[发明专利]堆叠式铜锌锡硒硫薄膜太阳能电池及其制作方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种堆叠式铜锌锡硒硫薄膜太阳能电池，尤指一种含有堆叠式太阳能吸收层结构的堆叠式铜锌锡硒硫薄膜太阳能电池。

此外，本发明亦关于一种堆叠式铜锌锡硒硫薄膜太阳能电池的制作方法。

背景技术

薄膜太阳能电池依据材料的不同，可区分为非晶硅薄膜太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池与多元化合物薄膜太阳能电池等。

目前市面上已发展的多元化合物薄膜太阳能电池，例如：铜铟镓硒薄膜太阳能电池(Copper Indium Gallium Selenide thin-film solar cell，CIGS thin-film solar cell)、铜锌锡硫薄膜太阳能电池(Copper Zinc Tin Sulfide thin-film solar cell，CZTS thin-film solar cell)或铜锌锡硒薄膜太阳能电池(Copper Zinc Tin Selenide thin-film solar cell，CZTSe thin-film solar cell)。

以CZTSe薄膜太阳能电池为例，目前制作多元化合物薄膜太阳能电池的方法有两种：(1)使用铜、锌、锡及硒四种独立蒸发源，以共蒸发的方式于具有背电极层的基板上形成CZTSe太阳能吸收层，再依序沉积n型缓冲层与顶电极层制得CZTSe薄膜太阳能电池；(2)使用硒化锌、硒化锡与硒化铜作为溅射源，以分层的方式依序于具有背电极层上的基板形成铜锌锡前驱物层，再经过硒化反应后形成CZTSe太阳能吸收层，接着依序沉积n型缓冲层与顶电极层，制得CZTSe薄膜太阳能电池。

然而，通过前述两种制作方法所制得的传统CZTSe薄膜太阳能电池中，仅会形成单一半导体能隙的太阳能吸收层结构，且无法于背电极层上形成欧姆接触层。因此，电子容易非预期地往背电极层移动，于背电极层与太阳能吸收层间发生电子/空穴复合(electron/hole recombination)的现象，而降低光电流的产生。

此外，由于太阳光是由各种不同能量的光所组成，短波长、高能量的光通常穿透深度较浅，而长波长、低能量的光通常穿透深度较深。当传统CZTSe薄膜太阳能电池仅具有单一半导体能隙的太阳能吸收层结构时，便无法有效吸收穿透深度较浅的短波长光，而降低传统CZTSe薄膜太阳能电池对光的吸收率。

发明内容

有鉴于现有技术所存在的缺陷，本发明的主要目的在于提升铜锌锡硒硫薄膜太阳能电池对光的吸收率，并且降低背电极层与硒硫化太阳能吸收层间发生电子/空穴复合的现象，藉以提升堆叠式铜锌锡硒硫薄膜太阳能电池的光电转换效率。

为达成上述目的，本发明是提供一种堆叠式铜锌锡硒硫薄膜太阳能电池的制作方法，包括：(A)提供一基板，该基板上形成有一背电极层；(B)于该背电极层上形成一含硫化合物层；(C)于该含硫化合物层上形成一硒化亚铜层(Cu₂Se layer)；(D)于该硒化亚铜层上形成一锡化锌层(SnZn layer)，以于该含硫化合物层上形成一包括有硒化亚铜层与锡化锌层的太阳能前驱物层；(E)硒化该含硫化合物层与该太阳能前驱物层，以令该含硫化合物层转变成一硒化含硫化合物层，并且令该太阳能前驱物层转变成一硒化太阳能吸收层，其中该硒化含硫化合物层形成于该背电极层上，且该硒化太阳能吸收层形成于该硒化含硫化合物层上；(F)硫化该硒化太阳能吸收层，以令其转变成一硒硫化太阳能吸收层，其中该硒硫化太阳能吸收层包括有一第一铜锌锡硒硫层、一铜锌锡硒层及一第二铜锌锡硒硫层，其中该第一铜锌锡硒硫层形成于该硒硫化太阳能吸收层的底部，且该铜锌锡硒层形成于该第一铜锌锡硒硫层与该第二铜锌锡硒硫层之间；以及(G)于该硒硫化太阳能吸收层上形成一n型缓冲层，并于该n型缓冲层上形成一顶电极层，以制得一堆叠式铜锌锡硒硫薄膜太阳能电池。

于此，由于铜锌锡硒硫层的能隙高于铜锌锡硒层，当能隙较大的第一铜锌锡硒硫层与第二铜锌锡硒硫层分别形成于铜锌锡硒层的下方与上方时，可使本发明堆叠式铜锌锡硒硫薄膜太阳能电池含有堆叠式太阳能吸收层的结构，而得以提高其光电转换效率。

换言之，邻近背电极层的第一铜锌锡硒硫层可使电子不易扩散至背电极层，进而降低背电极层与硒硫化太阳能吸收层间发生电子/空穴复合的现象；而邻近顶电极层的第二铜锌锡硒硫层则可有效吸收低穿透度、短波长且高能量的光，进而提高堆叠式铜锌锡硒硫薄膜太阳能电池的吸收率，甚而提高光电流的产生。