专利名称：一种薄膜太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明属于光伏发电技术领域，本发明是一种薄膜太阳能电池的结构，且特别是一种堆叠式(Tandem)薄膜太阳能电池上下电池之间具有中间层的薄膜太阳能电池。
背景技术：
叠层太阳电池相对于单个的太阳能电池，利用不同材料及/或结晶方法所堆栈的光电转换层，可以扩展薄膜太阳能电池对于光的吸收范围，使太阳光的能量更充分被利用， 以运到较高的光电转换效率但是，现有的叠层太阳电池的第二光电转换层第一型半导体层以及第一光电转化层的第二型半导体层不同形态的离子会在接触的接口上产生内部扩散作用，使第一型半导体层与第二型半导体层的接口会有离子度不均的问题，而降低导致光电转换效率。
发明内容
本发明的目的在于设计一种新型的薄膜太阳能电池，解决上述问题。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下一种薄膜太阳能电池，包括依次叠层设置的基板、第一电极层、光电转换层组和第二电极层，所述光电转换层组包括至少两个光电转换层和设置于每两个相临所述光电转化层之间的中间层；所述光电转换层组设置在所述第一电极层和所述第二电极层之间，所述基板设置在所述第一电极层的外侧。所述光电转换层包括依次叠层设置的第一型半导体层、本质层和第二型半导体层；所述第一型半导体层在靠近所述第一电极层的一侧设置，所述第二型半导体层在远离所述第一电极层的一侧设置。所述第一型半导体层为P型半导体层，所述第二型半导体层为N型半导体层；或者所述第一型半导体层为N型半导体层，所述第二型半导体层为P型半导体层。各个所述光电转换层为具有不同的能隙的光电转化层。所述第一电极层和第二电极层均为透明导电层；或者所述第一电极层和第二电极层其中之一为透明导电层，另一为反射层或为透明导电层与反射层组成的叠层；当所述第一电极层和第二电极层其中之一为透明导电层与反射层的叠层时，在所述透明导电层与所述反射层的叠层中，所述透明导电层靠近所述光电转换层组设置，所述反射层设置在所述透明导电层的外侧。所述光电转换层组包括两个光电转换层和设置于两个所述光电转化层之间的中间层。所述光电转换层组包括三个光电转换层和分别设置于每两个所述光电转化层之间的2个中间层。所述光电转换层为IV族薄膜，或者为III-V化合物半导体薄膜，或者为II-VI化合物半导体薄膜，或者为有机化台物半导体薄膜。
所述中间层为本质半导体或金属氧化物半导体；其中所述本质半导体包括非晶硅、微晶硅、单晶硅、多晶硅至少其一；所述金属氧化物半导体包括铟锡氧化物、铟锌氧化物、镓锌氧化物、氧化锌、铝锡氧化物、铝锌氧化物、镉铟氧化物、镉锌氧化物、镓锌氧化物及锡氟氧化物至少其一。本发明 的薄膜太阳能电池在堆叠的不同光电转化层之间制作中间层，以用作光电转化层之间的缓冲层。中间层可以改善光电转化层之间的内部扩散效应问题，以提高堆叠的制作良率和整体的光电转换效率。另外在第二光电转换层与第二电极层之间设置第三光电转化层进一步扩展光吸收范围。本发明是关于一种堆栈式(TANDEM)薄膜太阳能电池上下电池间具有一中间层的薄膜太阳能电池，于不同的光电转换层的堆栈(TANDEM)之间具有中间层，而可有效改善光电转换层之间的内部扩散效应问题。本发明的薄膜太阳能电池具有光电转换层之间的中间层，用以作为光电转换层之间的缓动层，降低光电转换层之间的扩散效应，藉以提升整体光电转换效率，其中中间层的材质为本质半导体或金属氧化物半导体。本发明中利用不同材料及/或结晶方法所堆栈的光电转换层，可以扩展薄膜太阳能电池对于光的吸收范围，使太阳光的能量更充分被利用，以运到较高的光电转换效率本发明提供一种薄膜太阳能电池，其于不同的光电转换层的堆栈(TANDEM)之间具有中间层，而可有效改善光电转换层之间的内部扩散效应问题。本发明可能的实施例之一中，第一光电转换层与第二光电转换层的材料各为IV 族薄膜，III-V族化合物半导体薄膜，II-VI族化合物半导体薄膜或有机化合物半导体薄膜，在本发明可能的实施例之一中，IV族薄膜包含有a-Si，uC-Si，a-SiGe，uC-SiGe，A-SiC， uc-SiC至少其一。在本发明之一实例中。III-VI化合物半导体薄膜包含有砷化镓(GaAs) 或磷化铟镓(InGaP)至少其一。在本发明可能的实施例之一中，II-VI化合物半导体族薄膜包含有铜铟硒(CIS)，铜铟镓硒(CIGS)镉化碲(CdTe)至少其一，在本发明可能的实施例之一中，有机化合物半导体薄膜包含3-烷噻吩(P0LY(3-HEXYLTHI0PHENE)，P3HT)兴奈米碳球(PCBM)混合物。在本发明可能的实施例之一中，中间层的材质为本质半导体或金属氧化物半导体，在本发明可能的实施例之一中，本质半导体包括非晶硅，微晶硅，单晶硅，多晶硅或其组和，在本发明可能的实施例之一中，金属氧化物半导体包括镓锡氧化物(INDIUM TIN0XIDE, ΙΤ0)铟锌氧化物(INDIUM ZINC OXIDE, IZ0)铟锡锌氧化物(INDIUMTINOXIDE，ΑΤΟ)氧化锌 (ZINCOXIDE)，铝踢氧化物(ALUMINUMTIN OXIDE, ΑΤ0)铝锌氧化物(ALUMINUM ZINC OXIDE, AZ0)镉铟氧化物(CADMIUM INDIUM OXIDE, CIO)，镉锌氧化物(CADMIUM ZINC OXIDE, CZ0) 镓锌氧化物(GZO)及锡氟氧化物(FTO)至少其一。在本发明可能的实施例之一中，第一光电转换层与第二光电转换层分别具有第一型半导体层与第二型半导体层，在本发明可能的实施例之一中，第一光电转换层与第二光电转换层更分别包括本质层，设置于第一型半导体层与第二型半导体层之间，在本发明可能的实施例之一中，第一型半导体层为P型半导体层，而第二型半导体层为N型半导体层， 或第一型半导体层为N型半导体层，而第二型半导体层为P型半导体层。在本发明可能的实施例之一中，第一电极层的材料为透明导电层，而第二电极层包含反射层与透明导电层至少其一。在本发明可能的实施例之一中，第二电极层的材料为透明导电层，而第一电极层包含反射层与透明导电支至少其一。在本发明可能的实施例之一中，薄膜太阳能电池更包括第三光电转换层，设置于第二光电转换层与第二电极层之间。在本发明可能的实施例之一中，薄膜太阳能电池更包括第二中间层，设置于第二光电转换层与第三光电转换层之间。在本发明可能的实施例之一中，第二中间层为本质半导体或金属氧化物半导体。本发明的有益效果如下(1)本发明在光电转化层中间制作中间层，改善光电转化层之间的内部扩散效应问题，以提高堆叠的制作良率和整体的光电转换效率。(2)本发明由不同能隙的光电 转化层堆叠而成，并在第二光电转换层与第二电极层之间设置第三光电转化层进一步扩展光吸收范围。提高太阳电池的光电转化效率。
图1为本发明双叠层薄膜太阳能电池的结构示意图；图2为本发明三叠层薄膜太阳能电池的结构示意图。
具体实施例方式为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。实施例1如图1所示的一种薄膜太阳能电池，包括基板110、第一电极层120、第一光电转换层、中间层150、第二光电转换层以及第二电极层160。其中第一光电转换层又包括第一型半导体层132，第二型半导体层134以及本质层136。第二光电转换层又包括第一型半导体层142，第二型半导体层144以及本质层146。各部分的具体应用材料如下所示。(1)本实施案例中，基板110是一透明基板，例如是玻璃基板或是透明树脂基板。(2)第一电极层120的材料一透明导电层，其中透明导电层的材质例如是铟锡氧化物，铟锌氧化物，铟锡氧化物，氧化锌，铝锡氧化物，铝锌氧化物，镉锌氧化物，镉铟氧化物，镓锌氧化物及锡氟氧化物等至少其中之一。在其他可能的实施例中，第一电极层120也可以是一反射层与上述透明导电层的叠层。其中反射层位于透明导电层与基板之间，而反射层的材质例如是选自银(Ag)，铝 (Al)或钼(MO)等反射性较佳的金属。(3)第一光电转换层设置于第一电极层120上，在本实施例中，第一光电转换层包括_第一型半导体层132与-第二型半导体层134。第一型半导体层132设置于靠近第一电极层120的一侧。此外，本实施例之第一型半导体层132为P型半导体层。且本实施例之第二型半导体层134为N型半导体层，在其他可能的实施例中，第一型半导体层132也可以是N型半导体层，而第二型半导体层134为P型半导体层。在本实施例中。第一光电转换层包括一本质层136，设置于第一型半导体层132与第二型半导体层134之间，基中本质层136是未参离或微掺的本质半导体，即形成一种PIN半导体堆栈结构，在其他实施例中，第一光电转换层也可以是不具有本质层136的PN半导体堆栈结构。在本实施例中，第一光电转换层的材料是IV族薄膜，III-V化合物半导体薄膜， II-VI化合物半导体薄膜或有机化合物半导体薄膜。详细而言，IV族薄膜包含有a-Si， uc-Si, a-SiGe, uc-SiGe，a-SiC, uc-SiC至少其一。III-V化合物半导体薄膜包含砷化镓(GaAs)或磷化铟镓(InGaP)至少其一。II-VI化合物半导体薄膜包含有铟硒(CIS)， 铜铟镓硒(CIGS)，镉化碲(CdTe)至少其一。有机化合物半导体薄膜包含3-己烷噻吩 (Poly(3-Hexylthiophene), P3FIT)与奈米碳球(PCBM)混合物。在本实施例中，第一光电层的第一型半导体层132，第二型半导体层134与本质层136的材料例如是以非晶硅 (Amorphous silicon a-Si)作为举例说明，但不仅限于此。(4)第二光电转换层设置于第一光电转换层上，如图1所示，在本实施例中，第二光电转换层包括_第一型半导体层142与-第二型半导体层144，第一型半导体层142设置于靠近第一光电转换层的一侧。此外，本实施例的第一型半导体层142为P型半导体层，且本实施例之第二型半导体层144为N型半导体层。同样地，在其他可能的实施例中，第一型半导体层142也可以是N型半导体层，而第二型半导体层144为P型半导体层。在本实施例中，第二光电转换层更包括-本质146，设置于第一型半导体层142与第二型半导体层144之间，详细来说，本质层146是末掺或掺之本质半导体，如此亦可形成一种PIN的半导体堆栈结构，在其他实施例中，第二光电转换层也可以足不具有本质层146 的PN半导体堆栈结构。同样地，第二光电转换层的材料是IV族薄膜，III-V化合物半导体薄膜，II-VI 化合物半导体薄膜或-有机化合物半导体薄膜。详细而言，IV族薄膜包含有a-Si， uc-Si, a-SiGe, uc-SiGe，a-SiC, uc-SiC至少其一。III-V化合物半导体薄膜包含砷化镓(GaAs)或磷化铟镓(InGaP)至少其一。II-VI化合物半导体薄膜包含有铟硒(CIS)， 铜铟镓硒(CIGS)，镉化碲(CdTe)至少其一。有机化合物半导体薄膜包含3-己烷噻吩 (Poly(3-Hexylthiophene), P3FIT)与奈米碳球(PCBM)混合物。在本实施例中，第一光电层的第一型半导体层142，第二型半导体层144与本质层146的材料例如是以非晶硅 (Amorphous silicon a-Si)作为举例说明，但不仅限于此。在本实施例中，第一光电转换层为非晶硅(a-Si)材料，而第二光电转换层为微晶硅(u-Si)材料。由于非晶硅与微晶硅具有不同的吸收光谱，因此本实施例所采用的非晶硅-微晶硅堆栈结构(TANDEM STRUCTRUE)可以提高薄膜太阳能电池的光吸收率，然而，本发明并不特别限制第一电转换层与第二光电转换层的材料，利用不同材料及/或结晶方法所堆栈的光电转换层，可以扩展薄膜太阳能电池对于光的吸收范围，使太阳光的能量更充分被利用，以运到较高的光电转换效率，意即薄膜太阳能电池也可以采用铜镓镓硒太阳能电池，铜镓硒太阳能电池，碲化镉太阳能电池或有机薄膜太阳能电池的膜层结构。(5)需要说明的是，由于制程的温度与时间的影响，在第一光电转换层与第二光电转换层接口之间的电子电洞在机会位移而互补，因而在其接口中发生内部扩散效应，进而影响薄膜太阳能电池制作良率及光电转换效率，因此第一光电转换层与第二光电转换层之间设置有一中间层150，而中间层150的存在可以降低第一光电转换层与第二光电转换层之间所生产的内部扩散效应。值得一提的是，中间层150的材质为本质半导体或金属氧化物半导体。详细而言，本质半导体可以是非晶硅、微晶硅、单晶硅、多晶硅或其组合，而金属氧化物半导体例如是铟锡氧化物，铟锌氧化物，铟锡锌氧化物，氧化锌，铝锡氧化物，镉姻氧化物，镉锌氧化物，镓锌氧化物及锡氟氧化物至少其一。(6)第二电极层160设置于第二光电转换层上，在本实施例中，第二电极层160至少包含反射层与透明导电层其一，同样地，透明导电层的材质例如是镓锡氧化物，镓锌氧化物，镓锡锌氧化物，氧化锌，铝锡氧化物，铝锌氧化物，镉镓氧化物，镓锌氧化物及锡氟氧化物等至少其中之一，反射层的材质例如是选自银或铝等之类反射性较佳的金属。在其他可能的实施例中，第二电极层160也可以是一透明导电极，同样地，透明导电层的材质例如是镓锡氧化物，镓锌氧化物，镓锡锌氧化物，氧化锌，铝锡氧化物，铝锌氧化物，镉镓氧化物，镉锌氧化物，镓锌氧化物，锡氟氧化物及一般习知之透明导电层等至少其中之一。值得一提的是，若第一电极层110与第二电极层160其中之一包括有反射层的设计时，薄膜太阳能电池则可仅接收来自一侧的光线L。意即第二电极层160包含有反射层) 时，则来自第一电极层120之一侧的光线L会穿透第一电极层120，并在穿透第一光电转换层，第二光电转换层，并在穿透第一光电转换层，第二光电转换层，中间层150后，被第二电极层160中的反射属所反射，如此，可使光线L再次被利用，而可进一步提高薄膜太阳能电池的光电转换效率。实施例2其与实施例1的区别在于，包括三个光电转换层和两个中间层，其中形成第二中间层于第二光电转换层与第三光电转换层之间，第二中间层为本质半导体或金属氧化物半导体层。如图2所示是本发明一种三叠层薄膜太阳能电池的结构示意图，该薄膜太阳能电池与图1中的薄膜太阳能电池结构相似，惟二者不同处在于，该薄膜太阳能电池更包括第三光电转换层，设置于第二光电转换层与第二电极层160之间。在本实施例中，薄膜太阳能电池的第三光电转换层包括第一型半导体层172，第二型半导体层174与本质层176。基中第一型半导体层172，第二型半导体层174与本质层 176的特性皆与第一实施例中的第一光电转换层以及第二光电转换层类似，在此不述。值得一提的是，在本实施例中，第三光电转换第一型半导体层172，第二型半导体层174与本质层176的材料选自多晶硅，为非晶硅-微晶硅-多晶硅的三层堆栈结构，可以进一步提高薄膜太阳能电池的光吸收率。然而，本发明并不特别限制第一光电转换层，第二光电转换层以及第三光电转换层的材料，在其他可能的实施例中，第三光电转换层的材料是IV族薄膜，III-V化合物半导体薄膜，II-VI化合物半导体薄膜或有机化合物半导体薄膜，详细而言，IV族薄膜例如包含有 a-SI, UC-Si, a-SiGe, uc-SiGe，a-SiC, UC-SiC 至少其一 · III-V 化合物半导体薄膜例如包含有砷化镓或磷化铟至少其一，II-VI化合物半导体薄膜例如包含有铜铟硒，铜铟镓硒， 镉化碲至少其一。有机化合物半导体薄膜例如3-己烷含3-己烷噻吩与奈米碳球混合物， 换言之，利用不同材料及/或结晶方法所堆栈的光电转换层，可以扩展薄膜太阳能电池对于光的吸收范围，使太阳光的能量更充分被利用，以达到较高的光电转换效率。同样地，在薄膜太阳能电池的第一光电转换层与第二光电转换层之间具有上述的中间层150，可降低第一光电转换层与第二光电转换层接触第二中间层可能产生的内部扩散效应，其他薄膜太阳能电池的优点可参考第一实施例图1中的薄膜太阳能电池，此处不再述。在本实施例中，薄膜太阳能电池更包括第二中间层180，设置于第二光电转换层与第三光电转换层之间，本实施例之第二中间层180为本质半导体，可以进一步减少第二光电转换层与第三光电转换层接触接口可能产生的内部扩散效应，而可提高制作良率以及光电转换效率。在其他可能的实施例中，第二中间层180也可以是金属氧化物半导体层，用以提高第二光电转换层与第三光电转换层之间的导电性。上述图1与图2中的薄膜太阳能电池仅为举例说明，本发明并不限制薄膜太阳能电池中光电转换层的数目或结构，本领域具通常知识者当可视需要而加以变化。以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、 等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种薄膜太阳能电池，其特征在于包括依次叠层设置的基板、第一电极层、光电转换层组和第二电极层，所述光电转换层组包括至少两个光电转换层和设置于每两个相临所述光电转化层之间的中间层；所述光电转换层组设置在所述第一电极层和所述第二电极层之间，所述基板设置在所述第一电极层的外侧。
2.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于所述光电转换层包括依次叠层设置的第一型半导体层、本质层和第二型半导体层；所述第一型半导体层在靠近所述第一电极层的一侧设置，所述第二型半导体层在远离所述第一电极层的一侧设置。
3.根据权利要求2所述的薄膜太阳能电池，其特征在于所述第一型半导体层为P型半导体层，所述第二型半导体层为N型半导体层；或者所述第一型半导体层为N型半导体层，所述第二型半导体层为P型半导体层。
4.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于各个所述光电转换层为具有不同的能隙的光电转化层。
5.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于所述第一电极层和第二电极层均为透明导电层；或者所述第一电极层和第二电极层其中之一为透明导电层，另一为反射层或为透明导电层与反射层组成的叠层；当所述第一电极层和第二电极层其中之一为透明导电层与反射层的叠层时，在所述透明导电层与所述反射层的叠层中，所述透明导电层靠近所述光电转换层组设置，所述反射层设置在所述透明导电层的外侧。
6.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于所述光电转换层组包括两个光电转换层和设置于两个所述光电转化层之间的中间层。
7.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于所述光电转换层组包括三个光电转换层和分别设置于每两个所述光电转化层之间的2个中间层。
8.根据权利要求1至7任意之一所述的薄膜太阳能电池，其特征在于所述光电转换层为IV族薄膜，或者为III-V化合物半导体薄膜，或者为II-VI化合物半导体薄膜，或者为有机化台物半导体薄膜。
9.根据权利要求1至7任意之一所述的薄膜太阳能电池，其特征在于所述中间层为本质半导体或金属氧化物半导体；其中所述本质半导体包括非晶硅、微晶硅、单晶硅、多晶硅至少其一；所述金属氧化物半导体包括铟锡氧化物、铟锌氧化物、镓锌氧化物、氧化锌、铝锡氧化物、铝锌氧化物、镉铟氧化物、镉锌氧化物、镓锌氧化物及锡氟氧化物至少其一。
全文摘要
一种薄膜太阳能电池，包括依次叠层设置的基板、第一电极层、光电转换层组和第二电极层，所述光电转换层组包括至少两个光电转换层和设置于每两个相临所述光电转化层之间的中间层；所述光电转换层组设置在所述第一电极层和所述第二电极层之间，所述基板设置在所述第一电极层的外侧。本发明在光电转化层中间制作中间层，改善光电转化层之间的内部扩散效应问题，以提高堆叠的制作良率和整体的光电转换效率；本发明由不同能隙的光电转化层堆叠而成，并在第二光电转换层与第二电极层之间设置第三光电转化层进一步扩展光吸收范围。提高太阳电池的光电转化效率。
文档编号H01L31/0352GK102270691SQ20111023162
公开日2011年12月7日 申请日期2011年8月11日 优先权日2011年8月11日
发明者柴维醇, 肖军, 邱立涛 申请人:北京泰富新能源科技有限公司