[发明专利]太阳能电池及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年11月23日提交的美国临时申请No.61/729,513和2013年1月10日提交的美国临时申请No.61/751,219的优先权和权益。这些临时申请两者的全部内容通过参考引入本文中。另外，引入的本申请通过参考将与此同日提交的代理人案号为No.71589/S744的美国专利申请No.14/033,390的全部内容引入本文中。

技术领域

本发明的一个或多个实施方式涉及太阳能电池、其制造方法。

背景技术

近来，在关于现有能源例如石油或煤的耗尽的担忧中，存在对于替代能量的增加的关注。在替代能源中，通过使用半导体器件将太阳能直接转化为电能的太阳能电池作为下一代电池正引起注意。

包括作为具有pn功能的二极管的基本单元的太阳能电池可取决于其中的光吸收层的材料进行分类。

例如，在光吸收层中使用硅的太阳能电池可分类为结晶晶片型太阳能电池(单晶的或多晶的)、或薄膜型(非晶的或多晶的)太阳能电池。另外的代表性太阳能电池为例如包括基于铜-铟-硒化物(基于CuInSe₂，CIS)或镉-碲(CdTe)的光吸收层的化合物(compound)薄膜型太阳能电池、III-V族太阳能电池、染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池。

在这些太阳能电池中，包括基于CIS的光吸收层的太阳能电池具有约1.04eV的能带隙(E_g)、高的短路电流和低的开路电压，且因此具有低的效率。因此，存在许多对于用S部分地代替Se以在保持基于CIS的光吸收层与背电极层之间的粘附的同时提高太阳能电池的开路电压的研究。

然而，过量S的添加可导致甚至由于低温热量的在太阳能电池的光吸收层表面周围的严重热降解，且因此仍然存在对于具有改善的对热降解的耐受性的太阳能电池及制造所述太阳能电池的方法的需求。

发明内容

本发明的实施方式的方面涉及具有拥有改善的对热降解的耐受性的光吸收层表面的太阳能电池和制造所述太阳能电池的方法。本发明的实施方式还涉及在保持光吸收层与背电极层之间的粘附的同时具有改善的开路电压、并且在所述光吸收层的表面处具有改善的对热降解的耐受性的太阳能电池。

在一些实施方式中，太阳能电池包括：基底；在所述基底上的背电极层；在所述背电极层上的光吸收层，所述光吸收层包括Se和S；和在所述光吸收层上的缓冲层。所述光吸收层包括从所述光吸收层的邻近所述缓冲层的表面延伸的耗尽(depletion)区，所述耗尽区具有在约0.10-约0.30范围内的平均S/(Se+S)摩尔比。

所述耗尽区可具有在约0.10-约0.27范围内的平均S/(Se+S)摩尔比。在一些实施方式中，所述耗尽区可具有在约0.10-约0.25范围内的平均S/(Se+S)摩尔比。

所述耗尽区中的S/(Se+S)摩尔比在所述光吸收层的邻近所述缓冲层的表面处是最大的且朝向所述光吸收层的邻近所述背电极层的表面减小。

所述耗尽区可包括具有由式1表示的平均组成的材料：

式1

Cu(In_1-xGa_x)(Se_1-yS_y)₂

其中x为0.01≤x≤0.25和y为0.10≤y≤0.30。

所述耗尽区可具有400nm或更小的厚度。在一些实施方式中，所述耗尽区可具有300nm或更小的厚度。

所述光吸收层可具有在约0.7μm-约2μm范围内的厚度。

在一些实施方式中，制造太阳能电池的方法包括：在基底上形成背电极层；在所述背电极层上形成光吸收层，所述光吸收层包括Se和S；和在所述光吸收层上形成缓冲层；其中所述形成光吸收层包括形成金属前体层、在H₂Se气氛中在约400℃-约480℃范围内的温度下热处理所述金属前体层以使所述金属前体层硒化，和在H₂S气氛中在约500℃-约600℃范围内的温度下热处理经硒化的金属前体层约30分钟-约60分钟以使所述经硒化的金属前体层硫化。

在H₂S气氛中热处理经硒化的金属前体层可形成耗尽区，所述耗尽区具有在约0.10-约0.30范围内的平均S/(Se+S)摩尔比。

所述耗尽区可从所述光吸收层的邻近所述缓冲层的表面延伸，和所述耗尽区可具有400nm或更小的厚度。

所述耗尽区中的平均S/(Se+S)摩尔比可在约0.10-约0.25的范围内。