太阳能电池及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种用于改进太阳能电池的光电转换效率的太阳能电池的结构及其制造方法。根据本发明专利技术的太阳能电池的一个方面涉及一种太阳能电池，该太阳能电池具有形成在彼此面对设置的两个电极之间的光吸收层，其中，在所述电极与所述光吸收层之间形成有电极化层，该电极化层包括形成内建电场的电极化材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】太阳能电池及其制造方法
本专利技术涉及太阳能电池及其制造方法，并且更具体地说，涉及太阳能电池的结构及其制造方法，其中，通过与晶体硅太阳能电池和诸如Cu(In,Ga)Se2(CIGS)太阳能电池和染料敏化太阳能电池这样的薄膜太阳能电池中的光吸收层相邻地设置因自发极化特性和/或剩余极化特性而形成内建电场的电极化层来改进该太阳能电池的光电转换效率。
技术介绍
与当前具有最大市场份额的晶体硅(Si)太阳能电池的技术相比，薄膜太阳能电池技术是一种高级太阳能电池技术，其中，薄膜太阳能电池具有比晶体Si太阳能电池更高的效率，并且可以按更低成本制造。已经开发出不同类型的薄膜太阳能电池，并且其典型示例是Cu(In,Ga)Se2(CIGS)太阳能电池。CIGS太阳能电池指一种由普通玻璃基板-背电极-光吸收层-缓冲层-前透明电极组成的电池，其中，吸收太阳光的光吸收层由CIGS或CuIn(S,Se)2(CIS)形成。因为在CIGS或CIS当中，更广泛使用CIGS，所以下面对CIGS太阳能电池进行描述。作为I-III-VI族黄铜矿基化合物半导体，因为CIGS具有直接跃迁型能带隙和大约1×105cm-1的光吸收系数(其是半导体当中的最高者之一)，所以CIGS是能够甚至以1μm至2μm厚的薄膜来制造高效太阳能电池的材料。因为CIGS太阳能电池即使在户外也具有长期的优异电光稳定性和优异的耐辐射，所以CIGS太阳能电池适于宇宙飞船太阳能电池。一般来说，将玻璃用作CIGS太阳能电池的基板，但除了玻璃基板以外，CIGS太阳能电池还可以通过在聚合物(例如，聚酰亚胺)或金属薄膜(例如，不锈钢、钛(Ti))基板上沉积而采用柔性太阳能电池形式来制造。具体来说，作为低成本的高效薄膜太阳能电池，随着近期在薄膜太阳能电池当中实现了19.5％的最高能量转换效率，CIGS太阳能电池已经被获知为可以替代晶体硅太阳能电池的具有极高商业化潜力的太阳能电池。CIGS可以通过利用其它金属离子或阴离子替代诸如铜(Cu)、铟(In)以及镓(Ga)这样的阳离子和诸如硒(Se)这样的阴离子来使用，并且这些材料可以被统称为CIGS基化合物半导体。CIGS的代表化合物是Cu(In,Ga)Se2，并且CIGS基化合物半导体是这样的材料，即，其能带隙和晶格常数可以通过改变构成阳离子(例如，Cu、银(Ag)、In、Ga、铝(Al)、锌(Zn)、锗(Ge)、锡(Sn)等)和阴离子(例如，Se和硫(S))的类型和成分来调节。由此，还可以使用由包括CIGS材料的类似化合物半导体材料形成的光吸收层。该光吸收层可以包括具有M1、M2、X及其组合的化合物，其中，M1是Cu、Ag或其组合，M2是In、Ga、Al、Zn、Ge、Sn或其组合，而X是Se、S或其组合)。近来，例如，诸如Cu2ZnSnS4(CZTS)或Cu2SnxGeyS3(CTGS)这样的材料也可以被用作低成本化合物半导体材料(其中，x和y是任意质数)。即使在典型薄膜太阳能电池中，也已经开发出用于通过与压电器件组合来进一步增加效率的技术。例如，下面等人的专利文献1提出了一种改进混和太阳能纳米发电机的效率的方法，其中，通过在染料敏化太阳能电池的电极上串联或并联安装利用ZnO纳米线的压电纳米发电机，来收集通过机械振动而生成的电荷，以贡献于利用光电流的发电。然而，因为在下面专利文献1中公开的技术另外需要能量和设备来产生机械振动，所以会降低经济效益。而且，在下面的专利文献2中，公开了一种能够通过电场增强效应来改进光转换效率的太阳能电池技术，其中，该技术用于通过在薄膜太阳能电池的电极上安装包括采用具有场发射效应的纳米棒、纳米线或纳米管形式的纳米结构的场发射层，有效传递因光而从光敏层产生的电子和空穴来改进太阳能电池的光电转换效率。然而，作为应用至不同的实际薄膜太阳能电池的结果，效率改进效果可能不显著，而且用于制造纳米结构的加工成本可能增加。由此，与专利文献1中公开的技术类似，可以缩减经济效益。[专利文献]1、美国专利US7705523(2010.4.27)2、韩国专利申请特开公报第2011-0087226号(2011.8.2)
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是，提供一种能够进一步改进典型薄膜太阳能电池或常规太阳能电池的光电转换效率的太阳能电池及其制造方法。本专利技术的目的是，还提供一种特别不同于混和压电发电型太阳能电池或利用场发射层电极的太阳能电池的、能够在没有或很少附加加工成本的情况下改进光电转换效率的太阳能电池及其制造方法。本专利技术的目的是，还提供一种能够通过缩减因光吸收而在p-n结半导体中产生的电子和空穴的复合来增加效率，并且同时通过与光吸收层相邻地设置具有自发极化特性或剩余极化特性的电极化材料而经由形成的内建电场来改进电极的收集效率的太阳能电池及其制造方法。技术解决方案根据本专利技术一实施方式，提供了一种太阳能电池，该太阳能电池具有形成在彼此面对设置的两个电极之间的光吸收层，其中，在所述电极与所述光吸收层之间形成有电极化层，该电极化层包括形成内建电场的电极化材料。根据本专利技术另一实施方式，提供了一种化合物半导体太阳能电池，该化合物半导体太阳能电池具有形成在彼此面对设置的两个电极之间的光吸收层并且具有形成在所述光吸收层的一个表面上的缓冲层，其中，所述缓冲层包括形成内建电场的电极化材料。根据本专利技术另一实施方式，提供了一种太阳能电池，该太阳能电池具有形成在彼此面对设置的两个电极之间的光吸收层，其中，所述光吸收层包括形成内建电场的电极化材料。根据本专利技术另一实施方式，提供了一种太阳能电池，该太阳能电池具有形成在彼此面对设置的两个电极之间的光吸收层，其中，将一电极化层串联连接至所述太阳能电池的至少一个电极，该电极化层包括形成内建电场的电极化材料。所述电极化材料可以具有自发极化特性。所述电极化材料可以具有剩余极化特性。所述电极化材料可以是铁电体或包括该铁电体的复合材料。所述电极化材料可以是反铁电体或包括该反铁电体的复合材料。所述电极化材料可以具有钙钛矿晶体结构。两个或更多个电极化层可以与所述两个电极相邻地形成。所述电极化材料可以具有隧道效应电介质或电容器的特性。所述电极化材料可以包括具有2.54eV或以下的带隙能的材料。所述电极化层可以具有10nm至100nm的厚度。该光吸收层可以包括具有M1、M2、X及其组合的化合物，(其中，M1是铜(Cu)、银(Ag)或其组合，M2是铟(In)、镓(Ga)、铝(Al)、锌(Zn)、锗(Ge)、锡(Sn)或其组合，并且X是硒(Se)、硫(S)或其组合。所述铁电体可以包括从由BaTiO3(BTO)、PbZrTiO3(PZT)、SrTiO3、CaTiO3、CuTiO3、KTaO3、KNbO3、NaNbO3、LiNbO3、ZrHfO2、BiFeO3以及电气石所构成的组中选择的至少一种。所述反铁电体可以包括从由ZrPbO3、NH4H2PO4、(NH4)2H3IO6以及Cu(HCOO)2·4H2O所构成的组中选择的至少一种。具有钙钛矿晶体结构的所述材料可以包括从由CCTO(CaCu3Ti4O12)、(Mg,Fe)SiO3，以及CaSiO3所构成的组中选择的至少一种。所述光吸收层可以包括p型半导体、n型半导体以及i型(本征)半导体中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能电池，该太阳能电池具有形成在彼此面对设置的两个电极之间的光吸收层，其中，在所述电极与所述光吸收层之间形成有电极化层，该电极化层包括形成内建电场的电极化材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.06.17 KR 10-2013-0068897;2014.03.17 KR 10-2011.一种太阳能电池，该太阳能电池具有形成在彼此面对设置的两个电极之间的光吸收层，其中，在所述电极与所述光吸收层之间形成有电极化层，该电极化层包括形成内建电场的电极化材料，其中，所述光吸收层包括具有M1、M2、X及其组合的化合物，其中，M1是铜(Cu)、银(Ag)或其组合，M2是铟(In)、镓(Ga)、铝(Al)、锌(Zn)、锗(Ge)、锡(Sn)或其组合，并且X是硒(Se)、硫(S)或其组合，其中，所述电极化材料是包括钛(Ti)的化合物或包括钛(Ti)和铜(Cu)的化合物。2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，两个或更多个电极化层与所述两个电极相邻地形成。3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述电极化材料是铁电体或包括所述铁电体的复合材料，所述铁电体包括从由BaTiO3(BTO)、PbZrTiO3(PZT)、SrTiO3、CaTiO3以及CuTiO3的组中选择的至少一种。4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，具有钙钛矿晶体结构的所述电极化材料包括CCTO(CaCu3Ti4O12)。5.一种化合物半导体太阳能电池，该化合物半导体太阳能电池具有形成在彼此面对设置的两个电极之间的光吸收层，并且具有形成在所述光吸收层的一个表面上的缓冲层，其中，所述缓冲层包括形成内建电场的电极化材料，其中，所述光吸收层包括具有M1、M2、X及其组合的化合物，其中，M1是铜(Cu)、银(Ag)或其组合，M2是铟(In)、镓(Ga)、铝(Al)、锌(Zn)、锗(Ge)、锡(Sn)或其组合，并且X是硒(Se)、硫(S)或其组合，其中，所述电极化材料是包括钛(Ti)的化合物或包括钛(Ti)和铜(Cu)的化合物。6.一种太阳能电池，该太阳能电池具有形成在彼此面对设置的两个电极之间的光吸收层，其中，所述光吸收层包括形成内建电场的电极化材料，其中，所述光吸收层包括具有M1、M2、X及其组合的化合物，其中，M1是铜(Cu)、银(Ag)或其组合，M2是铟(In)、镓(Ga)、铝(Al)、锌(Zn)、锗(Ge)、锡(Sn)或其组合，并且X是硒(Se)、硫(S)或其组合，其中，所述电极化材料是包括钛(Ti)的化合物或包括钛(Ti)和铜(Cu)的化合物。7.一种太阳能电池，该太阳能电池具有形成在彼此面对设置的两个电极之间的光吸收层，其中，将电极化层串联连接至所述太阳能电池的至少一个电极，所述电极化层包括形成内建电场的电极化材料，其中，所述光吸收层包括具有M1、M2、X及其组合的化合物，其中，M1是铜(Cu)、银(Ag)或其组合，M2是铟(In)、镓(Ga)、铝(Al)、锌(Zn)、锗(Ge)、锡(Sn)或其组合，并且X是硒(Se)、硫(S)或其组合，其中，所述电极化材料是包括钛(Ti)的化合物或包括钛(Ti)和铜(Cu)的化合物。8.根据权利要求1、5至7中的任一项所述的太阳能电池，其中，所述电极化材料具有自发极化特性。9.根据权利要求1、5至7中的任一项所述的太阳能电池，其中，所述电极化材料具有剩余极化特性。10.根据权利要求1、5至7中的任一项所述的太阳能电池，其中，所述电极化材料具有隧道效应电介质或电容器的特性。11.根据权利要求1、5至7中的任一项所述的太阳能电池，其中，所述电极化材料包括具有2.54eV或以下的带隙能的材料。12.根据权利要求1、5至7中的任一项所述的太阳能电池，其中，所述电极化层具有10nm至100nm的厚度。13...

【专利技术属性】
技术研发人员：田永权，
申请(专利权)人：田永权，
类型：发明
国别省市：韩国;KR