太阳能电池及其制备方法
【专利摘要】公开了一种太阳能电池及其制备方法。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氧化钼层；在所述氧化钼层上的光吸收层；以及，在所述光吸收层上的前电极层。
【专利说明】太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001 ] 实施例涉及太阳能电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]近来，因为严重的环境污染和矿物燃料的缺少，对于新的可再生能源的需求和新的可再生能源的兴趣一直在增加。在这一点上，太阳能电池作为解决未来的能量问题的无污染能源成为人们关注的焦点，因为它很少引起环境污染，并且具有半永久性寿命，并且存在用于太阳能电池的无限资源。
[0003]太阳能电池可以被定义为用于通过使用当光入射在P-N结二极管上时产生电子的光生伏打效应来将光能转换为电能的装置。太阳能电池可以根据构成结型二极管的材料被分类为:娃太阳能电池；化合物半导体太阳能电池，其主要包括1-1I1-VI族化合物或II1-V族化合物；染料敏化太阳能电池；以及，有机太阳能电池。
[0004]由作为基于1-1I1-VI族黄铜矿的化合物半导体之一的CIGS(CuInGaSe)构成的太阳能电池表现出优越的光吸收性，使用薄的厚度的较高的光电转换效率和优越的电光稳定性，因此将CIGS太阳能电池关注为传统的硅太阳能电池的替代品。
[0005]通过依序形成包括钠(Na)、背电极层、光吸收层和窗口层的薄膜的基板来制造CIGS薄膜太阳能电池。如上所述，光吸收层包括CIGS化合物。当在背电极层上形成CIGS化合物时，在背电极层和光吸收层之间形成硒化钥(MoSe2)层。
[0006]MoSe2层增大在背电极层和光吸收层之间的交界面处的粘结强度，但是具有比背电极层高的电阻，从而增大在窗口层和背电极层之间的接触电阻，使得显著地降低太阳能电池的整体效率。
【发明内容】
[0007]技术问题
[0008]实施例提供了一种能够通过减小串联电阻Rs而表现出改善了光电转换效率的太阳能电池。
[0009]技术方案
[0010]根据第一实施例，提供了一种太阳能电池，包括:在支撑基板上的背电极；在所述背电极层上的氧化钥层；在所述氧化钥层上的光吸收层；以及在所述光吸收层上的前电极层。
[0011]根据第二实施例，提供了一种太阳能电池，包括:在支撑基板上的背电极，穿透所述背电极层形成的部分地暴露所述支撑基板的上表面的穿孔；在透过所述穿孔暴露的所述背电极层的至少一个表面上的电流阻挡部；在所述背电极层上的氧化钥层；在所述氧化钥层上的光吸收层；以及在所述光吸收层上的前电极层。
[0012]根据实施例，提供了一种制备太阳能电池的方法，包括:在支撑基板上形成背电极层，穿透所述背电极层形成的部分地暴露所述支撑基板的上表面的穿孔；在所述背电极层的上表面上形成氧化钥层；在所述氧化钥层上形成光吸收层；以及在所述光吸收层上形成前电极层。
[0013]有益效果
[0014]根据实施例的太阳能电池，形成了具有比接触电阻层优越的反应度的氧化钥层，使得可以使产生的接触电阻电小化。因此，可以防止接触电阻层产生的串联电阻Rs的增大，并且可以改善太阳能电池的光电转换效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1至5是示出根据第一实施例的制造太阳能电池的方法的截面图；以及
[0016]图6至11是示出根据第二实施例的制造太阳能电池的方法的截面图。
【具体实施方式】
[0017]在实施例的描述中，应当理解，当基板、层、膜或电极被称为在另一个基板、另一个层、另一个膜或另一个电极“上”或“下”时，它可以“直接地”或“间接地”在该另一个基板、另一个层、另一个膜或另一个电极上，或者也可以存在一个或多个介入层。已经参考附图描述了层的这样的位置。为了方便或清楚，在附图中所示的元件的大小可能被夸大，并且可能不完全反映实际大小。
[0018]图1至5是示出根据第一实施例的制造太阳能电池的方法的截面图。
[0019]参见图1，在支撑基板100上形成背电极层200。可以通过PVD(物理气相沉积)方案或电镀方案来形成背电极层200。
[0020]支撑基板100为板形，并且支撑背电极层200、氧化钥层300、接触电阻层400、光吸收层500、缓冲层600、高电阻缓冲层700和前电极层800。支撑基板100可以是透明的，并且可以是刚性的或柔性的。
[0021]支撑基板100可以包括绝缘体。例如，支撑基板100可以包括玻璃基板、塑料基板或金属基板。更详细地，支撑基板100可以包括碱石灰玻璃基板。另外，支撑基板100可以包括氧化铝陶瓷基板、不锈钢或具有柔性属性的聚合物。
[0022]背电极层200被设置在支撑基板100上。背电极层200是导电层。背电极层200可以包括选自由钥(Mo)，金(Au)，铝(Al)，铬(Cr)，钨(W)和铜(Cu)构成的组的一种。背电极层200可以包括钥。Mo具有与支撑基板100相近的热膨胀系数，因此，Mo可以改善粘结属性，并且防止背电极层200从支撑基板100剥离。
[0023]参见图2和图3，在氧化钥层300上形成光吸收层500。
[0024]可以通过同时或分别蒸发Cu、In、Ga和Se来形成基于Cu (In, Ga) Se2 (CIGS)的光吸收层的方案，和在已经形成金属前体层后执行硒化工艺的方案来形成光吸收层500。
[0025]关于在已经形成金属前体层后的硒化工艺的细节，通过使用Cu靶、In靶或Ga靶的溅镀工艺来在背电极层200上形成金属前体层。其后，对金属前体层进行硒化工艺，使得形成基于Cu (In，Ga) Se2 (CIGS)的光吸收层500。
[0026]另外，可以同时执行使用Cu靶、In靶或Ga靶的溅镀工艺和硒化工艺。
[0027]而且，可以通过仅使用Cu靶和In靶或仅使用Cu靶和Ga靶的溅镀工艺和硒化工艺来形成基于CIS或CIG的光吸收层500。[0028]接触电阻层400可以与光吸收层500 —起同时形成。详细而言，可以通过在背电极层200和光吸收层500之间的相互反应来形成接触电阻层400。例如，背电极层200可以包括Mo，并且光吸收层500可以包括基于Cu (In，Ga) Se2 (CIGS)的化合物和基于Cu-1n/Ga-S的化合物。在这种情况下,可以通过在背电极层200的钥和光吸收层500的Se或S之间的反应来制造接触电阻层400。另外，接触电阻层400可以包括硒化钥(MoSe2)或硫化钥(MoS2)。接触电阻层400的厚度可以在约IOnm至约40nm的范围内，但是实施例不限于此
[0029]接触电阻层400具有比背电极层200更高的电阻。因此，如果接触电阻层400变得更厚，则接触电阻和串联电阻Rs增大，导致太阳能电池的整体效率的降低。
[0030]为了解决上述问题，在实施例中，在背电极层200上形成氧化钥层300。氧化钥层300包括氧化物(不是导电材料)，具有比接触电阻层400更低的电阻，使得可以降低太阳能电池的串联电阻Rs。
[0031]可以在背电极层200的上表面部分地或完全地形成氧化钥层300。详细而言，可以在背电极层200和光吸收层500之间形成氧化钥层300。
[0032]氧化钥层300可以包括MoO2或Mo03。在构成氧化钥层300的Mo和氧(O)之间的键能大于Mo和Se之间或Mo和S之间的键能。因此，氧化钥层300中断在用于构成接触电阻层400的Mo和Se之间的键合，因此，可以产生的接触电阻层400最小化。
[0033]氧化钥层300的厚度可以在约IOnm至约50nm的范围内，但是实施例不限于此。虽然在图3中示出和描述了在氧化钥层300上形成了接触电阻层400，但是实施例不限于此。即，当氧化钥层300很厚时，可以省略接触电阻层400。因此，光吸收层500可以直接接触氧化钥层300的上表面。
[0034]可以通过氧化背电极层200来形成氧化钥层300。例如，当通过Mo来制造背电极层200时，可以通过在氧气环境中在约300°C至约800°C的范围内的温度下氧化背电极层200来制造氧化钥层300。另外，可以通过下述方式来形成氧化钥层300:允许MoO3粉末接触背电极层200，并且在氢气环境中执行还原热处理。
[0035]参见图4，在光吸收层500上依序形成缓冲层600和高电阻缓冲层700。可以通过经由CBD (化学浴沉积)方案在光吸收层500上沉积CdS来形成缓冲层600。例如，缓冲层600可以包括CdS、ZnS、InxSY和InxSeYZn(0，0H)，但是实施例不限于此。缓冲层600的厚度可以在约50nm至约150nm的范围内，并且接触电阻层400的带隙能量可以在约2.2eV至约
2.4eV的范围内。
[0036]通过溅镀工艺来在缓冲层600上沉积氧化锌，并且形成高电阻缓冲层700。高电阻缓冲层700可以包括未掺杂杂质的氧化锌iZnO。高电阻缓冲层700可以具有在约3.1eV至约3.3eV的范围内的带隙能量。另外，可以省略高电阻缓冲层700。
[0037]参见图5，通过在高电阻缓冲层700上层叠透明导电材料来形成前电极层800。
[0038]前电极层800可以具有N型半导体的特性。在这种情况下，前电极层800与缓冲层30形成N型半导体，以与作为P型半导体层的光吸收层500产生PN结。例如，前电极层800可以包括掺杂铝的氧化锌(AZO)或掺杂硼的氧化锌(BZO)。前电极层800可以具有在约500nm至约IOOOnm的范围内的厚度,但是实施例不限于此。
[0039]例如，可以通过使用ZnO靶的RF溅镀方案、使用Zn靶的反应溅镀方案和金属有机气相沉积工艺来形成前电极层800。[0040]图6至图11是示出根据第二实施例的制造太阳能电池的方法的截面图。
[0041]参见图6，在支撑基板100上涂覆背电极层材料，并且形成用于分离背电极层材料的第一穿孔Pl。即，背电极层200包括第一穿孔Pl，并且可以通过第一穿孔Pl来暴露背电极层200的两个表面。可以通过第一穿孔Pl来部分地暴露支撑基板100的上表面。可以通过第一穿孔Pl将背电极层200划分为多个背电极。
[0042]参见图7，在背电极层200上形成氧化钥层300。在制造穿孔后，当氧化背电极时，可以在穿孔的侧壁以及背电极层200的上表面上形成氧化物层。
[0043]参见图8，在氧化钥层300上形成光吸收层500。可以在第一穿孔Pl中间隙填充光吸收层500。
[0044]当形成光吸收层500时，可以同时提供接触电阻层400和电流阻挡部410。在氧化钥层300的上表面上形成接触电阻层400，并且可以在通过第一穿孔Pl暴露的背电极层200的至少一个表面上形成电流阻挡部410。详细而言，可以在通过第一穿孔Pl暴露的背电极层200的两个表面设置电流阻挡部410。因为电流阻挡部410可以防止电流在被第一穿孔Pl间隔的背电极层200和填充第一穿孔Pl的光吸收层300之间流动，所以可以减少泄漏电流。
[0045]电流阻挡部410可以包括与接触电阻层400相同的材料。例如，电流阻挡部410可以包括砸化钥(MoSe2)或硫化钥(MoS2)。
[0046]参见图9和图10，在光吸收层500上依序形成缓冲层600和高电阻缓冲层700，并且穿透这些层形成第二穿孔P2。即，穿透光吸收层500、缓冲层600和高电阻缓冲层700形成第二穿孔P2。可以通过机械方案来形成第二凹槽P2。第二穿孔P2具有在约80 μ m至约200 μ m的范围内的宽度，但是实施例不限于此。通过第二穿孔P2来部分地暴露背电极层200。
[0047]参见图10和图11，在高电阻缓冲层700上形成前电极层800，并且穿透第三穿孔P3来形成前电极层800。可以通过机械方案来形成第三穿孔P3，并且部分地暴露背电极层200。第三穿孔P3具有在约80 μπι至约200 μπι的范围内的宽度，但是实施例不限于此。可以将前电极层800划分为多个前电极，并且可以通过第三穿孔Ρ3来限定多个太阳能电池C1、C2、C3、…。
[0048]根据由上述方法制备的太阳能电池，形成具有比接触电阻层优越的反应度的氧化钥层，可以使产生的接触电阻最小化。因此，可以防止由接触电阻层引起的串联电阻Rs的增大，并且可以改善太阳能电池的光电转换效率。
[0049]在本说明书中对于“ 一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的任何弓丨用表示在本发明的至少一个实施例中包括结合实施例描述的特定特征、结构或特性。在本说明书中的各个位置中的这样的短语的出现不必然全部指的是同一实施例。而且，当结合任何实施例描述特定特征、结构或特性时，所主张的是结合其它实施例实现这些特征、结构或特性在本领域内的技术人员的范围内。
[0050] 虽然已经参考其多个说明性实施例而描述了实施例，应当理解，本领域内的技术人员可以提出的多种其它修改和实施例将落在本公开的精神和原理范围内。更具体地，在本公开、附图和所附权利要求书的范围内能够在所讨论的主组合配置的组成零件和/或配置上进行多种变型和修改。除在组成零件和/或配置进行变型和修改之外，替代使用对本领域技术人员也是显见的。
【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氧化钥层； 在所述氧化钥层上的光吸收层；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，进一步包括在所述氧化钥层和所述光吸收层之间的接触电阻层，其中，所述接触电阻层的厚度比所述氧化钥层的厚度薄。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述氧化钥层的所述厚度在IOnm至50nm的范围内，并且所述接触电阻层的所述厚度在IOnm至40nm的范围内。
4.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述接触电阻层包括硒化钥(MoSe2)或硫化钥(MoS2)。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述氧化钥层包括MoO2或此03。
6.一种太阳能电池,包括: 在支撑基板上的背电极，穿透所述背电极层形成的部分地暴露所述支撑基板上表面的穿孔； 在透过所述穿孔暴露的所述背电极层的至少一个表面上的电流阻挡部； 在所述背电极层上的氧化钥层； 在所述氧化钥层上的光吸收层；以及 在所述光吸收层上的前电极层。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池，进一步包括在所述氧化钥层和所述光吸收层之间的接触电阻层。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池，其中，所述接触电阻层和所述电流阻挡部包括硒化钥(MoSe2)或硫化钥(MoS2)。
9.一种制备太阳能电池的方法，包括: 在支撑基板上形成背电极层，穿透所述背电极层形成的部分地暴露所述支撑基板的上表面的穿孔； 在所述背电极层的上表面形成氧化钥层； 在所述氧化钥层上形成光吸收层；以及 在所述光吸收层上形成前电极层。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括:在所述氧化钥层和所述光吸收层之间形成接触电阻层，其中，形成所述光吸收层和形成所述接触电阻层同时完成。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，通过所述背电极层和所述光吸收层之间的相互反应来形成所述接触电阻层。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述背电极层包括钥， 所述光吸收层包括Cu-1n-Se基化合物、Cu-Ga-Se基化合物、Cu-1n-S基化合物和Cu-Ga-S基化合物之一， 并且通过对所述光吸收层执行硒化工艺来使用硒化钥(MoSe2)或硫化钥(MoS2)制备所述接触电阻层。
13.根据权利要求10所述的方法，进一步包括:在通过所述穿孔暴露的所述背电极层的至少一个表面上提供电流阻挡部，其中，形成所述接触电阻层和提供所述电流阻挡部同时完成。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述电流阻挡部包括硒化钥(MoSe2)或硫化钥(MoS2)。
15.根据权利要求9所述的方法，其中，通过氧化所述背电极层来形成所述氧化钥层。
【文档编号】H01L31/0465GK104011878SQ201280064565
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2012年10月31日 优先权日:2011年11月2日
【发明者】朴起昆 申请人:Lg伊诺特有限公司