[发明专利]太阳能电池及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年2月19日在美国专利商标局提交的美国临时申请No.61/766,585的优先权和权益，其全部内容通过参考引入本文。

技术领域

本发明的实施方式涉及太阳能电池及其制造方法。

背景技术

太阳能电池是将太阳能转化为电能、(与化石燃料相比)产生较少的污染物且是半永久性的替代能源。

硅太阳能电池可包括体积大的单晶硅或多晶硅、或非晶硅。硅太阳能电池可具有高的效率，但其制造成本高。有机太阳能电池可具有低的制造成本，但其效率和稳定性低。化合物半导体太阳能电池具有比硅太阳能电池低的制造成本及高的效率和稳定性。

化合物半导体太阳能电池可包括由p-型化合物半导体形成的光吸收层和设置于所述p-型化合物半导体上的n-型缓冲层。所述光吸收层可为CIGS薄膜，例如Cu(In,Ga)Se₂，和所述缓冲层可由例如CdS、ZnO或ZnS形成。

然而，包括这样的缓冲层的太阳能电池的效率可进一步改善。

因此，进一步改善太阳能电池的效率的缓冲层是合乎需要的。

发明内容

根据本发明的实施方式的一个方面涉及包括具有新型结构的缓冲层的太阳能电池。

根据本发明的实施方式的另一方面涉及制造所述太阳能电池的方法。

根据本发明的一个实施方式，太阳能电池包括：包括p-型化合物半导体的光吸收层；和在所述光吸收层上的包括第一缓冲层和第二缓冲层的缓冲层，所述第二缓冲层在所述第一缓冲层和所述光吸收层之间，且所述第一缓冲层的硫化锌(ZnS)浓度大于所述第二缓冲层的ZnS浓度。

所述太阳能电池可进一步包括在所述缓冲层上的窗口层，所述窗口层包括n-型金属氧化物半导体。

在一些实施方式中，所述缓冲层具有ZnS浓度梯度且所述缓冲层的ZnS浓度沿着从所述第一缓冲层到所述第二缓冲层的方向降低。

所述缓冲层的ZnS浓度可沿着从所述第一缓冲层到所述第二缓冲层的方向连续地降低。

在一些实施方式中，所述第一缓冲层中的ZnS对Zn(S,O,OH)之比在约0.25-约0.63的范围内。

在一些实施方式中，所述第二缓冲层中的ZnS对Zn(S,O,OH)之比可小于约0.25。

所述第一缓冲层的厚度对所述第二缓冲层的厚度的厚度比在3:1-1:3的范围内。

所述第一缓冲层的厚度可与所述第二缓冲层的厚度基本上相同。

所述缓冲层可具有在约1nm-约2μm的范围内的厚度。

在一些实施方式中，所述光吸收层的所述p-型化合物半导体由组成式1：CuIn_1-xGa_x(S_ySe_1-y)₂表示，其中0≤x<1，和0<y<1。

所述第一缓冲层可具有在约0.5nm-约1μm的范围内的厚度。

在一些实施方式中，所述光吸收层的表面具有0.5原子%或更大的硫(S)浓度。

根据本发明的一个实施方式，太阳能电池包括：包括p-型化合物半导体的光吸收层；和在所述光吸收层上的缓冲层，所述缓冲层具有ZnS浓度梯度，和所述缓冲层的ZnS浓度沿着从所述缓冲层的面对所述光吸收层的表面到所述缓冲层的远离所述光吸收层的表面的方向增大。所述缓冲层中的ZnS对Zn(S,O,OH)之比不超过约0.63。

根据本发明的另一实施方式，制造太阳能电池的方法包括：制备包括硫酸锌(ZnSO₄)、硫脲(SC(NH₂)₂)和氢氧化铵(NH₄OH)的水溶液；和将包括p-型化合物半导体的光吸收层浸渍在所述水溶液7分钟或更多以在所述光吸收层上形成缓冲层。

在一些实施方式中，所述浸渍包括将所述光吸收层浸渍在所述水溶液中在7分钟-30分钟的范围内的时间段。

所述水溶液的温度可在约55℃-约70℃的范围内。

在一些实施方式中，所述水溶液中的硫酸锌的浓度在约0.01M-约0.1M的范围内。

所述水溶液中的所述硫脲的浓度可在约0.2M-约1.3M的范围内。

在一些实施方式中，所述水溶液中的所述氢氧化铵的浓度在约1M-约5M的范围内。

所述水溶液的pH可在约10-约13的范围内。