专利名称：光电池基板和包括此光电池基板的光电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及光电池基板和包括所述光电池基板的光电池。
背景技术：
光电池是将太阳能直接转化为电能的太阳能发电中的关键部件。光电池用在包括电气和电子装置、住宅和建筑物的供电和工业发电的各种领域。光电池的最主要的基本结构为p-n结二极管。根据光吸收层中所用的材料，光电池可分为使用硅作为光吸收层的硅光电池；使用二硒化铜铟(CIS:Cdr^e2)、碲化镉(CdTe)等作为光吸收层的化合物光电池； 染料敏化光电池，其中通过吸收可见光来激活电子的光敏染料颗粒被吸收在多孔膜的纳米颗粒表面上；串叠型光电池。此外，光电池可被分为大体积光电池和薄膜光电池。目前，大体积多晶硅光电池占据市场90%或更高。然而，使用大体积多晶硅光电池发电是现有的发电如热发电、原子能发电或水力发电价格的三至十倍。这主要归因于昂贵的多晶硅和制造工艺复杂的大体积多晶硅光电池的高制造成本。因此，最近，薄膜非晶硅 (a-Si:H)光电池和薄膜微晶硅(yc-Si:H)光电池正在被积极研究且在商业上经销。图1是显示现有技术的光电池110的结构的截面图，其使用非晶硅作为光吸收层。如图1所示，常规非晶硅(如a-Si:H)光电池110包括透明基板111、透明导电膜 112、掺杂有掺杂剂的ρ型非晶硅(a-Si:H)层113、未掺杂有掺杂剂的本征非晶硅(a_Si:H) 层114、掺杂有掺杂剂的η型非晶硅(a-Si :Η)层115和背反射器116。在此p-i-n型非晶硅(a-Si:H)结构中，本征非晶硅(a-Si:H)层114受到ρ型和η型非晶硅(a_Si:H)层113 和115的损耗，使得其中产生电场。当电子-空穴对响应于入射光(hv)在本征非晶硅 (a-Si:H)层114中形成时，其因内部电场而移动，并随后被ρ型非晶硅(a-Si:H)层113和 η型非晶硅(a-Si:H)层115所收集，以此产生电流。微晶硅(yc-Si:H)为介于单晶硅和非晶硅之间的中间物，且具有数十至数百纳米的粒径。在晶界处，非晶相经常存在，且在大多数情况下，由于其高缺陷密度导致载流子结合发生。微晶硅(yc-Si:H)具有约1.6eV的能带隙，这与单晶硅的能带隙(约1. 12Ev) 差别不显著，且未显示出非晶硅(a_Si:H)光电池中发生的那种降低。除了光吸收层外，微晶硅(yc-Si:H)光电池的结构与非晶硅(a-Si:H)光电池的结构极为相似。使用非晶硅(a-Si:H)、微晶硅(yc-Si:H)等作为光吸收层的单p-i_n结薄膜光电池具有低的光转换效率，这对其实际应用产生很多限制。因此，引入通过多重堆叠非晶硅 (a-Si:H)光电池单元、微晶硅(yc-Si:H)光电池单元等制造的串叠型(多结)光电池。串叠型光电池具有使光电池单元串联连接的结构，因此可增加开路电压和改进光转化效率。图2为显示现有技术的串叠型光电池210的结构的截面图。
如图2所示，现有技术的串叠型光电池210通常包括透明基板211、透明导电膜 212、第一 p-n结层213、隧道p-n结层214、第二 p-n结层215和背反射器216。在现有技术的串叠型光电池210中，具有预定带隙(如Eg= 1.6eV)的第一 p_n结层213被布置在具有较低带隙(如Eg = 1. IeV)的第二 p-n结层215之上，使得具有1. IeV <hv < 1.6eV的能量的光子能通过第一 p-n结层213，但被第二 p-n结层215所吸收。可通过增加串叠型光电池中堆叠的P-n结层的数量实现较高的光转化效率。要求光电池中所用的透明导电膜呈现优异的透光率、导电率和光俘获效率。特别地，在串叠型薄膜光电池的情况中，要求透明导电膜对400nm至IlOOnm的宽波长带显示出高透光率和高混浊值。此外，当沉积透明导电膜时，还需要耐受氢等离子体。光电池应用所用的流行透明导电膜包括氧化锡(SnO2)作为主要成分。然而，当其通过等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)沉积时，此类型的透明导电膜因氢等离子体而受损。此外，现有透明导电膜常用的铟锡氧化物(ITO)具有与主要成分稀有元素铟(In)价格持续上涨、氢等离子体加工期间铟的高还原性和所得物的化学不稳定性等相关的问题。因此，研究正在向开发可替代具有SnA或ITO作为其主要成分的透明膜的透明导电膜发展。氧化锌(aio)是作为最理想材料而在近期引起关注的材料。因为氧化锌可很容易被掺杂且具有窄的导带，所以根据掺杂剂的类型，很容易于控制氧化锌的电学-光学性质。此外，当经受氢等离子体加工时，具有氧化锌作为主要成分的透明导电膜是稳定的，可以低成本制造，且显示出高透光率和高导电率。虽然氧化锌(ZnO)具有通过控制掺杂剂可很容易地调节其导电率和光学性质的优点，但其具有不耐热的缺点。需要氧化锌显示出热稳定性，这是因为包含Si、铜、铟镓硒化物(CIGS)或碲化镉作为主要成分的光吸收层需要形成在透明导电膜上。通常，需要高温来在透明导电膜上形成光吸收层。因此，需要作为透明导电膜主要成分的氧化锌有效地抵抗高温，而不显示出性能降低，如电阻增加或透光率降低。本发明背景技术中所公开的信息仅用于增加对本发明背景的了解，且不应被认为此信息构成了本领域技术人员已知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面提供了具有优异耐热性的光电池基板和包括该光电池基板的光电池。本发明还提供了具有高光电转换效率的光电池和包括该光电池基板的光电池。在本发明一个方面中，所述光电池基板包括透明基板和形成在所述透明基板上的透明导电膜。所述透明导电膜包括掺杂有掺杂剂的氧化锌薄膜层，且根据X射线衍射(XRD)
数据，(000 生长平面和(IOii)生长平面均存在于氧化锌薄膜层中。当光吸收层形成在光电池基板上时，前述光电池基板在高温下性能未降低，如电阻增加或透光率降低。本发明的方法和装置具有的其它特征和优点可从并入本文的附图和具体实施方式
中得出，或描述在附图和具体实施方式
中，二者共同起到解释本发明原理的作用。
图1是显示现有技术的光电池的结构的截面图，其使用非晶硅作为光吸收层；图2为显示现有技术的串叠型光电池的结构的截面图；图3是显示制造根据本发明示例性实施方式的光电池基板的方法的流程图；图4是显示光电池基板的结构的截面图，所述光电池基板通过根据本发明示例性实施方式的制造光电池基板的方法制造；图5是显示热处理前和热处理后的光电池基板的X射线衍射(XRD)图的图；且图6是显示热处理前和热处理后光电池基板透光率与波长相比的图。
具体实施例方式下面详细说明本发明的各种实施方式，其实施例图示于附图中并下文中说明。虽然结合示例性实施方式描述了本发明，应理解的是此描述并不意味着将本发明限制为那些示例性实施方式。相反，本发明意图不仅覆盖这些示例性实施方式，还覆盖各种改变、修饰、 等同物和可以包括在所附权利要求书中所定义的本发明精神和范围内的其他实施方式。图3是显示制造根据本发明示例性实施方式的光电池基板的方法的流程图。如图3所示，制造此实施方式的光电池基板的方法包括将透明基板置于溅射室内的步骤(步骤S311)。将由待沉积在透明基板上的材料制成的溅射靶安装在溅射室内。随后，在S312中，在透明基板上形成防杂质洗脱膜。防杂质洗脱膜作用是防止杂质被从透明基板的内部洗脱。在一个实施例中，防杂质洗脱膜可由二氧化硅(SiO2)或二氧化钛(TiO2)制成。随后，在S313中，掺杂有掺杂剂的氧化锌(SiO)薄膜层形成在布置于溅射室内部
的透明基板上。通常，为了使由具有(000 生长平面或(IOii)生长平面的氧化锌制成的薄
膜层生长，需要长的平均自由行程。平均自由行程是指这样的距离，即从溅射靶向透明基板移动的颗粒可自由地行进，而不与室内的其它颗粒碰撞的距离。同时，随着表面迁移变大， (0002)生长平面形成的可能性增加，在表面迁移中，透明基板的温度导致己移动到透明基板上的颗粒移动。因此，在透明基板上形成掺杂有掺杂剂的氧化锌薄膜层的步骤S313中，为了降低表面迁移同时增加平均自由行程，优选将溅射室内部的压力保持在lmTorr至50mTorr的范围内，将透明基板的温度保持在200°C至300°C的范围内。在一个实施例中，添加到氧化锌中的掺杂剂可包括选自铝(Al)、镓(( )、铟an)、钛(Ti)和硼⑶中的至少一种。图4是显示根据本发明示例性实施方式的光电池基板的结构的截面图，且图5是显示热处理前和热处理后的光电池基板的X射线衍射(XRD)图的图，所述热处理用于耐热性测试，以检查光电池基板是否可承受光电池随后生产方法的热条件。首先，如图4所示，光电池基板包括透明基板411和透明导电膜412。透明导电膜 412包括掺杂有掺杂剂的氧化锌(SiO)薄膜层41加。透明基板411可为具有5mm或更低厚度和90%或更高透光率的玻璃片。在另一个实施例中，透明基板411可为通常由聚合物类材料制成的热固化或紫外线(UV)固化的有机膜。聚合物类材料的实例可包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、压克力(acryl)、聚碳酸酯 (PC)、聚氨酯丙烯酸酯(UA)、聚酯、环氧丙烯酸酯(EA)、溴化丙烯酸酯、聚氯乙烯(PVC)等。透明导电膜412允许光电转换产生的电流通过。透明导电膜412形成在透明基板411上，且包括掺杂有掺杂剂的氧化锌薄膜层412a。因为氧化锌的电学性质与绝缘体的电学性质很类似，所以氧化锌需要用掺杂剂掺杂以具有导电率。此时，氧化锌中的掺杂剂可包括选自铝(Al)、镓(Ga)、铟an)、钛(Ti)和硼⑶中的至少一种。在此实施例中，氧化锌可用两种或更多种掺杂剂共掺杂。优选氧化锌中的掺杂剂为具有相对优异抗湿性的( 或 Al。通常，为了在透明导电膜412上形成包含Si、铜铟镓硒化物(CKS)或碲化镉 (CdTe)作为主要成分的光吸收层，需要在如250°C至600°C范围内的高加热温度。因此，需要透明导电膜412的氧化锌薄膜层41 显示出耐热性，使得其可抵抗高温，而不降低性能， 如电阻增加或透光率降低。根据XRD数据，优选氧化锌薄膜层31 既具有(000 生长平面又具有(10 1)生长平面。根据氧化锌的结构，(10 1)晶体平面的原子平面密度小于(0002)结晶平面的原子平面
密度。因此，当掺杂剂被掺杂且取代锌原子时，其位于具有较小原子平面密度的(10 1)晶体平
面。因此，所出现的张力数量级相对小于仅具有(000 生长平面的氧化锌的薄膜的张力数量级。此外，为了补充张力而出现在氧化锌结构中的本征缺陷较少。也就是说，(0002)生
长平面和(10 1)生长平面均存在的氧化锌薄膜层41 不耐热。在一个实施例中，氧化锌薄膜层41 可通过溅射方法形成，在溅射方法中透明基板411的温度在200°C至300°C范围内，且溅射室内部压力在从ImTorr至50mTorr范围内。在氧化锌薄膜层412中，在进行用于透明导电膜耐热测试的热处理后，根据XRD数
据，优选(ιο )生长平面的峰强度等于或大于(000 生长平面的峰强度。下表1显示在图4所示的光电池基板耐热测试前和耐热测试后XRD强度峰的变化。表 权利要求
1.一种光电池基板，包括 透明基板；和形成在所述透明基板上的透明导电膜，其中所述透明导电膜包括掺杂有掺杂剂的氧化锌薄膜层，其中，根据X射线衍射数据，(000 生长平面和(10 1)生长平面均存在于氧化锌薄膜层中。
2.如权利要求1所述的光电池基板，其中在进行用于所述透明导电膜耐热测试的热处理后，根据所述X射线衍射数据，所述(10 1)生长平面的峰强度大于或等于所述(000 生长平面的峰强度。
3.如权利要求1所述的光电池，其中加入到氧化锌中的所述掺杂剂为选自Al、fe、ln、 Ti和B中的至少一种。
4.如权利要求1所述的光电池基板，其中所述透明导电膜进一步包括形成在所述透明基板和所述氧化锌薄膜之间的防杂质洗脱膜，所述防杂质洗脱膜防止杂质从所述透明基板内部洗脱。
5.如权利要求1所述的光电池，其中所述防杂质洗脱膜由二氧化硅(Sit)》或二氧化钛 (TiO2)制成。
6.一种光电池，包括光电池基板，其中所述光电池基板包括 透明基板；和形成在所述透明基板上的透明导电膜，其中所述透明导电膜包括掺杂有掺杂剂的氧化锌薄膜层，其中，根据X射线衍射数据，(000 生长平面和(10 1)生长平面均存在于氧化锌薄膜层中。
7.如权利要求6所述的光电池，包括选自串叠型光电池、化合物光电池和染料敏化光电池中的一种。
全文摘要
一种光电池基板和包括所述光电池基板的光电池。所述光电池基板包括透明基板和形成在所述透明基板上的透明导电膜。所述透明导电膜包括掺杂有掺杂剂的氧化锌薄膜层，且根据X射线衍射(XRD)数据，(0002)生长平面和生长平面均存在于氧化锌薄膜层中。
文档编号H01G9/20GK102194901SQ20111004282
公开日2011年9月21日 申请日期2011年2月21日 优先权日2010年2月19日
发明者刘泳祚, 金序炫, 金镇奭 申请人:三星康宁精密素材株式会社