光伏器件的制作方法

1.本发明涉及太阳能电池领域，具体而言，涉及一种光伏器件。


背景技术：

2.cdte/cds(e)太阳能电池是最有前途的薄膜太阳能电池。cdte具有近乎理想的1.45ev带隙，可将阳光转化为电能。像firstsolar这样的传统cdte太阳能电池通常是在涂有透明导电氧化物(tco)的3-5毫米厚的玻璃基板上制造的，这称为覆板结构。它要求高透明玻璃和tco。另一种结构称为基板结构，它从背面接触、吸收层、窗口层和作为正面接触的tco开始。它不需要高质量的玻璃，并且可以沉积在廉价、轻便和灵活的基板上。
3.现在太阳能电池世界纪录的效率是22.1％。为了进一步提高电池性能，有两个主要的技术问题有待解决。一是增加cdte的p型掺杂，二是与p型cdte形成欧姆接触。为了获得无障碍接触，金属的功函数必须大于p型cdte的功函数(5.9ev)。但不幸的是，没有这样的金属可以满足这一要求。在实践中，有三种策略可以获得良好的欧姆接触。首先是蚀刻cdte以调整和控制表面化学计量。第二种方法是重掺杂cdte表面以产生p+层；cdte和触点之间的势垒将变窄，以便自由载流子可以自由地隧穿势垒。三是使用另一种高电子亲和性、高电导率的p型半导体作为缓冲层，可以更容易地接触cdte，降低电阻，从而获得更好的电池性能，如hgte和znte。通常在当今工业上，铜用于增加掺杂浓度，因此可以形成隧道接触，以便自由载流子可以自由地隧穿势垒。然而，铜扩散到cds(窗口层)被认为是降解的主要原因。对于基板结构，背接触是第一步。之后，高温cdte/cds(e)沉积和cdcl2处理工艺导致铜扩散到(窗口层)中，从而降低了器件的性能。
4.实现欧姆接触是衬底结构的最大问题。已经尝试在基板配置的柔性金属箔上开发cdte/cds(e)太阳能电池。然而，由于上述背接触问题，效率被限制在3.5-8％的范围内。人们尝试过放置znte、sb2te3、te、au等缓冲层，但由于温度高，它们都不能很好地工作。需要更先进的结构来克服这个问题。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种光伏器件，以解决现有技术中太阳能电池的电池效率低的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供了一种光伏器件，包括：层叠设置的柔性基材层、水汽阻隔层、电极层、第一缓冲层、吸收层、窗口层以及透光导电层，其中，第一缓冲层包括：铜掺杂层以及无铜元素掺杂的分隔层，分隔层位于铜掺杂层与吸收层之间。
7.在一个实施方式中，铜掺杂层为铜掺杂钼层；和/或，分隔层为钼层或镍层。
8.在一个实施方式中，铜掺杂钼层的铜/钼比率大于0％且小于或等于20％。
9.在一个实施方式中，铜掺杂层的厚度在10至1000nm之间，分隔层的厚度大于0且小于或等于300nm。
10.在一个实施方式中，光伏器件还包括：碲层，设置于第一缓冲层与吸收层之间。
11.在一个实施方式中，光伏器件还包括：第二缓冲层，设置于第一缓冲层与吸收层之间，第二缓冲层包括：第一子缓冲层以及位于第一子缓冲层与吸收层之间的第二子缓冲层，第一子缓冲层为碲层，第二子缓冲层的材料包括氧化钼、氧化钨、碲化锑或碲化锌中的一种或多种。
12.在一个实施方式中，碲层的厚度在10至1000nm之间，第二子缓冲层的厚度大于0且小于或等于1000nm。
13.在一个实施方式中，透光导电层包括第一子透光导电层以及位于第一子透光导电层与窗口层之间的第二子透光导电层，第一子透光导电层为tco层，第二子透光导电层的材料包括氧化锡或氧化锌中的一种或多种。
14.在一个实施方式中，吸收层为厚度在1000至5000nm之间的碲化镉层。
15.在一个实施方式中，窗口层的厚度在20至300nm之间，窗口层的材料包括硫化镉或硒化镉中的一种或多种。
16.在一个实施方式中，水汽阻隔层的厚度在100至2000nm之间，水汽阻隔层的材料为氧化硅、氮化钛或氮化硅中的一种或多种。
17.应用本发明的技术方案，将第一缓冲层设置为两层，其中掺杂有铜元素的铜掺杂层靠近电极层，无铜元素掺杂的分隔层靠近吸收层。铜元素的掺杂使得吸收层的靠近第一缓冲层的表面产生p+层，从而使得吸收层和触点之间的势垒将变窄，以便自由载流子可以自由地隧穿势垒，从而获得良好的欧姆接触。而在铜掺杂层上方设置分隔层的目的，是使得铜掺杂层能够离吸收层远一点儿，这样能够控制铜的量，由于铜在高温下特别容易扩散，分隔层能够降低铜扩散到窗口层的量，保证器件性能。因此，应用本实施例的技术方案，既能使得电极层与吸收层形成良好的欧姆接触，又能保证在热处理后，窗口层不受影响，从而保证了器件的性能，提高了电池的效率。
18.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
19.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
20.图1示出了根据本发明的光伏器件的实施例的结构示意图。
21.其中，上述附图包括以下附图标记：
22.10、柔性基材层；20、水汽阻隔层；30、电极层；40、第一缓冲层；41、铜掺杂层；42、分隔层；50、第二缓冲层；51、碲层；52、第二子缓冲层；60、吸收层；70、窗口层；80、透光导电层；81、第二子透光导电层；82、第一子透光导电层。
具体实施方式
23.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
24.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是
本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
25.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
26.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
27.如图1所示，本实施例的光伏器件包括：层叠设置的柔性基材层10、水汽阻隔层20、电极层30、第一缓冲层40、吸收层60、窗口层70以及透光导电层80，其中，第一缓冲层40包括：铜掺杂层41以及无铜元素掺杂的分隔层42，分隔层42位于铜掺杂层41与吸收层60之间。
28.应用本实施例的技术方案，将第一缓冲层40设置为两层，其中掺杂有铜元素的铜掺杂层41靠近电极层30，无铜元素掺杂的分隔层42靠近吸收层60。铜元素的掺杂使得吸收层60的靠近第一缓冲层40的表面产生p+层，从而使得吸收层60和触点之间的势垒将变窄，以便自由载流子可以自由地隧穿势垒，从而获得良好的欧姆接触。而在铜掺杂层41上方设置分隔层42的目的，是使得铜掺杂层41能够离吸收层60远一点儿，这样能够控制铜的量，由于铜在高温下特别容易扩散，分隔层42能够降低铜扩散到窗口层70的量，保证器件性能。因此，应用本实施例的技术方案，既能使得电极层30与吸收层60形成良好的欧姆接触，又能保证在热处理后，窗口层70不受影响，从而保证了器件的性能，提高了电池的效率。
29.在本实施例中，铜掺杂层41为铜掺杂钼层。铜掺杂钼层的铜/钼比率大于0％且小于或等于20％。表1为铜掺杂层41的铜/钼比率与电池效率的关系表。
30.表1铜掺杂层41的铜/钼比率与电池效率的关系表
[0031][0032]
表1中第2组至第5组是本实施例范围内的，第1组、第6组和第7组是对比例。由上表可以看出以下两种情况，电池效率都有所降低：
[0033]
第一、铜掺杂层41不掺杂有铜元素。
[0034]
第二、铜掺杂层41掺杂的铜元素过多。
[0035]
因此，只有铜掺杂钼层的铜/钼比率在上述预设范围内时，电池的效率才较高。
[0036]
在本实施例中，分隔层42为钼层或镍层。
[0037]
在本实施例中，铜掺杂层41的厚度在10nm至1000nm之间。表2为铜掺杂层41的厚度与电池效率的关系表。
[0038]
表2铜掺杂层41的厚度与电池效率的关系表
[0039][0040]
表2中第2组至第4组是本实施例范围内的，第1组、第5组和第6组是对比例。由上表可以看出铜掺杂层41过厚或过薄，电池效率都有所降低。只有铜掺杂钼层的厚度在上述预设范围内时，电池的效率才较高。
[0041]
在本实施例中，分隔层42的厚度大于0nm且小于或等于300nm。表3为分隔层42的厚度与电池效率的关系表。
[0042]
表3分隔层42的厚度与电池效率的关系表
[0043][0044]
表3中第2组至第4组是本实施例范围内的，第1组、第5组和第6组是对比例。由上表可以看出以下两种情况，电池效率都有所降低：
[0045]
第一、不设有分隔层42。
[0046]
第二、分隔层42的厚度过厚。
[0047]
因此，只有分隔层42的厚度在上述预设范围内时，电池的效率才较高。
[0048]
如图1所示，在本实施例中，光伏器件还包括：第二缓冲层50，设置于第一缓冲层40与吸收层60之间，第二缓冲层50包括：第一子缓冲层以及位于第一子缓冲层与吸收层60之间的第二子缓冲层52，第一子缓冲层为碲层51，第二子缓冲层52的材料包括氧化钼、氧化钨、碲化锑或碲化锌中的一种或多种。上述结构中第二缓冲层50构成一种高电子亲和性、高电导率的p型半导体，可以更容易地接触吸收层60，降低电阻，从而获得更好的电池性能。表4为第二缓冲层50的设置与否与电池效率的关系表。
[0049]
表4第二缓冲层50的设置与否与电池效率的关系表
[0050]
由上述表格可知，相对于不设置第二缓冲层50的方案来说，设置第二缓冲层50能够有效地提高电池效率。
[0051]
是否设置第二缓冲层50是否电池效率％18.6118.12
[0052]
当然，在其他实施例中，第二缓冲层50可以仅包括设置于第一缓冲层40与吸收层60之间的碲层51。
[0053]
在本实施例中，碲层51的厚度在10nm至1000nm之间，第二子缓冲层52的厚度大于0nm且小于或等于1000nm。
[0054]
表5第二缓冲层50各层厚度与电池效率的关系表
[0055][0056]
表5中第1组至第5组是本实施例范围内的，第6组至第8组是对比例。由上表可以看出只有第二缓冲层50各层厚度在上述预设范围内时，电池的效率才较高。
[0057]
如图1所示，在本实施例中，透光导电层80包括第一子透光导电层82以及位于第一子透光导电层82与窗口层70之间的第二子透光导电层81，第一子透光导电层82为tco层，第二子透光导电层81的材料包括氧化锡或氧化锌中的一种或多种。在本实施例中，第二子透光导电层81为高阻层。上述结构使得即使存在针孔缺陷，电流也不容易导出。优选地，在本实施例中，第一子透光导电层82的材料为铝掺杂氧化锌，薄层电阻在5到50欧姆之间。
[0058]
在本实施例中，吸收层60为厚度在1000至5000nm之间的碲化镉层。吸收层可以用高温cdcl2处理来增加晶粒尺寸。
[0059]
在本实施例中，窗口层70的厚度在20至300nm之间，窗口层70的材料包括硫化镉或硒化镉中的一种或多种。
[0060]
在本实施例中，水汽阻隔层20用以阻隔水氧，保护器件。水汽阻隔层20的厚度在100nm至2000nm之间，水汽阻隔层20的材料为氧化硅、氮化钛或氮化硅中的一种或多种。
[0061]
需要说明的是，在本实施例中，柔性基材层10可以是金属箔或塑料基板。电极层30的厚度在100至2000nm之间，电极层30可以是金属层。优选为镍层或钼层。
[0062]
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而
不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0063]
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0064]
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
[0065]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。