太阳能电池及其制造方法技术

本发明专利技术涉及太阳能电池及其制造方法。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，所述光吸收层包括Se和S；以及在所述光吸收层上的缓冲层；所述光吸收层包括从所述光吸收层的邻近所述缓冲层的表面延伸的耗尽区，所述耗尽区具有在约0.10-约0.30范围内的平均S/(Se+S)摩尔比。

Solar cell and manufacturing method thereof

The invention relates to a solar cell and a manufacturing method thereof. The solar cell includes: a substrate; on the base of the back electrode layer; the back electrode layer of the light absorbing layer, wherein the light absorption layer includes Se and S; and in the light absorption layer on the buffer layer; the light absorption layer from the light absorption of the depletion region extension the surface layer adjacent to the buffer layer, the depletion region has an average of S/ in the range of about 0.30 to about 0.10- (Se+S) molar ratio.

【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。这些临时申请两者的全部内容通过参考引入本文中。另外，引入的本申请通过参考将与此同日提交的代理人案号为No.71589/S744的美国专利申请No.14/033,390的全部内容引入本文中。
本专利技术的一个或多个实施方式涉及太阳能电池、其制造方法。
技术介绍
近来，在关于现有能源例如石油或煤的耗尽的担忧中，存在对于替代能量的增加的关注。在替代能源中，通过使用半导体器件将太阳能直接转化为电能的太阳能电池作为下一代电池正引起注意。包括作为具有pn功能的二极管的基本单元的太阳能电池可取决于其中的光吸收层的材料进行分类。例如，在光吸收层中使用硅的太阳能电池可分类为结晶晶片型太阳能电池(单晶的或多晶的)、或薄膜型(非晶的或多晶的)太阳能电池。另外的代表性太阳能电池为例如包括基于铜-铟-硒化物(基于CuInSe2，CIS)或镉-碲(CdTe)的光吸收层的化合物(compound)薄膜型太阳能电池、III-V族太阳能电池、染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池。在这些太阳能电池中，包括基于CIS的光吸收层的太阳能电池具有约1.04eV的能带隙(Eg)、高的短路电流和低的开路电压，且因此具有低的效率。因此，存在许多对于用S部分地代替Se以在保持基于CIS的光吸收层与背电极层之间的粘附的同时提高太阳能电池的开路电压的研究。然而，过量S的添加可导致甚至由于低温热量的在太阳能电池的光吸收层表面周围的严重热降解，且因此仍然存在对于具有改善的对热降解的耐受性的太阳能电池及制造所述太阳能电池的方法的需求。
技术实现思路
本专利技术的实施方式的方面涉及具有拥有改善的对热降解的耐受性的光吸收层表面的太阳能电池和制造所述太阳能电池的方法。本专利技术的实施方式还涉及在保持光吸收层与背电极层之间的粘附的同时具有改善的开路电压、并且在所述光吸收层的表面处具有改善的对热降解的耐受性的太阳能电池。在一些实施方式中，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，所述光吸收层包括Se和S；和在所述光吸收层上的缓冲层。所述光吸收层包括从所述光吸收层的邻近所述缓冲层的表面延伸的耗尽(depletion)区，所述耗尽区具有在约0.10-约0.30范围内的平均S/(Se+S)摩尔比。所述耗尽区可具有在约0.10-约0.27范围内的平均S/(Se+S)摩尔比。在一些实施方式中，所述耗尽区可具有在约0.10-约0.25范围内的平均S/(Se+S)摩尔比。所述耗尽区中的S/(Se+S)摩尔比在所述光吸收层的邻近所述缓冲层的表面处是最大的且朝向所述光吸收层的邻近所述背电极层的表面减小。所述耗尽区可包括具有由式1表示的平均组成的材料：式1Cu(In1-xGax)(Se1-ySy)2其中x为0.01≤x≤0.25和y为0.10≤y≤0.30。所述耗尽区可具有400nm或更小的厚度。在一些实施方式中，所述耗尽区可具有300nm或更小的厚度。所述光吸收层可具有在约0.7μm-约2μm范围内的厚度。在一些实施方式中，制造太阳能电池的方法包括：在基底上形成背电极层；在所述背电极层上形成光吸收层，所述光吸收层包括Se和S；和在所述光吸收层上形成缓冲层；其中所述形成光吸收层包括形成金属前体层、在H2Se气氛中在约400℃-约480℃范围内的温度下热处理所述金属前体层以使所述金属前体层硒化，和在H2S气氛中在约500℃-约600℃范围内的温度下热处理经硒化的金属前体层约30分钟-约60分钟以使所述经硒化的金属前体层硫化。在H2S气氛中热处理经硒化的金属前体层可形成耗尽区，所述耗尽区具有在约0.10-约0.30范围内的平均S/(Se+S)摩尔比。所述耗尽区可从所述光吸收层的邻近所述缓冲层的表面延伸，和所述耗尽区可具有400nm或更小的厚度。所述耗尽区中的平均S/(Se+S)摩尔比可在约0.10-约0.25的范围内。所述耗尽区包括具有由式1表示的平均组成的材料：式1Cu(In1-xGax)(Se1-ySy)2其中x为0.01≤x≤0.25和y为0.10≤y≤0.30。随着与朝向所述背电极层的所述光吸收层的表面距离增大，所述耗尽区中的S/(Se+S)摩尔比可减小。所述形成金属前体层包括溅射、共蒸发、电沉积、或金属有机化学气相沉积。所述形成金属前体层可包括溅射铜、铟和镓。在一个实施方式中，包括所述光吸收层的太阳能电池在保持所述光吸收层与背电极层之间的粘附的同时具有改善的开路电压，并具有改善的对热降解的耐受性。附图说明图1为根据本专利技术的实施方式的太阳能电池的示意图。图2为实施例1的太阳能电池中的光吸收层的耗尽区的拉曼光谱，所述耗尽区从所述光吸收层的表面延伸至300nm的深度。图3为通过二次离子质谱法(SIMS)获得的实施例1的太阳能电池中的光吸收层的耗尽区中的CIGS的深度分布图，所述耗尽区从所述光吸收层的表面延伸至300nm的深度。图4为在将实施例1-3和对比例1-6的各太阳能电池在160℃烘箱中放置约15分钟之后对于所述太阳能电池中的S/(Se+S)摩尔比的热降解测试的结果的图。图5说明通过导纳谱法获得的实施例1的太阳能电池在160℃烘箱中放置约15分钟之前和之后的阿仑尼乌斯图。图6说明通过导纳谱法获得的对比例3的太阳能电池在160℃烘箱中放置约15分钟之前和之后的阿仑尼乌斯图。附图标记说明100：基底200：背电极层300：光吸收层400：缓冲层500：透射电极层600：太阳能电池具体实施方式现在将参照其中示出了太阳能电池及其制造方法的实施方式的附图更全面地描述本专利技术。然而，本专利技术可以许多不同的形式体现且不应被解释为限于本文中阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开内容是彻底和完整的，和将向本领域技术人员充分地传达本专利技术的构思。在附图中，为了清楚，可放大、省略或示意性地说明要素。还将理解，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。图1为根据本专利技术的实施方式的太阳能电池600的示意图。参照图1，太阳能电池600包括设置在基底100上本文档来自技高网...

【技术保护点】
太阳能电池，包括：基底；在所述基底上的背电极层；在所述背电极层上的光吸收层，所述光吸收层包括Se和S；和在所述光吸收层上的缓冲层；和其中所述光吸收层包括从所述光吸收层的邻近所述缓冲层的表面延伸的耗尽区，所述耗尽区具有在0.10‑0.30范围内的平均S/(Se+S)摩尔比。

【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；
在所述基底上的背电极层；
在所述背电极层上的光吸收层，所述光吸收层包括Se和S；和
在所述光吸收层上的缓冲层；和
其中所述光吸收层包括从所述光吸收层的邻近所述缓冲层的表面延伸
的耗尽区，所述耗尽区具有在0.10-0.30范围内的平均S/(Se+S)摩尔比。
2.权利要求1的太阳能电池，其中所述耗尽区具有在0.10-0.27范围内
的平均S/(Se+S)摩尔比。
3.权利要求1的太阳能电池，其中所述耗尽区具有在0.10-0.25范围内
的平均S/(Se+S)摩尔比。
4.权利要求1的太阳能电池，其中所述耗尽区中的S/(Se+S)摩尔比在所
述光吸收层的邻近所述缓冲层的表面处是最大的且朝向所述光吸收层的邻
近于所述背电极层的表面减小。
5.权利要求1的太阳能电池，其中所述耗尽区包括具有由式1表示的平
均组成的材料：
式1
Cu(In1-xGax)(Se1-ySy)2其中x为0.01≤x≤0.25和y为0.10≤y≤0.30。
6.权利要求1的太阳能电池，其中所述耗尽区具有400nm或更小的厚
度。
7.权利要求1的太阳能电池，其中所述耗尽区具有300nm或更小的厚
度的。
8.权利要求1的太阳能电池，其中所述光吸收层具有在0.7μm-2μm范
围内的厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：许光秀，李东浩，申在镐，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR