(57)【要約】      （修正有）【課題】薄膜太陽電池において、開放電圧、光電変換効率を向上させる。【解決手段】薄膜太陽電池は、基板１００上に第一の導電層２００、第一の塩基性元素層３００、光吸収層４００、第二の塩基性元素層５００、透明導電層７００を順次設ける。第二の塩基性元素層を設けることにより、第二の塩基性元素層内の塩基金属元素と光吸収層内の元素を反応させて塩基金属元素を含む膜層を形成し、これにより、光吸収層の表面の成分を変え、さらに、イオン交換にて光吸収層の電子構造を変え、層間キャリアの表面再結合を低減し、解放電圧を大きくし、光電変換効率を向上させる。【選択図】図１
2019134151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に設けられる第一の導電層と、
前記第一の導電層に設けられる第一の塩基性元素層と、
前記第一の塩基性元素層に設けられる光吸収層と、
前記光吸収層に設けられる第二の塩基性元素層と、  前記第二の塩基性元素層に設けられる透明導電層と、を含む、
薄膜太陽電池。
【請求項２】
前記第二の塩基性元素層と前記透明導電層との間にバッファ層をさらに含む、
請求項1に記載の薄膜太陽電池。
【請求項３】
前記第一の導電層はモリブデン層である、
請求項１に記載の薄膜太陽電池。
【請求項４】
前記モリブデン層の厚さは200〜500nmであり、前記モリブデン層のブロック抵抗は500〜1000mΩである、
請求項3に記載の薄膜太陽電池。
【請求項５】
前記光吸収層は銅インジウムガリウムセレン吸収層であり、前記銅インジウムガリウムセレン吸収層の厚さは1.8〜2.5μmである、
請求項1に記載の薄膜太陽電池。
【請求項６】
前記銅インジウムガリウムセレン吸収層の組成元素の原子の割合は、0.75 ≦ Cu/（In＋Ga) ≦ 1、0.2 ≦ Ga/（In＋Ga) ≦ 0.5を満たす、
請求項5に記載の薄膜太陽電池。
【請求項７】
前記バッファ層は硫化カドミウム層であり、前記硫化カドミウム層の厚さは20〜70nmである、
請求項2に記載の薄膜太陽電池。
【請求項８】
前記透明導電層の成分はアルミニウムドープの酸化亜鉛である、
請求項1に記載の薄膜太陽電池。
【請求項９】
前記透明導電層、アルミニウムドープの酸化亜鉛の厚さは800〜1200nmであり、前記透明導電層のブロック抵抗は5〜30Ωである、請求項1に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１０】
前記第一の塩基性元素層はNaF、KF、RbF、CsF中の一種類である、
請求項1〜8の何れか1項に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１１】
前記第二の塩基性元素層はNaF、KF、RbF、CsF中の一種類である、
請求項1〜8の何れか1項に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１２】
前記基板はフロートガラスである、
請求項1〜8の何れか1項に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１３】
前記薄膜太陽電池はフレキシブルである、
請求項1〜8の何れか1項に記載の薄膜太陽電池。
【請求項１４】
前記薄膜太陽電池は剛性である、
請求項1〜8の何れか1項に記載の薄膜太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、2018年1月29日に中国国家知識産権局へ提出された中国特許出願No. 201810083952.2の優先権を主張し、この出願の全ての内容を参照により本願に援用する。
【技術分野】
【０００２】
本開示は太陽電池技術分野に関し、具体的に薄膜太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００３】
工業の急速な発展に伴い、緊迫した及び環境問題は日々深刻になり、太陽エネルギーの利用は各国の研究テーマとなっている。太陽電池技術分野において、銅インジウムガリウムセレン（CIGS）は直接バンドギャップ半導体となり、Ga元素のドープに伴い、CIGSのバンドギャップ幅は1.02eV〜1.68eVの間で調整することができる。CIGSは、可視光に対する吸収係数が高いため、高効率かつ低コストの薄膜太陽電池を製造する最も有望な材料である。
CIGS電池のガラス基板は塩基性元素を含み、CIGS層（吸収層）とMo層との間に１つの塩基性化合物層を蒸着することによって、吸収層の塩基性元素を調整する。しかし、吸収層を共蒸着製造する過程において、プロセスの温度が500℃を超えると、塩基性元素は高濃度の箇所から低濃度の吸収層へ拡散する。吸収層の製造完了後、次のプロセスに入る前に、基板の温度が下がり、塩基性元素は再び拡散してCIGS層の底部へ戻り、CIGS層表面の塩基性元素の制御は不可能となり、さらにプロセス全体において塩基性元素の制御は不可能となるため、CIGS電池の光電変換効率は低下する。
【開示の概要】
【０００４】
本開示は、従来技術に存在する技術課題を少なくとも一部解決し、CIGS層表面の塩基性元素の制御性を向上させると共に、電池の光電変換効率を向上させる薄膜太陽電池を提供する。
本開示の1つの態様では、
基板と、
前記基板に設けられる第一の導電層と、
前記第一の導電層に設けられる第一の塩基性元素層と、
前記塩基性元素層に設けられる光吸収層と、
前記光吸収層に設けられる第二の塩基性元素層と、
前記第二の塩基性元素層に設けられる透明導電層と、を含む、薄膜太陽電池を提供する。
【０００５】
前記薄膜太陽電池において、前記第二の塩基性元素層と前記透明導電層との間にバッファ層をさらに含んでもよい。
前記薄膜太陽電池において、前記第一の導電層はモリブデン層であってもよい。
前記薄膜太陽電池において、前記モリブデン層の厚さは約200〜500nmであってもよく、前記モリブデン層のブロック抵抗は約500〜1000mΩであってもよい。
前記薄膜太陽電池において、前記光吸収層は銅インジウムガリウムセレン吸収層であってもよく、前記銅インジウムガリウムセレン吸収層の厚さは約1.8〜2.5μmであってもよい。
前記薄膜太陽電池において、前記銅インジウムガリウムセレン吸収層の組成元素の原子の割合は、0.75 ≦ Cu（In＋Ga) ≦１、0.2 ≦ Ga/（In＋Ga) ≦ 0.5を満たす。
【０００６】
前記薄膜太陽電池において、前記バッファ層は硫化カドミウム層であってもよく、前記硫化カドミウム層の厚さは約20〜70nmであってもよい。
前記薄膜太陽電池において、前記透明導電層の成分はアルミニウムドープの酸化亜鉛であってもよい。
前記薄膜太陽電池において、前記透明導電層の厚さは約800〜1200nmであってもよく、前記透明導電層のブロック抵抗は約5〜30Ωであってもよい。
前記薄膜太陽電池において、前記第一の塩基性元素層はNaF、KF、RbF、CsF中の一種類であってもよい。
前記薄膜太陽電池において、前記第二の塩基性元素層はNaF、KF、RbF、CsF中の一種類であってもよい。
【０００７】
本開示が提供する薄膜太陽電池は、第二の塩基性元素層を設けることによって、第二の塩基性元素層内の塩基金属元素と光吸収層内の元素を反応させて塩基金属元素を含む膜層を形成し、これにより、光吸収層の表面の成分を変え、さらに、イオン交換にて光吸収層の電子構造を変え、層間キャリアの表面再結合を低減し、その後の製造処理プロセスにおいて電池開放電圧を大きくし、さらに電池の光電変換効率を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の実施例が提供する薄膜太陽電池の構造模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を組み合わせて本開示の実施例を詳細に説明する。図面において、同一又は類似の符号は、同一又は類似の要素、或いは同一又は類似機能を備える要素を示す。以下、図面を参照して説明する実施例は例示的なものであり、本開示の説明のみに用いられ、本開示を限定するものとして解釈されては行けない。
【００１０】
図１に示すように、本開示の実施例では、第一の導電層200と、第一の塩基性元素層300と、光吸収層400と、第二の塩基性元素層500と、バッファ層600と、透明導電層700とが順次に設けられる基板100を含む薄膜太陽電池（薄膜太陽エネルギー電池）を提供する。実施例において、基板100はフロートガラスであってもよく、第一の導電層200はモリブデン層であってもよい。実施例において、薄膜太陽電池はフレキシブルな薄膜太陽電池であってもよく、剛性の薄膜太陽電池であってもよい。本実施例では、主に剛性の薄膜太陽電池について説明する。
【００１１】
光吸収層400とモリブデン層（第一の導電層）200との間に第一の塩基性元素層300を蒸着することによって、電池構造における塩基性元素の含有量を初歩調整することができる。しかし、光吸収層400を共蒸着製造する過程において、プロセス温度が500℃を超えると、塩基性元素は光吸収層400の高濃度領域から低濃度領域へ拡散する。一方、光吸収層400の製造完了後、次のプロセスに入る前に、基板100の温度が下がり、塩基性元素は拡散して光吸収層400の底部へ戻り、光吸収層400表面における塩基性元素の制御精度を確保することが難しい。よって、本実施例では、光吸収層400とバッファ層600との間に第二の塩基性元素層500を設けて、塩基性元素の拡散性が強い特性を利用し、光吸収層400内の元素と反応させて、光吸収層400の表面に１つの塩基性元素を含む膜層を形成することができ、これにより、光吸収層400表面の成分を変え、さらに、イオン交換にて光吸収層400の電子構造を変え、層間キャリアの表面再結合を低減し、後続の製造処理プロセスにおいて電池開放電圧を大きくし、さらに電池の光電変換効率を向上させる。
【００１２】
実施例において、第一の塩基性元素層300内の塩基性元素の光吸収層400における拡散性能を確保すると共に、光吸収層400内の元素との反応を便利にするために、第一の塩基性元素層300はNaF、KF、RbF、CsF中の一種類であってもよく、実施例において、第二の塩基性元素層500は、NaF、KF、RbF、CsF中の一種類であってもよい。
【００１３】
実施例において、光吸収層400は銅インジウムガリウムセレン（CIGS）吸収層であってもよく、当該CIGS吸収層の厚さは約1.8〜2.5μmであってもよい。第二の塩基性元素層500とCIGS吸収層が反応した後、CIGS吸収層の表面にXIGS膜層が形成され、Xは第二の塩基性元素層500内のNa、K、Rb又はCs等の塩基金属元素を示す。
【００１４】
実施例において、銅インジウムガリウムセレン吸収層組成元素の原子の割合は、0.75 ≦ Cu/（In＋Ga) ≦ 1、0.2 ≦ Ga/（In＋Ga) ≦0.5を満たす。当該割合の範囲で、界面再結合を効果的に低減し、バンドギャップ幅を調整・最適化し、開放電圧を大きくし、電池の効率を向上させることができる。
【００１５】
実施例において、当該薄膜太陽電池の発電性能を強化するために、モリブデン層200の厚さは約200〜500nmであってもよく、モリブデン層200のブロック抵抗は約500〜1000mΩであってもよい。
バッファ層600の設置は、化学浴析出法にて硫化カドミウムを製造することによって実現できる。当該硫化カドミウム層の厚さは約20〜70nmで、光吸収層400と透明導電層700の界面反応を確保し、電池の光電変換効率を向上させる。
【００１６】
実施例において、光の透過率を強化するために、透明導電層700の成分はアルミニウムドープの酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）であってもよい。実施例において、アルミニウム元素は第3族元素に置き換えてもよい。また、電池の光電変換効率を向上させるために、透明導電層700の厚さは約800〜1200nmであってもよく、透明導電層７００のブロック抵抗は約5〜30Ωであってもよい。
本発明の実施例が提供する薄膜太陽電池は、第二の塩基性元素層を設けることにより第二の塩基性元素層内の塩基金属元素と光吸収層内の元素を反応させて塩基金属元素を含む膜層を形成する。これにより、光吸収層の表面の成分を変え、さらに、イオン交換にて光吸収層の電子構造を変え、層間キャリアの表面再結合を低減し、その後の製造処理プロセスにおいて電池開放電圧を大きくし、さらに電池の光電変換効率を向上させる。
【００１７】
以上、図面に示す実施例を組み合わせて本開示の構造、特徴および作用効果を詳細に説明した。上記内容は本開示の好適な実施例に過ぎない。本開示の請求範囲はこれに限らず、当業者が、本開示で公開した技術範囲内において容易に想到できる変化又は置換は、全て本開示の保護範囲内に含まれるものとする。よって、本開示の保護範囲は、特許請求の範囲によって定義される保護範囲に準ずる。
【符号の説明】
【００１８】
１００  基板
２００  第一の導電層
３００  第一の塩基性元素層
４００  光吸収層
５００  第二の塩基性元素層
６００  バッファ層
７００  透明導電層
【図１】
2019134151.tif 000003