[發明專利]太陽能電池基底、其制備方法以及使用其的太陽能電池

無效

• 申請號: 201280038999.8
• 申請日: 2012-06-08
• 公開（公告）號: CN103733350A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 金慶保;樸永俊;白濟焄;金鐘常;金泳根
• 申請（專利權）人: POSCO公司
• 主分類號: H01L31/0392
• 分類號: H01L31/0392;H01L31/18
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 侯婧;鐘守期

技術領域

本發明涉及一種CI(G)S太陽能電池基底、一種制備該太陽能電池基底的方法、以及一種含有該太陽能電池基底的太陽能電池。

背景技術

由于全球變暖、燃料能源的消耗、環境污染等的影響，使用化石燃料產生能量的傳統方法逐漸接近其極限。特別是，盡管專家預測的石油剩余量稍有不同，普遍的預計是，石油將會在一段較短的時間之內耗盡。

此外，根據以京都議定書為代表的能量使用和氣候變化會議，已強制要求應減少由化石燃料燃燒所產生的二氧化碳。因此，很清楚的是，持續使用化石燃料除了會對締約國產生影響之外，也將對世界上的所有國家產生影響；以至在未來，將會對化石燃料的年消耗的量作出限制。

最常用作化石燃料替代品的代表性能源可以包括核能。作為一種可代替化石燃料例如石油且以幾乎無限的量可得的有影響的替代能源，核能的產生已成為關注的焦點，這是因為每單位重量的作為原材料的鈾或钚可以產生的能量是非常大量的，并且在產生核能的過程中并不產生溫室氣體如二氧化碳。

然而，例如發生在位于前蘇聯的切爾諾貝利的核電廠的核泄露(nuclear?meltdown)或是由于日本東部的大地震(2011Tōhaku地震)而在日本的福島核電站發生的核泄露，已提供了重新檢驗產生核電——在某些方面被認為是一種有潛力的能夠無限供給的清潔能源——的安全性的動力。其結果是，現在比以往更加迫切地需要引入核能以外的替代能源。

盡管某些替代能源如水力發電經常被夸耀為化石燃料的替代品，由于水利發電嚴重地受地形因素和氣候因素所影響，其用途可能受限。此外，也很難使用替代能源作為化石燃料的替代品，這是因為替代能源產生的能量相對較少，或者其應用范圍有較大限制。

然而，太陽能電池具有的優點在于，當被提供的太陽能電池是為了滿足家庭用低容量太陽能電池的需求時，將太陽能電池板安裝在小屋頂和其他的建筑區域上就可以產生電能，既然這種太陽能電池不僅在任何地方都可以使用，而且如果能夠保證合適量的陽光，則產生電能的能力與設備規模幾乎彼此成線性比例。因此，太陽能電池的使用已經在全世界范圍內增長，與太陽能電池相關的研究也已增加。

在使用半導體原理的太陽能電池中，電子空穴對(EHP)通過如下方式產生：將具有至少一定級別的能量的光線照射到p-n結半導體上，以使半導體中的價電子被激發成可以自由移動的價電子。將由此產生的電子空穴對移動到彼此相對放置的電極中以產生電動勢。

太陽能電池最基本的形式是硅基太陽能電池，通常稱為第一代太陽能電池，其中所述硅基太陽能電池通過如下方式形成：將雜質B摻雜在硅基底上以形成p-型半導體，將另一種雜質P摻雜在p-型半導體上以形成一層，并將所述層的一部分構建入n-型半導體中從而形成p-n結。

這種硅基太陽能電池因其較高的能量轉化效率和電池轉化效率(批量生產中的轉化效率與實驗室中的最高能量轉化效率之比)，而具有最高的商業化程度。然而，存在問題，所述問題在于在其制備過程中，材料的消耗相對較高，導致高制備成本，這是因為在硅基太陽能電池的模塊的制備過程中，該模塊不僅要經受有些復雜的處理步驟，即首先由特定材料制造錠料(ingot)，然后使錠料形成晶片(wafer)來制備電池并使電池成型，而且還包括使用大型材料(bulk?type?material)。

為了克服上述硅基太陽能電池的缺陷，提出了一種所謂的薄膜型太陽能電池，通常稱為第二代太陽能電池。這類薄膜型太陽能電池的優點在于，其制備過程中的材料成本因制備過程簡單和薄膜型太陽能電池較薄而相對較低，這是因為所述太陽能電池不是通過上文所述的方法制備的，而是以如下形式制備：將所需的薄膜層依次堆疊在基底上。

將所述薄膜型太陽能電池商業化存在很多阻礙，這是因為在多種情況下，與現有的硅基太陽能電池相比，其能量轉化效率還不高。然而，已經開發出了一些能量轉化效率高的薄膜太陽能電池，并且也正在商業化過程中。

能量轉化效率高的太陽能電池之一是，例如，CI(G)S-基太陽能電池，其中太陽能電池基于CI(G)S化合物半導體，其包括銅(Cu)、銦(In)、鍺(Ge)和硒(Se)，其中所述太陽能電池可以不包括鍺；并且如果太陽能電池中不含鍺，則所述太陽能電池可以稱作CIS化合物半導體。

上述太陽能電池的優點在于，既然半導體中包括三種或四種元素，那么通過控制元素的含量就可以增加能量轉化效率，從而控制能帶隙寬度。有時，可以用硫(S)代替硒(Se)，并且硒(Se)可以與硫(S)一起使用。這兩種情況下的太陽能電池均認為是這兩種情況下的CI(G)S太陽能電池。