專利名稱：太陽(yáng)能電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池及其制造方法。
背景技術(shù)：
近來(lái)，隨著對(duì)功率需求的增長(zhǎng)，已研制出能夠?qū)⑻?yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的太陽(yáng)能電池。具體地，已廣泛使用基于CIGS的太陽(yáng)能電池作為PN異質(zhì)結(jié)裝置。所述基于CIGS的太陽(yáng)能電池具有包括玻璃襯底的襯底結(jié)構(gòu)、金屬后電極層、P型基于CIGS的光吸收層、高阻緩沖層以及N型窗口層。由于諸如低電阻和高透射率等電氣特性，這種太陽(yáng)能電池可以提高太陽(yáng)能電池的效率。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明提供一種具有改善的性能的太陽(yáng)能電池及其制造方法。技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明，一種太陽(yáng)能電池，包括襯底；后電極層，設(shè)置在所述襯底上；光吸收層，設(shè)置在所述后電極層上；以及前電極層，設(shè)置在所述光吸收層上，其中所述前電極層包括設(shè)置在所述光吸收層上的第一導(dǎo)電層；和設(shè)置在所述第一導(dǎo)電層上的第二導(dǎo)電層。根據(jù)本發(fā)明，一種太陽(yáng)能電池，包括襯底；后電極層，設(shè)置在所述襯底上；光吸收層，設(shè)置在所述后電極層上；以及多個(gè)導(dǎo)電層，設(shè)置在所述光吸收層上。所述導(dǎo)電層包括相同的材料，并且相鄰導(dǎo)電層具有彼此不同的晶粒尺寸。根據(jù)本發(fā)明，一種太陽(yáng)能電池的制造方法包括在襯底上形成后電極層；在所述后電極層上形成光吸收層；使用第一功率在所述光吸收層上形成第一導(dǎo)電層；以及使用第二功率在所述第一導(dǎo)電層上形成第二導(dǎo)電層。有益效果根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池包括具有多層結(jié)構(gòu)的前電極層。換言之，前電極層包括特性彼此不同的導(dǎo)電層。因此，所述導(dǎo)電層互相補(bǔ)償較差的特性，從而可以改善所述前電極層的特性。例如，所述第一導(dǎo)電層具有致密結(jié)構(gòu)，所述第二導(dǎo)電層具有高電導(dǎo)率。因此，所述前電極層的機(jī)械特性可以由于所述第一導(dǎo)電層而得到改善，所述前電極層的電氣特性可以由于所述第二導(dǎo)電層而得到改善。更詳細(xì)地，所述第一導(dǎo)電層補(bǔ)償所述第二導(dǎo)電層的機(jī)械特性，所述第二導(dǎo)電層補(bǔ)償所述第一導(dǎo)電層的電氣特性。因此，所述前電極可以具有改善的機(jī)械和電氣特性。所述前電極層的最下層可以具有致密結(jié)構(gòu)，從而可以容易地阻止所述前電極層的雜質(zhì)擴(kuò)散到光吸收層中。因此，可以改善根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池的整體特性。


圖I至圖8是示出根據(jù)第一實(shí)施例的太陽(yáng)能電池的制造方法的剖視圖；圖9是剖視圖，示意性地示出用于形成根據(jù)第一實(shí)施例的太陽(yáng)能電池的前電極層的濺射裝置；以及圖10至圖13是示出根據(jù)第二實(shí)施例的太陽(yáng)能電池的制造方法的剖視圖。
具體實(shí)施例方式在實(shí)施例的描述中，應(yīng)該理解，當(dāng)襯底、層、膜、或電極被表述為在其它襯底、其它層、其它膜、或其它電極“上方”或“下方”時(shí)，可以“直接地”或“間接地”在所述其它襯底、
層、膜、電極之上，或者也可以存在一個(gè)或多個(gè)中間層。此外，基于附圖確定每個(gè)層的“上方”或“下方”。為了清楚解釋的目的，可以簡(jiǎn)化或夸大附圖中所示的層的厚度或尺寸。另外，可以相對(duì)于實(shí)際尺寸縮小或放大各個(gè)元件的尺寸。圖I至圖9是示出根據(jù)第一實(shí)施例的太陽(yáng)能電池的制造方法的剖視圖。圖7是放大的剖視圖，示出圖6的區(qū)域A中的前電極層。圖9是示意性地示出用于形成圖6的前電極層的濺射裝置的示意圖。參照?qǐng)D1，后電極層110形成在襯底100上。襯底100包括絕緣體，并且可以是剛性的或撓性的。襯底100可以包括玻璃、陶瓷、金屬或聚合物。例如，玻璃襯底100可以包括鈉鈣玻璃或高應(yīng)變點(diǎn)鈉玻璃。后電極層110可以包括金屬制成的導(dǎo)體。后電極層110包含金屬以改善串聯(lián)電阻特性和提高導(dǎo)電性。例如，后電極層110的厚度可以在約500nm到約1500nm的范圍內(nèi)。例如，后電極層110可以通過(guò)使用Mo靶的濺射過(guò)程而形成。這是因?yàn)镸o靶表現(xiàn)高導(dǎo)電性、與光吸收層歐姆接觸特性以及在Se (硒)氣氛下的高溫穩(wěn)定性。構(gòu)成后電極層110的Mo薄膜必須具有低電阻率以便用作電極，并且必須具有與襯底100之間優(yōu)異的粘附特性，從而不會(huì)發(fā)生因熱膨脹系數(shù)的差異導(dǎo)致脫層。同時(shí)，后電極層Iio的材料不限于此，也可以是摻雜鈉(Na)離子的Mo。盡管圖I中未示出，但是后電極層110可以包括至少一個(gè)層。當(dāng)后電極層110包括多個(gè)層時(shí)，后電極層110的多個(gè)層可以包含彼此不同的材料。參照?qǐng)D2，后電極層110被圖案化，從而形成多個(gè)后電極。后電極層110可以被第一槽115劃分為分隔部分。第一槽115選擇性地露出襯底100的上表面。可以通過(guò)激光劃線過(guò)程來(lái)圖案化第一槽115。例如，每個(gè)第一槽115的寬度可以在大約50 ii m到大約70 ii m的范圍內(nèi)。通過(guò)第一槽115，后電極可以具有條形或矩陣的形式。參照?qǐng)D3，光吸收層120形成在后電極層110上。光吸收層120包括基于Ib-IIIb-VIb的化合物。更詳細(xì)地，光吸收層120可以包括基于銅銦鎵硒(CIGS)的化合物或基于銅銦硒(CIS)的化合物。例如，通過(guò)利用Cu靶、In靶和Ga靶在后電極層110上形成基于CIG的金屬前體(precursor)層，以便形成光吸收層120。
然后，在硒化過(guò)程中金屬前體層與硒發(fā)生反應(yīng)，由此形成基于CIGS的光吸收層120。光吸收層120可以通過(guò)使用Cu、In、Ga和Se的共蒸發(fā)過(guò)程(co-evaporationprocess)而形成。例如，光吸收層120的厚度可以形成為大約IOOOnm到大約3000nm。光吸收層120接收外部的光并將外部的光轉(zhuǎn)化為電能。光吸收層120由于光伏效應(yīng)產(chǎn)生光電動(dòng)勢(shì)。參照?qǐng)D4，緩沖層130和高阻緩沖層140形成在光吸收層120上。緩沖層130可以包括在光吸收層120上的至少一個(gè)層。緩沖層130可以通過(guò)堆疊硫化鎘(CdS)而形成。例如，緩沖層130的厚度可以是大約30nm到大約70nm。在這種情況下，緩沖層130是N型半導(dǎo)體層，光吸收層120是P型半導(dǎo)體層。因此，光吸收層120和緩沖層130形成PN結(jié)結(jié)構(gòu)。高阻緩沖層140可以通過(guò)采用氧化鋅(ZnO)靶的濺射過(guò)程形成。換言之，ZnO層可以額外地形成在CdS層上。高阻緩沖層140可以以透明層的形式設(shè)置在緩沖層130上。例如，高阻緩沖層140可以包括氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)和本征氧化鋅(i-ZnO)中的一種。高阻緩沖層140的厚度可以在大約30nm到大約70nm的范圍內(nèi)。緩沖層130和高阻緩沖層140插置在光吸收層120和在后面的過(guò)程中形成的前電極層150之間。換言之，由于光吸收層120和前電極層150之間的晶格常數(shù)和能帶隙差異很大，因此如果能帶隙適中的緩沖層130和高阻緩沖層140插置在光吸收層120和前電極層150之間，則可以在光吸收層120與所述前電極層之間獲得良好的結(jié)。根據(jù)本實(shí)施例，兩個(gè)緩沖層130和140形成在光吸收層120上，但是本發(fā)明不限于此。在此情形中，緩沖層130和140可以結(jié)合為一個(gè)緩沖層，并且可以形成至少三個(gè)緩沖層。參照?qǐng)D5，接觸圖案145穿過(guò)光吸收層120、緩沖層130和高阻緩沖層140而形成。每個(gè)接觸圖案145與第一槽115相鄰，并且露出后電極的一部分。接觸圖案145可以通過(guò)諸如尖頭工具(tip)的機(jī)械裝置形成。例如，接觸圖案145的寬度可以在大約60 iim到大約IOOiim的范圍內(nèi)。另外，接觸圖案145與第一槽115之間的間隙Gl可以在大約60 iim到大約IOOiim的范圍內(nèi)。參照?qǐng)D6和圖7，前電極層150形成在高阻緩沖層140上。前電極層150的材料被填充在接觸圖案145中，并且連接部分160可以形成在接觸圖案145中。因此，所述后電極通過(guò)連接部分160與前電極層150電連接。如圖7所示，前電極層150可以包括多個(gè)導(dǎo)電層。換言之，前電極層150可以具有導(dǎo)電層的堆疊結(jié)構(gòu)?？梢栽O(shè)置至少三個(gè)導(dǎo)電層。更具體地，可以設(shè)置三到十個(gè)導(dǎo)電層。例如，前電極層150可以包括第一導(dǎo)電層151、第二導(dǎo)電層152、第三導(dǎo)電層153和第四導(dǎo)電層154。盡管圖7中未示出，但是還可以在第四導(dǎo)電層154上堆疊額外的導(dǎo)電層，例如，第五到第十導(dǎo)電層。第一導(dǎo)電層151設(shè)置在高阻緩沖層140上。第二導(dǎo)電層152設(shè)置在第一導(dǎo)電層151上。第三導(dǎo)電層153設(shè)置在第二導(dǎo)電層152上。第四導(dǎo)電層154設(shè)置在第三導(dǎo)電層153上。第一導(dǎo)電層151到第四導(dǎo)電層154包括相同的材料。更詳細(xì)地，第一導(dǎo)電層151到第四導(dǎo)電層154由相同的材料構(gòu)成。例如，第一導(dǎo)電層151到第四導(dǎo)電層154可以包括摻雜諸如鋁(Al)、氧化鋁(Al2O3)'鎂(Mg)和鎵(Ga)的雜質(zhì)的ZnO或IT0。第一導(dǎo)電層151到第四導(dǎo)電層154可以具有彼此不同的晶粒尺寸。例如，在第一導(dǎo)電層151到第四導(dǎo)電層154之間相鄰的導(dǎo)電層具有不同的晶粒尺寸。由于相鄰的導(dǎo)電層在不同的過(guò)程條件下形成，因此相鄰導(dǎo)電層的晶粒尺寸可以不同。詳細(xì)地，相鄰導(dǎo)電層可以通過(guò)利用接收不同功率的陰極的濺射過(guò)程而形成。因此，相鄰導(dǎo)電層的晶粒尺寸可以不同。例如，盡管第一導(dǎo)電層151和第二導(dǎo)電層152可以包括相同的材料,但第一導(dǎo)電層151和第二導(dǎo)電層152具有不同的晶粒尺寸。第一導(dǎo)電層151的晶粒尺寸可以較小。另外，第二導(dǎo)電層152的晶粒尺寸可以較大。在此情形中，第一導(dǎo)電層151和第二導(dǎo)電層152的
晶粒尺寸之比可以是大約I : I. 25到I : 2。因此，第一導(dǎo)電層151具有密度較高的致密膜結(jié)構(gòu)，并且可以具有高的機(jī)械特性。相反，盡管第二導(dǎo)電層152是密度較低的膜，但第二導(dǎo)電層152可以具有高的電導(dǎo)率和透射率。類似地，第三導(dǎo)電層153的晶粒尺寸與第二導(dǎo)電層152的晶粒尺寸不同。換言之，第三導(dǎo)電層153的晶粒尺寸可以小于第二導(dǎo)電層152的晶粒尺寸。另外，第四導(dǎo)電層154的晶粒尺寸與第三導(dǎo)電層153的晶粒尺寸不同。換言之，第四導(dǎo)電層154的晶粒尺寸可以大于第三導(dǎo)電層153的晶粒尺寸。由于相鄰導(dǎo)電層的晶粒尺寸彼此不同，因此相鄰導(dǎo)電層可以具有彼此不同的電氣或機(jī)械特性。例如，相鄰導(dǎo)電層可以具有不同的電導(dǎo)率、不同的機(jī)械強(qiáng)度或不同的折射率。在前電極層150中，具有較小的晶粒尺寸的導(dǎo)電層151和153以及具有較大晶粒尺寸的導(dǎo)電層152和154交替地堆疊在彼此上。例如，第一導(dǎo)電層151的晶粒尺寸可以與第三導(dǎo)電層153的晶粒尺寸相對(duì)應(yīng)。另夕卜，第二導(dǎo)電層152的晶粒尺寸可以與第四導(dǎo)電層154的晶粒尺寸相對(duì)應(yīng)。第一導(dǎo)電層151和第三導(dǎo)電層153的晶粒尺寸可以在大約15nm到大約20nm的范圍內(nèi)，第二導(dǎo)電層152和第四導(dǎo)電層154的晶粒尺寸可以在大約30nm到大約40nm的范圍內(nèi)。另外，第一導(dǎo)電層151和第三導(dǎo)電層153的厚度可以在大約15nm到大約40nm的范圍內(nèi)。第二導(dǎo)電層152和第四導(dǎo)電層154的厚度可以在大約30nm到大約80nm的范圍內(nèi)。換言之，前電極層150是與光吸收層120 —起形成PN結(jié)的窗口層。前電極層150用作太陽(yáng)能電池的前表面的透明電極，前電極層150包括表現(xiàn)高光透射率和電導(dǎo)率的ZnO。例如，第一導(dǎo)電層151到第四導(dǎo)電層154可以構(gòu)成電阻值低的電極，該電極通過(guò)利用濺射過(guò)程形成摻雜Al或Al2O3的ZnO而形成。具體地，第一導(dǎo)電層151到第四導(dǎo)電層154可以通過(guò)在同一腔室內(nèi)進(jìn)行一次濺射過(guò)程而形成。詳細(xì)地，參照?qǐng)D9，用于形成第一導(dǎo)電層151到第四導(dǎo)電層154的濺射裝置可以包括用于容納襯底100的裝載腔室10、用于在襯底100上沉積薄膜的過(guò)程腔室20和用于卸下襯底100的卸載腔室30。過(guò)程腔室20包括多個(gè)陰極25。陰極25包括用于接收低功率的陰極C(2n_l)和用于接收高功率的陰極C(2n)。詳細(xì)地，用于接收低功率的陰極C(2n-1)和用于接收高功率的陰極C(2n)相互交替地排列。根據(jù)濺射裝置的工作，當(dāng)被裝載腔室10引入過(guò)程腔室20的襯底100順序地經(jīng)過(guò)第一陰極Cl和第二陰極C2時(shí)，可以形成第一導(dǎo)電層151到第四導(dǎo)電層154。換言之，由于襯底100順序地在低功率陰極C(2n_l)和高功率陰極C(2n)的下方移動(dòng)，前電極層150因功率差異可以形成在接觸圖案145中和高阻緩沖層140上。例如，過(guò)程腔室20在大約ImTorr (毫托)到IOmTorr的內(nèi)部壓強(qiáng)下保持1°C到30°C的常溫。低功率陰極C(2n-1)接收的功率為大約lkW/cm2到大約2kW/cm2。高功率陰極C(2n)可以接收大約4kW/cm2到大約10kW/cm2的功率。因此，第一導(dǎo)電層151沉積在經(jīng)過(guò)第一陰極Cl的下部的襯底100上。例如，第一導(dǎo)電層151的平均晶粒尺寸可以是大約15nm到大約20nm。第一導(dǎo)電層151可以通過(guò)由用于接收低功率的陰極Cl以高密度沉積晶粒尺寸小的靶材料而形成。因此，第一導(dǎo)電層151可以提高與高阻緩沖層140之間的粘附強(qiáng)度和光
透射率。另外，第一導(dǎo)電層151在常溫過(guò)程中形成，并且具有致密結(jié)構(gòu)，從而防止Al離子擴(kuò)散到高阻緩沖層140中。第二導(dǎo)電層152形成在經(jīng)過(guò)第二陰極C2的襯底100上。通過(guò)第二陰極C2在第一導(dǎo)電層151上沉積靶材料，從而形成第二導(dǎo)電層152。例如，第二導(dǎo)電層152的晶粒尺寸可以在大約30nm到大約40nm的范圍內(nèi)。靶材料的原子由被施加高功率的第二陰極C2以高沉積速率沉積在第一導(dǎo)電層151上，使得第二導(dǎo)電層152的晶粒尺寸可以大于第一導(dǎo)電層151的晶粒尺寸。因此，第二導(dǎo)電層152可以具有提高的電導(dǎo)率。另外，第二導(dǎo)電層152在常溫過(guò)程中形成，以防止Al離子擴(kuò)散到高阻緩沖層140中。因此，可以保持高阻緩沖層140的絕緣性能，并且可以提高前電極層150的表面電阻特性。類似地，第三導(dǎo)電層153和第四導(dǎo)電層154可以通過(guò)陰極25而額外地形成。例如，可以形成三到十個(gè)導(dǎo)電層。因此，通過(guò)低功率陰極C(2n-1)形成的導(dǎo)電層151和153可以填充在通過(guò)高功率陰極C (2n)形成的導(dǎo)電層152和154的空隙中。在下文中，將更詳細(xì)地描述過(guò)程腔室的工作。如果功率被施加到過(guò)程腔室，則反應(yīng)氣體與從陰極25射出的電子碰撞，使得反應(yīng)氣體被激發(fā)并改變?yōu)殡x子。所述離子被陰極25吸引并且與用于形成層的靶碰撞。在此情形中，離子粒子具有能量，并且當(dāng)離子與靶碰撞時(shí)能量傳遞到用于形成層的靶。當(dāng)所傳遞的功率克服構(gòu)成靶的元素的鍵合強(qiáng)度和逸出功(work function)時(shí),等離子體被放出，并且祀材料的粒子堆疊在襯底100上。在此情形中，與陰極25對(duì)應(yīng)放置的靶可以包括相同的材料，例如，摻雜鋁的ZnO。換言之，靶包括相同的材料(諸如，摻雜鋁的ZnO)，以形成導(dǎo)電層151到154。與附圖不同，制造根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池的設(shè)備包括用于接收低功率的第一陰極和用于接收高功率的第二陰極，襯底100可以在第一陰極和第二陰極下方往復(fù)運(yùn)動(dòng)至少兩次。因此，包括至少四個(gè)導(dǎo)電層的前電極層150可以形成在高阻緩沖層140上。如上所述，前電極層150包括第一導(dǎo)電層151、第二導(dǎo)電層152、第三導(dǎo)電層153和第四導(dǎo)電層154，從而使粘附強(qiáng)度、表面電阻和光透射率都得以確保。換言之，由于導(dǎo)電層151、152、153、154通過(guò)交替地施加低功率和高功率而堆疊在彼此上，因此粘附強(qiáng)度和光透射率都可以提聞。另外，由于第一導(dǎo)電層151到第四導(dǎo)電層154是通過(guò)反復(fù)施加不同的功率而形成，因此可以致密地形成導(dǎo)電層151到154，并且可以提高結(jié)晶性能。相應(yīng)地，可以提高導(dǎo)電層的電導(dǎo)率。另外，導(dǎo)電層151到154在常溫過(guò)程下形成，從而可以防止作為導(dǎo)電雜質(zhì)的Al離子擴(kuò)散到其它層中。因此，阻止了支路電流(shunt current)，從而可以改善太陽(yáng)能電池的電氣特性。參照?qǐng)D8，第二槽161穿過(guò)前電極層150、高阻緩沖層140、緩沖層130和光吸收層120而形成。第二槽161露出后電極的一部分。第二槽161可以與接觸部分160相鄰。通過(guò)機(jī)械裝置或激光可以圖案化第二槽161。例如，第二槽161的寬度可以在大約60 iim到大約IOOiim的范圍內(nèi)。連接部分160與第二槽161之間的間隙G2可以在大約60iim到大約IOOiim的范圍內(nèi)。前電極層150被圖案化，從而可以限定多個(gè)前電極和多個(gè)電池。前電極層150包括具有不同晶粒尺寸的導(dǎo)電層151、152、153和154。因此，導(dǎo)電層151、152、153和154具有彼此不同的機(jī)械、光學(xué)和電氣特性。晶粒尺寸較小的導(dǎo)電層151和153可以改善前電極層150的機(jī)械特性。另外，晶粒尺寸較大的導(dǎo)電層152和154可以改善前電極層150的電氣特性。另外，由于折射率隨著晶粒尺寸而變化，前電極層150具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中具有較高或較低折射率的導(dǎo)電層交替地堆疊在彼此上。因此，前電極層150具有提高的光透射率。如上所述，可以容易地提供包括具有改善的機(jī)械、光學(xué)和電氣特性的前電極層150的太陽(yáng)能電池。圖10到圖13是示出根據(jù)第二實(shí)施例的太陽(yáng)能電池的制造方法。在下文中，將參照根據(jù)第一實(shí)施例的太陽(yáng)能電池及其制造方法來(lái)描述第二實(shí)施例。換言之，除了在第二實(shí)施例中關(guān)于所增加或改變的部件的描述之外，第二實(shí)施例的描述與第一實(shí)施例的描述相同。參照?qǐng)D10，后電極層210形成在襯底200上。襯底200可以包括玻璃、陶瓷、金屬或聚合物。例如，玻璃襯底200可以包括鈉鈣玻璃或高應(yīng)變點(diǎn)鈉玻璃。襯底200可以是透明的。襯底200可以是剛性的或撓性的。后電極層210可以用作含有金屬的半導(dǎo)體。例如，后電極層210可以通過(guò)使用Mo靶的濺射過(guò)程而形成。然而，后電極層210的材料不限于此，而是可以包括摻雜Na的Mo。這是因?yàn)镸o靶表現(xiàn)高導(dǎo)電性、與光吸收層歐姆接觸特性以及在Se (硒)氣氛下的高溫穩(wěn)定性。構(gòu)成后電極層210的Mo薄膜必須具有低電阻率以便用作電極，并且必須具有與襯底200之間優(yōu)異的粘附特性，從而不會(huì)發(fā)生因熱膨脹系數(shù)的差異導(dǎo)致脫層。后電極層210可以包括至少一個(gè)層。當(dāng)后電極層210包括多個(gè)層時(shí)，構(gòu)成后電極層210的多個(gè)層可以包含彼此不同的材料。參照?qǐng)D11，光吸收層220形成在后電極層210上。光吸收層220包括基于Ib-IIIb-VIb的化合物。更具體地，光吸收層220可以包括基于銅銦鎵硒(CIGS)的化合物或基于銅銦硒(CIS)的化合物。例如，通過(guò)利用Cu靶、In靶和Ga靶在后電極層210上形成基于CIG的金屬前體層，以便形成光吸收層220。然后，在硒化過(guò)程中金屬前體層與硒發(fā)生反應(yīng)，由此形成基于CIGS的光吸收層220。光吸收層220可以通過(guò)使用Cu、In、Ga和Se的共蒸發(fā)過(guò)程而形成。光吸收層220接收外部的光并將外部的光轉(zhuǎn)化為電能。光吸收層220由于光伏效應(yīng)產(chǎn)生光電動(dòng)勢(shì)。參照?qǐng)D12，緩沖層230和高阻緩沖層240形成在光吸收層220上。緩沖層230可以包括形成在光吸收層220上的至少一個(gè)層。緩沖層230可以通過(guò)堆疊硫化鎘(CdS)而形成。在這種情況下，緩沖層230是N型半導(dǎo)體層，光吸收層220是P
型半導(dǎo)體層。因此，光吸收層220和緩沖層230形成PN結(jié)結(jié)構(gòu)。高阻緩沖層240還可以包括通過(guò)采用氧化鋅(ZnO)靶的濺射過(guò)程形成在CdS層上的ZnO層。高阻緩沖層240可以以透明層的形式設(shè)置在緩沖層230上。例如，高阻緩沖層240可以包括氧化銦錫(IT0)、氧化鋅(ZnO)和本征氧化鋅(i-ZnO)中的一種。緩沖層230和高阻緩沖層240插置在光吸收層220和在后面的過(guò)程中形成的前電極層250之間。換言之，由于光吸收層220和前電極層250之間的晶格常數(shù)和能帶隙差異很大，因此如果能帶隙在光吸收層220和前電極層250之間的緩沖層230和高阻緩沖層240插置在光吸收層220和前電極層250之間，則可以在光吸收層220與所述前電極之間形成良好的結(jié)。根據(jù)本實(shí)施例，兩個(gè)緩沖層230和240形成在光吸收層220上，但是本發(fā)明不限于此。在此情形中，可以僅形成一個(gè)緩沖層，或者可以形成至少三個(gè)層。參照?qǐng)D13，透明導(dǎo)電材料沉積在高阻緩沖層240上，由此形成前電極層250。前電極層250包括透明導(dǎo)電層或窗口層。前電極層250包括第一導(dǎo)電層251和第二導(dǎo)電層252。例如，第一導(dǎo)電層251和第二導(dǎo)電層252可以包括摻雜有諸如鋁(Al)、氧化鋁(Al2O3)、鎂(Mg)和鎵(Ga)的雜質(zhì)的ZnO或ITO0第一導(dǎo)電層251形成在高阻緩沖層240上,第二導(dǎo)電層252形成在第一導(dǎo)電層251上。第一導(dǎo)電層251的晶粒尺寸可以小于第二導(dǎo)電層252的晶粒尺寸。換言之,第一導(dǎo)電層251可以包括每單位面積密度高的結(jié)晶粒子。因此，第一導(dǎo)電層251可以用作擴(kuò)散阻擋層(diffusion barrier)。換言之，當(dāng)?shù)诙?dǎo)電層252形成時(shí)，第一導(dǎo)電層251可以防止包含在第二導(dǎo)電層252中的導(dǎo)電雜質(zhì)擴(kuò)散到下面的層220、230和240。第一導(dǎo)電層251的厚度可以相當(dāng)于前電極層250的厚度的大約5%到大約40%。例如,第一導(dǎo)電層251的厚度可以在大約25nm到大約600nm的范圍內(nèi)。更具體地，第一導(dǎo)電層251的厚度可以在大約IOOnm到大約300nm的范圍內(nèi)。第二導(dǎo)電層252的厚度可以相當(dāng)于前電極層250的厚度的大約60%到大約95%。例如，第二導(dǎo)電層252的厚度可以在大約300nm到大約1475nm的范圍內(nèi)。第一導(dǎo)電層251和第二導(dǎo)電層252與光吸收層220 —起形成PN結(jié)。由于第一導(dǎo)電層251和第二導(dǎo)電層252用作太陽(yáng)能電池的前表面的透明電極，第一導(dǎo)電層251和第二導(dǎo)電層252包括表現(xiàn)高光透射率和電導(dǎo)率的ZnO。例如，第一導(dǎo)電層251和第二導(dǎo)電層252可以通過(guò)使用摻雜Al的ZnO的濺射過(guò)程而形成。因此，第一導(dǎo)電層251和第二導(dǎo)電層252可以具有低的表面電阻和高的光透射率。第一導(dǎo)電層251和第二導(dǎo)電層252可以通過(guò)連續(xù)進(jìn)行的濺射過(guò)程而形成。第一導(dǎo)電層251通過(guò)功率較低和壓強(qiáng)較高的第一濺射過(guò)程形成，第二導(dǎo)電層252通過(guò)功率較高和壓強(qiáng)較低的第二濺射過(guò)程形成。換言之，第一導(dǎo)電層251和第二導(dǎo)電層252可以通過(guò)在同一濺射腔室中改變過(guò)程條件而連續(xù)地形成。例如,用于形成第一導(dǎo)電層251的第一派射過(guò)程可以在大約5mTorr到8mTorr的過(guò)程壓強(qiáng)下、用大約0. 8kW/cm2到大約I. lkW/cm2的功率來(lái)進(jìn)行，同時(shí)應(yīng)用流速大約IOOsccm到大約200sccm的Ar氣。在此情形中，第一導(dǎo)電層251的晶粒尺寸在大約50nm到大約300nm的范圍內(nèi)。構(gòu)成第一導(dǎo)電層251的結(jié)晶粒子由于第一濺射過(guò)程的低功率而具有小的晶粒尺寸，并且可以由于高壓強(qiáng)而以致密膜的形式沉積在高阻緩沖層240上。因此，第一導(dǎo)電層251以高密度形成，由此提高與上層和下層薄膜之間的粘附強(qiáng)度。另外，第一導(dǎo)電層251防止漏電流，從而改善裝置的電氣特性。這是因?yàn)榈谝粚?dǎo)電層251具有致密膜的特性以用作阻擋層，從而阻止在第二導(dǎo)電層252形成時(shí)Al離子擴(kuò)散到下面的層中。在第一導(dǎo)電層251通過(guò)第一濺射過(guò)程已形成后，第二濺射過(guò)程形成。例如，第二濺射過(guò)程可以在大約ImTorr到3mTorr的過(guò)程壓強(qiáng)下、用大約3. Ikff/cm2到大約3. 9kff/cm2的功率來(lái)進(jìn)行，同時(shí)應(yīng)用流速大約IOOsccm到大約200sccm的Ar氣。在此情形中，第二導(dǎo)電層252的晶粒尺寸在大約500nm到大約1500nm的范圍內(nèi)。構(gòu)成第二導(dǎo)電層252的結(jié)晶粒子由于第二濺射過(guò)程的高功率而具有很大的晶粒尺寸，并且可以由于低壓強(qiáng)而提高了第二導(dǎo)電層252的沉積速率，從而使第二導(dǎo)電層252可以形成為所需的厚度。因此，可以提高第二導(dǎo)電層252的電導(dǎo)率和透射率。由于第一導(dǎo)電層251以致密膜的形式設(shè)置，因此第一導(dǎo)電層251可以阻止在第二導(dǎo)電層252形成時(shí)Al離子擴(kuò)散到下面的薄膜中，從而改善裝置的電氣特性。具體地,第一導(dǎo)電層251和第二導(dǎo)電層252可以在大約100°C到大約150°C的溫度范圍內(nèi)形成。這是因?yàn)榈谝粚?dǎo)電層251是用高和低功率形成，以具有致密膜的特性，從而第一導(dǎo)電層251可以阻止Al離子擴(kuò)散。因此，可以提高第二導(dǎo)電層252的結(jié)晶度、電導(dǎo)率和透射率。第一導(dǎo)電層251和第二導(dǎo)電層252包括相同的材料,并且可以提高第一導(dǎo)電層251和第二導(dǎo)電層252之間的粘附強(qiáng)度。第一導(dǎo)電層251和第二導(dǎo)電層252可以通過(guò)使用一個(gè)靶來(lái)形成，而不用改變摻雜Al的ZnO的Al摻雜密度，摻雜Al的ZnO是第一和第二濺射過(guò)程中的靶材料。換言之，由于用作阻擋層的第一導(dǎo)電層251可以通過(guò)只改變一個(gè)過(guò)程條件而無(wú)需額外的過(guò)程來(lái)形成，因此可以提高裝置的生產(chǎn)率。
由于第一導(dǎo)電層251可以阻止Al離子擴(kuò)散，因此可以使高阻緩沖層240的厚度最小化。因此，可以提高對(duì)光吸收層230的光的透射率。另外，通過(guò)第一導(dǎo)電層251可以防止線路電阻損失，并且可以減小前電極層250的整體厚度，因此可以提高光透射率。同時(shí)，類似地，本實(shí)施例的第二步驟適用于在含有預(yù)定元素薄膜的擴(kuò)散方面存在問(wèn)題的裝置。換言之，通過(guò)改變沉積條件(例如，功率和壓強(qiáng))使阻擋層形成在初始分界面上，從而可以阻止擴(kuò)散。盡管已描述了示例性實(shí)施例，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于這些示例性實(shí)施例，并且在下文中所主張的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以進(jìn)行各種變型和改進(jìn)。表I[表 I][表]〈試驗(yàn)實(shí)例I>
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能電池，包括 襯底； 后電極層，設(shè)置在所述襯底上； 光吸收層，設(shè)置在所述后電極層上；以及 前電極層，設(shè)置在所述光吸收層上，其中所述前電極層包括 設(shè)置在所述光吸收層上的第一導(dǎo)電層；和 設(shè)置在所述第一導(dǎo)電層上的第二導(dǎo)電層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽(yáng)能電池，其中，所述第一導(dǎo)電層和所述第二導(dǎo)電層包括相同的材料，并且具有彼此不同的晶粒尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽(yáng)能電池，其中，所述前電極層包括設(shè)置在所述第二導(dǎo)電層上的第三導(dǎo)電層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽(yáng)能電池，其中，所述第二導(dǎo)電層包括與所述第三導(dǎo)電層的材料相同的材料，并且具有與所述第三導(dǎo)電層的晶粒尺寸不同的晶粒尺寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽(yáng)能電池，其中，所述前電極層包括設(shè)置在所述第三導(dǎo)電層上的第四導(dǎo)電層，并且其中，所述第三導(dǎo)電層和所述第四導(dǎo)電層包括相同的材料，并且具有彼此不同的晶粒尺寸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽(yáng)能電池，其中，所述第二導(dǎo)電層的晶粒尺寸與所述第四導(dǎo)電層的晶粒尺寸相對(duì)應(yīng)，并且 其中，所述第一導(dǎo)電層的晶粒尺寸與所述第三導(dǎo)電層的晶粒尺寸相對(duì)應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽(yáng)能電池，其中，所述第一導(dǎo)電層的晶粒尺寸為大約15nm到大約20nm,所述第二導(dǎo)電層的晶粒尺寸為大約30nm到大約40nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽(yáng)能電池，其中，所述第一導(dǎo)電層的厚度相當(dāng)于所述前電極層的厚度的5 %到40 %，并且 其中，所述第二導(dǎo)電層的厚度相當(dāng)于所述前電極層的厚度的60 %到95 %。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽(yáng)能電池，其中，所述第二導(dǎo)電層的厚度為大約300nm到大約 1475nm。
10.一種太陽(yáng)能電池，包括 襯底； 后電極層，設(shè)置在所述襯底上； 光吸收層，設(shè)置在所述后電極層上；以及 多個(gè)導(dǎo)電層，設(shè)置在所述光吸收層上，其中各所述導(dǎo)電層包括相同的材料，并且相鄰導(dǎo)電層具有彼此不同的晶粒尺寸。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的太陽(yáng)能電池，其中，設(shè)置三到十個(gè)導(dǎo)電層。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的太陽(yáng)能電池，其中，所述相鄰導(dǎo)電層的折射率彼此不同。
13.—種太陽(yáng)能電池的制造方法，所述方法包括 在襯底上形成后電極層； 在所述后電極層上形成光吸收層； 使用第一功率在所述光吸收層上形成第一導(dǎo)電層；以及 使用第二功率在所述第一導(dǎo)電層上形成第二導(dǎo)電層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)ー步包括使用第三功率在所述第二導(dǎo)電層上形成第三導(dǎo)電層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)ー步包括使用第四功率在所述第三導(dǎo)電層上形成第四導(dǎo)電層。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述第一功率與所述第三功率相對(duì)應(yīng)，所述第ニ功率與所述第四功率相對(duì)應(yīng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，用于形成所述第一導(dǎo)電層的靶材料與用于形成所述第二導(dǎo)電層的靶材料相同。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，通過(guò)使用摻雜Al的ZnO的濺射過(guò)程來(lái)進(jìn)行所述第一導(dǎo)電層的形成和所述第二導(dǎo)電層的形成，并且 其中，所述第一功率的范圍是大約lkW/cm2到大約2kW/cm2，所述第二功率的范圍是大約 4kW/cm2 到大約 10kW/cm2。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述第一導(dǎo)電層的形成在第一壓強(qiáng)下進(jìn)行，所述第二導(dǎo)電層的形成在低于所述第一壓強(qiáng)的第二壓強(qiáng)下進(jìn)行。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述第一功率的范圍是大約0.8kW/cm2到大約I.lkff/cm2, 其中，所述第一導(dǎo)電層在大約5mtorr到大約8mtorr的壓強(qiáng)下形成， 其中，所述第二功率的范圍是大約3. lkff/cm2到大約3. 9kW/cm2，并且 其中，所述第二導(dǎo)電層在大約Imtorr到大約3mtorr的壓強(qiáng)下形成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種太陽(yáng)能電池及其制備方法。所述太陽(yáng)能電池包括襯底；后電極層，設(shè)置在所述襯底上；光吸收層，設(shè)置在所述后電極層上；以及前電極層，設(shè)置在所述光吸收層上，其中所述前電極層包括設(shè)置在所述光吸收層上的第一導(dǎo)電層；和設(shè)置在所述第一導(dǎo)電層上的第二導(dǎo)電層。
文檔編號(hào)H01L31/042GK102804399SQ201080026916
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2010年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月16日
發(fā)明者池奭宰, 曺豪健, 崔哲煥 申請(qǐng)人:Lg伊諾特有限公司