[发明专利]具有铜锌锡硫吸收层的太阳能装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜太阳能电池及其制作方法，特别是涉及一种铜锌锡硫太阳能电池及其制作方法。

背景技术

由于近年来地球上能源短缺的问题，太阳能电池已渐引起人们关注。太阳能电池可以简单区分为硅晶太阳能电池及薄膜太阳能电池。硅晶太阳能电池因为工艺技术成熟及转换效率较高成为目前市场的主流。但是，由于硅晶太阳能电池的材料及生产成本高昂，目前尚无法普及于市场。相对地，薄膜太阳能电池通常是将光吸收层制作于非硅晶圆的基板上，例如是玻璃基板。相较于硅晶太阳能电池所使用的硅晶圆基板，玻璃基板价格便宜且没有短缺的问题。所以，薄膜太阳能电池已被视为未来取代硅晶太阳能电池的产品。

薄膜太阳能电池可以根据其吸收层的材料种类，更进一步区分为非晶硅、多晶硅、碲镉(Cadmium Telluride，CdTe)、铜铟镓锡(Copper indium gallium selenide，CIGS)、染料敏化(Dye-sensitized film，DSC)及其它有机薄膜太阳能电池等等。其中，CIGS薄膜太阳能电池目前的转换效率已经可以达到20%，和硅晶太阳能电池的转换效率相去不远。然而，铜铟镓锡太阳能电池需使用稀有及昂贵的元素，例如是铟及镓，因此也尚未达到可以商业化普及的地步。

铜锌锡硫(Cu₂ZnSn(S,Se)₄，CZTS)是一种近来吸引人们注意的一种四元硫化物半导体太阳能电池材料，因为其成分皆是属于价格便宜、供给无虞且无毒的元素。CZTS属于直接能隙的材料，其能隙为1.5电子伏特(eV)，吸收系数大于10⁴/公分(cm^-1)。

CZTS吸收层的制作方法可以分为真空及非真空工艺。真空工艺包含以溅镀或蒸镀的方式沉积其成分元素。非真空工艺则包含利用喷雾热分解法(spray pyrolysis)、电化学沉积法、或涂布前驱物溶液等方式制作CZTS吸收层。目前已有许多研究利用上述各种制作方法来提升CZTS太阳能电池的转换效率。

发明内容

本发明提供一种具有CZTS吸收层的太阳能电池，包含一基板、形成于基板上的一下电极层、形成于下电极层上的一吸收层、形成于吸收层上的一缓冲层，以及形成于缓冲层上的一上电极层。其中，吸收层包含邻近下电极层的一第一区域，及邻近第一区域的一第二区域。第一区域及第二区域皆包含化学式为Cu_a(Zn_1-bSn_b)(Se_1-cS_c)₂的成分，其中0<a<1,0<b<1,0≦c≦1，且第一区域的Zn/Sn比高于第二区域的Zn/Sn比。

本发明更提供一种具有CZTS吸收层的太阳能电池的形成方法，包含在一基板上形成一下电极层、在下电极层上形成包含一梯度组成区域的一吸收层、在吸收层上形成一半导体层，以及在半导体层上形成一上电极层。其中，吸收层包含化学式为Cu_a(Zn_1-bSn_b)(Se_1-cS_c)₂的成分，其中0<a<1,0<b<1,0≦c≦1，以及梯度组成区域包含梯度Zn/Sn比，且在邻近下电极层侧具有较高的Zn/Sn比。

本发明又提供一种具有CZTS吸收层的太阳能电池的形成方法，包含在一基板上形成一下电极层、涂布一第一CZTS前驱物溶液在下电极层上以形成一第一前驱物层、涂布一第二CZTS前驱物溶液在第一前驱物层上以形成一第二前驱物层、加热第一前驱物层及第二前驱物层以形成CZTS吸收层、在CZTS吸收层上形成一半导体层，以及在半导体层上形成一上电极层。其中，第一前驱物溶液的Zn/Sn比高于该第二前驱物溶液的Zn/Sn比。

附图说明

参照下面的详细说明及相关图式，将可更清楚明了本专利申请案的目的、特征及优点，其中，以下图式为：

图1所示为一现有CZTS太阳能电池的正视图。

图2所示为本申请案一实施例的CZTS太阳能电池的正视图。

图3所示为本实施例的CZTS太阳能电池的形成方法流程图。

图4所示为本申请案另一实施例的CZTS太阳能电池的正视图。

其中，附图标记说明如下：

100  太阳能电池

110  基板

120  下电极层

130  吸收层