[发明专利]用于薄膜太阳能电池的元素掺杂方法及薄膜太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及光电领域，尤其涉及一种薄膜太阳能电池的元素掺杂方法及通过该方法制得的薄膜太阳能电池。

背景技术

薄膜太阳能电池由多层薄膜材料依次镀在基板表面形成, 例如其结构可能为: 玻璃基板、透明导电氧化物（TCO）层、半导体层和背电极层，其中的半导体层一般包括窗口层和吸光层。各层薄膜材料使用相同或不同的镀膜方法形成. 例如透明导电层可以使用APCVD或PVD镀膜，吸光层可以使用PVD或VTD镀膜，背电极可以采用PVD或印刷镀膜，在不同的薄膜中可以掺杂不同的元素来提高电池的性能。

吸光层中金属或非金属元素掺杂，特别是铜的掺杂对电池的性能非常重要。适量的掺杂可以提高电池的开路电压、短路电流和填充因子，从而提高电池的转换效率；过量的掺杂可能使过量元素富集在窗口层和吸光层的界面上，影响PN结的性能，导致电池效率下降，长期稳定性降低，也可能会造成透明导电层和背电极之间的短路。现有的技术无法对掺杂量进行有效控制。

传统薄膜太阳能电池生产采用PVD法在吸光层上镀一层金属铜膜, 或使用铜盐溶液浸泡方法来进行掺杂（US20100212731,2010-8-26）。薄膜太阳能电池所需的铜掺杂浓度很低，约在1ppm～5ppm。采用PVD法的铜膜厚度很容易超量，多余的金属铜将在室温情况下缓慢持续扩散，而且均匀度也难以控制。采用铜盐溶液问题在于由于半导体吸光层是多晶结构，晶体颗粒小，晶粒界面分布密度高且疏松，铜盐中的自由铜离子可以通过晶粒界面迅速向下层扩散，造成膜层界面和晶粒界面上的富集，导致电池性能降低。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种可对掺杂量进行有效控制的用于薄膜太阳能电池的元素掺杂方法。

本发明的目的之二是提供一种可对掺杂量进行有效控制的用于薄膜太阳能电池的元素掺杂方法制备的薄膜太阳能电池。

本发明的第一技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

用于薄膜太阳能电池的元素掺杂方法，其特点是在待掺杂的膜层表面放置含掺杂元素的粉末，使所述待掺杂的膜层的温度达到150～300℃并保持1～30min，然后移除剩余在所述待掺杂的膜层表面的所述粉末。

所述放置可以是铺或撒。在待掺杂的膜层表面铺上或撒上含掺杂元素的粉末，所述含掺杂元素的粉末与待掺杂的膜层表面自由接触，但没有粘结。所述含掺杂元素的粉末在所述温度下热处理扩散，热处理扩散完成后将粉末移去。

本发明的粉末扩散法可以通过控制温度和时间来调节掺杂浓度。因为粉末以固态与待掺杂层相接触，掺杂元素扩散只能从表面到内部逐渐进行，没有自由离子通过晶粒界面快速扩散；而且由于多余的粉末完全除去，掺杂完成后便没有多余扩散源在低温下缓慢但持续扩散，从而可实现对待掺杂膜层的恰当掺杂，实现对掺杂量的有效控制，从而提高电池的开路电压, 短路电流和填充因子, 并且提高电池的转换效率。

本发明所述的掺杂元素包括铜Cu、磷P、锑Sb、铟In、铋Bi、砷As、铝Al、钠Na、氮N、氯Cl等。

本发明的掺杂过程可以在受控气氛下进行，如空气，氧气，氮气，氦气，氢气或混合气体。

作为本发明技术方案的一种优选，所述掺杂元素为铜，所述含掺杂元素的粉末为含铜的无机盐或有机盐粉末或金属铜粉末。

铜是一种对薄膜电池性能很重要的元素。铜掺杂有两个目的：形成欧姆接触和增加受子浓度。理想状态为铜元素在所掺杂层内部均匀分布提供受子，在表面略富集以帮助欧姆接触的形成。在薄膜太阳能电池中可以对一层或多层薄膜进行铜掺杂。

作为本发明技术方案的进一步优选，所述含铜的无机盐或有机盐粉末为CuCl、CuCl₂、CuSO₄、Cu(NO₃)₂、CuC₂O₄、Cu(C₆H₄NO₂)₂、Cu(CH₃COO)₂中的一种或两种以上粉末的混合物。

作为本发明技术方案的一种优选，所述移除方法包括吹除、吸除或清洗。

作为本发明技术方案的一种优选，所述待掺杂的膜层的温度保持在180～240℃，时间为1～10min。

本发明的第二技术目的是通过以下技术方案得以实现的：