用于太陽能電池的層系統技術方案

本發明專利技術涉及一種用于薄層太陽能電池和太陽能模塊的基于ＣＩＳ吸收體的層系統（１）。根據本發明專利技術的層系統（１）具有由Ｉｎ２（Ｓ１－ｘ，Ｓｅｘ）３＋δ制成的緩沖層（４），其中有０≤ｘ≤１和－１≤δ≤１成立。此外第一緩沖層（５）被構造為非晶的。利用該緩沖層（５）克服了迄今為止常用的ＣｄＳ緩沖體的缺點、即毒性和不良的工藝結合，其中除了高效率以外同時還實現高度的長時間穩定性，并且因此進而不存在從常規緩沖層到ＣｄＳ替換緩沖層的缺點。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于太陽能電池的層系統技術領 域本專利技術涉及一種根據權利要求1的前序部分所述的尤其是用于薄層太陽能電池、 太陽能模塊等等的層系統，以及具有該層系統的太陽能電池或太陽能電池模塊。
技術介紹
用于太陽能電池和太陽能模塊的薄層系統是充分公知的，并且根據襯底和所施加 的材料以不同的實施方式存在于市場上。所述材料被選擇為使得最大化地利用入射的太陽 光譜。目前可以從商業上獲得由半導體材料構成的薄層電池，例如由碲化鎘(CdTe)、或者 銅銦(鎵)硫硒化合物(Cudn/Ga) (Se/S))構成的被稱為CIS或CIGS電池的薄層電池，其 中在此根據電池類型，S可以表示硫和/或硒。最經常的是將非晶硅(a:Si:H)用于薄層電 池。如今，CIS薄層電池達到與由多晶硅構成的模塊近似相同的效率。當前的基于Cu(In，Ga) (S，Se)2的薄層太陽能電池和太陽能模塊在ρ導通的 Cu (In,Ga) (S，Se)2吸收體與通常包括氧化鋅(ZnO)的η導通的前電極之間需要緩沖層。根 據當前的認識，該緩沖層使得能夠在吸收材料與前電極之間進行電匹配。此外，該緩沖層提 供保護以免在通過DC磁控管濺射的前電極沉積的后續工藝步驟中受到濺射損害。附加地， 該緩沖層通過在P型與η型半導體之間構造高歐姆的中間層防止了從電良好區域到電不良 區域中的電流流出。迄今為止最經常的是將硫化鎘(CdS)用作緩沖層。為了能夠產生電池的良好效 率，迄今為止以CBD工藝(化學浴工藝)以濕化學方式來沉積CdS。但是與此相關的缺點是， 濕化學工藝不能良好地適應于當前生產Cu(In，Ga) (S，Se)2薄層太陽能電池的工藝過程。CdS緩沖層的另一缺點是，其含有有毒的重金屬鎘。由此出現較高的生產費用，因 為在生產工藝中-例如在清除廢水時-必須滿足提高的安全措施。對產物的清除也可能在 某些情況下給客戶造成較高的費用，因為制造商可能根據地方性的關于產物的回收、清除 或者再利用的法規而受到限制，并且由此出現的費用可能被轉移給客戶。因此，由CdS構成的各種緩沖替代方案已經針對由Cu (In，Ga) (S，Se)2半導體族 構成的不同吸收體被測試；例如濺射的ZuMgO，通過CBD沉積的Zn(S，0H)，通過CBD沉積 的 Ιη(0，OH)，以及通過 ALD (AtomicLayer D印osition (原子層沉積))、ILGAR(Ion Layer GasDeposition (離子層氣相沉積))、噴霧熱解或者PVD (Physical VaporD印osition (物理 氣相沉積))方法-例如熱蒸發或濺射_所沉積的硫化銦。但是這些材料仍然不適于作為用于基于Cu(In，Ga) (S，Se)2的供商業應用的太陽 能電池的緩沖體，因為這些材料不能達到與具有CdS緩沖層的材料相同的效率(太陽能電 池的入射功率與所產生的電功率的比例)，其中具有CdS緩沖層的材料的效率對于小面積 上的實驗室電池為大致接近20%以及對于大面積模塊為10%至12%之間。此外，這些材料 在受到光、熱和/或潮氣時顯示出過大的不穩定性、滯后效應、或者效率的退化。CdS的另一缺點 在于，CdS是具有大致2. 4eV的直接電子帶隙的直接半導體，并且 因此在Cu (In，Ga) (S，Se)2/CdS/Zn0太陽能電池中，入射光在CdS層厚度為幾十nm的情況下就已經被吸收。因為在異質結的該區域中和在緩沖材料中存在許多晶體缺陷，也就是說， 存在復合中心，因此所產生的載流子在該層中立刻再次復合。因此，在緩沖層中所吸收的光 對于電力產出來說被丟棄，也就是說，太陽能電池的效率變得更小，這對于薄層電池是不利 的
技術實現思路
因此，本專利技術的任務是提供一種尤其是用于太陽能電池、太陽能模塊等等的具有 緩沖層的基于Cu(In，Ga) (S，Se)2的層系統，該層系統具有高效率和高穩定性，其中制造將 是低成本并且對環境無害的。該任務根據本專利技術通過根據權利要求1所述的層系統以及根據權利要求11所述 的太陽能電池或太陽能電池模塊來解決。本專利技術的有利擴展方案從從屬權利要求中得出。本專利技術的特點在于，該層系統包括由具有黃銅礦結構(CU(In，Ga) (Si_y，Sey)2，其中 有1成立)的化合物半導體構成的吸收層、以及第一緩沖層，其中第一緩沖層包括 In2 (Sn，SeJ 3+δ (硫硒化銦)并且有0彡χ彡1和-1彡δ彡1成立(因此χ和δ也可以 為0)。此外，In2(S1^x, Sex)3+δ緩沖層被構造為非晶的。用該層系統制造的太陽能電池在同時具有高度的長時間穩定性的情況下顯示出 高效率。由于現在不再使用有毒物質，因此該制造方法是對于環境更加無害的和更廉價的， 并且也不像在CdS緩沖層情況下那樣造成后續費用。具體而言，已經令人意想不到地顯示出利用根據本專利技術的層系統，可以實現與在 常規CdS緩沖層中所存在的太陽能電池特性一樣良好的太陽能電池特性。也就是說，利用 根據本專利技術的構造可以實現12. 2%至14. 3%的高效率。在本專利技術的情形下，“非晶”是指在X射線結構研究中，反映晶體結構的信號低于 指示極限。此外，所述層的拉曼光譜(在488nm激勵波長下)在220CHT1至380CHT1波數的 范圍中顯示出在290cm—1處具有最大值的寬帶，其中不再能分辨單線。在本專利技術所基于的研 究中已經顯示玻璃襯底上的硫化銦層通常以非晶的形式生長。在吸收層上，所述硫化銦層 根據工藝條件要么是非晶的、要么是晶體的。令人意想不到的是，僅在硫化銦層在吸收體上 以非晶形式生長的情況下，所述層系統才得出大于12%的特別良好的效率。具有晶體硫化 銦的層得出6至12%的效率。優選地，第一緩沖層不含雜質，也就是說，第一緩沖層不是有意地配備有另外的元 素_如氧、碳或者氯，并且第一緩沖層含有最高在制造技術的范圍內不可避免的小于等于 IMol%的濃度。由此可以保證高效率。有利地，被稱為“ δ ”的與化學計量的偏差處于-0.5至+0.5之間、優選處于-0.2 至0之間。在此，優選大致處于δ =-0.1的值，因為利用稍微富含銦的組成可以實現最佳 的電池。通過第一緩沖層的非晶構造，基本上確定了高效率。也就是說，研究顯示出效率與 在此所使用的層和沉積方法的晶體性之間的倒數關聯。晶體性越小，也就是說，結構的非晶 性越大，則對效率越有利。此外，非晶層可以在較低的溫度下制造，由此避免元素在緩沖體 與吸收體之間的大量相互擴散，并且大體上使得易于進行制造。在太陽能電池中，非晶半導 體層迄今為止僅僅用在非晶硅鍺層系統中以及用在由晶體硅和非晶硅構成的異質結中。對于黃銅礦半導體而言，具有非晶緩沖體或非晶前電極的組合迄今為止是未知的。根據本專利技術的層系統的另一優點在于，該電池對溫度、光、潮氣、以及機械應力和 電應力具有較高的穩定性。也就是說，在迄今為止的以黃銅礦為基礎的太陽能電池中常常 觀測到滯后效應效率可能由于熱和/或潮氣的影響而退化。但是通過照射可以部分地恢 復效率。但是在不利的情況下留下不可逆的損失。在許多情況下，效率在電池被制造以后 才通過長時間的照射(Light Soaking(光浸))而產生。而在利用根據本專利技術的層系統制 造的太陽能電池的情況下，在潮熱(85%相對濕度，85°C溫度)下對老化效本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于薄層太陽能電池、太陽能模塊等等的層系統（１），該層系統（１）包括吸收層（４）和第一緩沖層（５），其中吸收層（４）基于Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ↓［１－ｙ］，Ｓｅ↓［ｙ］）２化合物半導體材料形成，其中０≤ｙ≤１成立，　　其特征在于，　　第一緩沖層（５）包括Ｉｎ↓［２］（Ｓ↓［１－ｘ］，Ｓｅ↓［ｘ］）↓［３＋δ］，其中有０≤ｘ≤１和－１≤δ≤１成立，其中第一緩沖層（５）是非晶的。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：J·帕爾姆，
申請(專利權)人：法國圣戈班玻璃廠有限公司，
類型：發明
國別省市：FR