[發明專利]一種薄膜太陽能電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201310424769.1
• 申請日: 2013-09-17
• 公開（公告）號: CN103474488A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 蘭立廣;童翔;丁建;陳振;楊漢波;張慶釗
• 申請（專利權）人: 北京漢能創昱科技有限公司
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/0236;H01L31/18
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 寇海俠

技術領域

本發明涉及太陽能電池領域，具體涉及一種透明導電窗口層帶凹槽的薄膜太陽能電池及其制備方法。

背景技術

太陽能電池又稱為“太陽能芯片”或“光電池”，是一種利用太陽光直接發電的光電半導體薄片。有太陽光入射時，太陽光照在半導體薄片的p-n結上，形成新的空穴-電子對，在p-n結電場的作用下，光生空穴流向p區，光生電子流向n區，接通外電路后就形成電流；在物理學上稱為光生伏特（英文全稱為Photovoltaic，縮寫為PV），簡稱光伏。

在晶體硅太陽能電池原材料短缺、價格快速上漲的背景下，業內人士逐漸將目光轉向了成本較低的薄膜太陽能電池。薄膜太陽能電池是襯底上依次沉積多層薄膜而構成的光伏器件，相比于傳統的晶硅電池，非晶硅、化合物半導體等薄膜太陽能電池需要更少的光伏材料，制膜技術也較成熟，目前轉換效率最高達20%，與高效的晶硅電池相當。更重要的是，薄膜電池太陽電池除了具備平面結構之外，也因其具有柔性可以制作成非平面構造，擴大了應用范圍，可與建筑物結合或是作為建筑體的一部分，應用非常廣泛，近年來呈現出蓬勃發展的態勢。

中國專利CN102856427公開了“一種印刷式薄膜太陽能電池及制作”，如圖1所示，所述薄膜太陽能電池的結構包括從下往上依次設置的玻璃襯底7、導電層6、吸收層5、過渡層4、高阻窗口層3、低阻窗口層2，以及設置在低阻窗口層2上的采集電極1。吸收層5為CIGS層，是P型半導體層；高阻窗口層3為ZnO（氧化鋅）層，為N型半導體層，兩者構成p-n結，當有太陽光入射時，形成光生伏特。低阻窗口層2為ZnO:Al(摻鋁氧化鋅)層，起著透過太陽光和收集光生載流子的作用。

由于CIGS與ZnO帶隙相差太大、且晶格常數相差較大，直接接觸的晶格匹配不好，影響光伏電池的輸出性能，因此，通常在CIGS與ZnO之間增加一層CdS（硫化鎘）作為緩沖層或過渡層4，與ZnO層共同構成N型半導體層。制備出結構致密的CdS層，不但可以降低帶隙不連續性，緩沖CIGS層與ZnO層的晶格不匹配的問題，而且能夠完整地包覆在CIGS層表面，有效阻止濺射ZnO對CIGS層的損傷，避免由此引起的電池短路的現象；另外，更重要的是，結構致密、膜層缺陷少的過渡層4，可以大大減少界面光生載流子復合幾率。同樣，為了降低界面光生載流子復合幾率，高阻窗口層3也必須結構致密、膜層缺陷少。然而，制備結構致密的過渡層4和高阻窗口層3往往是建立在增加膜層厚度的基礎上的，隨著過渡層4和高阻窗口層3膜層厚度的增加，則會提高了太陽能電池的內阻，甚至會導致電池絕緣，不利于光生載流子的有效輸出；若過渡層4和高阻窗口層3過薄，則膜層缺陷增多，不但起不到上述減少界面光生載流子復合幾率的作用，反而會增加界面光生載流子復合幾率，影響電池的輸出功率。

發明內容

為此，本發明所要解決的現有薄膜太陽能電池結構中，較低的界面光生載流子復合幾率和較小的太陽能電池內阻不可兼得的問題，提供一種界面光生載流子復合幾率低、電池內阻小的薄膜太陽能電池及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

本發明所述的一種薄膜太陽能電池，包括在透明基底的垂直方向上依次制備的背電極層、光吸收層、緩沖層、高阻窗口層、低阻窗口層和采集電極，所述低阻窗口層形成有電極凹槽，所述采集電極填充于所述電極凹槽內，充滿所述電極凹槽并露出于所述低阻窗口層所在平面外；所述電極凹槽的深度小于等于所述緩沖層、所述高阻窗口層以及所述低阻窗口層厚度之和。

所述電極凹槽的數量大于或等于1。

所述電極凹槽的深度方向垂直于所述低阻窗口層所在平面。

所述高阻窗口層為透明的氧化銦層、氧化鋅層、氧化錫層中一種或多種的堆疊結構。

所述低阻窗口層為透明的氧化銦層、氧化鋅層、氧化錫層中的一種或多種的堆疊結構，且所述氧化銦層、所述氧化鋅層以及所述氧化錫層中摻雜有硒、鋁、鎵、銦、鎘、銻中一種或幾種。

所述采集電極為Al、Ag、Au、Ni、Cu、Cu/Ni、Al/Ni、Ti/Pd/Ag、Ti/W電極中的一種。

本發明所述的一種薄膜太陽能電池的制備方法，包括如下步驟：

S1、在透明基底的垂直方向上依次制備背電極層、光吸收層、緩沖層、高阻窗口層、低阻窗口層；

S2、在所述低阻窗口層上形成電極凹槽，所述電極凹槽的深度小于等于所述緩沖層、所述高阻窗口層以及所述低阻窗口層的厚度之和；

S3、在所述電極凹槽內沉積采集電極，所述采集電極充滿所述電極凹槽并露出于所述低阻窗口層所在平面外。