用于薄層太陽能電池的附加的底層的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于薄層太陽能電池的附加的底層。本發(fā)明的主題是一種用于制造CdTe薄層太陽能電池或者用于它的半成品的改進(jìn)的方法，以及根據(jù)所述方法的薄層太陽能電池。所述方法設(shè)置：施布附加的增附層，該增附層在前接觸層后施加到該前接觸層上，以便改進(jìn)隨后的CdS層的生長。作為用于增附層的特別優(yōu)選的材料，優(yōu)選以單層來設(shè)置CdTe。
【專利說明】用于薄層太陽能電池的附加的底層

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的主題是一種用于制造CdTe薄層太陽能電池或者它的半成品的、改進(jìn)的方法，以及根據(jù)所述方法的薄層太陽能電池，所述方法設(shè)置:施布附加的底層(Grundierungsschicht),該底層在前接觸層后施加到該前接觸層上，以便改進(jìn)隨后的CdS層的生長。

【背景技術(shù)】
[0002]在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制造的薄層太陽能電池時，在襯底，通常是玻璃上施加透明的前接觸層(例如TCO-transparent conducting oxide (透明導(dǎo)電氧化物))。在該前接觸層上沉積由純的或者經(jīng)改性的CdS(硫化鎘)組成的層，隨后把CdTe層(碲化鎘)沉積到該前接觸層上。最后進(jìn)行背接觸層的施加。
[0003]CdS層的施加根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)以CSS (Close spaced sublimat1n,近距離升華)法進(jìn)行，其中，具有預(yù)先準(zhǔn)備的前接觸層的玻璃襯底在具有CdS的坩堝上運動經(jīng)過。該坩堝被加熱并且待蒸鍍的材料(CdS)從坩堝中蒸發(fā)(升華)并且沉積在襯底的前接觸層上，該前接觸層與坩堝相比保持在更低的溫度上。
[0004]詳細(xì)研究表明，在坩堝中作為顆粒存在的CdS在升華時分解成其組成部分(2CdS->2Cd+S2)。這些組成部分分開地到達(dá)前接觸層的表面并且在那里重新結(jié)合成CdS。
[0005]CdTe層的隨后的施加同樣優(yōu)選用CSS法進(jìn)行。
[0006]最后施加優(yōu)選作為層序列的背接觸層。
[0007]在所述方法的情況下并且也在下文中，清潔步驟、回火步驟和密封步驟根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)是公知的并且不詳細(xì)闡述。防反射層和保護層(例如背側(cè)薄板或玻璃)的施加也是前提。
[0008]在大規(guī)模的使用中進(jìn)行CdS層和CdTe層的施加，其方法是加熱具有預(yù)先準(zhǔn)備的前接觸層(該前接觸層朝向坩堝的方向)的襯底，并且將襯底以恒定的速度在坩堝上面穿過，從而構(gòu)造出均勻厚度的CdS層和CdTe層。該過程根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在依次連接的、被加熱的真空室內(nèi)實施，襯底在由輥子或者傳輸帶組成的傳輸系統(tǒng)上運動穿過這些真空室，輥子或者傳送帶在襯底的側(cè)棱邊上支撐該襯底。
[0009]在該過程中力爭把CdS層盡可能薄地設(shè)計，以防止太陽能電池的光學(xué)特性由于該層而變差。然而同時必須保證CdS層不具有任何缺陷(孔洞一針孔)，通過這些缺陷可能引起前接觸層與CdTe層之間的短路。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)為滿足這兩種需求優(yōu)選CdS層厚為80nm到 200nm。
[0010]在制造CdS層時的缺點是，該層的生長進(jìn)行得非常慢，這是因為CdS或者其由蒸氣組成的組成部分僅能困難地保持附著在前接觸層的表面上。其結(jié)果是，必須從坩堝中蒸發(fā)要比構(gòu)造該層所需要的更多的CdS材料。除提高成本外這還導(dǎo)致CdS在不期望的地方上的增強的沉積。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]所述問題的結(jié)果導(dǎo)致提出如下任務(wù):減小CdS層的層厚而不降低質(zhì)量，并且尤其在CSS法中更好地充分利用CdS。還應(yīng)該實現(xiàn)覆層過程的加速。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過根據(jù)權(quán)利要求1的方法解決。有利的方法方式在關(guān)聯(lián)的從屬權(quán)利要求中說明。根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的薄層太陽能電池在權(quán)利要求4中公開。該太陽能電池的有利的實施方式是關(guān)聯(lián)的從屬權(quán)利要求的主題。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的方法設(shè)置，將起增附作用的層施加到薄層太陽能電池的前接觸層上，該起增附作用的層既提高CdS的沉積率，也改進(jìn)沉積的CdS層的均勻性。
[0014]起增附作用的層的目的是，延長Cd原子和/或S原子(其從S2分子在產(chǎn)生)在前接觸層的表面上的停留時間并且因此提高反應(yīng)成CdS的概率。
[0015]作為增附劑優(yōu)選使用用下述物質(zhì)構(gòu)成的薄層:碲化鎘(CdTe)、碲(Te)、硒(Se)或者硒化鎘(CdSe)或者這些元素或者物質(zhì)的混合物?；旌衔镌谠撘饬x上意味著,起增附作用的層至少10%由一種或者多種所述元素或者化合物構(gòu)成。特別優(yōu)選使用純凈狀態(tài)下的CdTe，其也應(yīng)用在光伏活性層中。
[0016]優(yōu)選地，增附劑施加為薄層、特別優(yōu)選施加為單層。因此層厚在開始施布CdS層時優(yōu)選小于10nm，特別優(yōu)選小于lnm，特別優(yōu)選是單層(單原子的或者單分子的層)。過厚的起增附作用的層對于CdS層的光學(xué)特性起負(fù)面的作用。
[0017]研究表明，在該增附層上CdS層的晶核形成比迄今的方法更加均勻。因此可以減小CdS的層厚。能夠有利地使層厚達(dá)到30nm到10nm的范圍內(nèi)，而不會使CdS層具有孔洞。另外有利的是因此能夠提高太陽能電池的效率。
[0018]測量表明，通過使用起增附作用的層，CdS的沉積率相對于沒有起增附作用的層的方法可提高到三倍。
[0019]起增附作用的層可以使用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法來施加。在此優(yōu)選是濕化學(xué)法或濺射。
[0020]特別優(yōu)選使用一種起增附作用的層(優(yōu)選是CdTe層)，該起增附作用的層優(yōu)選也使用CSS法施布。在此優(yōu)選使用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備。在設(shè)備安排中為此僅設(shè)置一個第一坩堝，用前接觸層覆層的襯底首先在其上穿過。在此構(gòu)造出起增附作用的層。
[0021]研究表明，在CSS法中吸附和解吸附作用力爭達(dá)到平衡。該平衡取決于襯底溫度(確切說被蒸鍍的層的溫度)。因此通過調(diào)節(jié)襯底溫度，力爭達(dá)到的層厚作為自調(diào)節(jié)過程來達(dá)到。該力爭達(dá)到的層厚在用CdS開始覆層時應(yīng)該優(yōu)選小于1nm并且特別優(yōu)選地是單層。
[0022]將由純的或者經(jīng)改性的CdS組成的層施加到起增附作用的層上之后，可以用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法繼續(xù)處理如此得到的半成品，直到完成太陽能電池。因此例如能夠根據(jù)公知的方法施加CdTe層和背接觸層序列。在純的或者經(jīng)改性的CdS組成的層之上的變化和附加的層也是可能的，并且不由于使用根據(jù)本發(fā)明的起增附作用的層而受影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池的層結(jié)構(gòu)。在玻璃襯底I上施加有前側(cè)接觸層21。此外存在薄的起增附作用的層5，其上然后布置有現(xiàn)有技術(shù)公知的層序列，其由CdS層3、CdTe層4以及焉側(cè)接觸層22組成。
[0024]圖2示意性地示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的太陽能電池的層結(jié)構(gòu)。該太陽能電池在襯底I上具有由前側(cè)接觸層21、CdS層3、CdTe層4以及背側(cè)接觸層22組成的層序列。

【具體實施方式】
[0025]具有尺寸1600mmX 1200mmX3.2mm的襯底I被覆層有由氧化銦錫(ITO)組成的、250nm厚的層21，其作為透明的前接觸層21。
[0026]接著把帶有朝下指向的前接觸層21的襯底I放入一系列真空室內(nèi)。襯底I在第一真空室內(nèi)被加熱到450°C。當(dāng)襯底I擱放在傳輸設(shè)備上并由其運動穿過該第一真空室時，這種加熱借助適宜的加熱設(shè)備進(jìn)行。襯底I到達(dá)隨后的真空室并且繼續(xù)由傳輸設(shè)備(運動速度為1.5m / min)以0.5cm的間隔在具有顆粒狀的CdTe的坩堝上運動經(jīng)過。坩堝超過襯底I的整個寬度(垂直于傳輸方向)并且沿傳輸方向延伸過17cm的長度。CMTe在?甘禍中被加熱到620°C并且升華。上升的氣體在襯底I的前接觸層21上沉積。當(dāng)襯底I經(jīng)過坩堝后，前接觸層21具有完整的(除放置位置外)、均勻的、厚度為5nm的起增附作用的層5。在施加該起增附作用的層5后根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行襯底I的繼續(xù)處理。為此把襯底繼續(xù)加熱到500°C并且傳輸?shù)诫S后的加工室內(nèi)。因此現(xiàn)在同樣用CSS法來施加CdS層3。由于起增附作用的層5，這可以用比迄今更少的具有CdS的坩堝來進(jìn)行。因此襯底I僅還要在一個具有CdS的坩堝(溫度:640°C )上穿過。達(dá)到的CdS的層厚為60nm。接著在CSS法中施加厚度為5000nm的CdTe層4。其后使用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法進(jìn)行一層或多層背接觸層22的施加。在此，背接觸層由適配層和實際的接觸層組成的層序列構(gòu)成。在此，由Te(50nm)組成的適配層通過CdTe層的NP腐蝕來構(gòu)造，隨后將Mo層(250nm)作為實際的接觸層沉積到該適配層上。
[0027]最后根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行其它處理步驟。
[0028]附圖標(biāo)記
[0029]I 襯底(玻璃)
[0030]21前接觸層(透明的，TC0)
[0031]22背接觸層(金屬)
[0032]3 CdS 層
[0033]4 CdTe 層
[0034]5 CdTe 增附層
【權(quán)利要求】
1.一種用于制造薄層太陽能電池的半成品的方法，其特征在于下述步驟: a.提供具有前接觸層或者前接觸層序列的透明的襯底， b.將增附層施加到所述前接觸層或者前接觸層序列上， c.將由純的或者經(jīng)改性的CdS組成的層施加到所述增附層上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，用CSS法施加所述由純的或者經(jīng)改性的CdS組成的層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟b.和c.在一系列帶有共同的傳輸系統(tǒng)的真空室內(nèi)實施。
4.薄層太陽能電池，其至少具有下述層: a.透明的襯底， b.前接觸層或者前接觸層序列， c.由純的或者經(jīng)改性的CdS組成的層，
d.CdTe 層， e.背接觸層或者背接觸層序列， 其特征在于，在前接觸層或者前接觸層序列與所述由純的或者經(jīng)改性的CdS組成的層之間布置有起增附作用的層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的薄層太陽能電池，其特征在于，所述起增附作用的層具有碲、碲化鎘、硒、硒化鎘或者它們的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的薄層太陽能電池，其特征在于，所述起增附作用的層具有小于1nm的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的薄層太陽能電池，其特征在于，所述起增附作用的層是單層。
【文檔編號】H01L31/073GK104425653SQ201310537497
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】巴斯蒂安·希普欣, 彭壽 申請人:中國建材國際工程集團有限公司, Ctf太陽能有限公司