CN102971862A - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种太阳能电池及其制造方法。太阳能电池包括：背电极层；在背电极层上的光吸收层；在光吸收层上的凸出图案；在凸出图案上具有第一厚度的第一抗反射层；以及在凸出图案上具有比第一厚度小的第二厚度的第二抗反射层。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池及其制造方法。
背景技术
近来，随着能源消耗的增加，已开发了一种太阳能电池以把太阳能转换成电能。
特别是，已广泛使用一种基于CIGS的太阳能电池，这是一种PN异质结装置，具有包括玻璃衬底的衬底结构、金属背电极层、P型基于CIGS的光吸收层、高阻缓冲层和N型窗口层。
发明内容
[技术问题]
本发明提供了一种具有改进的外观和高效率的太阳能电池以及其制造方法。
[技术方案]
根据本发明的一种太阳能电池，包括：背电极层；在背电极层上的光吸收层；在光吸收层上的凸出图案；在凸出图案上具有第一厚度的第一抗反射层；以及在凸出图案上具有比第一厚度小的第二厚度的第二抗反射层。
根据本发明的一种太阳光发电装置，包括：太阳能电池；设置在所述太阳能电池上的凸出图案；设置在所述凸出图案的一表面上，且具有第一厚度的第一抗反射层；以及设置在所述凸出图案的另一表面上，且具有比所述第一厚度薄的第二厚度的第二抗反射层。
根据本发明的一种制造太阳能电池的方法，包括如下步骤：在衬底上形成背电极层；在背电极层上形成光吸收层；在光吸收层上形成包括凸出图案的窗口层；以及通过在窗口层上淀积材料而同时使材料的淀积方向倾斜，来形成第一和第二抗反射层。
[有益效果]
根据本发明的太阳能电池包括第一和第二抗反射层，它们被淀积在凸出图案上并且具有相互不同的厚度。特别是，第一抗反射层淀积在凸出图案的一侧面上，而第二抗反射层淀积在凸出图案的另一侧面上。
从而，根据观察方向窗口层的颜色会发生改变。这是因为在第一抗反射层中引起相长干涉的波长与在第二抗反射层中引起相长干涉的波长不同。
因此，根据本发明的太阳能电池可以具有改进的外观。
此外，由于凸出图案、第一抗反射层和第二抗反射层的原因，可以增加窗口层的入射率。从而，可以提高根据本发明的太阳能电池的效率。
附图说明
图1示出了根据本实施方式的太阳能电池的截面图；
图2至图4示出了抗反射图案的各种例子的透视图；以及
图5至图7示出了根据本实施方式用于制造太阳能电池的工艺的视图；
图8是第2实施例所示的太阳能电池的一个截面的截面图；
图9是第3实施例所示的太阳能装置的一个截面的截面图。
具体实施方式
在实施方式的说明中，应明白，当衬底、膜、电极、凹槽或层被称为在另一衬底、另一膜、另一电极、另一凹槽或另一层“之上”或“之下”时，这可以是“直接地”或“间接地”在其它衬底、其它膜、其它电极、其它凹槽或其它层之上，或者还可以存在一个或多个插入层。已参考附图说明了这种层的位置。图中所示元件的大小因为解释说明的需要可以被放大，并可以不完全地反映实际的大小。
图1示出了根据本实施方式的太阳能电池的截面图，以及图2至图4示出了抗反射图案的各种例子的透视图。
参考图1，太阳能电池包括支持衬底100、背电极层200、光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500、窗口层600和抗反射层700。
支持衬底100具有平板形状，并且支持背电极层200、光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500和窗口层600。
支持衬底100可以包括绝缘体。支持衬底100可以包括玻璃衬底、塑料衬底或金属衬底。更详细地，支持衬底100可以包括纳钙玻璃衬底。支持衬底100可以是透明的、或者可以是刚性的或挠性的。
背电极层200设置在衬底100上。背电极层200可以是导电层。背电极层可以包括金属，例如钼（Mo）。
此外，背电极层200可以包括至少两层。在这种情况下，可以利用同质金属或异质金属来形成这些层。
光吸收层300设置在背电极层200上。光吸收层300包括I-III-VI族化合物。例如，光吸收层300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300可以具有在大约1eV至大约1.8eV范围内的能带隙。
缓冲层400设置在光吸收层300上。缓冲层400直接与光吸收层300接触。
缓冲层400可以包括CdS。缓冲层400可以具有在大约1.9eV至大约2.3eV范围内的能带隙。
高阻缓冲层500设置在缓冲层400上。高阻缓冲层500可以包括iZnO，这是没有掺杂杂质的氧化锌。高阻缓冲层500具有在大约3.1eV至大约3.3eV范围内的能带隙。
窗口层600设置在高阻缓冲层500上。窗口层600是透明的，并且包括导电层。此外，窗口层600可以包括掺杂Al的ZnO（AZO）。
窗口层600包括基底层610和抗反射图案620。
基底层610设置在高阻缓冲层500上。抗反射图案620从基底层610凸出。换句话说，抗反射图案620是凸出图案。基底层610可以与抗反射图案620一体形成。
如图2至图4所示，抗反射图案620可以具有各种形状。例如，抗反射图案620可以具有金字塔形状、半球形状或三棱镜形状。
抗反射图案620可以具有大约100nm至大约500nm范围内的高度。抗反射图案620的高度可以相当于大约10%至大约50%的窗口层600的厚度。
抗反射图案620包括第一倾斜表面621和第二倾斜表面622。
第一倾斜表面621指向第一方向。各个第一倾斜表面621可以在同一方向延伸。第一倾斜表面621相对于支持衬底100的顶部表面是倾斜的。换句话说，第一倾斜表面621相对于背电极层200的顶部表面和光吸收层300的顶部表面是倾斜的。
在第一倾斜表面621和光吸收层300的顶部表面之间的角度可以在大约20°至大约60°的范围内。同样地，在第一倾斜表面621和背电极层200的顶部表面之间的角度可以在大约20°至大约60°的范围内。
第二倾斜表面622指向与第一方向不同的第二方向。各个第二倾斜表面622可以在同一方向延伸。第二倾斜表面622可以面对第一倾斜表面621。例如，第二倾斜表面622与第一倾斜表面621是对称的。
第二倾斜表面622相对于支持衬底100的顶部表面是倾斜的。换句话说，第二倾斜表面622相对于背电极层200的顶部表面和光吸收层300的顶部表面是倾斜的。
在第二倾斜表面622和光吸收层300的顶部表面之间的角度可以在大约20°至大约60°的范围内。同样地，在第二倾斜表面622和背电极层200的顶部表面之间的角度可以在大约20°至大约60°的范围内。
抗反射层700设置在窗口层600上。抗反射层700涂敷在窗口层600的顶部表面上。更详细地，抗反射层700覆盖抗反射图案620。抗反射层700涂敷在抗反射图案620的表面上。
抗反射层700是透明的。抗反射层700可以包括例如MgF2或LiF的抗反射涂层材料。
抗反射层700包括第一抗反射层710和第二抗反射层720。
第一抗反射层710设置在第一倾斜表面621上。第一抗反射层710涂敷在第一倾斜表面621上。
第一抗反射层710具有带较大尺寸的第一厚度T1。第一抗反射层710的第一厚度T1可以在大约100nm至大约500nm的范围内。
第二抗反射层720设置在第二倾斜表面622上。第二抗反射层720涂敷在第二倾斜表面622上。
第二抗反射层720具有带较小尺寸的第二厚度T2。第二抗反射层720的第二厚度T2可以在大约50nm至大约450nm的范围内。第二厚度T2小于第一厚度T1。在这种情况下，第一厚度T1和第二厚度T2之间的差可以是在大约10nm到大约100nm的范围内。
第一抗反射层710可以与第二抗反射层720一体形成。换句话说，第一抗反射层710和第二抗反射层720构成一个层。
由于第一抗反射层710和第二抗反射层720具有彼此不同的厚度T1和T2，第一抗反射层710和第二抗反射层720在彼此不同的波段处产生相长干涉。
换句话说，在从第一抗反射层710反射的第一光和从第一倾斜表面621反射的第二光之间的光程差比第一厚度T1大两倍。由于光程差的原因，第一和第二光在特定波段处产生相长干涉。
同样地，在从第二抗反射层720反射的第三光和从第二倾斜表面622反射的第四光之间的光程差比第二厚度T2大两倍。由于光程差的原因，第三和第四光在特定波段处产生相长干涉。
在这种情况下，由于第一厚度T1与第二厚度T2不同，所以产生相长干涉的波段彼此不同。因此，观察到的颜色彼此不同。
因此，根据对抗反射层700的观察角度可以观察到不同的颜色。
因此，根据本实施方式的太阳能电池可以具有改进的外观。
如此，通过所述抗反射层700来实现颜色，并不降低光入射效率。换句话说，入射到根据所述实施例的太阳能电池上的光中一部分必然被反射。
在这种情况下，根据实施例的太阳能电池利用所述抗反射层700对被反射的光选择产生相长干涉，从而根据观察位置呈现出不同的颜色。因此，根据实施例的太阳能电池不降低光入射效率的同时能够实现不同颜色。
此外，由于抗反射层700和抗反射图案620，提高了窗口层600的光入射效率。
特别是，由于所述第一抗反射层710和所述第二抗反射层720彼此具有不同厚度，因此能够提高不同波长的光的光入射效率。换句话说，某些波长的光能够通过所述第一抗反射层710更有效地入射到所述光吸收层300上，而被所述第一抗反射层710反射的另一波长的光通过所述第二抗反射层720更有效地入射到所述光吸收层300上。
由此，所述第一抗反射层710和所述第二抗反射层720能够使更宽领域波长的光有效地入射。因此，根据本实施方式的太阳能电池可以表现出提高的效率。虽然本实施方式已描述了在窗口层600中形成的抗反射图案620涂敷有具有彼此不同厚度的抗反射层700，但本实施方式不局限于此。因此，本实施方式可以具有这样一种结构，其中具有不同厚度的抗反射层涂敷在被设置在窗口层600上的保护玻璃中所形成的抗反射图案620上。
图5至图7是示出了根据本实施方式的太阳能电池的制造工艺的截面图。下文中，将参照太阳能电池的上述说明来介绍本制造方法。本制造方法的说明被纳入在太阳能电池的上述说明中。
参考图5，通过溅射工艺在支持衬底100上淀积例如钼（Mo）的金属来形成背电极层200。可以通过具有彼此不同的工艺条件的两个工艺来形成背电极层200。
诸如防扩散层的附加层可以插入在支持衬底100和背电极层200之间。
光吸收层300形成在背电极层200上。
可以通过溅射工艺或蒸镀方案来形成光吸收层300。
例如，可以通过各种方案来形成光吸收层300，例如通过同时地或分别地蒸镀Cu、In、Ga和Se形成基于Cu(In,Ga)Se2（CIGS）的光吸收层300的方案、以及在已形成金属前体层之后进行硒化工艺的方案。
关于在形成金属前体层之后的硒化工艺的细节，通过采用Cu靶、In靶、Ga靶或合金靶的溅射工艺在背电极层200上形成金属前体层。
此后，使金属前体层受到硒化工艺，以便形成基于Cu(In,Ga)Se2（CIGS）的光吸收层300。
此外，采用Cu靶、In靶和Ga靶的溅射工艺和硒化工艺可以同时进行。
此外，通过仅采用Cu和In靶或者仅采用Cu和Ga靶的溅射工艺和硒化工艺，可以形成基于CIS或CIG对光吸收层300。
此后，在光吸收层300上形成缓冲层400。通过化学水浴淀积（CBD）工艺在光吸收层300上淀积CdS可以形成缓冲层400。
通过溅射工艺在缓冲层400上淀积氧化锌来形成高阻缓冲层500。
在高阻缓冲层500上形成预备窗口层601。为了形成预备窗口层601，在高阻缓冲层500上层叠透明导电材料。该透明导电材料可以包括AZO。
参考图6，在预备窗口层601上形成掩模图案10。可以通过光刻工艺形成掩模图案10。
此后，通过采用刻蚀溶液来刻蚀预备窗口层601，从而形成包括基底层610和抗反射图案620的窗口层600。刻蚀溶液可以包括盐酸溶液。
此外，在不采用掩模图案的情况下，可以通过采用例如微砂的刻蚀颗粒使预备窗口层601的顶部表面受到表面处理。
参考图7，在窗口层600上形成抗反射层700。为了形成抗反射层700，在支持衬底100上淀积用于形成抗反射层700的材料，同时使材料的淀积方向倾斜。
例如，来自MgF2溅射靶或LiF溅射靶上的MgF2或LiF颗粒散布在窗口层600上，同时使MgF2或LiF颗粒的淀积方向倾斜。上述颗粒的散布方向可以相对支持衬底100的顶部表面倾斜大约20°至60°的角度。
用于形成抗反射层700的材料朝向第一倾斜表面621散布。
因此，具有较大尺寸的第一厚度T1的第一抗反射层710形成在第一倾斜表面621上，以及具有较小尺寸的第二厚度T2的第二抗反射层720形成在第二倾斜表面622上。
如上所述，根据本实施方式制造太阳能电池的方法，可以制造具有改进外观和提高效率的太阳能电池。
图8是第2实施例所示的太阳能电池的一个截面的截面图。有关本实施例涉及的太阳能电池，参考前面实施例的太阳能电池和太阳能电池的制造方法。有关本实施例涉及的太阳能电池的描述，除了改变的部分之外，可以从本质上结合前面描述的太阳能电池和太阳能电池的制造方法。
参考图8，抗反射层700包括第一抗反射层710、第二抗反射层720、第三抗反射层730、第四抗反射层740。
所述第三抗反射层730设置在所述第一抗反射层710上。更详细地，所述第三抗反射层730可以涂敷在所述第一抗反射层710上。由此，所述第三抗反射层730被设置在抗反射图案620的第一倾斜表面621上。
所述第四抗反射层740设置在所述第二抗反射层720上。更详细地，所述第四抗反射层740可以涂敷在所述第二抗反射层720上。由此，所述第四抗反射层740被设置在抗反射图案620的第二倾斜表面622上。
所述第三抗反射层730的厚度T3比所述第四抗反射层740的厚度T4更厚。而且，所述第三抗反射层730的厚度T3可以对应于所述第一抗反射层710的厚度T1，所述第四抗反射层740的厚度T4对应于所述第二抗反射层720的厚度T2。
所述第三抗反射层730和所述第四抗反射层740是透明的。所述第三抗反射层730和所述第四抗反射层740可以包括例如MgF2或LiF等的抗反射涂层材料等。
此外，所述第三抗反射层730可以与所述第四抗反射层740一体形成。换句话说，所述第三抗反射层730和所述第四抗反射层740可具有单层结构。
因此，所述抗反射层700可具有双层结构。与此不同，所述抗反射层700可以通过增加抗反射层来形成三层以上。
此外，所述第三抗反射层730和所述第四抗反射层740可具有与所述第一抗反射层710和所述第二抗反射层720不同的折射率。换句话说，所述第三抗反射层730和所述第四抗反射层740的折射率可以小于所述第一抗反射层710和所述第二抗反射层720的折射率。
此外，所述抗反射层700可以光学设计成使所述抗反射层700所包括的各层交替具有大的折射率和小的折射率。
如此，所述抗反射层700具有多层结构，因此，具有更好的光学效应。
图9是第3实施例涉及的太阳光发电装置的一个截面的截面图。有关本实施例涉及的太阳光发电装置，参考前面实施例的太阳能电池和太阳能电池的制造方法。有关本实施例涉及的太阳光发电装置的描述，除了改变的部分之外，可以从本质上结合前面描述的太阳能电池和太阳能电池的制造方法。
参考图9，本实施例涉及的太阳光发电装置包括太阳能电池10和保护衬底20。
所述太阳能电池10将入射的太阳光转换成电能。所述太阳能电池10可以包括依次层叠在支持衬底100上的背电极层200、光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500、窗口层600。
此外，所述太阳能电池10可以是硅太阳能电池、化合物半导体太阳能电池或染料敏化太阳能电池。
所述保护衬底20设置在所述太阳能电池10上。所述保护衬底20从外部的物理及化学冲击保护所述太阳能电池10。在所述保护衬底20和所述太阳能电池10之间可以介入有缓冲片，该缓冲片含有乙烯乙酸乙烯酯（EVA、ethylenevinylacetate）树脂等。
在所述保护衬底20的顶部表面上形成有抗反射图案21。而且，所述抗反射图案21的第一倾斜表面22和第二倾斜表面23上分别设置有厚度彼此不同的第一抗反射层810和第二抗反射层820。
所述抗反射图案21可以具有不同形状。例如，所述抗反射图案21可以具有金字塔形状、半球形状或三棱镜形状。
所述抗反射图案21的高度可以在大约100nm至大约500nm的范围内。所述抗反射图案21包括第一倾斜表面22和第二倾斜表面23。
所述第一倾斜表面22指向第一方向。所述第一倾斜表面22可以在同一方向延伸。所述第一倾斜表面22相对于所述支持衬底100的顶部表面是倾斜的。换句话说，所述第一倾斜表面22相对于所述太阳能电池10的顶部表面是倾斜的。
所述第一倾斜表面22和所述太阳能电池10的顶部表面之间的角度可以在大约20°至大约60°的范围内。同样地，所述第一倾斜表面22和所述背电极层200的顶部表面之间的角度可以在大约20°至大约60°的范围内。
所述第二倾斜表面23指向与所述第一方向不同的第二方向。所述第二倾斜表面23可以在同一方向延伸。所述第二倾斜表面23可以面对所述第一倾斜表面22。例如，所述第二倾斜表面23与所述第一倾斜表面22是对称的。
所述第二倾斜表面23相对于所述支持衬底100的顶部表面是倾斜的。换句话说，第二倾斜表面23相对于所述背电极层200的顶部表面和所述光吸收层300的顶部表面是倾斜的。
所述第二倾斜表面23和所述太阳能电池10的顶部表面之间的角度可以在大约20°至大约60°的范围内。同样地，所述第二倾斜表面23和所述背电极层200的顶部表面之间的角度可以在大约20°至大约60°的范围内。
所述抗反射层800设置在所述保护衬底20上。所述抗反射层800涂敷在所述保护衬底20的顶部表面上。更详细地，所述抗反射层800覆盖所述抗反射图案21。所述抗反射层800涂敷在所述抗反射图案21的表面上。
所述抗反射层800是透明的。所述抗反射层800可以包括例如MgF2或LiF等的抗反射涂层材料等。
所述抗反射层800包括第一抗反射层810和第二抗反射层820。
所述第一抗反射层810设置在所述第一倾斜表面22上。所述第一抗反射层810涂敷在所述第一倾斜表面22上。
所述第一抗反射层810具有带较大尺寸的第一厚度T1。所述第一抗反射层810的第一厚度T1可以在大约100nm至大约500nm的范围内。
所述第二抗反射层820设置在所述第二倾斜表面23上。所述第二抗反射层820涂敷在第二倾斜表面23上。
所述第二抗反射层820具有带较小尺寸的第二厚度T2。所述第二厚度T2可以在大约50nm至大约450nm的范围内。所述第二厚度T2小于所述第一厚度T1。在这种情况下，所述第一厚度T1和所述第二厚度T2之间的差可以是在大约10nm到大约100nm的范围内。
所述第一抗反射层810可以与所述第二抗反射层820一体形成。换句话说，所述第一抗反射层810和所述第二抗反射层820构成一个层。
由于所述第一抗反射层810和所述第二抗反射层820具有彼此不同的厚度T1和T2，所以在不同的波段处产生相长干涉。因此，根据所述抗反射层800的观察角度，可观察到不同的颜色。
因此，根据实施例的太阳光发电装置可以具有改进的外观。
所述第一抗反射层810和所述第二抗反射层820可以将抗反射效果最大化。因此，根据实施例的太阳光发电装置可以表现出提高的效率。
对在本说明书中的任何引用“一个实施方式”、“实施例”、“示例实施例”等等，是指结合本实施方式的特定特征、结构或特性包含在本方发明的至少一个实施方式中。这种短语的出现在本说明书的各个位置中不一定都是指相同的实施方式。而且，当结合任何实施方式说明特定的特征、结构或特性时，要提出，这是指本领域技术人员在其见识范围内能够结合本实施方式的其它特征、结构或特性来实施这种特征、结构或特性。
虽然已参考若干其示例实施例说明了各实施方式，但应明白，本那些本领域技术人员所提出的许多其它修改或实施方式将落入在本公开原则的精神和范围内。更详细地，在本公开文本、附图和附加权利要求的范围内的组件部分和/或主题组合设置中，各种变化和修改是有可能的。除组件部分和/或设置的变化和修改以外，可选用途对于那些本领域技术人员来说也将是显而易见的。
工业上可利用性
实施例涉及的太阳能电池和太阳光发电装置可以利用在太阳光发电领域。
Claims (19)
1.一种太阳光发电装置，包括：
背电极层；
在该背电极层上的光吸收层；
在该光吸收层上的凸出图案；
在该凸出图案上具有第一厚度的第一抗反射层；以及
在该凸出图案上具有比第一厚度小的第二厚度的第二抗反射层。
2.如权利要求1的太阳光发电装置，其中所述凸出图案包括第一和第二倾斜表面，它们彼此相对，第一抗反射层设置在第一倾斜表面上，以及第二抗反射层设置在第二倾斜表面上。
3.如权利要求2的太阳光发电装置，所述第一倾斜表面和所述第二倾斜表面彼此向不同方向延伸。
4.如权利要求2的太阳光发电装置，其中第一倾斜表面和背电极层的顶部表面之间的角度以及第二倾斜表面和背电极层的顶部表面之间的角度在20°至60°的范围内。
5.如权利要求1的太阳光发电装置，其中第一和第二抗反射层包含MgF2或LiF。
6.如权利要求1的太阳光发电装置，其中第一和第二厚度的差在10nm至100nm的范围内。
7.如权利要求1的太阳光发电装置，其中所述凸出图案具有金字塔形状。
8.如权利要求1的太阳光发电装置，其中所述第一抗反射层与所述第二抗反射层一体形成。
9.如权利要求1的太阳光发电装置，包括：
设置在所述第一抗反射层上的第三抗反射层；以及
设置在所述第二抗反射层上的第四抗反射层；
其中所述第三抗反射层的厚度比所述第四抗反射层的厚度更厚。
10.如权利要求1的太阳光发电装置，包括设置在所述光吸收层上的背电极层，所述凸出图案形成在所述背电极层上。
11.一种太阳光发电装置，包括：
太阳能电池；
设置在所述太阳能电池上的凸出图案；
设置在所述凸出图案的一表面上，且具有第一厚度的第一抗反射层；以及
设置在所述凸出图案的另一表面上，且具有比所述第一厚度薄的第二厚度的第二抗反射层。
12.如权利要求11的太阳光发电装置，包括设置在所述太阳能电池上的保护衬底，所述凸出图案形成在所述保护衬底上。
13.如权利要求11的太阳光发电装置，所述凸出图案包括相对于所述太阳能电池的顶部表面倾斜的第一倾斜表面和第二倾斜表面，所述第一抗反射层设置在所述第一倾斜表面上，所述第二抗反射层设置在所述第二倾斜表面上。
14.如权利要求11的太阳光发电装置，所述第一厚度和所述第二厚度T2之差在10nm至100nm的范围内。
15.一种制造太阳光发电装置的方法，该方法包括：
在衬底上形成背电极层；
在所述背电极层上形成光吸收层；
在所述光吸收层上形成凸出图案；以及
通过在所述凸出图案上淀积材料而同时使材料的淀积方向相对于所述背电极层的上表面倾斜，来形成第一和第二抗反射层。
16.如权利要求15的方法，其中，在形成第一和第二抗反射层时，以20°至60°的角度倾斜淀积材料。
17.如权利要求16的方法，其中所述凸出图案具有在100nm至500nm范围内的高度。
18.如权利要求15的方法，形成所述凸出图案的步骤包括：在所述光吸收层上形成透明导电层的步骤；以及蚀刻所述透明导电层的一部分的步骤。
19.如权利要求15的方法，其中在所述第一抗反射层上形成第三抗反射层，在所述第二抗反射层上形成第四抗反射层，所述第一抗反射层比所述第二抗反射层更厚，所述第三抗反射层比所述第四抗反射层更厚。
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