具有鏡層的薄層光電池結構的製作方法
2023-12-07 23:21:56 2
具有鏡層的薄層光電池結構的製作方法
【專利摘要】具有鏡層的薄層光電池結構。本發明涉及應用於太陽能電池板的光電池結構。該薄層光電池結構包括具有將照射光轉換為電能的光電屬性的至少一個I-III-VI2合金層(CIGS)。特別地，該結構至少包括：一個具有反射一部分照射光的表面(FR)的鏡層(MR)，其中該反射表面(FR)面對I-III-VI2合金層的第一面(F1)，以在所述第一面上接收反射的照明射光；以及一個或多個對於照射光透明的第一層(CA，ENC)，以在位於第一面(F1)反面的I-III-VI2合金層的第二面(F2)上接收傳輸的照明光。
【專利說明】具有鏡層的薄層光電池結構
【技術領域】
[0001] 本發明設及應用於太陽能電池板的光電池結構。
[0002] 更具體地來講，它處理一種分層結構，該分層結構包括具備光伏特性的至少一個 I-III-VII2合金層，特別用於太陽能轉換為電能。。
【背景技術】
[0003] 已經發現基於I-III-VI2合金的光電池，特別是相較於蹄化簡（CdTe)和娃（Si)的 薄層電池，具有能提供更大的最大轉換率的光電屬性。在該種I-III-VI2合金中，來自於元 素周期表I組的元素例如可為銅，III組的元素可為銅，嫁和/或侶W及VI組的元素可為 砸和/或硫。該種合金在下文中又被稱為CIGS (其中C代表銅，I代表銅，G代表嫁W及S 代表硫和/或砸）。實際上，基於CIGS的電池可具有3%到5%的更高轉化率，且製作成本 小並基本等於基於CdTe的電池。
[0004] 參考圖1，W剖面圖的方式示出了傳統結構的基於I-III-VI2合金的光電池1的可 能實施例。該種結構包含薄層的堆疊，例如包括：
[0005] 基於玻璃的基底C1，作為支撐，頻繁出現在現有技術中，用於電池1的薄層堆疊；
[0006] 接觸層C2,通常基於鋼（Mo)，構成電池的第一電極；
[0007] 具有光伏屬性的層C3,基於I-III-VI2合金（例如具有CIGS合金）；
[000引基於硫化簡（CdS)、硫化鋒狂n巧或硫化銅（IngSg)的層CT，它是電池1的界面層 (之後被稱為緩衝層）；W及
[0009] 構成第二電極的透明導電層巧，通常基本由氧化鋒構成狂nO)。
[0010] I-III-VI2合金光電池1可暴露在光源8(特別是太陽能電池板應用中的太陽）下。 為了說明的目的，光源8能夠沿著跟隨從光源8向著電池1的傳播方向的光線la照亮電池 1。陽光射入面在下文中被稱為電池的"前面"。
[00川此外，在此示例中，基於鋼（Mo)的層C2與CIGS (P型半導體）層C3接觸，其中此鋼 (Mo)層構成電池1的後電極（電池的後電極相關於電池1中的光線la的傳播方向）。因 此，該後電極定義了與前述前電極相對的表面並在之後被稱為電池的"後表面"。該鋼（Mo) 層起到非常低阻抗的電接觸（稱為"歐姆接觸"）的作用。
[001引同樣地，基於氧化鋒姑0)的層巧與緩衝層CT相接觸，緩衝層CT與CIGS層C3相 接觸。層CT和層巧對於來自光源8的光是透明的，該樣CIGS層暴露在光線la下。基於 CIGS的層C3具有使其能夠將此光能轉換為電能的光電屬性。在此實施例中，基於氧化鋒 狂nO)的層可構成電池1的透明並導電的前電極。在CIGS層和CT層W及CT層與巧層之 間的界面特化為^極官電接觸，該是因為在CIGS層與CT層，W及CT層和巧層之間是p-n 結。
[0013] 電池的轉化率，並因此從該電池中獲得的電能量特別依賴於W下兩個因素：
[0014] -具有光電屬性的薄層C3的厚度，W及
[0015] -薄層C3接收到的光強度。
[0016] 提高傳統電池轉化率的解決方案可包括增加基於I-III-VI2合金的薄層的厚度和 /或增加該電池被暴露至的照明光的強度。
[0017] 然而，關於電池1在太陽能電池板中的應用，光強度依賴於來自於電池被暴露至 的太陽的自然光。在例如圖1所示的標準配置下，其中疊層直接暴露於太陽下，此因素不能 被用於提高轉化率。
[0018] 此外，具有光電屬性的I-III-VI2合金特別地包括有限可用的化學元素。作為純說 明性的示例，CIGS合金包含化學元素銅（In),它當前的年全球提取量不超過600噸。特別 地，為生產適合於製造1GW的光電池，每年有38噸的銅被用於具有10%轉化率且具有2 ym 厚的CIGS薄層電池。
[0019]
【權利要求】
1. 薄層光電池結構，包括具有將照射光轉換成電能的光電特性的至少一個i-m-vi 2合金層（cigs)，其特徵在於，所述結構至少包括： 一個鏡層（MR)，包括反射一部分照射光的表面（FR)，所述反射表面（FR)面對 1-111，12合金層的第一面（F1)，以在所述第一面上接收反射的照明光；以及 一個或多個對於照射光透明的第一層（CA，ENC)以在位於第一面（F1)對面的 1-111，12合金層的第二面（F2)上接收傳播的照明光。
2. 根據權利要求1所述的光電池結構，其特徵在於，所述鏡層（MR)是導電金屬層。
3. 根據權利要求1所述的光電池結構，其特徵在於，所述鏡層（MR)是非金屬層且具有 漫射性，並包括反射塗層。
4. 根據上述權利要求中的任一項所述的光電池結構，其特徵在於，鏡層（MR)的反射表 面（FR)在I-III-VI2合金層（CIGS)的第一面（F1)的對面，具有對於所述照射光透明的一 個或多個中間第二層（CT，C5)，其中至少一層（C5)是透明且導電的。
5. 根據上述權利要求中的任一項所述的光電池結構，其特徵在於，一個或多個透明第 一層（CA，ENC)包括用於封裝的至少一個表面塗層。
6. 根據上述權利要求中的任一項所述的光電池結構，其特徵在於，一個或多個透明第 一層（CA，ENC)包括至少一個導電層，其用作光電池電極。
7. 根據上述權利要求中的任一項所述的光電池結構，其特徵在於，它包括在所述導電 透明層（CA)和所述I-III-VI2合金層（CIGS)之間的透明且低阻抗的歐姆接觸中間層（CI)。
8. 根據上述權利要求中的任一項所述的光電池結構，其特徵在於，所述1_111^12合金 層（CIGS)的厚度小於或等於0.5 ym。
9. 根據上述權利要求中的任一項所述的光電池結構，其特徵在於，它包括接入太陽能 電池板的裝置，其中所述照射光是陽光。
10. 根據上述權利要求中的任一項所述的光電池結構，其特徵在於，它額外還包括用 於所述I-III-VI2合金層（CIGS)、鏡層（MR)以及一個或多個第一透明層（CA，ENC)的基底 (S)，所述基底可由熔點小於或等於500°C的材料製成。
11. 根據權利要求10所述的光電池結構，其特徵在於，所述基底（S)由熔點小於300°C 的聚合物製成。
12. 根據權利要求10和11中的任一項所述的光電池結構，其特徵在於，所述基底（S) 在面（FO)上與鏡層（MR)接觸，面（FO)位於所述反射表面（FR)的對面。
13. 包括根據上述權利要求中的任一項所述的光電池結構的光電池生產方法，其特徵 在於所述方法包括至少以下步驟： a) 在一表面上沉積（S1)I-III-VI2合金層（CIGS)，其中I-III-VI2合金層的所述第二 面（F2)與所述表面相接觸； b) 直接或間接地在位於I-III-VI2合金層（CIGS)的第二面（F2)反面的所述第一面 (F1)上沉積（S3)鏡層（MR); c) 直接或間接地在I-III-VI2合金層（CIGS)的所述第二面（F2)上沉積（S5)所述一 個或多個第一透明層（CA，ENC)。
14. 根據權利要求13所述的生產方法，其特徵在於，它還包括在步驟c)之前通過第二 面（F2)從所述表面至少剝離（S4)I-III-VI2合金層（CIGS)。
15.根據權利要求13和14中的任一項所述的方法，其特徵在於，它還包括在步驟a)和 b)之間在I-III-VI2合金層（CIGS)的第一面（F1)上沉積（S2)對於所述照射光透明的一 個或多個第二薄層（CT，C5)，其中鏡層（MR)沉積在所述透明第二薄層（CT，C5)的其中一層 上。
【文檔編號】H01L31/0749GK104488092SQ201380028812
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2013年3月28日 優先權日:2012年3月29日
【發明者】內加·納格哈維, 扎查裡·傑赫爾, 丹尼爾·林科特, 金-弗朗索斯·古伊萊莫萊斯 申請人:國家科學研究中心, 法國電力公司