[发明专利]一种光伏电池及其制造方法

说明书

本发明公开了一种基于铜基光吸收材料光伏电池。该电池包括了衬底和铜基光吸收材料。该光伏电池还包括沉积在衬底和光吸收层之间的导电层(背电极层)。该导电层与光吸收层电学性质匹配。光伏电池还包括了另一与光吸收层电学性质匹配的导电层。沉积了背电极层的衬底在光伏电池制造过程中进行了退火处理。

技术领域

本发明是关于一种光伏电池和制造该光伏电池的方法，如基于铜基光吸收材料的电池。

技术背景

铜基硫属化合物在薄膜光伏科技中，具有重要进展。铜锌锡硫(CZTS,CZTSe或CZTSSe)薄膜太阳能电池，含有地壳中含量高的元素，其制造技术价格低廉。

铜锌锡硫是一种四元化合物，含铜(Cu)、锌(Zn)、锡(Sn)、硫(S)或者硒(Se)。铜锌锡硫的化学式为Cu₂ZnSn(S,Se)₄。根据硫属元素的不同，铜锌锡硫的缩写也不同，如硫属元素为硫，缩写为CZTS；如硫属元素为硒，缩写为CZTSe。若将CZTS和CZTSe混合，可以形成一种具有直接带隙且带隙可调(可调区间约为1.0eV至1.5eV)，光吸收系数高的吸收层。这些性质对于薄膜电池是至关重要的。目前铜锌锡硫光伏电池沉积在镀钼(Mo)的钠钙玻璃基底上，钼层作为背接触电极。

通常情况，CZTS(Se)吸收层由含有CZTS(Se)元素的前驱体退火制成。沉积这种材料的主要技术有物理气相沉积，化学气相沉积和溶液法。顶电极层包括了ZnO/AZO,ITO,BZO层和沉积在吸收层上的金属材料。

通常，铜锌锡硫太阳能电池还有一层硫化镉缓冲层位于吸收层和顶电极层之间。尽管铜锌锡硫薄膜太阳能电池具有超过其他薄膜太阳能电池的潜力，但是目前其效率仍低于市场上光伏电池的平均效率。铜锌锡硫太阳能电池光电转换效率的世界纪录分别为8％(纯硫化)，9％(纯硒化)和12.6％(硫硒化)。而相较于铜铟镓硒(Cu(In,Ga)Se₂(CIGSe))21.7％的转换效率，仍有差距。

造成铜锌锡硫太阳能电池效率低原因包括光吸收层、背电极层的结构、化学成分和电学特性未优化，还包括以上问题对光吸收层特性所造成的影响所导致的效率下降。钼背电极中的缺陷传播进入铜锌锡硫吸收层也会导致光电转换效率降低。

钼电极通常沉积在钠钙玻璃上。一般用成本低廉的沉积方法，如溅射。溅射沉积的钼具有大量结构缺陷，这些缺陷会进入电池整体结构，并影响电池效率。在钼背电极/铜锌锡硫吸收层界面，化学成分不稳定也会影响电池效率。这种不稳定是源于退火处理前驱体过程中，吸收层的分解和硫化钼和/或硒化钼的生长。

硫化钼和/或硒化钼的生成会产生位于光吸收材料禁带深层的缺陷，这将导致大量的电流损失。因此对于铜锌锡硫太阳能电池，光吸收材料/背电极区域的性质需要改善。

发明内容

本发明提供了多个具有优势的实施方案。这些方案是关于铜基硫属化合物太阳能电池和生成该种电池的方法。本发明的实施方案还提供了热处理背电极的铜基硫属化合物太阳能电池，该处理改善背电极结构和吸收层的表面形貌。实施方案同时也提供了一种经过热处理背电极的光伏电池制造方法。

本发明实施方案的其他优点还包括在背电极区引入一层中间层，这将能减少二次相的产生。在光吸收材料/背电极界面形成的金属硫化物或金属硒化物能保持或改善电池的串联电阻。

在第一方面，本专利提供了一种光伏电池包括：

衬底材料；

铜基光吸收材料；

沉积在衬底和光吸收材料之间的第一导电层，该层与光吸收材料电学性质匹配；

沉积另一种与光吸收材料电学匹配的第二导电层；

第一导电层在光伏电池的制造过程中经过退火处理。