太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种Cu化合物太阳能电池结构体及其制备方法，所述太阳能电池结构体能够改善太阳能电池的光电转换效率。本发明专利技术的太阳能电池包括：位于彼此面对的两个电极之间的包含Cu化合物或Cd化合物的光吸收层；在所述两个电极和所述光吸收层之间的任一侧或两侧形成且包含要提供给所述Cu化合物或Cd化合物的杂质元素的杂质材料层；和通过在所述光吸收层上扩散的所述杂质元素而在所述光吸收层的一部分上形成的掺杂层。另外，本发明专利技术的太阳能电池具有经杂质掺杂形成的诸如p‑n结等内部电场层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及一种太阳能电池及其制备方法，更具体而言，涉及下述的太阳能电池结构体及其制备方法，其中，通过在Cu化合物或Cd化合物太阳能电池中形成包含Ti或Si杂质的杂质掺杂层来形成诸如p-n结等内部电场来改善太阳能电池的光电转换效率，所述Cu化合物或Cd化合物太阳能电池包括非晶、多晶或单晶太阳能电池。
技术介绍
硅太阳能电池是包括单晶太阳能电池和多晶太阳能电池在内的晶体太阳能电池，并且目前具有最大的市场份额。正在开发用于低成本且高效率地制备硅太阳能电池的技术。在过去的20年中，世界上最高效的硅太阳能电池曾经是使用由澳大利亚新南威尔士大学开发的PERL(无源发射器背部局部扩散)结构的具有25％效率的电池。然而，在2014年4月举行的IEEE光伏专家会议上，松下公司宣布通过采用新结构实现了25.6％的太阳能电池效率。在该太阳能电池中，用于阻挡进入太阳能电池的部分太阳光的前触点改变，使得正触点和负触点都位于太阳能电池的背表面上。另外，在晶体硅晶片上形成了高品质的非晶硅膜，以防止损伤晶片表面，从而使载流子在前表面和背表面上发生的重组最小化，由此实现了超越25％效率屏壁的25.6％的效率。然而，与这种新效率记录相关的所有设计都具有使用高品质硅晶体的缺点，这使得其难以获得经济效益。另一方面，与晶体硅太阳能电池相比，薄膜太阳能电池技术是下一代太阳能电池技术。薄膜太阳能电池是与晶体硅太阳能电池相比具有更高效率并且可以以更低成本制备的太阳能电池。正在开发许多不同类型的薄膜太阳能电池，并且其代表性实例是CIGS(Cu(In,Ga)Se2)太阳能电池。CIGS太阳能电池是由普通玻璃基板-背电极-光吸收层-缓冲层-透明前电极等构成的电池。在这些部件中，吸收太阳光的光吸收层由CIGS或CIS(CuIn(S,Se)2)构成。CIGS可以通过分别将作为阳离子的Cu、In和Ga，和作为阴离子的Se替换为不同金属离子或阴离子来使用，其各种可以被称为CIGS类化合物半导体。其代表性实例是Cu(In,Ga)Se2，并且此种CIGS类化合物半导体是能够通过改变构成CIGS类化合物半导体的阳离子(例如Cu、Ag、In、Ga、Al、Zn、Ge和Sn等)和阴离子(例如Se和S)的类型和组成来控制能带隙以及晶格常数的材料。例如，近来，使用诸如Cu2ZnSnS4(CZTS)或Cu2SnxGeyS3(CTGS)(其中，x和y是任意正数)等材料作为低成本化合物半导体材料。然而，这种含有Cu的重组材料化合物半导体具有多组分结构，因此存在难以具有均匀性和再现性的缺点，因为难以通过控制每种组分材料来优化组成。另外，常见的结构体在通过减少载流子重组等而改善效率方面有限制。
技术实现思路
技术问题本专利技术的一个目的是提供一种太阳能电池结构体及其制备方法，所述太阳能电池结构体能够通过以下因素改善光电转换效率：在Cu化合物或Cd化合物半导体中经掺杂作为供体的Ti或Si杂质形成诸如p-n结等内部电场层，以便减少通过光吸收在半导体中产生的电子和空穴的重组，同时提高电极的收集效率。另外，本专利技术的另一目的是提供一种Cu化合物或Cd化合物半导体太阳能电池及其制备方法，所述Cu化合物或Cd化合物半导体太阳能电池采用由杂质掺杂形成的内部电场作为防止重组的手段。特别地，本专利技术的另一目的是提供一种太阳能电池，其通过采用具有二元组成的Cu化合物或Cd化合物半导体作为光吸收层而能够改善均匀性和再现性。技术方案本专利技术解决上述技术问题的第一方面提供了一种太阳能电池，其包括：在彼此面对的两个电极之间形成且由Cu化合物或Cd化合物构成的光吸收层，在所述两个电极和所述光吸收层之间的任一侧或两侧形成且包含要提供给所述Cu化合物或Cd化合物的杂质元素的杂质材料层，以及通过扩散入所述光吸收层的所述杂质元素而在所述光吸收层的一部分上形成的掺杂层。本专利技术解决上述技术问题的第二方面提供了一种用于制备太阳能电池的方法，其包括：在基材上形成第一电极；在所述第一电极上形成光吸收层；以及在所述光吸收层上形成第二电极，其中，所述方法还包括：在所述光吸收层邻近所述第一电极或所述第二电极的任一侧或两侧处形成包含杂质元素的杂质材料层，并且通过使所述杂质元素扩散进入光吸收层的一部分来形成掺杂层。有益效果本专利技术的太阳能电池能够通过减少半导体光吸收层中产生的电子和空穴的重组而改善效率，同时通过设置能够杂质掺杂以便邻近光吸收层的材料层并通过杂质掺杂形成诸如p-n结等内部电场而改善电极收集效率。另外，本专利技术的太阳能电池通过将常规的重组防止层替换为设置杂质材料层来邻近如电池的电极等导电材料，而能够简化工艺。另外，根据本专利技术的制备太阳能电池的方法，杂质材料层可通过采用如反应性离子溅射或电子束蒸发等真空沉积方法或通过诸如电镀、油墨印刷和喷雾热解等非真空法形成。此外，根据本专利技术的制备太阳能电池的方法，将包含Cu或Cd的二元化合物半导体应用为光吸收层，从而可以进一步简化光吸收层以方便物理性能的控制且保持稳定。因此，太阳能电池的效率预计可保持更长的时间。附图说明图1是示出了本专利技术一个实施方式的包含杂质材料层的Cu化合物半导体太阳能电池的截面结构的示意图。图2是示出了在本专利技术一个实施方式的包含杂质材料层的Cu化合物太阳能电池中，随光照射状态下反向偏压的施加，光电转换电流(即短路电流)变化的测量结果的曲线图。图3示出了在本专利技术一个实施方式的包含杂质材料层的Cu化合物太阳能电池中，在光照射状态下测量电流-电压特性的情况(A)。图4示出了在本专利技术一个实施方式的包含杂质材料层的Cu化合物太阳能电池中，通过施加负电压(-5V)而极化后测量电流-电压特性的情况(B)。具体实施方式在下文中，将参照附图描述本专利技术的实施方式的配置和操作。在描述本专利技术时，当相关的已知功能和配置的具体描述可能不必要地使本专利技术的要点变得模糊时，将省略其详细描述。而且，当某个部分提到“包括”某个元素时，应该理解的是，除非另有特别说明，否则其可以进一步包括其他元素，而不排除其他元素。本专利技术的特征在于提供一种太阳能电池，其包括：在彼此面对的两个电极之间形成且由Cu化合物或Cd化合物构成的光吸收层，在所述两个电极和所述光吸收层之间的任一侧或两侧形成且包含要提供给所述Cu化合物或Cd化合物的杂质元素的杂质材料层，以及通过扩散入所述光吸收层的所述供体元素而在所述光吸收层的一部分上形成的掺杂层。可以通过掺杂层在Cu化合物或Cd化合物中形成p-n结或内部电场层。光吸收层材料可以包括例如包含Cu且能带隙为1.0至2.1eV的二元化合物作为p型半导体，诸如CuO、Cu2O、CuS和Cu2S。可优选使用CuxOy和CuxSy(x和y是任意正数)。另外，还可以优选使用CdxTey(其中，x和y是任意正数)。杂质材料层可以包括属于第IV族或包含具有四个价电子或氧化数为+4的元素的材料，并且可以优选由包含Ti和Si中的任何一种或多种的金属氧化物构成。另外，当在光照射状态下施加电压时，太阳能电池可表现出电流的波动。相对于5％以内的电压变化，电流的波动可以是20％以上的电流变化。另外，通过增强内部电场的极化，电流的波动可以减小到相对于10％以内的电压变化为10％以内的电流变化。也就是说，根据本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能电池，其包括：位于彼此面对的两个电极之间的由Cu化合物或Cd化合物构成的光吸收层；在所述两个电极和所述光吸收层之间的任一侧或两侧形成且包含要提供给所述Cu化合物或Cd化合物的杂质元素的杂质材料层；和通过扩散入所述光吸收层的所述杂质元素而在所述光吸收层的一部分上形成的掺杂层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.18 KR 10-2016-00191911.一种太阳能电池，其包括：位于彼此面对的两个电极之间的由Cu化合物或Cd化合物构成的光吸收层；在所述两个电极和所述光吸收层之间的任一侧或两侧形成且包含要提供给所述Cu化合物或Cd化合物的杂质元素的杂质材料层；和通过扩散入所述光吸收层的所述杂质元素而在所述光吸收层的一部分上形成的掺杂层。2.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，在所述Cu化合物或Cd化合物中通过所述掺杂层形成p-n结或内部电场层。3.如权利要求1或2所述的太阳能电池，其中，所述Cu化合物或Cd化合物具有二元组成。4.如权利要求3所述的太阳能电池，其中，所述Cu化合物是CuxOy(其中，x和y为任意正数)或CuxSy(其中，x和y为任意正数)，且所述Cd化合物是CdxTey(其中，x和y为任意正数)。5.如权利要求1或2所述的太阳能电池，其中，所述杂质材料层由包含Ti和Si中的任一种或多种的金属氧化物构成。6.如权利要求1或2所述的太阳能电池，随着在光照射状态下施加电压，其表现出电流的波动。7.如权利要求6所述的太阳能电池，其中，相对于5％以内的电压变化，所述电流的波动为20％以上的电流变化。8.如权利要求6所述的太阳能电池，其中，通过用于增强内部电场的极化，所述电流的波动可以减小到相对于10％以内的电压变化为10％以内的电流变化。9.如权利要求6所述的太阳能电池，其中，通过用于增强内部电场的极化，所述电流的波动可以减少至出现波动的次数减少。10.一种用于制备太阳能电池的方法，其包括：在基材上形成第一电极；在所述第一电极上形成光吸收层；以及在所述光吸收层上形成第二电极，其中，...

【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