向80传导的形态。在另一方面，本发明涉及了薄膜太阳能电池1、10的制造方法，包括提供背接触层2、20 ；提供与背接触层2、20相邻并包含吸收材料和掺杂物的吸收层3、30 ；提供缓冲层 4,40 ；提供位于吸收层3、30和缓冲层4、40之间的掺杂物阻挡层5、50以及提供与缓冲层4、 40相邻的窗口层6、60。在一些实施例中，薄膜太阳能电池1、10含有上述层以外的层。例如，在窗口层6、 60和缓冲层4、40之间可含有高电阻透明层(未图示)，所述高电阻透明层可含有氧化锡、 氧化铟或者氧化镉等。在某些实施例中，窗口层60和支持层70之间可能有其他的层。形成薄膜太阳能电池1和10各层的技术可以是任意合适的真空技术或非真空技术。真空技术的例子包括但不限于升华技术(近空间升华、近空间气相输运)、蒸发技术(例如，热蒸发法、电子束蒸镀法)、堆叠元素层技术、原子层沉积、金属有机物化学气相沉积技术和溅射法等。非真空技术的例子包括但不限于电沉积、化学浴沉积、溶液喷雾、丝网印刷法和烧结技术等。尽管在具体实施方式
中对本发明的部分特征进行了详细的说明和描述，但在不脱离本发明精神的前提下，可以对本发明进行各种改变和替换。同样的，本领域熟练技术人员也可以根据常规实验获得本发明公开的其它改变和等同物。所有这些改变，替换和等同物都在本发明所定义的权利要求的构思和范围之内。
权利要求
1.薄膜太阳能电池，其特征在于，包括背接触层；与背接触层相邻的包含吸收材料和掺杂物的吸收层；缓冲层；位于吸收层和缓冲层之间的掺杂物阻挡层；以及与缓冲层相邻的窗口层。
2.如权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于还包含一个支持层。
3.如权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于所述掺杂物阻挡层的厚度在约为 1纳米到约为100纳米之间。
4.如权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于所述掺杂物阻挡层的厚度在约为 5纳米到约为50纳米之间。
5.如权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于所述掺杂物阻挡层包括掺杂或未掺杂的氮化物或者掺杂或未掺杂的氮氧化物。
6.如权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于所述掺杂物阻挡层是透明的。
7.如权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于所述窗口层包含透明导电氧化物。
8.如权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于掺杂物阻挡层包括至少一种以下物质氮化钽、氮化钛、氮化铪、氮化锆、氮化钨、氮化钼、氮化镍、氮化钌、氮化镨、氮化钛钨、 氮化钽硅、氮化钛硅、氮化铪硅、氮化锆硅、氮化钨硅、氮化钼硅、氮化镍硅、氮化钌硅、氮化镨硅、氮氧化钽、氮氧化钛、氮氧化铪、氮氧化锆、氮氧化钨、氮氧化钼、氮氧化镍、氮氧化钌和氮氧化镨。
9.如权利要求1至8中任一权利要求所述的薄膜太阳能电池，其特征在于所述吸收材料包括碲化镉，掺杂物包括铜，缓冲层包括硫化镉。
10.薄膜太阳能电池的制造方法，其特征在于，包括提供背接触层；提供与背接触层相邻的包含吸收材料和掺杂物的吸收层；提供缓冲层；提供位于吸收层和缓冲层之间的掺杂物阻挡层；以及提供与缓冲层相邻的窗口层。
11.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于吸收层包括碲化镉，掺杂物包括铜，缓冲层包括硫化镉，掺杂物阻挡层包括至少一种以下物质氮化钽、氮化钛、氮化铪、氮化锆、 氮化钨、氮化钼、氮化镍、氮化钌、氮化镨、氮化钛钨、氮化钽硅、氮化钛硅、氮化铪硅、氮化锆硅、氮化钨硅、氮化钼硅、氮化镍硅、氮化钌硅、氮化镨硅、氮氧化钽、氮氧化钛、氮氧化铪、氮氧化锆、氮氧化钨、氮氧化钼、氮氧化镍、氮氧化钌和氮氧化镨。
12.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于吸收材料包括碲化镉，掺杂物包括铜， 缓冲层包括硫化镉，掺杂物阻挡层包括掺杂或未掺杂的氮化物或者掺杂或未掺杂的氮氧化物。
全文摘要
薄膜太阳能电池包括背接触层；与背接触层相邻的包含吸收材料和掺杂物的吸收层；缓冲层；位于吸收层和缓冲层之间的掺杂物阻挡层；以及与缓冲层相邻的窗口层。本发明还涉及前述薄膜太阳能电池的制造方法。
文档编号H01L31/18GK102214708SQ20101014751
公开日2011年10月12日 申请日期2010年4月8日 优先权日2010年4月8日
发明者吴召平, 张明龙, 钟大龙 申请人:通用电气公司