太阳能电池及其制造方法
【专利摘要】本发明提供一种太阳能电池及其制造方法。所述太阳能电池包括：在支撑基板上的背电极层；在所述背电极层上的光路转换层，所述光路转换层包含突起图案；在所述光路转换层上的光吸收层；以及在所述光吸收层上的前电极层。所述光路转换层将入射光朝所述光吸收层反射，提高了光效率。
【专利说明】太阳能电池及其制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本实施例涉及一种太阳能电池及其制造方法。
【背景技术】
[0002]近来，随着能源消耗的增加，已经开发了将太阳能转换成电能的太阳能电池。
[0003]特别是，CIGS基太阳能电池已经被广泛应用，它是一种pn异质结器件，具有包括玻璃基板的基板结构、金属背电极层、P型CIGS基光吸收层、高电阻缓冲层和N型窗口层。
【发明内容】
[0004]技术问题
[0005]本实施例提供一种可以容易地制造并且光电转换效率提高的太阳能电池。
[0006]技术方案
[0007]根据实施例，本发明提供一种太阳能电池，包括:在支撑基板上的背电极层；在所述背电极层上的光路转换层，所述光路转换层包含突起图案；在所述光路转换层上的光吸收层；以及在所述光吸收层上的前电极层。
[0008]根据实施例的一种太阳能电池的制造方法，包括下述步骤:在支撑基板上形成背电极层；在所述背电极层上形成光路转换层并且通过蚀刻所述光路转换层形成突起图案；在所述光路转换层上形成包含所述突起图案的光吸收层；以及在所述光吸收层上形成前电极层。
[0009]有益效果
[0010]根据实施例的太阳能电池包括光路转换层，所述光路转换层包含突起图案并且布置在背电极层上。包含所述突起图案的光路转换层将未被光吸收层吸收的光朝该光吸收层反射，所以可以增加所述光吸收层的吸光率。因而，根据本实施例的太阳能电池可以提高效率。
[0011]也就是说，由于包含突起图案的所述光路转换层，入射光的光路被延长了大约一倍，因此可以增加所述光吸收层的吸光率。
[0012]进一步来说，根据本实施例的太阳能电池，由于包含突起图案320的光路转换层，即使光吸收层厚度薄，太阳能电池的效率也可以提高。因而，可以通过使用厚度薄的光吸收层来制造根据实施例的太阳能电池，所以可以提供具有几纳米至几百纳米范围内厚度的薄膜太阳能电池。而且，根据本实施例的太阳能电池，由于所述突起图案，可以减少光吸收层的厚度，因此可以降低原材料成本并且可以提高生产率。
[0013]另外，由于所述光路转换层包含所述突起图案，所述太阳能电池可以具有在所述光路转换层和所述光吸收层之间的良好的物理和化学界面特性。另外，所述光路转换层可以包含V族元素。因此，可以进一步提高所述光路转换层相对于所述光吸收层的界面特性。
【专利附图】
【附图说明】[0014]图1是根据实施例的太阳能电池的截面图。
[0015]图2是根据实施例的太阳能电池的透视立体图。
[0016]图3是根据实施例的在光路转换层内包含的突起的截面图。
[0017]图4是示出根据另一实施例的太阳能电池的截面图。
[0018]图5是示出根据实施例的通过光路转换层改变入射光光路的过程的截面图。
[0019]图6至图12是示出根据实施例的太阳能电池的制造过程的视图。
【具体实施方式】
[0020]在实施例的描述中，应理解，当基板、层、膜或者电极被称为位于另一基板、层、膜、或者电极上或者下时，其可以直接或间接位于所述另一基板、层、膜、或者电极上或者也可以存在一个或多个中间层。结合附图来描述每个元件的此类位置。附图中，为了使描述简便且清晰，每个元件的厚度或大小可以被夸大，省略或示意性示出。此外元件的大小并非完全反映实际大小。
[0021]图1和图4是示出根据实施例的太阳能电池的截面图。图2是示出图1中的太阳能电池的透视立体图。图3是根据实施例的在光路转换层中包含的突起的截面图。图5是示出根据实施例的通过光路转换层改变入射光光路的过程的截面图。
[0022]参照图1，根据实施例的太阳能电池包括:背电极层200，形成在支撑基板100上；光路转换层300，包含突起图案并且布置在背电极层200上；光吸收层400，布置在光路转换层300上；在光吸收层400上的缓冲层500 ;在缓冲层500上的高电阻缓冲层600 ;以及在高电阻缓冲层600上的前电极层700。
[0023]支撑基板100呈板形并且支撑着背电极层200、光路转换层300、光吸收层400、缓冲层500、高电阻缓冲层600以及前电极层700。
[0024]支撑基板100可以是绝缘体。支撑基板100可以是玻璃基板，塑料基板或金属基板。具体地，支撑基板100可以是钠钙玻璃基板。支撑基板100可以是透明的。另外，支撑基板100可以是刚性的或者柔性的。
[0025]背电极层200布置在支撑基板100上。背电极层200是导电层。例如，用于背电极层200的材料是诸如钥(Mo)的金属。
[0026]另外，背电极层200可以包括两个或两个以上个层。所述层可以分别由相同的材料或者不同的材料形成。
[0027]光路转换层300布置在背电极层200上。光路转换层300包含突起图案320。光路转换层300包含选自由氧化锌，铟锡氧化物(ΙΤ0)，氧化锡及这些物质的组合构成的组中的一种化合物。具体地，光路转换层300可以是氧化锌。
[0028]另外，光路转换层300可以是透明的。光路转换层300的厚度可以在IOnm至IOOnm范围内。
[0029]光路转换层300可以包含选自由V族元素、过渡金属元素、碱金属及这些物质的组合构成的组中的一种材料。光路转换层300可以被掺杂选自由V族元素、过渡金属元素、碱金属及这些物质的组合构成的组中的一种掺杂物。具体地，光路转换层300可以被掺杂选自由V族元素、过渡金属元素、碱金属及这些物质的组合构成的组中的一种化合物。换言之，光路转换层300可以被掺杂至少两种掺杂材料。掺杂浓度在1.0X IO16原子/cm3至1.0X IO19原子/cm3范围内，但是实施例不限于此。
[0030]此时，所述V族元素可以包括选自由氮，磷，砷及这些元素的组合构成的组中的一种，但是本实施例不限于此。另外，所述过渡金属元素包含选自由钒(V)，铬(Cr)，锰(Mn)，铁(Fe)，钴(Co)，镍(Ni)，铜(Cu)及这些物质的组合构成的组中的一种，但是实施例不限于此。另外，所述碱金属可以包含选自由锂(Li)，钾(K)，铷(Rb)，铯(Cs)、钫(Fr)及这些物质的组合构成的组中的一种，但是实施例不限于此。
[0031]突起图案320可以具有各种形状，但是前提是所述突起图案320具有包含相对于支撑基板100倾斜的斜面的形状。另外，如图1所示，尽管突起图案320具有规则的间隔，但是突起图案320的形状并不限于此，并且该突起图案320可以包含具有各种尺寸且彼此相隔间距为不规则间隔的突起。
[0032]具体地，该突起图案320可以具有棱锥形状，半球形状或三角棱柱形。例如，如图1所示，该突起图案320可以具有棱锥形状。
[0033]更详言之，该突起图案320可以包含彼此相对的第一和第二斜面321和322。参照图3,第一斜面321定向在第一方向上。第一斜面321在同一方向上延伸。第一斜面321相对于背电极层200的上表面是倾斜的。同样地,第二斜面322可以在同一方向上延伸。第二斜面322可以和第一斜面321相对。例如,第二斜面322和第一斜面321可以是对称的。
[0034]第一和第二斜面相对于背电极层200的坡度(Θ 1、Θ 2)可以在大约10度至大约90度的范围内。优选地，第一和第二斜面的坡度(Θ 1、Θ 2)可以在大约30度至大约55度的范围内。第一斜面的坡度和第二斜面的坡度可以相等或者不同。
[0035]相比之下，根据本实施例的光路转换层300可以包含布置在背电极层100上的基层310以及在基层310上的突起图案320。S卩，如图1和图2所示，光路转换层300可以仅仅由突起图案320形成，或者如图3和图4所示，光路转换层300可以具有基层310和在基层310上的突起图案320。基层310制备为薄膜。此时，在基层310上的突起图案320的高度可以在30nm至IOOnm范围内。
[0036]参照图5，光路转换层300的表面积由于突起图案320而可以被扩展并且可以散射入射光。突起图案320可以反射从光路转换层300的顶部在几个方向上入射的光。
[0037]通过光吸收层400入射到背电极层200的上表面的光被突起图案320散射。从顶部至底部入射的光被布置在背电极层200的上表面上的突起图案320横向反射。因而，可以增加光吸收层400内的反射光的光路。
[0038]因此，根据本实施例的太阳能电池，可以增加通过光吸收层400的光的光路，从而可以提闻光电转换效率
[0039]另外，根据本实施例的太阳能电池，由于光路转换层300包含突起图案320，即使光吸收层400厚度薄，太阳能电池也可以具有高效率。因此，根据本实施例的太阳能电池可以通过使用厚度比较薄的光吸收层400制造，从而可以提供厚度在几纳米至几百纳米范围内的薄膜太阳能电池。
[0040]另外，光路转换层300的上表面可表现出高粗糙性。即，光路转换层300可以完全由突起图案320形成，或者在基层200的上表面上形成诸如突起图案320的凹凸部分。这样，背电极的上表面具有大的表面积。因此，背电极层200和光吸收层400具有大的接触面积。于是，背电极层200和光吸收层400的物理和电接触特性获得提高。[0041]光吸收层400布置在光路转换层300上。具体地，围绕背电极层200和光吸收层300涂覆光路转换层300。光吸收层400包含1-1I1-VI族化合物。例如，光吸收层400 可以具有 CIGSS (Cu (IN，Ga) (Se, S) 2)晶体结构，CISS (Cu (IN) (Se, S) 2)晶体结构或者CGSS (Cu (Ga) (Se, S) 2)晶体结构。光吸收层400的能带隙可以在约IeV至约1.8eV的范围内。
[0042]缓冲层500布置在光吸收层400上。缓冲层500直接与光吸收层400接触。例如，使用硫化镉(CdS)作为缓冲层500的材料。缓冲层500的能带隙在约1.9eV至约2.3eV的范围内。
[0043]高电阻缓冲层600布置在缓冲层500上。该高电阻缓冲层600包含未掺杂杂质的1-ZnO0高电阻缓冲层600的能带隙可以在约3.1eV至约3.3eV的范围内。
[0044]前电极层700布置在高电阻缓冲层600上。该前电极层700是一个透明导电层。例如，可以将诸如掺杂铝的氧化锌(掺杂铝的氧化锌;ΑΖ0)的材料用于前电极层700。
[0045]图6至图12是示出根据实施例的太阳能电池的制造过程的视图。将描述关于上述太阳能电池的制造方法。关于太阳能电池的描述基本上可以通过引用合并于此。
[0046]参照图6，通过溅射工艺在支撑基板100上沉积诸如钥(Mo)的金属来形成背电极层200。可以通过在不同条件下进行两次工艺来形成背电极层200。
[0047]参照图7和图8，在背电极层200上形成光路转换层300，并且将其蚀刻以形成突起图案320。所述突起图案320可以通过湿法蚀刻或者干法蚀刻光路转换层300形成。在湿法蚀刻的情况下，在本领域中一般使用蚀刻溶液，如盐酸或硝酸。具体地，布置在背电极层200上的光路转换层300浸入包含预定量％盐酸的溶液中并且反应几秒钟至几小时，可以蚀刻出光路转换层300。
[0048]此时，例如，光路转换层300的蚀刻程度可根据蚀刻工艺的条件来控制，例如蚀刻溶液的酸性，蚀刻溶液的浓度，反应时间，反应温度等。例如，当在可以充分蚀刻光路转换层300的条件下进行蚀刻工艺时，如图1所示，光路转换层300完全转化成突起图案320。在蚀刻工艺中，光路转换层300的整个上表面可以被不均匀地蚀刻。也就是说，可以自然地选择性地蚀刻光路转换层300。例如，光路转换层300的一部分被蚀刻过多，而另一部分则被蚀刻得不充分，使得光路转换层300可以具有相对于支撑基板100倾斜的斜面。
[0049]相比之下，参照图3，当蚀刻工艺时间短，光路转换层300的上表面被部分蚀刻，使得形成突起图案320并且与背电极层200接触的光路转换层300仍可以保持薄膜形状。
[0050]参照图9，光吸收层400形成在背电极层200和光路转换层300上。通过溅射工艺或者蒸镀工艺可以形成光吸收层400。
[0051]例如，将Cu、In、Ga和Se同时或者分别蒸发以形成CIGS基光吸收层，或者在形成金属前体层以后通过硒化工艺形成光吸收层。
[0052]具体地，通过使用Cu靶、In靶和Ga靶进行溅射工艺在背电极层200上形成金属前体层。
[0053]然后，进行硒化工艺以形成CIGS基光吸收层。
[0054]此外，可以同时进行使用Cu靶、In靶和Ga靶的溅射工艺以及硒化工艺。
[0055]另外，可以通过仅使用Cu祀和In祀或仅使用Cu祀和Ga祀的派射工艺以及硒化工艺来形成CIS基或CIG基光吸收层400。[0056]参照图10和图11，在光吸收层400上形成缓冲层500和高电阻缓冲层600。
[0057]缓冲层500可以通过CBD (化学浴沉积)工艺形成。例如，在形成光吸收层400之后，将光吸收层400浸没在包含用于形成硫化镉的物质的溶液中，使得在光吸收层400上形成包含硫化镉的缓冲层500。
[0058]然后，通过溅射工艺在缓冲层500上沉积未掺杂杂质的1-ZnO，于是形成高电阻缓冲层600。
[0059]参照图12，在高电阻缓冲层600上形成前电极层700。为了形成前电极层700，在高电阻缓冲层700上层叠透明导电材料。例如，透明导电材料包括掺杂铝的氧化锌，铟锌氧化物或铟锡氧化物(ΙΤ0)。
[0060]因此，根据本实施例的太阳能电池的制造方法，可以制造出具有改善效率的太阳能电池。
[0061 ] 在本说明书中，任何对于“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等的参考指的是结合所述实施例所描述的特定特征、结构或者特性包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中各个地方出现的这类短语不一定都是指相同的实施例。而且，当结合任何实施例描述特定特征、结构或者特性时，结合其它实施例实现这些特征、结构或特性应当被认为是本领域技术人员技术范围内。
[0062]尽管已参考本发明的数个说明性实施例描述了本发明，但是应理解，本领域的技术人员可以构思出归入本发明原理的精神和范围内的众多其他修改和实施例。更具体地讲，在本说明书、附图和所附权利要求书的范围内的主题组合布置的组成部分和/或布置上的各种变化和修改是可能的。除了在组成部分和/或布置上的变化和修改以外，替代使用对于本领域的技术人员也是显然的。
【权利要求】
1.一种太阳能电池，包括： 在支撑基板上的背电极层； 在所述背电极层上的光路转换层，所述光路转换层包含突起图案； 在所述光路转换层上的光吸收层；以及 在所述光吸收层上的前电极层。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述突起图案包括相对于所述支撑基板倾斜的斜面。
3.根据权利要求1I所述的太阳能电池，其中，所述突起图案包括彼此相对的第一斜面和第二斜面。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述突起图案包括多个第一斜面，以及与所述多个第一斜面相对的多个第二斜面。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述突起图案具有棱锥形状。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述突起图案的高度在30nm至IOOnm的范围内。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述光路转换层包括在所述背电极层上的基层和在所述背电极层上的所述突起图案。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池，其中，所述基层被制备为薄膜，并且所述突起图案布置在所述基层上。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述光路转换层包括一种材料，该材料选自由氧化锌，铟锡氧化物（ITO)、氧化锡及这些物质的组合构成的组。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述光路转换层的厚度在IOnm至IOOnm的范围内。
11.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述光路转换层被掺杂了一种掺杂物，该掺杂物选自由V族元素、过渡金属元素、碱金属及这些物质的组合构成的组。
12.根据权利要求11所述的太阳能电池，其中，所述V族元素包括选自由氮、磷、砷及这些元素的组合构成的组中的一种。
13.根据权利要求11所述的太阳能电池，其中，所述过渡金属元素包括选自由钒（V)、铬（Cr)、猛（Mn)、铁（Fe)、钴（Co)、镍（Ni)、铜（Cu)及这些物质的组合构成的组中的一种。
14.根据权利要求11所述的太阳能电池，其中，所述掺杂物的浓度在I.OX IO16原子/cm3至I. O X IO19原子/cm3范围内。
15.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述光路转换层是透明的。
16.一种太阳能电池的制造方法，包括： 在支撑基板上形成背电极层； 在所述背电极层上形成光路转换层并且通过蚀刻所述光路转换层形成突起图案； 在所述光路转换层上形成包含所述突起图案的光吸收层；以及 在所述光吸收层上形成前电极层。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述突起图案的形成是通过湿法蚀刻或者干法蚀刻进行的。
【文档编号】H01L31/056GK103843156SQ201280047399
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年7月26日 优先权日:2011年7月29日
【发明者】权世汉, 崔撤焕 申请人:Lg伊诺特有限公司