薄层太阳能电池的层系统的制作方法_3

文档序号:8909288阅读:来源:国知局
,金属-卤素化合物从一个源蒸 发,并且硫化锌铟从两个其它单独的源一一硫化铟源和硫化锌源一一蒸发。沉积源的布置 这样设置,使得这些源的蒸发瓣Oampfkeule)不重叠、完全重叠或部分重叠。在本申请的 意义上蒸发瓣表示源出口前的区域,其在蒸镀速率和均匀性方面在技术上适用于把所蒸发 的材料沉积在衬底上。
[0063] 卤素源、硫化铟源和/或硫化锌源例如是泻流室,从其中热蒸发金属-卤素化合 物,诸如氯化钠、氯化锌或者氯化铟或硫化铟和硫化锌。可替代地,只要可以控制氯、锌、铟 和硫的材料量份额的比例,蒸发瓣的每种其它产生形式都适用于沉积缓冲层。替代的源例 如是线性蒸发器的器皿或者电子射线蒸发器的坩埚。
[0064] 在根据本发明方法的一个示例性构型中,在在线方法中引导吸收层在氯化钠的蒸 发瓣和硫化铟和硫化锌的蒸发瓣上经过。这些蒸发瓣相互不重叠、完全重叠或部分重叠。附 加地可以用挡板或通过温度控制各个源的蒸镀速率。因此仅仅通过蒸发装置几何结构和调 整速率可以调整卤素梯度。
[0065] 在根据本发明方法的一个替代实施方式中,在第二步骤b)中首先在吸收层上沉 积金属_卤化物化合物。例如,从泻流室蒸发氯化钠。通过打开和关闭挡板或通过温度控 制来控制氯化钠的蒸发量。接着,在其它步骤中优选在没有真空中断的情况下在覆盖有氯 化钠的吸收层上沉积硫化锌铟构成的缓冲层。
[0066] 在用于制造按照本发明缓冲层的按照本发明的在线制造方法的一个替代实施方 式中,这样相继布置卤素源、硫化铟源和硫化锌源,使得硫化铟源的蒸发瓣和硫化锌源几乎 完全重叠。由此形成的混合蒸发瓣至少部分地、优选10%至70%地并且特别优选25%至 50 %地与卤素源的蒸发瓣重叠。通过这种方式可以在缓冲层中构造具有卤素浓度连续减小 的梯度,这对按照本发明的太阳能电池的特性是特别有利的。
[0067] 本发明的另一个方面包括用于以在线方法制造按照本发明的缓冲层的装置,其中 这样相继布置至少一个卤素源、至少一个硫化铟源和至少一个硫化锌源,使得卤素源的蒸 发瓣和硫化铟和硫化锌的混合蒸发瓣至少部分地、优选10%至70%地并且特别优选25% 至50 %地重叠。
【附图说明】
[0068] 下面参照附图和示例对本发明进一步阐述。附图不完全是比例正确的。本发明不 以任何方式受到附图限制。附图中:
[0069] 图1示出带有按照本发明的层系统的太阳能电池的示意性截面视图,
[0070] 图2示出对于不同比例x玻璃上ZnxIni_xS y缓冲层的透射图表,
[0071] 图3示出带有ZnxIni_xS y缓冲层的太阳能电池的短路电流强度的图表,
[0072] 图4示出按照本发明的层结构与对比示例的氯的深度分布的图表,
[0073] 图5示出按照本发明的层结构的氯、铜、铟、硫和硒浓度的深度分布的图表,
[0074] 图6示出按照本发明的层结构与对比示例的光致发光寿命的图表,
[0075] 图7示出按照本发明的层结构与对比示例的效率的图表,
[0076] 图8示出按照本发明的另一种层结构与对比示例的效率的图表,
[0077] 图9A示出按照本发明的层结构与对比示例的效率的图表,
[0078] 图9B示出可替换的按照本发明的层结构与对比示例的空载电压的图表,
[0079] 图10根据流程图示出按照本发明的方法步骤的实施例,
[0080] 图11示出用于制造按照本发明的缓冲层的在线方法的示意图,
[0081] 图12示出用于制造按照本发明的缓冲层的可替换的在线方法的示意图。
【具体实施方式】
[0082] 图1以截面视图纯示意性地示出带有按照本发明的层系统1的按照本发明的薄层 太阳能电池100的优选实施例。薄层太阳能电池100含有衬底2和背电极3。在背电极3 上布置按照本发明的层系统1。按照本发明的层系统1包括吸收层4和缓冲层5。在层系 统1上布置第二缓冲层6和前电极7。
[0083] 这里,衬底2例如由无机玻璃组成,其中同样地可以使用带有足够强度以及相对 于在薄层太阳能电池100制造时执行的过程步骤呈惰性特性的其它绝缘材料,例如塑料, 尤其是聚合物或金属,尤其是金属合金。根据层厚和特定材料特性,衬底2可以构造成刚性 板或可弯曲膜。在本实施例中,衬底2的层厚例如为1mm至5_。
[0084] 在衬底2的光入射侧表面上布置背电极3。背电极3例如由不透光的金属组成。 背电极3例如可以通过蒸镀或磁场支持的阴极雾化沉积在衬底2上。背电极3例如由钼 (Mo)、铝(A1)、铜(Cu)、钛(Ti)或由带有这样的金属例如钼(Mo)的多层系统组成。这里, 背电极3的层厚小于1ym,优选处于300nm至600nm的范围内,并例如为约500nm。背电极 3用作太阳能电池100的背侧接触部。在衬底2和背电极3之间可以布置碱壁皇,其例如由 Si3N4、SiON或SiCN组成。在图1中没有详细示出该碱壁皇。
[0085] 在背电极3上布置按照本发明的层系统1。层系统1含有例如由Cu(In,Ga) (S, Se)2构成的吸收层4,其直接施加在背电极3上。吸收层4例如具有1. 5ym的厚度。
[0086] 在吸收层4上布置缓冲层5。缓冲层5含有ZnJrihSy,其中0. 01彡x彡0. 9和 1 <y< 2并且例如Zna.Jrid.gSi.M。缓冲层5的层厚d为5nm至150nm,并且例如为35nm。 缓冲层5由第一层区域5. 1组成,其与吸收层4接界,并与吸收层4平面连接。另外,缓冲 层5包括布置在第一层区域5. 1上的第二层区域5. 2。第一层区域具有厚度屯,整个 缓冲层5的层厚d的50%。第一层区域5. 1的厚度屯例如为10nm。第一层区域5. 1含有 卤素材料量份额Ai,并且第二层区域5. 2含有卤素材料量份额A2。卤素材料量份额的比例 A/A# 2并且例如为10。为了进行阐明,在图1中示出了卤素材料量份额A^与层深度s 关系的示例性变化曲线。卤素材料量份额的说明以原子百分比绘出,其中卤素材料量 份额同样包括卤素离子和化合物中的卤素。
[0087] 在缓冲层5上面可以布置第二缓冲层6。缓冲层6例如含有不掺杂的氧化锌。在 第二缓冲层6上面布置前电极7,该前电极7用作前侧接触部并对于在可见光谱范围中的射 线是透明的("窗口层")。对于前电极7 -般使用掺杂的金属氧化物(TCO=Transparent ConductiveOxide(透明导电氧化物)),例如n型导通的掺杂错(A1)的氧化锌(ZnO)、掺杂 硼(B)的氧化锌(ZnO)或掺杂镓(Ga)的氧化锌(ZnO)。前电极7的层厚例如约为300至 1500nm。为了保护免受环境影响,在前电极7上施加例如由聚乙烯丁醛(PVB)、乙烯醋酸乙 烯酯(EVA)或DNP组成的塑料层(封装膜)。为此可以设置对于太阳光透明的盖板,其例如 由带有少量铁含量的超白玻璃(前玻璃)组成并且可以具有例如1至4_的厚度。
[0088] 所描述的薄层太阳能电池或薄层太阳能模块的结构对于专业人员来说例如是从 商业上可提供的薄层太阳能电池或薄层太阳能模块所熟知的,并此外已经在大量专利文献 出版物中、例如在DE19956735B4中深入描述。
[0089] 在图1中所示的衬底配置中背电极3与衬底2接界。可以理解,层系统1同样可 以具有覆盖配置(Superstratkonfiguration),其中衬底2是透明的并且前电极7布置在衬 底2的背向光入射侧的表面上。
[0090] 层系统1可以用来制造集成串联接线的薄层太阳能电池,其中层系统1、前电极7 和背电极3以本身已知的方式通过不同的结构化线("PI"代表背电极,"P2"代表前电极/ 背电极的接触,并且"P3"代表前电极的分离)进行结构化。
[0091] 图2示出针对不同x玻璃上ZnJrihSy层的透射与波长的关系。作为对比示例采 用按照现有技术具有x= 0%的缓冲层,也即没有锌份额的In2S3层。可以看出,在从300nm 至400nm的整个波长范围的跨度上,对于上升的比例x,透射增大。对于锌的少量掺入,透射 的增大令人吃惊,因为按照对于比例x< 10%带隙只是稍微改变。在太阳能电池中这按预 期地可以察觉短路电流提高,如图3所示。
[0092] 图3示出带有ZnJrihSy缓冲层5的太阳能电池的短路电流Jsc与x关系的图表。 短路电流Jsc被归一化到在按照现有技术x= 0的缓冲层、也就是没有锌份额的In2S3缓冲 层的短路电流上。归一化的短路电流对于x= 0. 15具有最大值,其中Jse= 1. 026。
[0093] 图4示出通过在吸收层4上制好的三个不同缓冲层5的高分辨率的飞行时间二次 离子质谱(Time-of-FlightSecondaryIonMassSpectrometry,ToF_SIMS)所测量的氯的 深度分布。氯份额描述了所有在缓冲层5中存在的氯原子的份额,而与所述氯源自的氧化 等级无关。
[0094] 基准测量在对比示例上在按照现有技术没有卤素富集的第一层区域5. 1的硫化 铟缓冲层上进行。在C1量1
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