太陽能電池與其形成方法及n型ZnS層的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是關(guān)于太陽能電池，更特別關(guān)于緩沖層的結(jié)構(gòu)與形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來全球工業(yè)蓬勃發(fā)展，雖然利用傳統(tǒng)的能源供給方法成本較便宜，但卻潛在 著輻射及環(huán)境污染等問題。因此綠色替代能源成為各研究單位的研發(fā)重點(diǎn)，其中以太陽能 電池最受矚目。傳統(tǒng)太陽電池主要以硅晶為主，但近年來各種薄膜太陽能電池蓬勃發(fā)展，但 若考慮無毒、高效率以及高穩(wěn)定度則以銅銦硒系列太陽能電池為首選。
[0003] 銅銦鎵硒CIGS是一種黃銅礦結(jié)構(gòu)的化合物，其晶體結(jié)構(gòu)為正方結(jié)構(gòu)，因?yàn)閾碛懈?光學(xué)吸收系數(shù)、吸光波段范圍廣、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性高、以及直接能隙的優(yōu)點(diǎn)，因此相當(dāng)適合 作為太陽能電池的材料。一般CIGS電池，為基板上依次為電極層、CIGS層、CdS層、i-ZnO 層、AZO層、以及視情況形成的指狀電極。CdS層上的i-ZnO層可減緩緩沖層覆蓋不完全的 問題，并有效抑制電池的漏電流。此外，i-ZnO層可降低濺射AZO層時(shí)，離子轟擊對CdS層 的破壞。但i-ZnO層將吸收部分入射光，且i-ZnO層阻值大而不利電流搜集。此外，i-ZnO 層還需多一道濺射工藝而增加工藝時(shí)間。
[0004] 綜上所述，目前需要新的CIGS電池結(jié)構(gòu)以省略現(xiàn)有i-ZnO層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明一實(shí)施例提供的太陽能電池，包括：基板；電極層，位于基板上；P型吸光 層，位于電極層上；n型ZnS層，位于p型吸光層上；以及透明電極層，位于n型ZnS層上。
[0006] 本發(fā)明一實(shí)施例提供的n型ZnS層的形成方法，包括：將基板浸置于鋅鹽、螯合劑、 以及硫代乙酰胺的酸性溶液中，以形成n型ZnS層于該基板上。
[0007] 本發(fā)明一實(shí)施例提供的太陽能電池的形成方法，包括：提供基板；形成電極層于 基板上；形成P型吸光層于電極層上；形成n型ZnS層于p型吸光層上，包括：將基板浸置 于鋅鹽、螯合劑、以及硫代乙酰胺的酸性溶液中；以及形成透明電極層于n型ZnS層上。
【附圖說明】
[0008] 圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中，太陽能電池的示意圖。
[0009] 圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中，太陽能電池的示意圖。
[0010] 圖3為本發(fā)明一實(shí)施例中，太陽能電池的示意圖。
[0011] 【符號說明】
[0012] 20 基板；
[0013] 21電極層；
[0014] 23p型吸光層；
[0015] 24、24'n型 ZnS層；
[0016] 25CdS層；
[0017] 28透明電極層；
[0018] 29指狀電極。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中，太陽能電池20的示意圖。首先提供基板20如塑料、不 繡鋼、玻璃、石英、或其他常見基板材質(zhì)。接著形成電極層21于基板20上，形成方法可為濺 射、物理氣相沉積、或噴涂法等。在本發(fā)明一實(shí)施例中，電極層21可為鑰、銅、銀、金、鉬、其 他金屬、或上述的合金。接著形成P型吸光層23于電極層21上。在本發(fā)明一實(shí)施例中，p 型吸光層23可為銅銦鎵硒（CIGS)、銅銦鎵硒硫（CIGSS)、銅鎵硒（CGS)、銅鎵硒硫（CGSS)、 或銅銦硒（CIS)。P型吸光層23的形成方法可則可通過蒸鍍法、濺射法、電鍍法、納米粒子 涂布等方法制作而成，請參考Solarenergy, 77(2004)page749_756 與Thinsolidfilms, 480-481(2005)page99-109。
[0020] 接著形成n型ZnS層24于p型吸光層23上，以形成p-n結(jié)。在本發(fā)明一實(shí)施例 中，n型ZnS層24的形成方法為濕式化學(xué)浴沉積（CBD)。舉例來說，將基板20浸置于鋅鹽、 螯合劑、以及硫代乙酰胺的酸性溶液中，即可形成n型ZnS層24于基板20上。在本發(fā)明 一實(shí)施例中，鋅鹽可為醋酸鋅、硫酸鋅、氯化鋅或硝酸鋅等，且酸性溶液中的鋅鹽濃度介于 0.OOlM至IM之間。若鋅鹽濃度過低，則可能鋅量不足則導(dǎo)致薄膜生長速度過慢甚至無法成 膜而影響元件性質(zhì)。若鋅鹽濃度過高，則可能導(dǎo)致鍍膜速度過快而厚度控制不易，薄膜厚度 過厚導(dǎo)致串聯(lián)電阻大幅上升而損傷元件效率。在本發(fā)明一實(shí)施例中，螯合劑可為酒石酸、琥 珀酸、檸檬酸鈉或上述的組合，且酸性溶液中的螯合劑濃度介于〇.OOlM至IM之間。若螯合 劑濃度過低，則使均質(zhì)成核反應(yīng)速度過快，大量納米粒子將產(chǎn)生于溶液中而沉降附著于吸 光層上，此薄膜結(jié)構(gòu)松散因此將大幅降低薄膜的質(zhì)量。若螯合劑濃度過高，則鋅離子都被螯 合劑所鉗合，將使薄膜生長速度大幅下降。在本發(fā)明一實(shí)施例中，酸性溶液中的硫代乙酰胺 的濃度介于〇.OOlM至IM之間。若硫代乙酰胺濃度過低，則可能影響溶液酸堿值，若酸堿值 偏高，則溶液中氫氧根離子提高，可能導(dǎo)致硫化鋅薄膜中帶有氫氧化合物而影響薄膜的透 光性。若硫代乙酰胺濃度過高，則因反應(yīng)速度過快，因此薄膜結(jié)構(gòu)松散而大幅降低薄膜的品 質(zhì)。上述酸性溶液的pH值介于pHl. 5至pH5之間。若酸性溶液的pH值過高，雖然可增加 鍍膜速度，但薄膜內(nèi)含大量氫氧化物，氫氧化物除了將使薄膜的能隙降低外，也導(dǎo)致短波長 光的光穿透度下降。若酸性溶液的PH值過低，除了可能損傷吸光層表面外，也可能因反應(yīng) 快速而導(dǎo)致大量均質(zhì)成核產(chǎn)生而影響鍍膜質(zhì)量。上述鍍膜工藝的反應(yīng)溫度約介于50°C~ 100°C之間，且鍍膜溫度也對薄膜的性質(zhì)有顯著影響。過高的鍍膜溫度將使反應(yīng)劇烈發(fā)生而 偏向均質(zhì)成核反應(yīng)，將直接影響鍍膜的覆蓋率。過低的反應(yīng)溫度則大幅抑制鍍膜速度。在 本發(fā)明一實(shí)施例中，將基板20浸置于上述溶液前，先形成電極層21與p型吸光層23于基 板20上，即可形成n型ZnS層24于p型吸光層23上。上述n型ZnS層24的厚度介于5nm 至IOOnm之間。在另一實(shí)施例中，上述n型ZnS層24的厚度介于IOnm至40nm之間。若n 型ZnS層24的厚度過薄，則會因覆蓋率不完全而導(dǎo)致不好的pn結(jié)，對電池的效率有極大的 影響。若n型ZnS層24的厚度過厚，薄膜可能發(fā)生龜裂而導(dǎo)致漏電流，除此之外過厚的膜 厚也將大幅提高串聯(lián)電阻而導(dǎo)致電池效率下降。
[0021] 接著形成CdS層25于n型ZnS層24上。在本發(fā)明一實(shí)施例中，CdS層25的形成方 法可參考Solarenergy, 77(2004)page749-756,使用的化學(xué)藥品為硫酸鎘、硫脲以及氨水， 操作溫度約為50°C~75°C之間。在本發(fā)明一實(shí)施例中，CdS層25的厚度介于5nm至IOOnm 之間。若CdS層25的厚度過薄，則會因覆蓋率不好而導(dǎo)致漏電流產(chǎn)生，對電池效率有負(fù)面 影響。若n型CdS層25的厚度過厚，除了使穿透光量下降外，也將因串聯(lián)電阻大幅提高而 導(dǎo)致電池效率下降。
[0022] 接著形成透明電極層28于CdS層25上。在本發(fā)明一實(shí)施例中，透明電極層28可 為鋁鋅氧化物（AZO)、銦錫氧化物（ITO)、錫銻氧化物（ATO)、或其他透明導(dǎo)電材料。透明電 極層28的形成方法可為濺射法、蒸鍍法、原子層沉積法、熱裂解法、納米粒子涂布法及其他 相關(guān)薄膜涂布工藝。
[0023] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，可視情況形成指狀電極29于透明電極層28上。指狀電極 29的材質(zhì)可為鎳鋁合金，其形成方法可為濺射、光刻、刻蝕、及/或其他合適工藝。在本發(fā)明 一實(shí)施例中，當(dāng)透明電極層28的表面積較小時(shí)，可省略指狀電極29。
[0024] 在本發(fā)明另一實(shí)施例中，可在上述酸性溶液中沉積n型ZnS層24的步驟之前或之 后，在堿性溶液中沉積另一n型ZnS層24'，如圖2及圖3所示。n型ZnS層24'可夾設(shè)于 基板20與n型ZnS層24之間，或位于n型ZnS層24上，視工藝順序。舉例來說，將基板 20浸置于鋅鹽、硫脲、及氨水的堿性溶液中，即可形成n型ZnS層24'。在本發(fā)明一實(shí)施例 中，鋅鹽可為醋酸鋅、硫酸鋅、氯化鋅或硝酸鋅等，且堿性溶液中的鋅鹽濃度介于0.OOlM至 IM之間。則可能鋅量不足則導(dǎo)致薄膜生長速度過慢甚至無法成膜而影響元件性質(zhì)。若鋅 鹽濃度過高，則可能導(dǎo)致鍍膜速度過快而厚度控制不易，薄膜厚度過厚導(dǎo)致串聯(lián)電阻大幅 上升而損傷元件效率。在本發(fā)明一實(shí)施例中，堿性溶液中的硫脲濃度介于〇. 005M至2M之 間。若硫脲濃度過低，則可能造成鍍膜反應(yīng)速度過慢，此外也可能因?yàn)榱蛟床蛔愣贡∧?nèi) 的化學(xué)組成以氫氧化物居多。若硫脲濃度過高，將導(dǎo)致大量均質(zhì)成核產(chǎn)生，均質(zhì)成核可能造 成光線散射而降低進(jìn)入吸光層的光量，除此之外，均質(zhì)成核所構(gòu)成的鍍膜其結(jié)構(gòu)通常松散， 因而影響元件的質(zhì)量。在本發(fā)明一實(shí)施例中，堿性溶液中的氨水濃度介于0. 5M至5M之間。 若氨水濃度過低，則使均質(zhì)成核反應(yīng)速度過快，大量納米粒子將產(chǎn)生于溶液中而沉降，此薄 膜結(jié)構(gòu)松散因此將大幅降低薄膜的質(zhì)量。上述堿性溶液的PH值介于pH9至pH12. 5之間。 若堿性溶液的pH值過高，則可能導(dǎo)致薄膜組成中以氫氧化物為主，該氫氧化物除了較不穩(wěn) 定外，其能隙也較低，因此使進(jìn)入吸光層的光量減少而降低電池的短路電流，除此之外過低 的能隙也將導(dǎo)致與上下兩層的界面有能隙不匹配的問題，而使電池效率下降。若堿性溶液 的PH值過低，則可