[发明专利]用于薄膜太阳能电池的层结构和制造方法

说明书

用于薄膜太阳能电池的层结构和制造方法。本发明涉及一种用于薄膜太阳能电池(1)的层结构，包括光伏吸收剂层(5)，所述光伏吸收剂层(5)至少在与光伏吸收剂层的表面(6)邻近的区域中掺杂有至少一种碱金属。本发明还涉及一种用于制造这种层结构的方法。根据本发明，所述层结构在光伏吸收剂层(5)的表面(6)上具有，设计成保护光伏吸收剂层免受腐蚀的氧化钝化层(8)。

本发明涉及用于薄膜太阳能电池的层结构，所述层结构包括光伏吸收剂层，光伏吸收剂层至少在与光伏吸收剂层的表面邻近的区域中掺杂有至少一种碱金属。本发明还涉及用于制造这种层结构的方法。

通用的层结构和相关的制造方法从WO 2014/097112 A1而被公众所知。通常，将具有光伏吸收剂层的层结构整合到薄膜太阳能电池中。研究表明，碱金属掺杂可以有利地影响与光电活性相关的吸收剂层(其通常包含化合物半导体材料)的性质，并且可以使得薄膜太阳能电池的效率显著提高。然而，碱金属掺杂并不是没有一定的困难。具体来说，与相同构造的其他薄膜太阳能电池相比，一些这种类型的薄膜太阳能电池的填充因子可能显著降低并且因此效率也可能显著降低。

本发明解决的技术问题是提供一种具有改善的化学性能和物理性能的层结构以提高具有这种层结构的薄膜太阳能电池的效率，并且还提供一种制造这种层结构的方法。

本发明通过提供一种具有权利要求1所述的特征的层结构和一种具有权利要求9所述的特征的用于制造层结构的方法来解决这个问题。

本发明的层结构在光伏吸收剂层的表面上具有氧化钝化层，氧化钝化层设计成保护光伏吸收剂层免受腐蚀。

氧化钝化层包含具有氧化合物的材料或由具有氧化合物的材料组成。氧化钝化层可设置在表面上和/或可内置在到光伏吸收剂层中的表面上。内置可意味着可以在表面上使光伏吸收剂层转化。氧化钝化层无间隙地覆盖光伏吸收剂层；氧化钝化层不中断。除了与掺杂区域邻近的表面之外，光伏吸收剂层可具有例如与导电的背接触件层相对的界面。

通常，通过掺杂引入的碱金属使得吸收剂层材料在环境条件下、至少在表面处的区域中更易受化学腐蚀，特别是在吸收剂层包含化合物半导体材料的情况下。这种腐蚀对薄膜太阳能电池的光电性能造成不利影响。因为作为由于与大气氧交换电子的氧化还原事件的结果或作为由于与环境空气中的水分相互作用的水解过程的结果的腐蚀可能在光伏吸收剂层的表面处出现材料缺陷，伴随着三维分布的单独氧化物的形成。这些材料缺陷导致光诱导载流子的复合增加。三维分布的氧化物不具有钝化作用。它们也不会保护光伏吸收剂层免受进一步的腐蚀，特别是在表面下方的光伏吸收剂层的体积中，例如沿着多晶吸收剂层结构的晶界。

通常，作为常规CdS缓冲层(硫化镉CdS)的可选方案，在薄膜太阳能电池的进一步处理期间，将至少一个含氧缓冲层施加到光伏吸收剂层。通常，缓冲层包含氧化材料(例如，氧化锌ZnO、氧化锌镁ZnMgO)和/或氧代硫化材料(例如，氧代硫化锌Zn(O、S))或者由这些材料中的至少一种组成。这些纯的或部分氧化的材料或施加的含氧缓冲层不能提供具有充分防腐蚀保护的光伏吸收剂层。

本发明的氧化钝化层允许有效保护包含碱金属掺杂的光伏吸收剂层免受腐蚀，并且与所述光伏吸收剂层联合以免形成电活性杂质，特别是在封装薄膜太阳能电池之前的进一步的层结构和/或薄膜太阳能电池处理期间和/或在较长时间内未完全密封封装的情况下。防腐蚀保护至少包括腐蚀过程在时间上的延迟。此外，氧化钝化层允许减少或防止光诱导的载流子在光伏吸收剂层的表面上的复合。更具体地，氧化钝化层可以设计成防止在光伏吸收剂层的表面或界面处的光电流损失。换句话说，氧化钝化层可设计成使不饱和键(被称为“悬空键”)饱和，具体地通过形成氧化合物，以防止在表面或界面处形成正电荷和/或避免表面处的电活动。通过这种方式，可以利用碱金属掺杂的优点，并且避免了其缺点，使得由此生成的薄膜太阳能电池的效率特别高并且理论上在薄膜太阳能电池的整个寿命期间都保持为高的。