p-型太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有层叠结构(10)的p‑型太阳能电池，其中该层叠结构包括背电极(14)、置于背电极(14)上的p‑型半导体吸收层(11)、置于吸收层(11)上的结晶硫化镉层(12)、置于所述层叠结构(10)上与背电极(14)相对的另一侧的前电极(15)。本发明专利技术还提供了一种p‑型太阳能电池的制备方法，包括：提供p‑型光敏半导体吸收层(11)；刻蚀吸收层(11)的表面减少结晶的不均匀性和针孔；在吸收层(11)上沉积层厚范围为

P- solar cell and preparation method thereof

The present invention provides a laminated structure (10) of the P type solar cell, wherein the laminate structure comprises a back electrode (14) and a back electrode (14) on the P type semiconductor absorption layer (11), placed in the absorbing layer (11) crystalline cadmium sulfide layer on the (12), in the laminated structure (10) and the back electrode (14) on the other side opposite the front electrode (15). The invention also provides a method for preparing a p type solar cell comprises: providing P photosensitive semiconductor absorption layer (11); the absorption layer (11) etching reduced crystalline surface inhomogeneities and pinhole; in the absorption layer (11) deposited layer thickness range

【技术实现步骤摘要】
p-型太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及一种p-型太阳能电池及其产品的制备方法，该电池具有层叠结构，该层叠结构包括背电极、置于该背电极上的p-型半导体吸收层、置于该吸收层上的铜掺杂硫化镉(Cds)层，以及置于层叠结构远离背电极一侧的前电极。
技术介绍
高效太阳能电池板通常是p-n型电池，p-n型电池能够将电荷载流子分离并引导被分离的电荷载流子到电极，以便产生光-电压和光-电流。此外，曾有人尝试提出用肖特基势垒来替代p-n结。太阳能电池需要通过回火来获得更高的效率，因此造成靠近肖特基势垒的薄n-层成为掺杂的n-型，因而有效地产生p-n结，而使得这种尝试总是失败。因此，本专利技术的目的在于避免或减少现有技术的缺陷，特别是提供一种具有改进的电气参数的p-型太阳能电池。
技术实现思路
上述目的是通过具有独立权利要求限定特征的p-型太阳能电池以及制备这种p-型太阳能电池的方法来实现的。因此，本专利技术的第一方面涉及一种具有层叠结构的p-型太阳能电池，所述层叠结构包括：--背电极，--置于该背电极上的p-型半导体吸收层，--置于该吸收层上的铜掺杂硫化镉(CdS)层，--置于层叠结构的远离背电极一侧的前电极。依据本专利技术，CdS层是铜掺杂的，且层厚范围为(埃格斯特朗)。令人惊奇的是，据观察，根据本专利技术的太阳能电池中的p-n结可以被消除，这是因为根据本专利技术由于薄的铜掺杂硫化镉CdS层使得与电极的直接连接成为可能，由于其内部的高场畴区(high-fielddomain)，铜掺杂硫化镉CdS层已经成为p-型导电。由于极为贴近电极，这个高场畴区有漂移电导性(driftconductivity)且是空间电荷自由的——具有1010cm-3数量级的空穴浓度，其中空穴由光产生，可以自由地通过隧道进入高场畴区中而没有进一步的能量损失。根据本专利技术的硫化镉CdS层以优化方式实现吸收层与前电极之间的电化学连接。与现有技术的电池相比，本专利技术具有特殊的优势，即开路电压Voc增加了，因为高场畴区限制电场远低于100kV/cm，换句话说，高场畴区远低于隧道场强度，通常导致泄露电流通过二极管而降低场域。在高场畴区中，电荷载流子的密度是1010cm-3，导致德拜长度大于30μm，因此明显大于硫化镉CdS层的厚度。这也意味着硫化镉CdS实现串联电阻的作用且必须因此而保持是薄的。层厚是太薄的层与太厚的层之间的一种折中，太薄的层容易出现所谓的针孔(pinhole)，太厚的层则在每增加硫化镉厚度的同时开路电压会损失0.05V。在层厚为时，理论上可实现的开路电压下的不可避免的损失为0.15V。然而，根据本专利技术，对于许多p-型太阳能电池而言，开路电压高达1V，大于未掺杂铜的硫化镉层。因此，本专利技术涉及一种薄的铜掺杂硫化镉层，可以应用于任何p-型太阳能电池中，并且将铜掺杂硫化镉层与阻碍电子的电极直接相连，从而避免了通常导致开路电压损失并降低场域的p-n结。例如，厚度为的铜掺杂硫化镉CdS层可以将碲化镉CdTe电池的开路电压从0.4V提高至0.8V。薄层可以产生开路电压的额外增加，薄层的厚度每减少开路电压增加0.05V。由于提供太阳能的p-型太阳能电池限制空穴的补充，铜掺杂硫化镉层是稳定的p-型。铜掺杂硫化镉CdS层中的p-型状态由高场畴区产生，它附着于太阳能电池的p-型边界线并延伸贴近前电极，前电极的空穴电流通过隧道进行传导，这样阻止了额外的损失。远大于硫化镉CdS层厚度的德拜长度使得与前电极的直接接触成为可能。薄层太阳能组件的典型效率至多为18％。可以预期，这种效率可以增加到超过大约22％。此时，除了具有其他类型吸收体的碲化镉CdTe电池，比如α-Si，或者CIS的各种同系物[黄铜矿；铜铟(镓)硫/硒]，电池被提供具有这种铜掺杂硫化镉CdS薄层，因此防止了产生损失的p-n结。因此，根据本专利技术的p-型太阳能电池的优点在于，特别是开路电压Voc的增加，而仅仅增加些微的串联电阻Rs。在根据本专利技术的p-型太阳能电池中，由于避免了传统的p-n结，促进了电荷载流子在吸收层与电极之间的传递，特别是在界面上的传递，并减少了再结合。结果证明，p-型铜掺杂硫化镉CdS层与减少的硫化镉CdS层(其厚度值低于尤其是低于最佳厚度是)的结合，改善了根据本专利技术的薄层太阳能电池的性能参数。由发现的高场畴区是一个方向垂直于等距电流线的场结构。它们出现于一个材料的传导性陡降而非线性的过程。为了关于高场畴区的进一步讨论，所参考的文献是AnnalsofPhysics2015(Ann.Phys.(Berlin)527,No.5-6,378-395(2015))的专栏文章，在此并入一并参考。常见的薄层材料，例如铜铟硒CIS，α-硅和碲化镉CdTe，它们被用做吸收材料。硫化镉CdS层优选地形成一个结晶的单层。可选地，根据本专利技术，硫化镉CdS层可以具有多层结构，其中层叠结构中所有硫化镉CdS层的厚度之和为当硫化镉CdS层的层厚低于时，会增加层内转移缺陷的风险，如针孔。为了防止层内产生针孔并保持层的串联电阻尽可能小(硫化镉CdS层的厚度每增加开路电压就会降低0.05V)，铜掺杂硫化镉CdS层的厚度范围为特别是在本专利技术的优选实施例中，硫化镉CdS层的层厚范围为特别是特别优选为硫化镉CdS层的层厚显示了减少例如由无覆盖针孔引起短路电路与提升由于高场畴区的影响的电池的电气性能之间渐增的优化关系。在本专利技术的另一优选实施例中，硫化镉CdS层的掺杂比例范围为30-80ppm，优选为40-80ppm，特别为60ppm。掺杂是一个影响硫化镉层p-型或n-型性质的基本因素，掺杂的电池会表现最好的参数特性，特别是连同考虑硫化镉CdS层厚度。在一具体优选实施例中，掺杂物包含过渡金属族元素，特别是铜、银或金。最佳掺杂物是铜。当掺杂时，特别是铜掺杂时，最佳应在60ppm的范围内，以促进高场畴区和p-型发射器连接处的界面溶解。然而，根据本专利技术，硫化镉CdS层掺杂比例在30-100ppm的宽公差范围之间仍可工作。本专利技术的另一方面是一种生产根据本专利技术的p-型太阳能电池的方法。所述方法包括至少以下步骤，以所列出的顺序或相反的顺序。首先，提供p-型光敏半导体吸收层。然后，刻蚀吸收层的表面以减少结晶不均匀。接着，硫化镉层被更均匀地施加且具有更少的针孔。在将硫化镉层以层厚范围施加于吸收层上之后，用加热方法来进行重结晶步骤。可选地，在吸收层上刻蚀完后，施加含铜的硫化镉CdS层。另外，前电极和背电极都排布在层叠结构上。为此目的，根据其是否为基板或覆盖结构，从前电极开始，硫化镉层与其相连接，或者与面向吸收层的背电极相连接。为了防止薄的(铜)掺杂硫化镉层的缺陷，根据本专利技术，对发射器的背面层进行浅蚀，以使表面平滑，特别是减少针孔，因此使得施加的硫化镉层更加均匀。在一个优选实施例中，刻蚀是通过由盐酸和一种溶剂(特别是丙三醇)组成的刻蚀溶液进行的。重要的是，酸不能具有太高的浓度和侵蚀性，因为这样会使现有针孔增大并产生不期望的粗糙表面。硫化镉CdS层可以采用常用方法施敷，比如气相沉积法、喷雾法、电化学法、喷溅涂覆法等等，但是优选的是不会损坏发射器表面的方法，也就是，以与发射器的兼容性相适应的略高温度下的真空蒸发法。有利的，硫化镉CdS层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有层叠结构(10)的p‑型太阳能电池，其中所述层叠结构(10)包括：背电极(14)，置于所述背电极(14)上的p‑型半导体吸收层(11)，置于所述吸收层(11)上的结晶n‑型连接体层(12)，置于所述层叠结构(10)上与所述背电极(14)相对的另一侧的前电极(15)，其特征在于，所述n‑型层(12)包含掺杂物，且层厚范围为

【技术特征摘要】
2015.11.11 DE 102015119489.91.一种具有层叠结构(10)的p-型太阳能电池，其中所述层叠结构(10)包括：背电极(14)，置于所述背电极(14)上的p-型半导体吸收层(11)，置于所述吸收层(11)上的结晶n-型连接体层(12)，置于所述层叠结构(10)上与所述背电极(14)相对的另一侧的前电极(15)，其特征在于，所述n-型层(12)包含掺杂物，且层厚范围为2.如权利要求1所述的p-型太阳能电池，其特征在于，所述n-型层(12)选自硫族化合物的群组，特别是硫化镉。3.如权利要求1所述的p-型太阳能电池，其特征在于，所述n-型层(12)中掺杂物的掺杂比例范围为30-80ppm，优选为40-80ppm，特别是60ppm。4.如权利要求1所述的p-型太阳能电池，其特征在于，所述n-型层(12)中掺杂物的元素来自于过渡金属族的群组，特别是选自银、金或铜。5.一种如任一前述权利要求所述的p-型太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：提供p-型光敏半导体吸收层(11)；刻蚀所述吸收层(11)的表面，以减少结晶的不均匀性和针孔；在所述p-型吸收层(11)上施加厚度范围为的n-型层(12)；至少为所述n-型层(12)加热，以便重结晶所述n-型层(12)；以及在刻蚀后或施加n-型层(12)后，选择性地将不同于所述n-型层的含掺杂物的一层置在所述吸收层(11)上。6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述n-型层(12)是通过气相沉积法沉积在所述吸收层(11)上。7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，通过使用刻蚀溶液来完成刻蚀，所述刻蚀溶液包含盐酸和一种溶剂，特别是丙三醇。8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，加热温度至少是350℃，特别是350-500℃，优选是350-450℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·W·布尔，
申请(专利权)人：K·W·布尔，
类型：发明
国别省市：美国,US