專利名稱：太陽能電池及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池及其制備方法。
背景技術：
近來，隨著能量消耗的增長，已經開發(fā)出將太陽能轉化為電能的太陽能電池。具體地，已廣泛使用基于CIGS的太陽能電池，所述基于CIGS的太陽能電池是pn異質結設備，具有包括玻璃襯底、金屬后電極層、P型基于CIGS的光吸收層、高電阻緩沖層和η型窗口層的襯底結構。

發(fā)明內容
技術問題本發(fā)明提供一種表現(xiàn)出高光吸收效率的太陽能電池及其制備方法。技術方案根據本發(fā)明，提供一種太陽能電池，包括:襯底；在所述襯底上的后電極層；在所述后電極層上的光吸收層；以及在所述光吸收層上的窗口層。所述窗口層包括:在所述光吸收層上的基底層；以及在所述基底層上的防反射圖案。所述防反射圖案包括:上表面；以及傾斜表面，從所述上表面沿著所述傾斜表面相對于所述上表面傾斜的方向延伸。根據本發(fā)明，提供一種太陽能電池，包括:襯底；在所述襯底上的后電極層；在所述后電極層上的光吸收層；以及在所述光吸收層上的窗口層。所述窗口層包括:在上表面上互相隔開的多個第一凹槽；以及互相隔開同時與所述第一凹槽交叉的多個第二凹槽。根據本發(fā)明，提供一種太陽能電池的制造方法。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；在所述光吸收層上形成窗口層；在所述窗口層上形成掩模圖案；以及通過利用所述掩模圖案作為刻蝕掩模來刻蝕所述窗口層。有益效果如上所述，根據本發(fā)明的太陽能電池，通過利用防反射圖案可以入射更大量的光。換言之，防反射圖案減少了從所述窗口層反射的光的量并且增大了入射到光吸收層中的光的量。具體地，防反射圖案包括平的上表面和傾斜表面。因此，可以適當地調節(jié)防反射圖案的上表面和傾斜表面的面積。換言之，通過調節(jié)防反射圖案的上表面和傾斜表面的面積和調節(jié)傾斜表面的角度,防反射圖案可以表現(xiàn)出最佳的光入射率。因此，根據本發(fā)明的太陽能電池可以表現(xiàn)出改進的光特性同時表現(xiàn)出提高的光電
轉換效率。


圖1是示出根據實施例的太陽能電池的窗口層的透視圖；圖2是根據實施例的太陽能電池的剖視圖3是示出防反射圖案的平面圖；以及圖3至7是示出根據實施例的太陽能電池制備過程的剖視圖。
具體實施例方式在實施例的描述中，應該理解，當襯底、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”或“下”時，它可以“直接”或“間接”在其它襯底、其它層、其它膜、或其它電極上或下，或者也可以存在一個或多個中間層。此外，將參照附圖描述所述層的位置。此外，為了說明的目的，可以夸大附圖中所示的元件的尺寸，并且元件的尺寸不完全反應實際尺寸。圖1是示出根據實施例的太陽能電池的窗口層的透視圖，圖2是根據實施例的太陽能電池的剖視圖，圖3是示出防反射圖案的平面圖。參照圖1至圖3，太陽能電池包括支撐襯底100、后電極層200、光吸收層300、緩沖層400、高阻緩沖層500和窗口層600。支撐襯底100具有板形形狀并且支撐后電極層200、光吸收層300、緩沖層400、高阻緩沖層500和窗口層600。支撐襯底100可以包括絕緣體。支撐襯底100可以包括玻璃襯底、塑料襯底或金屬襯底。更詳細地，支撐襯底100可以包括鈉鈣玻璃襯底。支撐襯底100可以是透明的并且可以是剛性或撓性的。后電極層200設置在支撐襯底100上。后電極層200可以是導電層。后電極層200可以包括諸如鑰(Mo)的金屬。此外，后電極層200可以包括至少兩層。在此情形中，可以通過利用同種金屬或不同種金屬形成后電極層的多個層。光吸收層300設置在后電極層200上。光吸收層300包括基于1-1I1-VI族的化合物。例如，光吸收層300可以具有基于Cu (In，Ga) Se2 (CIGS)的晶體結構、Cu(In)Se2晶體結構或Cu (Ga) Se2晶體結構。光吸收層300的能帶隙可以在約IeV至約1.8eV的范圍內。緩沖層400設置在光吸收層300上。緩沖層400與光吸收層300直接接觸。緩沖層400包含CdS，并且緩沖層400的能帶隙在約2.2eV至約2.4eV的范圍內。高阻緩沖層500設置在緩沖層400上。高阻緩沖層500包含未摻雜雜質的氧化鋅(1-ZnO)。高阻緩沖層500的能帶隙可以在約3.1eV至約3.3eV的范圍內。窗口層600設置在光吸收層300上。更詳細地，窗口層600設置在高阻緩沖層500上。窗口層600是透明的，并且包括導電層。此外，窗口層600可以包含摻雜Al的氧化鋅(AZO)0窗口層600包括基底層610和防反射圖案620?；讓?10設置在光吸收層300上。更詳細地，基底層610設置在高阻緩沖層500上?；讓?10可以覆蓋高級緩沖層500的整個表面。基底層610的厚度可以大于窗口層600的厚度的1/2。防反射圖案620設置在基底層610上。防反射圖案620與基底層610—體形成。防反射圖案620的高度可以小于窗口層600的厚度的1/2。換言之，防反射圖案620的高度H可以小于基底層610的厚度。防反射圖案620是突起的圖案。換言之，防反射圖案620包括從基底層610突出的多個突起602。每個突起602包括上表面621和多個傾斜表面622。更詳細地，每個突起602包括上表面621和四個傾斜表面622。每個突起602的上表面621沿著與光吸收層300的上表面的延伸方向相同的方向延伸。換言之，每個突起602的上表面621可以與光吸收層300的上表面基本平行。另外，每個突起602的上表面621沿著與支撐襯底100的上表面、后電極層200的上表面和高阻緩沖層500的上表面的延伸方向相同的方向延伸。每個突起602的上表面621可以具有多邊形的形狀。詳細地，突起602的上表面621可以具有四邊形的形狀。更詳細地，突起602的上表面621可以具有矩形的形狀。更詳細地，突起602的上表面621可以具有正方形的形狀。每個突起602的傾斜表面622從上表面621向下延伸。更詳細地，突起602的傾斜表面622從上表面621向基底層610延伸。換言之，傾斜表面622相對于上表面621傾斜。例如，傾斜表面622可以包括第一傾斜表面622a、第二傾斜表面622b、第三傾斜表面622c和第四傾斜表面622d。在此情形中，第二傾斜表面622b與第一傾斜表面622a和第三傾斜表面622c相鄰，第三傾斜表面622c與第二傾斜表面622b和第四傾斜表面622d相鄰。此外，第四傾斜表面622d與第一傾斜表面622a和第三傾斜表面622c相鄰。此外，第一傾斜表面622a和第三傾斜表面622c互相面對，第二傾斜表面622b和第四傾斜表面622d互相面對。傾斜表面622相對于與突起602的上表面621垂直的方向的角度Θ滿足以下方程式。方稈式Θ <tan_1 (L/T)在該方程式中，L表示相鄰突起602的上表面621之間的距離，T表示窗口層600
的厚度。突起602的形狀可以是截棱錐的形狀。詳細地，突起602的形狀可以是多邊形截棱錐的形狀。更詳細地，突起602的形狀可以是四邊形截棱錐的形狀。每個突起602的上表面621的寬度W可以在約0.5μπι至約1.5μπι的范圍內。突起602的上表面621之間的距離L可以在約0.5μπι至約4μπι的范圍內。防反射圖案620的高度H可以在約0.5μπι至約Ιμπι的范圍內。盡管已經按照突起圖案描述了防反射圖案620，也可以按照凹槽圖案623來描述防反射圖案620。換言之，防反射圖案620可以是通過刻蝕窗口層600的一部分而形成的凹槽圖案623。在此情形中，凹槽圖案623包括沿著第一方向延伸的多個第一凹槽623a和沿著第二方向延伸的多個第二凹槽623b。在此情形中，第一凹槽623a和第二凹槽623b互相交叉。更詳細地，第一凹槽623a和第二凹槽623b互相交叉同時以網格的形式呈現(xiàn)。另外，所述凹槽623a互相隔開。每個第一凹槽623a包括相對于光吸收層300的上表面傾斜的第一和第二內側面。在此情形中，第一和第二內側面互相接觸。換言之，第一凹槽623a的截面可以是V形。換言之，第一和第二內側面與第二傾斜表面622b和第四傾斜表面622d基本相同。此外，所述凹槽623b互相隔開。每個第二凹槽623b包括相對于光吸收層300的上表面傾斜的第三和第四內側面。在此情形中，第三和第四內側面互相接觸。換言之，第一凹槽623a和第二凹槽623b的截面可以是V形。換言之，第三和第四內側面與第一傾斜表面622a和第三傾斜表面622c基本相同。通過第一凹槽623a和第二凹槽623b可以限定突起602。因此，第一凹槽623a和第二凹槽623b中每一個的入口寬度與突起602的上表面621之間的距離相等。另外，第一凹槽623a和第二凹槽623b中每一個的深度與突起602的高度H相等。根據實施例的太陽能電池可以通過采用防反射圖案620來接收更大量的入射到其上的光。換言之，防反射圖案620降低了從窗口層600反射的光的量，并且增大了入射到光吸收層300中的光的量。具體地，可以適當地調節(jié)防反射圖案620的上表面621和傾斜表面622的面積。換言之，可以調節(jié)防反射圖案620的上表面621和傾斜表面622中每一個的面積，并且可以調節(jié)傾斜表面622的角度，使得防反射圖案620可以表現(xiàn)出最佳的光入射率。因此，根據實施例的太陽能電池可以表現(xiàn)出改進的光特性同時表現(xiàn)出提高的光電轉換效率。圖4至7是示出制備根據實施例的太陽能電池的制備過程的剖視圖。在下文中，將參照太陽能電池設備的以上描述來描述本制備方法。太陽能電池設備的以上描述可以合并入本制備方法的描述中。參照圖4，通過經由濺射過程在支撐襯底100上沉積諸如鑰(Mo)的金屬，形成后電極層200。后電極層200可以通過兩個過程條件互不相同的過程形成?？梢栽谥我r底100和后電極層200之間插置諸如防擴散層的附加層。參照圖5，在后電極200上形成光吸收層300。光吸收層300可以通過濺射過程或蒸發(fā)方法來形成。例如，光吸收層300可以通過各種方法形成，諸如通過同時或單獨蒸發(fā)Cu、In、Ga和Se形成基于Cu (In, Ga) Se2 (CIGS)的光吸收層300的方法，以及在已經形成金屬前驅層之后執(zhí)行硒化過程的方法。關于形成金屬前驅層之后的硒化過程的細節(jié)，通過利用Cu靶、In靶、Ga靶或合金靶的濺射過程在后電極層200上形成金屬前驅層。之后，金屬前驅層經歷硒化過程，從而形成基于Cu (In, Ga) Se2 (CIGS)的光吸收層300。此外，可以同時執(zhí)行利用Cu靶、In靶和Ga靶的濺射過程和硒化過程。此外，可以通過僅利用Cu靶和In靶或僅利用Cu靶和Ga靶的濺射過程以及硒化過程，形成基于CIS或CIG的光吸收層300。參照圖6，在光吸收層300上形成緩沖層400和高阻緩沖層500。緩沖層400可以通過化學浴沉積(CBD)過程來形成。例如，在光吸收層300已經形成之后，將光吸收層300浸入到包含構成CdS的材料的溶液中，并且包含CdS的緩沖層400形成在光吸收層300上。之后，通過經由濺射過程在緩沖層400上沉積氧化鋅來形成高阻緩沖層500。參照圖7，在高阻緩沖層500上形成窗口層600。為了形成窗口層600，通過在高阻緩沖層500上層壓透明導電材料形成透明導電層601。透明導電材料可以包括摻雜Al的氧化鋅、氧化銦鋅(IZO)或者氧化銦錫(ΙΤ0)。參照圖8和圖9，掩模圖案700形成在透明導電層601上。掩模圖案700可以通過光刻過程形成。例如，通過在透明導電層601上涂覆光刻膠樹脂來形成光刻膠膜。掩模圖案700可以通過曝光并刻蝕光刻膠膜的一部分來形成。掩模圖案700可以是島狀。換言之，掩模圖案700包括多個島狀的掩模701。在此情形中，掩模701互相隔開。另外，掩模701可以布置為矩陣形式。每個掩模701的寬度可以是約I μ m，掩模701之間的間隔可以是約3 μ m。掩模圖案700可以包含氧化硅或氮化硅。掩模圖案700的厚度約為I μ m。參照圖10和圖11，通過使用掩模圖案700作為刻蝕掩模來刻蝕透明導電層601。在此情形中，通過濕刻蝕過程或干刻蝕過程來圖案化透明導電層601。因此，不帶掩模圖案700的透明導電層601被刻蝕同時傾斜。因此，包括基底層610和防反射圖案620的窗口層600形成在光吸收層300上。之后，去除掩模圖案700。通過刻蝕過程在透明導電層601中形成第一凹槽623a和第二凹槽623b，并且通過第一凹槽623a和第二凹槽623b限定防反射圖案620。第一凹槽623a和第二凹槽623b的內側面相對于光吸收層300的上表面傾斜。在此情形中，透明導電層601的刻蝕深度可以小于透明導電層601厚度的1/2。換言之，第一凹槽623a和第二凹槽623b的刻蝕深度可以小于透明導電層601厚度的1/2。如上所述，根據實施例的太陽能電池的制備方法，可以容易地制備表現(xiàn)出提高的光入射率的太陽能電池。本說明書中涉及的“一個實施例”、“實施例”、“示例性實施例”等，表示結合實施例描述的特定特征、結構或特性包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。在說明書中不同位置的這些詞語的出現(xiàn)不必要都指代同一實施例。此外，當結合任意實施例描述特定特征、結構或特性時，應當認為結合其它實施例實現(xiàn)這些特征、結構或特性在本領域技術人員的能力范圍內。盡管已參照本發(fā)明的若干示例性實施例描述了本發(fā)明，但是應該理解，本領域技術人員可以推導出的許多其它改進和實施例都將落在本公開的原理的精神和范圍內。更具體地，在本公開、附圖和所附權利要求的范圍內可以對所討論的組合排列的組成部件和/或排列方式進行各種變型和改進。除了對組成部件和/或排列方式進行變型和改進之外，替換使用對本領域技術人員來說也是顯而易見的。工業(yè)應用性根據實施例的太陽能電池及其制備方法可應用于太陽光發(fā)電領域。
權利要求
1.一種太陽能電池，包括: 襯底； 在所述襯底上的后電極層； 在所述后電極層上的光吸收層；以及 在所述光吸收層上的窗口層， 其中，所述窗口層包括: 在所述光吸收層上的基底層；以及 在所述基底層上的防反射圖案，并且 其中，所述防反射圖案包括: 上表面；以及 傾斜表面，從所述上表面沿著所述傾斜表面相對于所述上表面傾斜的方向延伸。
2.根據權利要求1所述的太陽能電池，其中，所述傾斜表面包括: 第一傾斜表面； 與所述第一傾斜表面相鄰的第二傾斜表面； 與所述第二傾斜表面相鄰的第三傾斜表面；以及 與所述第一傾斜表面和所述第三傾斜表面相鄰的第四傾斜表面。
3.根據權利要求1所述的太陽能電池，其中，所述上表面具有多邊形的形狀。
4.根據權利要求1所述的太陽能電池，其中，所述防反射圖案的高度小于所述基底層的厚度。
5.根據權利要求1所述的太陽能電池，其中，所述防反射圖案與所述基底層一體形成，并且具有四邊形截棱錐的形狀。
6.根據權利要求1所述的太陽能電池，其中，所述防反射圖案的上表面的寬度在0.5 μ m至1.5 μ m的范圍內。
7.根據權利要求1所述的太陽能電池，其中，所述防反射圖案包括: 從所述基底層向上突出的第一突起；以及 與所述第一突起相鄰的第二突起， 其中，所述傾斜表面與垂直于所述防反射圖案的上表面的方向所成的角度Θ滿足方程式I: 方程式I Θ〈tarT1 (L/T) 其中，L表示所述第一突起的上表面與所述第二突起的上表面之間的距離，T表示所述窗口層的厚度。
8.根據權利要求1所述的太陽能電池，其中，所述防反射圖案的上表面沿著與所述光吸收層的上表面的延伸方向相同的方向延伸。
9.根據權利要求8所述的太陽能電池，其中，所述防反射圖案的上表面與所述光吸收層的上表面基本平行。
10.一種太陽能電 池，包括: 襯底； 在所述襯底上的后電極層；在所述后電極層上的光吸收層；以及 在所述光吸收層上的窗口層， 其中，所述窗口層包括: 在上表面上互相隔開的多個第一凹槽；以及 互相隔開同時與所述第一凹槽交叉的多個第二凹槽。
11.根據權利要求10所述的太陽能電池，其中，每個第一凹槽包括: 相對于所述光吸收層的上表面傾斜的第一內側面；以及 相對于所述光吸收層的上表面傾斜的第二內側面，并且 其中，所述第一內側 面與所述第二內側面接觸。
12.根據權利要求11所述的太陽能電池，其中，每個第二凹槽包括: 相對于所述光吸收層的上表面傾斜的第三內側面；以及 相對于所述光吸收層的上表面傾斜的第四內側面，并且 其中，所述第三內側面與所述第四內側面接觸。
13.根據權利要求10所述的太陽能電池，其中，所述第一凹槽和所述第二凹槽為V形。
14.一種太陽能電池的制備方法，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； 在所述光吸收層上形成窗口層； 在所述窗口層上形成掩模圖案；以及 通過利用所述掩模圖案作為刻蝕掩模來刻蝕所述窗口層。
15.根據權利要求14所述的方法，其中，所述掩模圖案為島形。
16.根據權利要求14所述的方法，其中，在刻蝕所述窗口層時，所述窗口層的刻蝕深度小于所述窗口層的厚度的1/2。
17.根據權利要求14所述的方法，其中，所述掩模圖案具有四邊形的形狀。
全文摘要
公開了一種太陽能電池及其制造方法。所述太陽能電池包括襯底；布置在所述襯底上的后電極層；布置在所述后電極層上的光吸收層；以及布置在所述光吸收層上的窗口層，其中，所述窗口層包括布置在所述光吸收層上的基底層；以及布置在所述基底層上的防反射圖案，并且，所述防反射圖案包括上表面；以及從所述上表面沿傾斜方向延伸的傾斜表面。
文檔編號H01L31/042GK103081122SQ201180041176
公開日2013年5月1日 申請日期2011年4月27日 優(yōu)先權日2010年10月5日
發(fā)明者李真宇 申請人:Lg伊諾特有限公司