太陽(yáng)能電池及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池及其制造方法。所述太陽(yáng)能電池包括基底、在所述基底上的背電極層、在所述背電極層上的光吸收層、在所述光吸收層上的緩沖層、在所述緩沖層上的透明電極層和在所述透明電極上的抗反射層。所述光吸收層擁有具有漸變帶隙能量分布的第一區(qū)域、具有漸變帶隙能量分布的第二區(qū)域、以及在所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域之間的具有基本上平坦的帶隙能量分布的第三區(qū)域。這樣的帶隙能量分布容許價(jià)帶向?qū)У娜菀准ぐl(fā)，同時(shí)還防止電子和空穴在所述光吸收層中結(jié)合，由此提高所述太陽(yáng)能電池的效率。
【專利說(shuō)明】太陽(yáng)能電池及其制備方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2012年11月23日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)如.61/729，513和2013年1月10日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)如.61/751，219的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益。將這些臨時(shí)申請(qǐng)兩者的全部?jī)?nèi)容都通過(guò)參考引入本文。另外，本申請(qǐng)通過(guò)參考將與此同日提交的代理人案號(hào)為如.72190/8744的美國(guó)專利申請(qǐng)如.14/033，390的全部?jī)?nèi)容引入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池，和更具體地，涉及背電極太陽(yáng)能電池。
【背景技術(shù)】
[0004]近來(lái)，能量資源的枯竭和關(guān)于地球環(huán)境的問(wèn)題使清潔能源的發(fā)展加快。在各種類型的清潔能源之中，(使用太陽(yáng)能電池的)太陽(yáng)能發(fā)電將太陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)化為電，且因此作為新能源正聚焦在太陽(yáng)能發(fā)電上。
[0005]然而，與熱力發(fā)電相比，使用目前的工業(yè)太陽(yáng)能電池的發(fā)電成本仍是相對(duì)高的。為了太陽(yáng)能電池的廣泛應(yīng)用，必須改善太陽(yáng)能電池的發(fā)電效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本公開內(nèi)容的實(shí)施方式的方面涉及具有改善的發(fā)電效率的太陽(yáng)能電池及其制造方法。
[0007]在實(shí)施方式中，提供太陽(yáng)能電池。所述太陽(yáng)能電池包括基底、在所述基底上的第一電極層、在所述第一電極層上的光吸收層和在所述光吸收層上的緩沖層。所述光吸收層包括具有漸變帶隙能量分布(即#116)的第一區(qū)域、具有漸變帶隙能量分布的第二區(qū)域、以及在所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域之間的具有基本上平坦的帶隙能量分布的第三區(qū)域。
[0008]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述太陽(yáng)能電池進(jìn)一步包括在所述緩沖層上的第二電極層。
[0009]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述第二電極層為透明電極。
[0010]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述太陽(yáng)能電池進(jìn)一步包括在所述第二電極層上的抗反射層。
[0011]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述第一區(qū)域的漸變帶隙能量分布朝向所述第一電極層和所述光吸收層之間的界面升高。
[0012]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述第二區(qū)域的漸變帶隙能量分布朝向所述光吸收層和所述緩沖層之間的界面升高。
[0013]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述第一區(qū)域的漸變帶隙能量分布和所述第二區(qū)域的漸變帶隙能量分布在所述漸變帶隙能量分布的各自的最低點(diǎn)與所述第三區(qū)域的基本上平坦的帶隙能量分布匯合。
[0014]在一個(gè)實(shí)施方式中，平均起來(lái)，所述第三區(qū)域的基本上平坦的帶隙能量分布低于所述第一區(qū)域的漸變帶隙能量分布和所述第二區(qū)域的漸變帶隙能量分布。[0015]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述第三區(qū)域中的基本上平坦的帶隙能量分布的最高帶隙能量和最低帶隙能量之間的差小于或等于0.2~。
[0016]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述光吸收層包括III八族原子和VI八族原子的至少一種。
[0017]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述III八族原子包括(?和的至少一種，和所述VI八族原子包括3和36的至少一種。
[0018]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述光吸收層的帶隙能量根據(jù)所述111八族原子和所述VI八族原子的至少一種在所述光吸收層中的濃度分布狀態(tài)而改變。
[0019]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述VI八族原子的濃度在所述光吸收層中的所述第一區(qū)域和第二區(qū)域中比在所述第三區(qū)域中高。
[0020]在一個(gè)實(shí)施方式中，貫穿所述光吸收層，所述III八族原子的濃度改變小于10%。
[0021]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述光吸收層包括化學(xué)式(80^8^)2的化合物。
[0022]在另一實(shí)施方式中，提供制備太陽(yáng)能電池的方法。所述方法包括在基底上形成第一電極、在所述第一電極上形成光吸收層、和在所述光吸收層上形成緩沖層。所述形成光吸收層包括:在所述第一電極上形 成前體層，所述前體層包括(?和III ；用含36氣體對(duì)所述前體層進(jìn)行第一熱處理以形成層；和用含3氣體對(duì)所述
層進(jìn)行第二熱處理以形成⑶㈦知」層，從而提供所述光吸收層。
[0023]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法進(jìn)一步包括在所述緩沖層上形成第二電極層。
[0024]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法進(jìn)一步包括在所述第二電極層上形成抗反射層。
[0025]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述形成前體層包括在所述第一電極層上形成層。
[0026]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述形成前體層包括在所述第一電極層上形成(611-(?層和然后在所述層上形成III層。
[0027]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述形成前體層包括使用合金作為靶材料進(jìn)行濺射。
[0028]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述形成前體層包括使用(^-(?合金作為靶材料進(jìn)行濺射和使用基于匕的材料作為靶材料進(jìn)行濺射。
[0029]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述第一熱處理在約3001 -約5001的溫度下進(jìn)行約5分鐘-約40分鐘的時(shí)間。
[0030]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述第二熱處理在約5001 -約7001的溫度下進(jìn)行約10分鐘-約100分鐘的時(shí)間。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]附圖與說(shuō)明書一起說(shuō)明本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，且與描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。
[0032]圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的太陽(yáng)能電池的示意性截面圖。
[0033]圖2為顯示圖1的太陽(yáng)能電池中的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的光吸收層中的帶隙能量分布狀態(tài)(帶隙能量分布)的圖。
[0034]圖3顯示根據(jù)具有圖2的帶隙能量分布狀態(tài)(帶隙能量分布)的光吸收層的深度的對(duì)于兩個(gè)實(shí)例(八’和8,)的(?原子的濃度區(qū)間分布。
[0035]圖4顯示根據(jù)具有圖2的帶隙能量分布狀態(tài)的光吸收層的深度的3原子的濃度區(qū)將進(jìn)一步理解，術(shù)語(yǔ)“包括”和/或“包含”、步驟、操作、元件和/或組分，但不排除存、元件、組分和/或其集合。將理解，盡管術(shù):些元件不應(yīng)被這些術(shù)語(yǔ)限制。相同的附圖
？度。將理解，當(dāng)一個(gè)層被稱為“在”另外的；底上，或者還可存在中間層。然而，當(dāng)一個(gè)5在中間層。
泛電池10的示意性截面圖。
能電池且包括光吸收層130，其形成為擁有述雙漸變帶隙能量分布之間的基本上平坦I'漸變帶隙能量分布的第一區(qū)域、具有漸變和所述第二區(qū)域之間的具有基本上平坦的
〕、形成于基底110上的背電極層120、形成枚層130上的緩沖層140、和形成于緩沖層歐姆接觸和其在與光吸收層130的形成有關(guān)的硒(Se)或硫(S)氣氛中的高溫穩(wěn)定性。背電極層120可具有約200nm-約500nm的厚度。
[0047]背電極層120可摻雜有堿離子例如Na離子。在光吸收層130的生長(zhǎng)期間，背電極層120的堿離子混合到光吸收層130中且可為光吸收層130提供結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)和/或改善光吸收層130的傳導(dǎo)性。因此，太陽(yáng)能電池10的開路電壓Vqc提高，且因此太陽(yáng)能電池10的效
率可改善。
[0048]背電極層120可以多層形成以提供對(duì)基底110的合適的粘附和提供背電極層120的合適的電阻特性。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的光吸收層130吸收入射在太陽(yáng)能電池10上的太陽(yáng)光。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式可包括具有化學(xué)式Cu(InxGah) (SeyS1^y)2的Cu-1n-Ga-Se-S五元化合物。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，在Cu (InxGa1J (SeyS1J 2化合物的晶格結(jié)構(gòu)中，In被Ga部分地代替且Se被S部分地代替。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，X為0.01<x<0.25，和y為0.l〈y〈0.30。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，Ga具有朝向所述背電極層的坡度。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，貫穿所述光吸收層，Ga濃度可相差小于10%，任選地，貫穿所述光吸收層，Ga濃度可相差小于5%。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，Ga濃度可改變?cè)?.5%和10%之間，任選地在2%和5%之間。
[0050]在本發(fā)明的實(shí)施方式中，所述光吸收層具有第一和第二最大S濃度,所述第一最大S濃度朝向與所述背電極層的界面，和所述第二最大S濃度朝向與所述緩沖層的界面，任選地其中S的全體(universal)最小濃度在所述第一和第二最大S濃度之間。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，S濃度可由S/(Se+S)摩爾比表示。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，所述第一和所述第二最大S濃度獨(dú)立地優(yōu)選為約0.30-約0.50、優(yōu)選為約0.32-約0.45。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，S的全體最小濃度由約0.02-約0.12、優(yōu)選約0.05-約0.10的S/(Se+S)摩爾比表
/Jn ο
[0051]在實(shí)施方式中，待轉(zhuǎn)變?yōu)楣馕諏?30的層131由包含銅(Cu)、銦(In)、鎵(Ga)和硒(Se)的基于銅-銦-鎵-硒化物(Cu(In，Ga)Se2，CIGS)的化合物形成，并形成P型半
導(dǎo)體層。
[0052]在實(shí)施方式中，層131由四元化合物形成并且具有化學(xué)式Cu(InxGah)Se215在所述化合物的晶格結(jié)構(gòu)中，Ga部分地代替In。
[0053]這樣的CIGS化合物稱作黃銅礦化合物并具有P型半導(dǎo)體的性質(zhì)。CIGS化合物半導(dǎo)體具有直接躍遷帶隙能量。
[0054]在實(shí)施方式中，光吸收層130為Cu-1n-Ga-Se-S五?；衔?，其中其化學(xué)式為CudnxGa1J (SeyS1^y)20這里，在Cu(InxGa1J (SeyS1J2化合物的晶格結(jié)構(gòu)中，In被Ga部分地代替且Se被S部分地代替。
[0055]在實(shí)施方式中，光吸收層130擁有具有不同坡度的雙漸變帶隙能量分布和在所述雙漸變帶隙能量分布之間的基本上平坦的帶隙能量分布，由此改善太陽(yáng)能電池10的效率。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，在所述平坦的帶隙能量分布中，所述平坦的帶隙能量分布中的最大帶隙能量和最低帶隙能量之間的差小于或等于0.2eV、任選地小于或等于0.lev、或者小于或等于0.04eV。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，所述平坦的帶隙能量分布中的最大帶隙能量和最低帶隙能量之間的差為0 .0eV-0.2eV，任選地0.005eV_0.leV，任選地0.01eV-0.04eV。
[0056]在本發(fā)明的實(shí)施方式中，所述光吸收層具有在所述平坦的帶隙能量分布的兩側(cè)的第一和第二漸變區(qū)域，其中:所述第一漸變區(qū)域具有朝向所述背電極層和所述光吸收層之間的界面升高的漸變帶隙能量分布；和所述第二漸變區(qū)域具有在從所述平坦的帶隙能量分布朝向所述光吸收層和所述緩沖層之間的界面的方向上升高的帶隙能量分布。
[0057]在本發(fā)明的實(shí)施方式中，將所述漸變帶隙能量分布調(diào)整為朝向所述平坦的帶隙能量分布降低，任選地其中所述平坦的帶隙能量分布包括全體最小帶隙能量。
[0058]特別地，在實(shí)施方式中，光吸收層130包括(例如沿著從背電極層120到緩沖層140的方向)具有漸變帶隙能量分布的第一區(qū)域、具有漸變帶隙能量分布的第二區(qū)域、以及在所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域之間的具有基本上平坦的帶隙能量分布的第三區(qū)域。在一些實(shí)施方式中，帶隙能量分布是線性的。在另外的實(shí)施方式中，帶隙能量分布是非線性的。
[0059]在一些實(shí)施方式中，所述第一區(qū)域的漸變帶隙能量分布和所述第二區(qū)域的漸變帶隙能量分布在所述漸變帶隙能量分布各自的最低點(diǎn)與所述第三區(qū)域的基本上平坦的帶隙能量分布匯合。
[0060]在實(shí)施方式中，緩沖層140減小光吸收層130和透明電極層150的帶隙能量之間的差，并減少可在光吸收層130和透明電極層150之間發(fā)生的電子和空穴的復(fù)合。作為例子，緩沖層140可由礎(chǔ)、2113、111233、和丨或形成。例如，如果緩沖層140由0(18形成，則以3薄膜由型半導(dǎo)體形成，其中其電阻可通過(guò)用例如和/或八1摻雜所述以3薄膜而減小。
[0061]透明電極層150可由具有高的光透射率的材料形成，使得太陽(yáng)光可透射到光吸收層 130。
[0062]此外，為了起到電極層的作用，透明電極層150可由具有低電阻的導(dǎo)電材料形成。透明電極層150可由摻雜有硼⑶、招(八1)的氧化鋅(2=0)和/或氧化銦錫(110)形成。摻雜有8和/或八1的2=0由于其低的電阻而適合用作電極。特別地，摻雜有8的2=0提高近紅外線區(qū)域的光的透射率，由此使太陽(yáng)能電池的短路電流增大。
[0063]抗反射層160可進(jìn)一步形成于透明電極層150上。太陽(yáng)能電池的效率可通過(guò)如下改善:通過(guò)在透明電極層150上形成抗反射層160來(lái)減少太陽(yáng)光的反射損失?？狗瓷鋵?60可由例如形成。
[0064]可將抗反射層160紋理化以減少入射在光吸收層130上的太陽(yáng)光的反射和增加其吸收。
[0065]圖2為顯示圖1的太陽(yáng)能電池10中的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的光吸收層130中的帶隙能量分布狀態(tài)(帶隙能量分布)的圖。
[0066]參照?qǐng)D1和2舊表示價(jià)能帶(價(jià)帶表示導(dǎo)能帶(導(dǎo)帶)。帶隙能量是指導(dǎo)能帶％和價(jià)能帶⑶之間的能隙。
[0067]光吸收層130的帶隙能量￡,可通過(guò)使用￡,計(jì)算方程計(jì)算。換言之，帶隙能量可基于(?含量和3含量通過(guò)使用I計(jì)算方程計(jì)算。
[0068]通常，如果在背電極層120附近的帶隙能量￡,大，則可防止光吸收層130中的電子和空穴復(fù)合，且因此太陽(yáng)能電池10的效率可改善。
[0069]此外，如果在背電極層120附近的帶隙能量匕大，則太陽(yáng)能電池10的開路電壓V。。增加，且因此太陽(yáng)能電池10的效率改善。
[0070]這里，開路電壓V。。是指當(dāng)向太陽(yáng)能電池10施加無(wú)窮大的阻抗并且光入射到太陽(yáng)能電池10時(shí)在太陽(yáng)能電池10的兩個(gè)相對(duì)末端處形成的電勢(shì)之間的差。換言之，開路電壓V。。是可從太陽(yáng)能電池10獲得的最大電壓。通常，如果開路電流顯著小于短路電流，則開路電壓V。。與入射光的強(qiáng)度成比例。
[0071]此外，如果適當(dāng)?shù)匦纬?)-11結(jié)，則半導(dǎo)體的帶隙能量越高，開路電壓越大。
[0072]因此，如果在光吸收層130和背電極層120之間的界面處的帶隙能量增大，可防止電子和空穴的復(fù)合且開路電壓V。?？商岣撸乙虼颂?yáng)能電池10的總體效率可改善。
[0073]參照?qǐng)D2，區(qū)域4為光吸收層130的與背電極層120接合的區(qū)域。光吸收層130具有漸變帶隙能量，其中帶隙能量朝向背電極層120和光吸收層130之間的界面升高。
[0074]因此，區(qū)域八在背電極層120和光吸收層130之間的界面處具有最大帶隙能量28，和帶隙能量在從背電極層120到光吸收層130的方向上降低。
[0075]區(qū)域8為在區(qū)域八到光吸收層130的頂面之間的區(qū)域且為光吸收層130的內(nèi)部區(qū)域。區(qū)域8具有基本上平坦的帶隙能量分布。在一些實(shí)施方式中，區(qū)域8的基本上平坦的帶隙能量分布中的最大帶隙能量22和最低帶隙能量4之間的差(八小于或等于
0.2~。在一些實(shí)施方式中，區(qū)域8的基本上平坦的帶隙能量分布中的最大帶隙能量和最低帶隙能量4之間的差(八小于或等于0.167。在一些實(shí)施方式中，區(qū)域8的基本上平坦的帶隙能量分布中的最大帶隙能量4和最低帶隙能量4之間的差(八
小于或等于0.046乂。
[0076]平均起來(lái)，區(qū)域8的帶隙能量分布小于區(qū)域八的帶隙能量分布和區(qū)域的帶隙能量分布。
[0077]區(qū)域8的帶隙能量分布越小，光伏效應(yīng)可越有效。如果區(qū)域8具有大的帶隙能量，即使光吸收層130接收太陽(yáng)光，價(jià)帶中的電子也不容易被激發(fā)到導(dǎo)帶。因此，太陽(yáng)能電池10的總體發(fā)電效率可惡化。
[0078]因此，區(qū)域八具有調(diào)整成朝向區(qū)域8降低的漸變帶隙能量，和區(qū)域8具有最小化的帶隙能量，且因此太陽(yáng)能電池10的發(fā)電效率可改善。然而，太陽(yáng)能電池10的效率不是無(wú)條件地與所述基本上平坦的帶隙能量分布成比例，且為了效率可適宜地調(diào)整區(qū)域8的帶隙能量分布的寬度。
[0079]區(qū)域(:為光吸收層130的與作為型半導(dǎo)體的緩沖層140接合的區(qū)域。
[0080]區(qū)域具有漸變帶隙能量分布，其中帶隙能量在從光吸收層130的內(nèi)部區(qū)域朝向光吸收層130和緩沖層140之間的界面的方向上升高。
[0081]因此，在區(qū)域中升高的帶隙能量可提高開路電壓，由此改善太陽(yáng)能電池10的效率。
[0082]光吸收層130中的帶隙能量匕分布狀態(tài)可通過(guò)調(diào)整用于形成光吸收層130的工藝條件以及(?和3的含量來(lái)控制。[0083]圖3顯示根據(jù)具有圖2的帶隙能量分布狀態(tài)(帶隙能量分布)的單一光吸收層的深度的對(duì)于兩個(gè)實(shí)例(八’和8’〉的(?原子的濃度區(qū)間分布，和圖4顯示根據(jù)具有圖2的帶隙能量分布狀態(tài)(帶隙能量分布)的光吸收層的深度的3原子的濃度區(qū)間分布。
[0084]根據(jù)另一實(shí)施方式，圖5顯示根據(jù)圖3中所示的光吸收層中的(?濃度的對(duì)于兩個(gè)實(shí)例(八’和8’〉的帶隙能量分布。這里，在一個(gè)實(shí)施方式中，貫穿所述光吸收層，(?濃度改變小于10%。在另一實(shí)施方式中，貫穿所述光吸收層，(?濃度改變小于5%。[0085]在一個(gè)實(shí)施方式中(例如，如圖5的平坦的帶隙能量區(qū)域中所示的)，最大帶隙能量&和最低帶隙能量Eii間的差(AEg=E2-E1)小于或等于0.2eV。在一些實(shí)施方式中，所述基本上平坦的帶隙能量分布中的最大帶隙能量E2和最低帶隙能量Eii間的差(AEg=E2-E1)小于或等于0.1eV0在一些實(shí)施方式中，所述基本上平坦的帶隙能量分布中的最大帶隙能量E2和最低帶隙能量Eii間的差(AEg=E2-E1)小于或等于0.04eV。
[0086]參照?qǐng)D3和4，圖2的具有基本上平坦的帶隙能量分布的區(qū)域B以及具有漸變帶隙能量分布的區(qū)域A和C(其中帶隙能量在從區(qū)域B的兩個(gè)相反側(cè)朝向光吸收層130和背電極層120之間的界面、以及光吸收層130和緩沖層140之間的界面的相反方向上升高)可通過(guò)根據(jù)光吸收層130的深度控制Ga和S的濃度分布而形成。
[0087]此外，盡管在圖3和4中使用Ga和S的濃度分布狀態(tài)以形成圖2的帶隙能量分布狀態(tài)(帶隙能量分布)，但本發(fā)明不限于此，和可通過(guò)使用不同類型的濃度分布形成圖2的其中在區(qū)域B中形成基本上平坦的區(qū)域的帶隙能量分布狀態(tài)(帶隙能量分布)。[0088]此外，如果光吸收層130由除Ga和S之外的IIIA族原子和VIA族原子形成，則圖2的帶隙能量分布狀態(tài)(帶隙能量分布)可通過(guò)使用除Ga和S之外的IIIA族原子和VIA族原子的濃度分布形成。
[0089]圖6為顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的太陽(yáng)能電池在陽(yáng)光中的開路電壓Vre乘以短路電流Jse的圖。作為短路電流與開路電壓的乘積的與太陽(yáng)能電池的效率成比例。因此，太陽(yáng)能電池的效率隨著JscVre增加而增加。
[0090]參照?qǐng)D6，其中基本上平坦的帶隙能量B存在于雙漸變帶隙能量A和C之間的情況(圖2)以比其中僅存在雙漸變帶隙能量的情況(參比)大的JscVre值為特征，其中開路電壓UmV)與短路電流Jsc(mA/cm2)的乘積的平均值為21.86。
[0091]換言之，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，由于采用其中區(qū)域B的基本上平坦的帶隙能量分布(參考圖2)存在于具有不同坡度的區(qū)域A和C的雙漸變帶隙能量分布(參考圖2)之間的光吸收層130，因此使JscVre增加。結(jié)果，太陽(yáng)能電池的效率可改善。
[0092]圖7至13為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的制造太陽(yáng)能電池的方法的示意性截面圖。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，提供用于制造以上限定的太陽(yáng)能電池的方法，包括以下順序的步驟:
[0093](a)在基底上形成背電極層，任選地其中所述背電極層由Mo形成；
[0094](b)通過(guò)如下在所述背電極層上形成前體層:
[0095](i)在所述背電極層上形成Cu-Ga-1n層；或
[0096](ii)在所述背電極層上形成Cu-Ga層和在所述Cu-Ga層上形成In層；
[0097](c)用含Se氣體對(duì)包括所述Cu-Ga-1n層、或者所述Cu-Ga層和In層的前體層進(jìn)行第一熱處理以形成由Cu(InxGa1I)Se2形成的第一光吸收層；
[0098](d)用含S氣體對(duì)第一光吸收層進(jìn)行第二熱處理以形成作為光吸收層的由Cu(InxGa1^x) (SeyS1^y)2形成的第二光吸收層；
[0099](e)在所述第二光吸收層上形成緩沖層；和
[0100](f)在所述緩沖層上形成透明電極層。
[0101]在本發(fā)明的各種實(shí)施方式中，優(yōu)選包括以下工藝步驟:
[0102](i)在步驟(a)中，通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)或者通過(guò)使用Mo靶的DC濺射形成所述背電極層；和/或
[0103](11)在步驟(13)(1)中，通過(guò)使用合金作為祀材料經(jīng)由派射形成由011-68-111制成的前體層；和/或
[0104](111)在步驟(幻(11)中，通過(guò)使用合金作為靶材料經(jīng)由IX:濺射、隨后進(jìn)行使用基于III的材料作為靶材料的濺射形成所述前體層；和/或
[0105](1^)在步驟⑷中，所述第一熱處理在真空室中進(jìn)行，其中所述含36氣體為包括惰性氣體和硒化氫(?%)氣體的混合氣體，任選地其中所述第一熱處理在約3001 -約5001的溫度下進(jìn)行約5分鐘-約40分鐘的時(shí)間；和/或
[0106](^)在步驟((1)中，所述第二熱處理在真空室中進(jìn)行，其中所述含3氣體為包括惰性氣體和硫化氫(--氣體的混合氣體，任選地其中所述第二熱處理在約5001 -約7001的溫度下進(jìn)行約10分鐘-約100分鐘的時(shí)間；和/或
[0107](^!)在步驟⑷中，所述緩沖層包括經(jīng)由化學(xué)浴沉積(680)的基于的材料；和/或
[0108](^11)在步驟中，所述透明電極層包括2=0且經(jīng)由通過(guò)使用2=0作為靶材料的即濺射、通過(guò)使用2=作為靶材料的反應(yīng)性濺射、或金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積形成。
[0109]參照?qǐng)D7，在基底1 10上形成背電極層120。如上所述，背電極層120可由10形成，10為可滿足背電極層120的總體要求的材料。背電極層120可通過(guò)使用10靶的IX:濺射形成。此外，背電極層120可經(jīng)由化學(xué)氣相沉積((^0)形成。
[0110]參照?qǐng)D8，在背電極層120上形成(:11-(?層212。這里，層212可通過(guò)使用011-6^合金作為靶材料經(jīng)由IX:濺射形成。這里，由于(?為典型地本身不是靶材料的材料，因此可使用(611-(?合金作為靶材料。
[0111]接著，在&1-&1層212上形成III層214。層214可通過(guò)使用基于的材料作為靶材料經(jīng)由濺射形成。
[0112]因此，在背電極層120上形成包括(:11-(?層212和III層214的前體層210。這里，盡管前體層210可經(jīng)由如上所述的兩階段操作形成，但前體層210還可通過(guò)使用
合金作為靶材料經(jīng)由濺射形成。在該情況中，前體層210形成為層。
[0113]參照?qǐng)D9和10，由形成的第一光吸收層131通過(guò)如下形成:通過(guò)使用含％氣體300對(duì)包括(611-(?層212和匕層214的前體層210進(jìn)行第一熱處理。
[0114]所述第一熱處理在真空室中進(jìn)行，其中含36氣體300可為包括惰性氣體和硒化氫(^86)氣體的混合氣體。
[0115]而且，所述第一熱處理可在約3001 -約5001的溫度下進(jìn)行約5分鐘-約40分鐘的時(shí)間。
[0116]參照?qǐng)D11和12，通過(guò)使用含3氣體400對(duì)第一光吸收層131進(jìn)行第二熱處理，由此由第一光吸收層131形成由(364-4形成的光吸收層130。而且，在所述第二熱處理期間，可控制溫度、時(shí)間和含3氣體的濃度，使得光吸收層130中的3含量朝向背電極層120增加，如圖4中所示。
[0117]所述第二熱處理在真空室中進(jìn)行，其中含3氣體400可為包括惰性氣體和硫化氫(--氣體的混合氣體。
[0118]而且，所述第二熱處理可在約5001 -約7001的溫度下進(jìn)行約10分鐘-約100圖2中所示的具有不同坡度的雙漸變帶隙反的光吸收層130。
之間的界面處以及光吸收層130和緩沖層:高開路電壓。而且，由于在光吸收層130和3層140之間的界面之間的光吸收層130的可改善太陽(yáng)能電池的發(fā)電效率。
描述了本發(fā)明，但是將理解，本發(fā)明不限于聽附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種變型響離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可在其
【權(quán)利要求】
1.太陽(yáng)能電池，包括: 基底； 在所述基底上的第一電極層； 在所述第一電極層上的光吸收層；和 在所述光吸收層上的緩沖層， 其中所述光吸收層包括: 具有漸變帶隙能量分布的第一區(qū)域， 具有漸變帶隙能量分布的第二區(qū)域，和 在所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域之間的具有基本上平坦的帶隙能量分布的第三區(qū)域。
2.權(quán)利要求1的太陽(yáng)能電池，進(jìn)一步包括在所述緩沖層上的第二電極層，其中所述第二電極層為透明電極。
3.權(quán)利要求2的太陽(yáng)能電池，進(jìn)一步包括在所述第二電極層上的抗反射層。
4.權(quán)利要求1的太陽(yáng)能電池，其中所述第一區(qū)域的漸變帶隙能量分布朝向所述第一電極層和所述光吸收層之間的界面升高。
5.權(quán)利要求1的太陽(yáng)能電池，其中所述第二區(qū)域的漸變帶隙能量分布朝向所述光吸收層和所述緩沖層之間的界面升高。
6.權(quán)利要求1的太陽(yáng)能電池，其中所述第一區(qū)域的漸變帶隙能量分布和所述第二區(qū)域的漸變帶隙能量分布在所述漸變帶隙能量分布各自的最低點(diǎn)與所述第三區(qū)域的基本上平坦的帶隙能量分布匯合。
7.權(quán)利要求1的太陽(yáng)能電池，其中平均起來(lái)，所述第三區(qū)域的基本上平坦的帶隙能量分布低于所述第一區(qū)域的漸變帶隙能量分布和所述第二區(qū)域的漸變帶隙能量分布。
8.權(quán)利要求1的太陽(yáng)能電池，其中所述第三區(qū)域中的所述基本上平坦的帶隙能量分布的最高帶隙能量和最低帶隙能量之間的差小于或等于0.2~。
9.權(quán)利要求1的太陽(yáng)能電池，其中所述光吸收層包括III八族原子和VI八族原子的至少一種。
10.權(quán)利要求9的太陽(yáng)能電池，其中所述III八族原子包括(?和III的至少一種，和其中所述VI八族原子包括3和56的至少一種。
11.權(quán)利要求9的太陽(yáng)能電池，其中所述光吸收層的帶隙能量根據(jù)所述III八族原子和所述VI八族原子在所述光吸收層中的濃度分布狀態(tài)改變。
12.權(quán)利要求9的太陽(yáng)能電池，其中所述VI八族原子的濃度在所述光吸收層的所述第一區(qū)域和第二區(qū)域中比在所述第三區(qū)域中高。
13.權(quán)利要求9的太陽(yáng)能電池，其中貫穿所述光吸收層，所述III八族原子的濃度改變小于 10%。
14.權(quán)利要求1的太陽(yáng)能電池，其中所述光吸收層包括化學(xué)式⑶㈦加㈠)(86,8^)2的化合物，其中0.01〈叉〈0^ 25和0.1^0.30。
15.制備太陽(yáng)能電池的方法，所述方法包括: 在基底上形成第一電極； 在所述第一電極上形成光吸收層；和 在所述光吸收層上形成緩沖層；其中所述形成光吸收層包括: 在所述第一電極上形成前體層，所述前體層包括(?和III， 用含36氣體對(duì)所述前體層進(jìn)行第一熱處理以形成層，和用含3氣體對(duì)所述⑶862層進(jìn)行第二熱處理以形成(1--^) (86,8^,) 2層，從而提供所述光吸收層，
其中 0.01〈叉〈0^ 25 和 0.1〈7〈0丨 30。
16.權(quán)利要求15的方法，進(jìn)一步包括: 在所述緩沖層上形成第二電極層；或 在所述緩沖層上形成第二電極層和在所述第二電極層上形成抗反射層。
17.權(quán)利要求15的方法，其中所述形成前體層包括: 在所述第一電極層上形成層；或 在所述第一電極層上形成層，然后在所述層上形成III層。
18.權(quán)利要求15的方法，其中所述形成前體層包括: 使用合金作為靶材料進(jìn)行濺射；或 使用(^-(?合金作為靶材料進(jìn)行濺射和使用基于III的材料作為靶材料進(jìn)行濺射。
19.權(quán)利要求15的方法，其中所述第一熱處理在3001-5001的溫度下進(jìn)行5分鐘-40分鐘的時(shí)間。
20.權(quán)利要求15的方法，其中所述第二熱處理在5001-7001的溫度下進(jìn)行10分鐘-100分鐘的時(shí)間。
【文檔編號(hào)】H01L31/0224GK103840020SQ201310593814
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月23日
【發(fā)明者】金賢鐘 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社