太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及太阳能电池及其制造方法。所述太阳能电池包括基底、在所述基底上的背电极层、在所述背电极层上的光吸收层、在所述光吸收层上的缓冲层、在所述缓冲层上的透明电极层和在所述透明电极上的抗反射层。所述光吸收层拥有具有渐变带隙能量分布的第一区域、具有渐变带隙能量分布的第二区域、以及在所述第一区域和所述第二区域之间的具有基本上平坦的带隙能量分布的第三区域。这样的带隙能量分布容许价带向导带的容易激发，同时还防止电子和空穴在所述光吸收层中结合，由此提高所述太阳能电池的效率。

Solar cell and preparation method thereof

The invention relates to a solar cell and a manufacturing method thereof. The solar cell comprises a substrate, on the substrate of the back electrode layer and the back electrode layer of the light absorbing layer, wherein the light absorption layer and buffer layer on the transparent electrode layer on the buffer layer and the anti reflection layer on the transparent electrode. The light absorption layer has a first region, the energy distribution of the band gap with a graded bandgap energy distribution of the second regions, and between the first region and the second region has a basically flat band gap energy distribution in third areas. Such bandgap energy distribution allows for easy excitation of valence band guides, while also preventing electrons and holes from combining in the light absorption layer, thereby improving the efficiency of the solar cell.

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求2012年11月23日提交的美国临时申请No.61/729,513和2013年1月10日提交的美国临时申请No.61/751,219的优先权和权益。将这些临时申请两者的全部内容都通过参考引入本文。另外，本申请通过参考将与此同日提交的代理人案号为No.72190/S744的美国专利申请No.14/033,390的全部内容引入本文。
本专利技术涉及太阳能电池，和更具体地，涉及背电极太阳能电池。
技术介绍
近来，能量资源的枯竭和关于地球环境的问题使清洁能源的发展加快。在各种类型的清洁能源之中，(使用太阳能电池的)太阳能发电将太阳光直接转化为电，且因此作为新能源正聚焦在太阳能发电上。然而，与热力发电相比，使用目前的工业太阳能电池的发电成本仍是相对高的。为了太阳能电池的广泛应用，必须改善太阳能电池的发电效率。
技术实现思路
本公开内容的实施方式的方面涉及具有改善的发电效率的太阳能电池及其制造方法。在实施方式中，提供太阳能电池。所述太阳能电池包括基底、在所述基底上的第一电极层、在所述第一电极层上的光吸收层和在所述光吸收层上的缓冲层。所述光吸收层包括具有渐变带隙能量分布(profile)的第一区域、具有渐变带隙能量分布的第二区域、以及在所述第一区域和所述第二区域之间的具有基本上平坦的带隙能量分布的第三区域。在一个实施方式中，所述太阳能电池进一步包括在所述缓冲层上的第二>电极层。在一个实施方式中，所述第二电极层为透明电极。在一个实施方式中，所述太阳能电池进一步包括在所述第二电极层上的抗反射层。在一个实施方式中，所述第一区域的渐变带隙能量分布朝向所述第一电极层和所述光吸收层之间的界面升高。在一个实施方式中，所述第二区域的渐变带隙能量分布朝向所述光吸收层和所述缓冲层之间的界面升高。在一个实施方式中，所述第一区域的渐变带隙能量分布和所述第二区域的渐变带隙能量分布在所述渐变带隙能量分布的各自的最低点与所述第三区域的基本上平坦的带隙能量分布汇合。在一个实施方式中，平均起来，所述第三区域的基本上平坦的带隙能量分布低于所述第一区域的渐变带隙能量分布和所述第二区域的渐变带隙能量分布。在一个实施方式中，所述第三区域中的基本上平坦的带隙能量分布的最高带隙能量和最低带隙能量之间的差小于或等于0.2eV。在一个实施方式中，所述光吸收层包括IIIA族原子和VIA族原子的至少一种。在一个实施方式中，所述IIIA族原子包括Ga和In的至少一种，和所述VIA族原子包括S和Se的至少一种。在一个实施方式中，所述光吸收层的带隙能量根据所述IIIA族原子和所述VIA族原子的至少一种在所述光吸收层中的浓度分布状态而改变。在一个实施方式中，所述VIA族原子的浓度在所述光吸收层中的所述第一区域和第二区域中比在所述第三区域中高。在一个实施方式中，贯穿所述光吸收层，所述IIIA族原子的浓度改变小于10%。在一个实施方式中，所述光吸收层包括化学式Cu(InxGa1-x)(SeyS1-y)2的化合物。在另一实施方式中，提供制备太阳能电池的方法。所述方法包括在基底上形成第一电极、在所述第一电极上形成光吸收层、和在所述光吸收层上形成缓冲层。所述形成光吸收层包括：在所述第一电极上形成前体层，所述前体层包括Cu、Ga和In；用含Se气体对所述前体层进行第一热处理以形成Cu(InxGa1-x)Se2层；和用含S气体对所述Cu(InxGa1-x)Se2层进行第二热处理以形成Cu(InxGa1-x)(SeyS1-y)2层，从而提供所述光吸收层。在一个实施方式中，所述方法进一步包括在所述缓冲层上形成第二电极层。在一个实施方式中，所述方法进一步包括在所述第二电极层上形成抗反射层。在一个实施方式中，所述形成前体层包括在所述第一电极层上形成Cu-Ga-In层。在一个实施方式中，所述形成前体层包括在所述第一电极层上形成Cu-Ga层和然后在所述Cu-Ga层上形成In层。在一个实施方式中，所述形成前体层包括使用Cu-Ga-In合金作为靶材料进行溅射。在一个实施方式中，所述形成前体层包括使用Cu-Ga合金作为靶材料进行溅射和使用基于In的材料作为靶材料进行溅射。在一个实施方式中，所述第一热处理在约300℃-约500℃的温度下进行约5分钟-约40分钟的时间。在一个实施方式中，所述第二热处理在约500℃-约700℃的温度下进行约10分钟-约100分钟的时间。附图说明附图与说明书一起说明本专利技术的示例性实施方式，且与描述一起用于解释本专利技术的原理。图1为根据本专利技术的实施方式的太阳能电池的示意性截面图。图2为显示图1的太阳能电池中的根据本专利技术的实施方式的光吸收层中的带隙能量分布状态(带隙能量分布)的图。图3显示根据具有图2的带隙能量分布状态(带隙能量分布)的光吸收层的深度的对于两个实例(A'和B')的Ga原子的浓度区间分布。图4显示根据具有图2的带隙能量分布状态的光吸收层的深度的S原子的浓度区间分布。图5显示根据对于两个实例(A'和B')的Ga浓度的变化的带隙能量分布。图6为显示根据本专利技术的实施方式的太阳能电池在阳光中的开路电压乘以短路电流的图。图7至13为显示根据本专利技术的实施方式的制造太阳能电池的方法的示意性截面图。具体实施方式现在将参照其中示出本专利技术的示例性实施方式的附图更充分地描述本专利技术。然而，本专利技术可以许多不同的形式体现且不应解释为限于本文中阐明的实施方式；相反地，提供这些实施方式作为实例。本文中使用的术语仅为了描述具体实施方式的目的且不意图为本专利技术的限制。如本文中使用的单数形式“一个(种)(a，an)”和“该(所述)(the)”也意图包括复数形式，除非上下文清楚地另外说明。将进一步理解，术语“包括”和/或“包含”当用在本说明书中时说明存在所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组分，但不排除存在另外的一种或多种其它特征、整体、步骤、操作、元件、组分和/或其集合。将理解，尽管术语第一和第二在本文中用来描述各种元件，但这些元件不应被这些术语限制。相同的附图标记始终是指相同的元件。在附图中，为了清楚，放大层和区域的厚度。将理解，当一个层被称为“在”另外的层或基底“上”时，其可直接在所述另外的层或基底上，或者还可存在中间层。然而，当一个层被称为“直接在”本文档来自技高网...

【技术保护点】
太阳能电池，包括：基底；在所述基底上的第一电极层；在所述第一电极层上的光吸收层；和在所述光吸收层上的缓冲层，其中所述光吸收层包括：具有渐变带隙能量分布的第一区域，具有渐变带隙能量分布的第二区域，和在所述第一区域和所述第二区域之间的具有基本上平坦的带隙能量分布的第三区域。

【技术特征摘要】
2012.11.23 US 61/729,513;2013.01.10 US 61/751,219;1.太阳能电池，包括：
基底；
在所述基底上的第一电极层；
在所述第一电极层上的光吸收层；和
在所述光吸收层上的缓冲层，
其中所述光吸收层包括：
具有渐变带隙能量分布的第一区域，
具有渐变带隙能量分布的第二区域，和
在所述第一区域和所述第二区域之间的具有基本上平坦的带隙能量分
布的第三区域。
2.权利要求1的太阳能电池，进一步包括在所述缓冲层上的第二电极
层，其中所述第二电极层为透明电极。
3.权利要求2的太阳能电池，进一步包括在所述第二电极层上的抗反射
层。
4.权利要求1的太阳能电池，其中所述第一区域的渐变带隙能量分布朝
向所述第一电极层和所述光吸收层之间的界面升高。
5.权利要求1的太阳能电池，其中所述第二区域的渐变带隙能量分布朝
向所述光吸收层和所述缓冲层之间的界面升高。
6.权利要求1的太阳能电池，其中所述第一区域的渐变带隙能量分布和
所述第二区域的渐变带隙能量分布在所述渐变带隙能量分布各自的最低点
与所述第三区域的基本上平坦的带隙能量分布汇合。
7.权利要求1的太阳能电池，其中平均起来，所述第三区域的基本上平
坦的带隙能量分布低于所述第一区域的渐变带隙能量分布和所述第二区域
的渐变带隙能量分布。
8.权利要求1的太阳能电池，其中所述第三区域中的所述基本上平坦的
带隙能量分布的最高带隙能量和最低带隙能量之间的差小于或等于0.2eV。
9.权利要求1的太阳能电池，其中所述光吸收层包括IIIA族原子和VIA
族原子的至少一种。
10.权利要求9的太阳能电池，其中所述IIIA族原子包括Ga和In的至

\t少一种，和其中所述VIA族原子包括S和Se的至少一种。
11.权利要求9的太阳能电池，其中所述光吸收层的带隙能量根据所述
IIIA族原子和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：金贤钟，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR