具有掺杂缓冲层的太阳能电池和制造太阳能电池的方法与流程

本发明涉及具有掺杂缓冲层的太阳能电池和制造太阳能电池的方法。

背景技术：
本发明涉及薄膜光伏电池的制造。太阳能电池是通过光伏(PV)效应由太阳光产生电流的电子器件。薄膜太阳能电池具有沉积在衬底上的一层或多层PV材料薄膜。PV材料的膜厚度可以是纳米级或微米级。吸收层吸收光以转化为电流。用作太阳能电池中的吸收层的薄膜PV材料的实例包括铜铟镓硒化物(CIGS)和碲化镉。太阳能电池也包括正面接触层和背面接触层以辅助光捕捉和光电流提取并且为太阳能电池提供电接触。正面接触层通常包括透明导电氧化物(TCO)层。TCO层将光传输至吸收层并且在TCO层的平面内传导电流。一些太阳能电池包括位于吸收层和TCO层之间的缓冲层。与不具有缓冲层的类似太阳能电池相比，缓冲层可以提高电池效率，增加开路电压(Voc)、短路电流(Jsc)和填充因子(FF)。诸如CdS和ZnS的合适的缓冲层已被用于高效率CIGS太阳能电池中。缓冲层作为n型材料以与p型CIGS或CdTe形成p/n结。通常地，由于其成本低、工艺简单和可扩展性，使用化学浴沉积(CBD)制备CdS和ZnS基缓冲层。

技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种方法，包括：在光伏器件的吸收层上方形成缓冲层；以及在所述形成缓冲层的步骤之后，非本征地掺杂所述缓冲层。在上述方法中，所述非本征地掺杂所述缓冲层的步骤包括对所述缓冲层进行退火。在上述方法中，所述非本征地掺杂所述缓冲层的步骤包括在包括掺杂剂的大气环境中对所述缓冲层进行退火。在上述方法中，所述大气环境包括由硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)或它们的组合组成的组中的至少一种。在上述方法中，所述大气环境包括B2H6。在上述方法中，在介于约70℃至约400℃的温度范围内实施所述退火。在上述方法中，在约170℃的温度下实施所述退火约10分钟。在上述方法中，还包括在所述缓冲层上方形成正面接触层，其中，所述非本征地掺杂所述缓冲层和形成所述正面接触层的步骤均在同一腔室中实施。在上述方法中，所述形成所述正面接触层的步骤包括金属有机化学汽相沉积。根据本发明的另一方面，还提供了一种方法，包括：通过选自由原子层沉积、溅射、电沉积、蒸发或化学汽相沉积组成的组中的工艺在光伏器件的吸收层上方形成缓冲层；以及非本征地掺杂所述缓冲层。在上述方法中，所述非本征地掺杂所述缓冲层的步骤包括对所述缓冲层进行退火。在上述方法中，所述非本征地掺杂所述缓冲层的步骤包括在包括掺杂剂的大气环境中对所述缓冲层进行退火。在上述方法中，所述大气环境包括B2H6。在上述方法中，在约170℃的温度下实施所述退火约10分钟。在上述方法中，还包括在所述缓冲层上方形成正面接触层，其中，所述非本征地掺杂所述缓冲层和形成所述正面接触层的步骤均在同一腔室中实施。在上述方法中，所述形成所述正面接触层的步骤包括金属有机化学汽相沉积。在上述方法中，还包括在所述缓冲层上方形成正面接触层，其中：所述非本征地掺杂所述缓冲层和形成所述正面接触层的步骤均在同一腔室中实施；所述非本征地掺杂所述缓冲层的步骤包括在约170℃的温度下在包括B2H6的大气环境中退火所述缓冲层约10分钟；以及所述形成所述正面接触层的步骤包括金属有机化学汽相沉积。在上述方法中，还包括：在包括玻璃、塑料或金属箔的衬底上方形成钼的背面接触层；在所述背面接触层上方形成所述吸收层，其中，所述吸收层包括由铜(Cu)、镓(Ga)、铟(In)、铝(Al)、硒(Se)、硫(S)或它们的组合组成的组中的至少一种，其中，所述缓冲层包括由CdS、ZnS、ZnO、ZnSe或它们的组合组成的组中的至少一种。根据本发明的又一方面，还提供了一种方法，包括：在光伏器件的吸收层上方形成缓冲层；在形成所述缓冲层的步骤之后，在具有含有掺杂剂的大气环境的腔室中对所述缓冲层进行退火；以及在实施所述退火的同一腔室中在所述缓冲层上形成正面接触层。在上述方法中，在约170℃的温度下在包括B2H6的大气环境中退火所述缓冲层约10分钟，以及所述形成所述正面接触层的步骤包括金属有机化学汽相沉积。附图说明当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可以更好地理解本发明的方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的论述，各个部件的尺寸可以任意地增大或缩小。除非另有指示，否则两个或多个附图中，相同的参考标号用于代表相同的部件。图1是根据一些实施例的太阳能电池的截面图。图2是根据一些实施例的制造图1中所示的太阳能电池的方法的流程图。图3是根据一些实施例的图2的方法的实例的流程图。图4是表征未掺杂缓冲层和如本文中描述的掺杂缓冲层的最佳性能的数据的吸收(Tauc)图。图5是用于掺杂如图1所示的缓冲层的MOCVD腔室的示意图。图6是用于改进的缓冲层的掺杂浓度分布的实例的示意图。具体实施方式以下公开提供了许多用于所提供主题的不同特征的许多不同实施例或实例。下面描述了部件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者之上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件以直接接触的方式形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发明可在各个实例中重复参考标号和/或字符。这种重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所论述的各个实施例和/或结构之间的关系。另外，为便于描述，在本文中可以使用诸如“在…之下”、“在…下方”、“下”、“在…之上”、“上”等的空间相对位置术语，以描述如图中所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，并且可以对本文中使用的空间相对位置描述符作相应的解释。在光伏电池中，光生电子空穴对在耗尽区内分裂，其中，通过p/n结形成内建电势。为了扩宽耗尽区并且因此改进结质量，期望缓冲层的增大的载流子浓度。为了实现这一目标，可以通过非本征掺杂(例如，掺杂硼)来改进缓冲层。改进的缓冲层可以提供用于TCO形成的更有利的衬底表面，从而提高缓冲层和TCO层之间的粘附。如果通过CBD沉积缓冲层，则通过改变CBD的加工条件(诸如浴温度，或离子比率)可以改变缓冲层的载流子浓度。将一定剂量的掺杂剂源注入到溶液内可以增大缓冲层的载流子浓度。在本文描述的其他实施例中，可以将缓冲层的非本征掺杂扩展至非CBD处理的缓冲层。例如，下文描述的方法可以用于非本征地掺杂缓冲层，其中缓冲层通过诸如原子层沉积(ALD)、溅射、电沉积、蒸发和化学汽相沉积(CVD)的工艺沉积。本发明描述了太阳能电池和制造太阳能电池的方法，其中，首先由任何合适的方法形成缓冲层，和然后非本征地掺杂缓冲层。在一些实施例中，通过在与其中沉积正面接触透明导电氧化物(TCO)材料相同的金属有机化学汽相沉积(MOCVD)工具中，在选择的大气环境下通过对缓冲层进行退火来实施非本征掺杂。因此，可以非本征地掺杂缓冲层而不管缓冲层是否是通过CBD、ALD、溅射、电沉积、蒸发或CVD形成的。图1根据一些实施例示出了在形成正面接触层之后配置的太阳能电池板100。图1所示的太阳能电池板100的部分包括互连结构172，它提供面板100的两个相邻的太阳能电池之间的串联连接。在图1中，为了清楚，互连结构172的宽度相对于收集区170的宽度被放大，但是收集区170事实上比互连结构172宽得多。太阳能电池100包括太阳能电池衬底110、背面接触层120、吸收层130、缓冲层140和正面接触层150。衬底110可以包括任何合适的衬底材料，诸如玻璃。在一些实施例中，衬底110包括诸如钠钙玻璃的玻璃衬底、或柔性金属箔、或聚合物(例如，聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。其他实施例包括另外的其他衬底材料。背面接触层120包括任何合适的背面接触材料，诸如金属。在一些实施例中，背面接触层120可以包括钼(Mo)、铂(Pt)、金(Au)、银(Ag)、镍(Ni)或铜(Cu)。其他实施例包括另外的其他背面接触材料。在一些实施例中，背面接触层120的厚度介于约50nm至约2μm之间。在一些实施例中，吸收层130包括任何合适的吸收材料，诸如p型半导体。在一些实施例中，该吸收层130可以包括黄铜矿基材料，例如，包括Cu(In,Ga)Se2(CIGS)、碲化镉(CdTe)、CulnSe2(CIS)、CuGaSe2(CGS)、Cu(In,Ga)Se2(CIGS)、Cu(In,Ga)(Se,S)2(CIGSS)、CdTe或非晶硅。其他实施例包括另外的其他吸收材料。在一些实施例中，该吸收层130的厚度介于约0.3μm至约8μm之间。在吸收层130上沉积缓冲层140以形成p/n结。缓冲层140可以包括任何合适的缓冲材料，诸如n型半导体。在一些实施例中，缓冲层140可以包括硫化镉(CdS)、硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、硫化铟(In2S3)、硒化铟(In2Se3)、Zn1-xMgxO(例如，ZnO)或其组合。其他实施例包括另外的其他缓冲材料。在一些实施例中，该缓冲层140的厚度介于约1nm至约500nm之间。在一些实施例中，该缓冲层140在以下描述的工艺中非本征掺杂。在一些实施例中，掺杂剂为硼。在一些实施例中，依赖位置来控制缓冲层内的掺杂剂分布。例如，可以在缓冲层的顶面(TCO和缓冲层之间的界面)和底面(缓冲层和吸收层之间的界面)之间改变掺杂剂浓度。图6是如本文描述的用于改进的缓冲层140的掺杂浓度分布的实例的示意图。在缓冲层140和正面接触层150之间的界面处的掺杂剂浓度最高。在靠近缓冲层140和正面接触层150之间的界面处浓度下降最快。在远离缓冲层140和正面接触层150之间的界面处的掺杂剂浓度的变化速率较小。在一些实施例中，正面接触层150包括退火的透明导电氧化物(TCO)层，该透明导电氧化物(TCO)层具有约100nm以上的恒定的厚度。在本文中可交换地使用术语“正面接触”和“TCO层”；前一个术语指的是层150的功能，后一个术语指的是它的组成。在一些实施例中，TCO层150的电荷载流子密度可以为从约1×1017cm-3至约1×1021cm-3。用于退火的TCO层的TCO材料可以包括合适的正面接触材料，诸如金属氧化物和金属氧化物前体。在一些实施例中，TCO材料可以包括AZO、GZO、AGZO、BZO等；AZO：氧化铝掺杂的ZnO；GZO：镓掺杂的ZnO；AGZO：氧化铝和镓共掺杂的ZnO；BZO硼掺杂的ZnO。在其他实施例中，TCO材料可...