专利名称：光伏器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能电池设备及其制造方法。
背景技术：
近来，随着能量消耗的增长，已经开发出将太阳能转化为电能的太阳能电池。具体地，已广泛使用基于CIGS的太阳能电池设备，所述基于CIGS的太阳能电池设备是Pn异质结设备，具有包括玻璃衬底、金属后电极层、P型基于CIGS的光吸收层、高电阻缓冲层和η型窗口层的衬底结构。已经进行多种研究以改进太阳能电池的电特性，诸如，低电阻和高透射率。
发明内容
技术问题本发明提供一种具有改进的机械和电特性的太阳能电池设备及其制造方法。技术方案根据本发明，提供一种太阳能电池设备，包括衬底；在所述衬底上的后电极层；在所述后电极层上的光吸收层；在所述光吸收层上的窗口层；以及插置于所述后电极层与所述光吸收层之间并且包含第一导电氧化物的导电层。根据本发明，提供一种太阳能电池设备，包括后电极层；在所述后电极层上的第一导电氧化物层；在所述第一导电氧化物层上的第一导电光吸收层；以及在所述第一导电光吸收层上的第二导电窗口层。根据本发明，提供一种太阳能电池设备的制造方法。所述方法包括在衬底上形成后电极层；通过在所述后电极层上沉积第一导电氧化物形成导电层；在所述导电层上形成光吸收层；以及在所述光吸收层上形成窗口层。有益效果根据实施例的太阳能电池设备，导电层插置于后电极层与光吸收层之间。在此情形中，当导电层包含导电氧化物时，导电层可以呈现出在后电极层与光吸收层之间的高结合强度。因此，由于导电层提高了后电极层与光吸收层之间的结合强度，根据实施例的太阳能电池设备可以呈现出改进的机械特性。此外，窗口层可以通过连接部与后电极层连接。在此情形中，连接部通过导电层与后电极层连接。此外，由于导电层可以在后电极层形成后直接形成，因此通过副反应形成的会降低连接特性的材料不会插置于后电极层与导电层之间。因此，可以改进导电层与后电极层之间的连接特性。此外，导电层和连接部都可以包含导电氧化物，从而可改进连接部与导电层之间的连接特性。因此，连接部与后电极层之间的连接特性因导电层而得以改进。此外， 导电层可以包含P型导电氧化物，诸如构成光吸收层的基于CIGS的化合物。因此，导电层可以改进光吸收层与后电极层之间的连接特性。
因此，根据实施例的太阳能电池设备可以呈现改进的电特性。此外，导电层覆盖后电极层。因此，导电层可以?；ず蟮缂?。因此，在根据实施例的太阳能电池设备中，可以防止后电极层被腐蚀，并且可以呈现提高的稳定性。此外，导电层可以包含Na。在形成光吸收层的过程中，构成导电层的Na被扩散到光吸收层中，以改进光吸收层的特性。因此，根据实施例的太阳能电池设备可以呈现改进的机械和电特性。
图1是示出根据实施例的太阳能电池设备的平面图；图2是沿图1的A-A’线截取的剖视图；以及
图3至图7是示出根据实施例的太阳能电池设备的制造过程的剖视图。
具体实施例方式在实施例的描述中，应该理解，当衬底、层、膜或电极被表述为在其它衬底、其它层、其它膜或其它电极“上”或“下”时，它可以“直接地”或“间接地”在其它衬底、其它层、其它膜或其它电极上，或者也可以存在一个或多个中间层。参照附图描述了所述层的这种位置关系。为了说明的目的，可以夸大附图中示出的元件的尺寸，并且元件的尺寸不完全反映实际尺寸。图1是示出根据实施例的太阳能电池设备的平面图，图2是沿图1的A-A’线截取的剖视图。参照图1和图2，根据一个实施例的太阳能电池设备包括支撑衬底100、后电极层200、导电层300、光吸收层400、缓冲层500、高阻缓冲层600、窗口层700和多个连接部800。支撑衬底100具有板形形状并且支撑后电极层200、导电层300、光吸收层400、缓冲层500、高阻缓冲层600、窗口层700和多个连接部800。支撑衬底100可以包括绝缘体。支撑衬底100可以是玻璃衬底、塑料衬底或金属衬底。更详细地，支撑衬底100可以包括钠钙玻璃衬底。支撑衬底100可以是透明的或可以是刚性或挠性的。后电极层200设置在支撑衬底100上。后电极层200可以是金属层。后电极层200可以包含金属，诸如钥(Mo)。此外，后电极层200可以包括至少两层。在此情形中，所述层可以利用同种金属或不同种金属来形成。导电层300设置在后电极层200上。导电层300覆盖后电极层200的整个上表面。导电层300与后电极层200直接接触?；谎灾?，导电层300通过直接与后电极层200接触连接到后电极层200。此外，导电层300直接与光吸收层400连接?；谎灾?，导电层300的上表面与光吸收层400直接接触。因此，导电层300与光吸收层400连接。导电层300包含第一导电氧化物。例如，导电层300可以包含P型氧化物。P型氧化物可以包括金属氧化物。P型氧化物可以包括选自由氧化铟锡(ΙΤ0)、氧化锡(TO)或铟锡锌氧化物(ΙΤΖ0, indium tin zinc oxide)所构成的组中的材料。详细地,P型氧化物可以包括掺杂I族元素的金属氧化物。例如，P型氧化物可以包括掺杂Na的ITO、掺杂Na的TO或者掺杂Na的ΙΖ0。导电层300包含氧化物。更详细地，导电层300可以由氧化物构成?；谎灾?，导电层300是氧化物层。因此，导电层300是稳定的?；谎灾?，由于氧化物的化学稳定性高于金属，因此导电层300比后电极层200更稳定。因此，当导电层300形成时，构成后电极层200的材料与P型氧化物之间的副反应很少发生。因此，不会形成降低导电层300与后电极层200之间的结合强度的副产品，从而提高了导电层300与后电极层200之间的结合强度。此外，改进了导电层300与后电极层200之间的连接特性?；谎灾?，导电层300与后电极层200连接，同时呈现出更高的机械和电连接特性。如上所述，导电层300可以包含钠(Na)。导电层300可以掺杂用作掺杂剂的Na?；谎灾?，P型氧化物可以掺杂Na。后电极层200和光吸收层400可以包含Na。在此情形中，导电层300可以具有最高的Na浓度。导电层300的厚度可以在约Inm至约200nm的范围内。导电层300是透明的并且呈现低电阻。此外，可以用与后电极层200相同的方式来图案化导电层300。后电极层200和导电层300中形成有第一通孔THl。第一通孔THl是露出支撑衬底100的上表面的开口区域。当俯视时，第一通孔THl可以沿一个方向延伸。每个第一通孔THl的宽度可以在约80 μ m至约200 μ m的范围内。后电极层200被第一通孔THl划分为多个后电极?；谎灾?，第一通孔THl限定多个后电极。多个后电极通过 第一通孔THl彼此分隔开。所述后电极被布置为条状形式。此外，所述后电极可以排列为矩阵形式。在此情形中，当俯视时，第一通孔THl可以具有网格形式。光吸收层400设置在后电极层200上。此外，构成光吸收层400的材料填充在第一通孔THl中。光吸收层400包括第一导电化合物半导体。例如,光吸收层400包括P型化合物半导体?；谎灾?，光吸收层400是P型半导体层。光吸收层400包括1-1I1-VI族化合物。例如，光吸收层400可以具有Cu (In，Ga)Se2 (CIGS)晶体结构、Cu (In) Se2晶体结构或Cu (Ga) Se2晶体结构。光吸收层400的能带隙在约IeV至约1. 8eV的范围内?；撼宀?00设置在光吸收层400上?；撼宀?00包括CdS，并且缓冲层500的能带隙在约2. 2eV至约2. 4eV的范围内。高阻缓冲层600设置在缓冲层500上。高阻缓冲层600可以包括未掺杂杂质的氧化锌(1-ZnO)。高阻缓冲层600的能带隙可以在约3.1eV至约3. 3eV的范围内。光吸收层400、缓冲层500和高阻缓冲层600中形成有第二通孔TH2。通过对光吸收层400穿孔形成第二通孔TH2。此外，第二通孔TH2是露出导电层300的上表面的开口区域。第二通孔TH2与第一通孔THl相邻?；谎灾?，当俯视时，第二通孔TH2的一些部分形成在第一通孔THl旁边。
每个第二通孔TH2的宽度可以在约80 μ m至约200 μ m的范围内。通过第二通孔TH2将光吸收层400限定为多个光吸收部?；谎灾?，光吸收层400被第二通孔TH2划分为多个光吸收部。窗口层700设置在高阻缓冲层600上。窗口层700是透明的，并且包括导电层。此夕卜，窗口层700的电阻高于后电极层200的电阻。例如，窗口层700的电阻可以是后电极层200的电阻的约10倍至200倍。窗口层700包含氧化物。更详细地，窗口层700包含第二氧化物?；谎灾?，窗口层700是N型氧化层。更详细地，窗口层700可以包含掺杂III族元素的金属氧化物。例如，窗口层700可以包含掺杂Al的氧化锌(AZO)或掺杂Ga的氧化锌(GZO)。窗口层700的厚度可以在约800nm至约1200nm的范围内?；撼宀?00、高阻缓冲层600和窗口层700中形成有第三通孔TH3。第三通孔TH3露出导电层300的上表面的开口区域。例如，每个第三通孔TH3的宽度在约80 μ m至约200 μ m的范围内。第三通孔TH3与第二通孔TH2相邻?；谎灾?，第三通孔TH3设置在第二通孔TH2旁边?；谎灾?，当俯视时，第三通孔TH3设置为与第二通孔TH2平行。通过第二通孔TH2和第三通孔TH3将缓冲层500划分为多个缓冲部。类似地，通过第二通孔TH2和第三通孔TH3将高阻缓冲层600限定为多个高阻缓冲部。 窗口层700被第三通孔TH3划分为多个窗口?；谎灾?，通过第三通孔TH3限定多个窗口。所述窗口的形状与后电极的形状对应?；谎灾?，窗口被布置为条状形式。此外，所述窗口可以布置为矩阵形式。通过第三通孔TH3限定多个电池Cl、C2…。详细地，通过第二通孔TH2和第三通孔TH3限定所述电池C1、C2···?；谎灾?，根据实施例的太阳能电池设备可以被第二通孔TH2和第三通孔TH3划分为所述电池Cl、C2…。连接部800设置在第二通孔TH2内。每个连接部800从窗口层700向下延伸，并且连接到导电层300。更详细地，每个连接部800通过导电层300连接到后电极层200。例如，每个连接部800从第一电池Cl的窗口延伸，并且通过导电层300与第二电池C2的后电极连接。此外，连接部800将相邻电池互相连接。更详细地，连接部800将构成相邻的电池的窗口与后电极互相连接。每个连接部800与窗口层700 —体形成?；谎灾?，用于构成连接部800的材料与用于构成窗口层700的材料相同。如上所述，导电层300可以表现出与后电极层200和光吸收层400两者的高结合强度。因此，导电层300提高了后电极层200和光吸收层400之间的结合强度，从而根据实施例的太阳能电池设备呈现改进的机械特性。此外，如上所述，导电层300与后电极层200互相连接，同时它们之间呈现高结合特性。由于导电层300和连接部800都包含导电氧化物，因此改进了连接部800与导电层300之间的连接特性。因此，通过导电层300改进了连接部800与后电极层200之间的连接特性。此外，导电层300可以包含P型导电氧化物，诸如，构成光吸收层400的基于CIGS的化合物。因此,导电层300与光吸收层400连接的同时呈现改进的连接特性。此外，导电层300可以改进光吸收层400与后电极层200之间的连接特性。因此，根据实施例的太阳能电池设备具有改进的电特性。此外，导电层300可以?；ず蟮缂?00。更详细地，导电层300覆盖后电极层200的通过第三通孔TH3露出的部分。因此，导电层300防止后电极层200被侵蚀，从而根据实施例的太阳能电池设备显示提高的耐用性。此外，导电层300可以包括Na。导电层300的Na在形成光吸收层400的过程中散布到光吸收层400中，从而可以提高光吸收层400的特性。因此，根据实施例的太阳能电池设备具有改进的机械和电特性。图3至图7是示出根据实施例的太阳能电池设备制造方法的剖视图。下面将参照以上关于太阳能电池设备的描述来本制造方法?；谎灾?，以上关于太阳能电池设备的描述可以合并于本制造方法的描述中。参照图3，后电极层200形成在支撑衬底100上。后电极层200可以通过利用Mo革巴的派射过程形成。电极层200的厚度在约IOOnm至约500nm的范围内。此外，可以在支撑衬底100和后电极层200之间插置诸如防扩散层的附加层。之后，导电层300形成在后电极层200上。导电层300可以通过溅射过程形成。导电层300可以通过利用包含P型氧化物的溅射靶形成。此外，该溅射靶可以掺杂Na?；谎灾?，该溅射靶可以包含掺杂Na的P型氧化物。例如，构成该溅射靶的材料可以包含掺杂Na的ΙΤ0、掺杂Na的TO或掺杂Na的ΙΖ0。导电层300的沉积厚度可以在约Inm至约200nm的范围内。导电层300可以掺杂Na。在此情形中，掺杂到溅射靶中的Na的浓度可以根据导电层300的厚度而改变?；谎灾?，当导电层300的厚度薄时，可以掺杂高浓度的Na。相反，当导电层300的厚度厚时，可以掺杂低浓度的Na。之后，利用激光在后电极层200和导电层300中形成多个第一通孔THl?；谎灾?，同时对后电极层200和导电层300进行图案化。因此，后电极层200被第一通孔THl划分为多个后电极。第一通孔THl可以露出支撑衬底100的上表面，并且第一通孔THl的宽度可以在约80 μ m至约200 μ m的范围内。参照图4，在导电层300上形成光吸收层400、缓冲层500和高阻缓冲层600。光吸收层400可以通过溅射方法或蒸发方法形成。例如，光吸收层400可以通过多种方法形成，诸如通过同时或单独蒸发Cu、In、Ga和Se来形成基于Cu (In, Ga) Se2 (CIGS)的光吸收层400的方法，以及在已经形成金属前驱层之后进行硒化过程的方法。关于形成金属前驱层之后的硒化过程的细节，通过利用Cu靶、In靶、Ga靶或合金靶的溅射过程在后电极层200上形成金属前驱层。之后，金属前驱层经历硒化过程，从而形成基于Cu (In，Ga) Se2 (CIGS)的光吸收层400。此外，可以同时执行利用Cu靶、In靶和Ga靶的溅射过程和硒化过程。此外，可以通过仅利用Cu靶和In靶或仅利用Cu靶和Ga靶的溅射过程以及硒化过程形成基于CIS或CIG的光吸收层400。之后，通过经由溅射过程或化学浴沉积(CBD)方法沉积CdS，形成缓冲层500。之后，通过经由溅射过程在缓冲层500上沉积ZnO，形成高阻缓冲层600?；撼宀?00和高阻缓冲层600以较小的厚度沉积。例如，缓冲层500和高阻缓冲层600的厚度可以在约Inm至约80nm的范围内。 通过去除光吸收层400、缓冲层500和高阻缓冲层600的一些部分来形成第二通孔TH2?？梢酝ü钊缂馔饭ぞ叩幕底爸没蚣す庾爸眯纬傻诙譚H2。例如，可以利用宽度范围为约40 μ m至约180 μ m的尖头工具来图案化光吸收层400和缓冲层500。此外，可以利用波长范围为约200nm至约600nm的激光形成第二通孔TH2。在此情形中，第二通 孔TH2的宽度可以在约80 μ m至约200 μ m的范围内。此外，第二通孔TH2露出导电层300的上表面。参照图5，在光吸收层400上和第二通孔TH2中形成窗口层700?；谎灾?，通过在高阻缓冲层600上和第二通孔TH2中沉积透明导电材料来形成窗口层700。更详细地，可以通过沉积掺杂Al的氧化锌来形成窗口层700。在此情形中，将透明导电材料填充在第二通孔TH2中，使得窗口层700与导电层300直接接触。因此，连接部800形成在第二通孔TH2中。参照图6，通过去除缓冲层500、高阻缓冲层600和窗口层700的一些部分，形成第三通孔TH3。因此，图案化窗口层700以限定多个窗口和多个电池C1、C2···。每个第三通孔TH3的宽度可以在约80 μ m至约200 μ m的范围内。第三通孔TH3可以露出导电层300的上表面。在此情形中，导电层300包含氧化物以有效地?；ず蟮缂?00?；谎灾?，导电层300防止后电极层200通过第三通孔TH3露出到外部。如上所述，形成包括导电层300的太阳能电池设备。根据实施例的太阳能电池设备具有改进的电特性和机械特性。本说明书中涉及的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等，表示结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书中不同位置的这些词语的出现不必要都指代同一实施例。此外，当结合任意实施例描述特定特征、结构或特性时，应当认为结合其它实施例实现这些特征、结构或特性在本领域技术人员的能力范围内。尽管已参照本发明的若干示例性实施例描述了本发明，但是应该理解，本领域技术人员可以推导出的许多其它改进和实施例都将落在本公开的原理的精神和范围内。更具体地，在本公开、附图和所附权利要求的范围内可以对所讨论的组合排列的组成部件和/或排列方式进行各种变型和改进。除了对组成部件和/或排列方式进行变型和改进之外，替换使用对本领域技术人员来说也是显而易见的。工业应用性根据实施例的太阳能电`池设备及其制造方法可以应用于太阳能发电领域。
权利要求
1.一种太阳能电池设备，包括 衬底； 在所述衬底上的后电极层； 在所述后电极层上的光吸收层； 在所述光吸收层上的窗口层；以及 插置于所述后电极层与所述光吸收层之间并且包含第一导电氧化物的导电层。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述第一导电氧化物包含P型氧化物。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述导电层包含钠。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述导电层包含选自由氧化铟锡、氧化锡和铟锡锌氧化物所构成的组中的材料。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述光吸收层中形成有通孔，以露出所述导电层，并且连接部设置在所述通孔中同时从所述窗口层延伸，使得所述连接部与所述导电层连接。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池设备，其中，所述连接部通过所述导电层与所述后电极层连接。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述导电层的厚度在约Inm至约200nm的范围内。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述光吸收层包含导电类型与第一导电氧化物的导电类型相同的材料，并且所述窗口层包含第二导电材料。
9.一种太阳能电池设备，包括 后电极层； 在所述后电极层上的第一导电氧化物层； 在所述第一导电氧化物层上的第一导电光吸收层；以及 在所述第一导电光吸收层上的第二导电窗口层。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池设备，其中，所述第一导电氧化物层包含掺杂I族元素的金属氧化物。
11.根据权利要求10所述的太阳能电池设备，其中，所述第一导电光吸收层包含基于1-1I1-VI族的化合物半导体，所述窗口层包含掺杂III族元素的金属氧化物。
12.根据权利要求10所述的太阳能电池设备，其中，所述I族元素包含钠。
13.根据权利要求9所述的太阳能电池设备，其中，所述第一导电氧化物层的厚度在约Inm至约200nm的范围内。
14.根据权利要求9所述的太阳能电池设备，进一步包括通过在所述窗口层和所述光吸收层穿孔形成的第三通孔，其中所述第三通孔露出所述第一导电氧化物层的上表面。
15.一种太阳能电池设备的制造方法，所述方法包括 在衬底上形成后电极层； 通过在所述后电极层上沉积第一导电氧化物形成导电层； 在所述导电层上形成光吸收层；以及 在所述光吸收层上形成窗口层。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一导电氧化物包括选自由氧化铟锡、氧化锡和铟锡锌氧化物所构成的组中的材料，并且所述光吸收层包含1-1I1-1V族化合物。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括 在所述光吸收层中形成通孔，以露出所述导电层的上表面；以及 当形成所述窗口层时，在所述通孔中沉积透明导电材料。
全文摘要
公开了一种光伏器件及其制造方法。所述光伏器件包括衬底；形成在所述衬底上的后电极层；形成在所述后电极层上的光吸收层；形成在所述光吸收层上的窗口层；以及插置于所述后电极层与所述光吸收层之间并且包含第一导电氧化物的导电层。
文档编号H01L31/042GK103069578SQ201180041589
公开日2013年4月24日 申请日期2011年4月27日 优先权日2010年10月5日
发明者朴姬宣 申请人:Lg伊诺特有限公司