CN105206690A - 包括多重缓冲层的太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种太阳能电池及其制造方法。太阳能电池包括：基底；形成在基底上的背电极层；形成在背电极层上的光吸收层；包括通过原子层沉积(ALD)形成在光吸收层上的无氧的第一缓冲层和通过原子层沉积(ALD)形成在第一缓冲层上的第二缓冲层的缓冲层；以及形成在缓冲层上的前电极层。

Description

包括多重缓冲层的太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及包括通过原子层沉积形成的多重缓冲层的太阳能电池及其制造方法。
背景技术
作为能够减少碳排放且遵守环境法规的可再生能源，太阳能电池是高度相关的。太阳能电池将太阳光转化为电能。太阳能电池易于安装且容易发电。
太阳能电池是使用单晶硅或多晶硅制造的。单晶硅通常具有高的光电转换效率，且因此被普遍用于大型发电***。然而，单晶硅需要复杂的制造工艺且非常昂贵。因此，单晶硅是不经济的。
多晶硅具有相对较低的效率但是便宜。因此，使用多晶硅的太阳能电池对低质量产品是有用的，如住宅发电***。然而，多晶硅也需要复杂的制造工艺因此在降低制造成本以生产太阳能电池中有局限性。此外，由于近年来原料价格的上涨，降低使用多晶硅的太阳能电池的生产成本仍然是困难的。
作为选择方案，近年来已经研制出了使用具有多结(multi-junction)结构的非晶硅的方法和使用具有硫族化合物的可被应用于薄膜型太阳能电池的复合半导体的方法。
发明内容
实施例提供了包括多重缓冲层的太阳能电池及其制造方法，该多重缓冲层包括通过原子层沉积(ALD)形成在光吸收层的无氧(O-free)的第一缓冲层和通过原子层沉积(ALD)形成在第一缓冲层上的第二缓冲层。在这种结构下，能够防止碱性化合物扩散并因此提高太阳能电池的性能。
根据典型实施例，太阳能电池包括：基底；形成在基底上的背电极层；形成在背电极层上的光吸收层；包括通过原子层沉积(ALD)形成在光吸收层上的无氧的第一缓冲层和通过原子层沉积(ALD)形成在第一缓冲层上的第二缓冲层的缓冲层；以及形成在缓冲层上的前电极层。
第一缓冲层可包括选自包含ZnS、ZnSe和ZnTe的组的至少一种。
第一缓冲层的带隙能量的范围可以是从3.5eV到3.7eV。
第一缓冲层的厚度的范围可以是从0.2nm到2nm。
第二缓冲层可具有Zn、O或Zn(S、Se或Te)的原子层交替堆叠的形式。
第二缓冲层可具有包括选自包含ZnO、Zn(O,S)、Zn(O,Se)和Zn(O,Te)的组的至少一种的第(2-1)缓冲层，和包括选自包含ZnS、ZnSe和ZnTe的组的至少一种的第(2-2)缓冲层交替堆叠的形式。
第(2-1)缓冲层和第(2-2)缓冲层的厚度比可以是在3:1到10:1。
第二缓冲层的厚度的范围可以是从4nm到50nm。
缓冲层的Na含量的范围可以是从0.5原子％到2原子％。
缓冲层的Na含量可在接触光吸收层的表面具有峰值。
基底可为碱石灰玻璃基底。
碱石灰玻璃基底的Na含量的范围可以是从13原子％到15原子％。
根据本发明的另一典型实施例，用于制造太阳能电池的方法包括：(a)在基底上形成背电极层；(b)在背电极层上形成光吸收层；(c)对光吸收层的表面进行预处理；(d)形成在光吸收层上形成的无氧的第一缓冲层和通过原子层沉积(ALD)形成在第一缓冲层上的第二缓冲层，其中光吸收层的表面通过原子层沉积(ALD)进行预处理；以及(e)在第二缓冲层上形成前电极层。
在步骤(c)中，表面预处理可以是用选自包含H2S、H2Se和H2Te的组的至少一种来浸渍光吸收层的表面的处理。
在步骤(d)中，第一缓冲层可以包括选自ZnS、ZnSe和ZnTe的组的至少一种。
在步骤(d)中，第一缓冲层41的原子层沉积(ALD)可反复执行包括注入金属前体气体、第一次吹扫(purging)、注入反应气体和第二次吹扫的过程，循环1-10次。
附图说明
实施例从下面结合附图的详细说明中将更清楚地被理解，其中：
图1说明根据典型实施例的太阳能电池的横截面示意图；
图2是说明根据典型实施例的用于制造太阳能电池的方法的流程图；
图3a-3e是分别说明根据实施例1-3和比较实施例1的太阳能电池的并联电阻(R_shunt)、串联电阻(R_series)、开路电压Voc、填充因数(FF)和相对效率的测量结果的曲线图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述典型实施例。然而，值得注意的是实施例是典型的但不限于所描述的实施例。
相同或相似的元件全文将指代相同的参考数字。
在附图中，为更好的理解，层和区域的厚度可以被夸大。
在下面的描述中，在层“上”形成给定元件可表示为给定元件直接形成在层上的情况或给定元件间接形成在层的上方且在两者之间***有第三层的情况。
在下文中，将详细描述典型实施例。
典型实施例提供的太阳能电池包括：基底；形成在基底上的背电极层；形成在背电极层上的光吸收层；包括通过原子层沉积(ALD)形成在光吸收层上的无氧的第一缓冲层和通过原子层沉积(ALD)形成在第一缓冲层上的第二缓冲层的多重缓冲层；以及形成在多重缓冲层上的前电极层。
而且，本发明的典型实施例提供用于制造太阳能电池的方法包括：(a)在基底上形成背电极层；(b)在背电极层上形成光吸收层；(c)对光吸收层的表面进行预处理；(d)在光吸收层上形成无氧的第一缓冲层，光吸收层的表面通过原子层沉积进行预处理，然后通过原子层沉积(ALD)在第一缓冲层上形成第二缓冲层；以及(e)在第二缓冲层上形成前电极层。
图1是根据典型实施例的太阳能电池的横截面示意图。该太阳能电池包括通过原子层沉积形成的多重缓冲层。
如图1所示，包括通过原子层沉积形成的多重缓冲层的太阳能电池1包括：基底10；形成在基底10上的背电极层20；形成在背电极层20上的光吸收层30；包括第一缓冲层41和第二缓冲层42的多重缓冲层40；以及形成在多重缓冲层40上的前电极层50。第一缓冲层41形成在光吸收层上且通过原子层沉积(ALD)形成。第一缓冲层41可以是无氧层。即，第一缓冲层41中基本上不包含氧。在下文中，第一缓冲层41也可以被称为无氧(oxygen-free)的第一缓冲层41或无氧(O-free)的第一缓冲层41。第二缓冲层42形成在第一缓冲层41上且通过原子层沉积(ALD)形成。
图2是说明根据典型实施例的用于制造太阳能电池的方法的流程图。
如图2所示，根据典型实施例的用于制造太阳能电池1的方法包括：在基底10上形成背电极层20；在背电极层20上形成光吸收层30；对光吸收层30的表面进行预处理；在光吸收层30的表面上形成第一缓冲层41并通过原子层沉积(ALD)在第一缓冲层41上形成第二缓冲层42；以及在第二缓冲层42上形成前电极层50。
基底10
可以使用玻璃基底作为基底10。然而，基底10不限于此。例如，陶瓷基底、金属基底、聚合物基底等也可以被用作基底10。例如，可以使用碱石灰或高应变点苏打(pointsoda)玻璃基底作为玻璃基底。可以使用包括不锈钢或钛的基底作为金属基底。可以使用聚酰亚胺基底作为聚合物基底。
基底10可以是透明的。基底10可以是刚性的或柔性的。
根据典型实施例，在光吸收层30形成后，光吸收层30的表面通过浸渍到H2S、H2Se、H2Te或其组合物中进行预处理。然后，无氧的第一缓冲层通过原子层沉积形成。第一和第二缓冲层防止包含在基底10中的Na扩散。
因此，即使当使用碱石灰玻璃基底时，仍然能够有效预防碱性化合物如Na扩散。在实施例中，碱石灰玻璃基底可包括70-73重量％的SiO2，1-2重量％的Al2O3，12-13重量％的CaO/MnO，13-15重量％的Na2O/K2O等。相对于碱石灰玻璃基底中包括的总原子，碱石灰玻璃基底中包含的Na的含量的范围是13原子％-15原子％。
背电极层20
背电极层20形成在基底10上且可包括金属如Mo。背电极层20可以是导电层。
背电极层20可以形成单层或多层。当背电极层20形成多层时，每层可由彼此相同的金属或彼此不同的金属构成。
背电极层20可通过溅射、真空蒸镀、化学气相沉积、原子层沉积、离子束沉积、丝网印刷、喷雾深涂覆、流延成型和喷绘形成。
背电极层20的厚度的范围优选地可以是从0.1μm到1μm，更优选为0.5μm，但不限于此。
光吸收层30
光吸收层30形成在背电极层20上且通过沉积形成。光吸收层30经受热处理。
光吸收层可优选包括硫族化合物。例如可以使用CuInS2(CIS)、CuGaS2(CGS)、CuInSe2(CISe)、CuGaSe2(CGSe)、CuAlSe2(CASe)、CuInTe2(CITe)、CuGaTe2(CGTe)、Cu(In,Ga)S2(CIGS)、Cu(In,Ga)Se2(CIGSe)、Cu2ZnSnS4(CZTS)、CdTe和其组合物。然而，光吸收层不限于此。
光吸收层的沉积可通过真空沉积或非真空沉积来进行。详细地，光吸收层的沉积可包括溅射、真空蒸镀、化学气相沉积、原子层沉积、离子束沉积或其组合。光吸收层的非真空沉积可通过丝网印刷、喷雾深涂覆、流延成型、喷绘或及组合来进行。
热处理可与光吸收层的材料的沉积同时进行。在另一实施例中，热处理可在光吸收层的材料的沉积之后进行。
热处理可在Se气氛或S气氛下进行且可在300℃-600℃进行30分钟到1小时。
例如，Cu、In、Ga和Se前体通过溅射沉积。然后，在热处理室使用H2Se或H2S气体进行热处理以形成硫族化合物Cu(In,Ga)S2(CIGS)或Cu(In,Ga)Se2(CIGSe)。具体地，固体形式的Cu、In、Ga和Se前体被放在熔炉中并加热熔炉以提供高真空气氛。Cu、In、Ga和Se前体在高真空气氛下蒸发，从而形成包括硫族化合物Cu(In,Ga)S2(CIGS)的光吸收层30。
缓冲层40
缓冲层40形成在光吸收层30上且包括无氧的第一缓冲层41和第二缓冲层42。
无氧的第一缓冲层41通过原子层沉积(ALD)形成在光吸收层30上。第二缓冲层42通过原子层沉积(ALD)形成在第一缓冲层41。
无氧的第一缓冲层41基本上不包括氧气。即，第一缓冲层41中的氧含量为约0原子％。
在实施例中，缓冲层40是n-型半导体层，光吸收层30是p-型半导体层。因此，光吸收层30和缓冲层40形成pn结。光吸收层30和前电极层50的晶格常数和能带隙有很大差别。缓冲层40的能带隙在光吸收层30和前电极层50之间。因此，当缓冲层40设置在光吸收层30和前电极层50之间时，可以改善光吸收层30和前电极层50之间的结特性。
CdS不适合用于缓冲层40，因为通过化学浴沉积(CBD)形成的CdS会引起污染和环境问题。在实施例中，缓冲层可包括ZnO，Zn、O和S的合成物(下文也称为Zn(O,S))，Zn、O和Se的合成物(也称为Zn(O,Se))，Zn、O和Te的合成物(也称为Zn(O,Te))等等。缓冲层可通过原子层沉积(ALD)形成。大量碱性化合物如Na-O和Na-Se-O由于原子层沉积(ALD)中使用的氧化剂H2O、H2O2和O3而形成在光吸收层的表面上，因此降低了太阳能电池的性能。
为了解决这个问题，在实施例中，光吸收层30的表面在形成第二缓冲层42和无氧的第一缓冲层41之前进行预处理。
也就是说，缓冲层40包括通过原子层沉积(ALD)形成在预处理光吸收层30上的无氧的第一缓冲层41和通过原子层沉积(ALD)形成在第一缓冲层41上的第二缓冲层42。
首先，表面预处理可通过将光吸收层30的表面浸渍到还原剂(或脱氧剂)如H2S、H2Se、H2Te或其组合物中来进行。浸渍可以使光吸收层30的表面的厚度和成分均匀且大大增加光吸收层30的表面上的活性部位的数量。因此，缓冲层40可以通过原子层沉积容易地形成。
例如，浸渍可以在体积为300×300×15mm3到700×1000×700mm3的腔室中进行。浸渍的流动状态可根据腔室的尺寸而变化。例如，浸渍优选在100sccm-10000sccm的流动状态下进行，但流动状态不限于此。当流动状态小于该范围时，光吸收层30可能不会被充分地浸渍到H2S等中。因此，缓冲层40的成分均匀性和厚度均匀性可能会恶化。
与此相反，当流动状态超过该范围时，缓冲层40的均匀性也可能由于腔室中的紊流而恶化。此外，可能增加处理时间以清除未反应气体。当处理时间增加时，光吸收层30的特性可能恶化。
而且，浸渍的时间条件可以根据腔室的尺寸和注入气体的流动状态而改变。浸渍优选进行30秒到5分钟，但不限于此。当浸渍的持续时间小于30秒时，光吸收层30未充分地浸渍到H2S等中。因此，缓冲层40的成分比均匀性和厚度均匀性可能会恶化。
与此相反，当浸渍进行超过5分钟时，可能增加处理时间以从该腔室清除未反应气体。当处理时间增加时，光吸收层30的特性可能恶化。
第一缓冲层41是无氧的且通过原子层沉积(ALD)形成在光吸收层30上。即，第一缓冲层41基本上不包含氧。第一缓冲层41可包含ZnS、ZnSe、ZnTe或其组合物。
第一缓冲层41可防止在随后的原子层沉积(ALD)过程中生成氧化剂如H2O、H2O2和O3且防止太阳能电池1的性能由于在随后的原子层沉积(ALD)过程中大量地形成在光吸收层30的表面上的碱性化合物如Na-O和Na-Se-O而发生恶化。
当第一缓冲层41具有高的带隙能量，例如，从3.5eV-3.7eV，需要优化第一缓冲层41的厚度以控制光吸收层30和第一缓冲层41之间的导带偏移。
第一缓冲层41的原子层沉积(ALD)可通过重复包括注入金属前体气体、第一次吹扫、注入反应气体和第二次吹扫的过程循环来进行。金属前体气体可以是二乙基锌(DEZ)，反应气体可以是H2S,H2Se,H2Te或其组合物。
过程循环优选为重复1-10次，更优选地是2-6次，但不限于此。当过程循环少于该次数时，缓冲层41的功能可能无法正确执行。当过程循环超过该次数时，第一缓冲层41的厚度太厚，因此导带偏移可能无法控制。
第一缓冲层的厚度优选的范围是在0.2nm到2nm，更优选0.4nm到1.2nm，但不限于此。在这种情况下，当第一缓冲层41的厚度小于该范围时，无氧的第一缓冲层41的材料未充分涂覆在光吸收层30的整个表面。因此，碱性化合物像Na-O、Na-Se-O等可在随后的沉积第二缓冲层42的过程中形成在光吸收层30的表面上。当第一缓冲层41的厚度超过该范围时，第一缓冲层41变得太厚。因此，光吸收层和缓冲层之间的导带偏移增加，开路电压Voc相应地减小，从而降低太阳能电池1的性能。
第二缓冲层42通过原子层沉积(ALD)形成在第一缓冲层41上。第二缓冲层42可以是纳混合层。例如，纳混合层可以通过交替堆叠Zn、O和Zn和任何的S、Se、Te的合成物及其组合物(下文也称为合成物Zn(S,Se,Te))的原子层来而形成。
在另一实施例中，第二缓冲层42是纳叠层。例如，第二缓冲层42可包括第三缓冲层和第四缓冲层。第三缓冲层可包括ZnO、Zn-O-S、Zn-O-Se、Zn-O-Te或其组合物。第四缓冲层可包括ZnS、ZnSe和ZnTe。第三和第四缓冲层交替堆叠。
当第二缓冲层42是纳混合层时，很难互相区分各自的层。然而，当第二缓冲层42是纳叠层时，能够区分第三缓冲层和第四缓冲层。
与纳混合层相比，因为纳叠层导带偏移过程的可控性不同，所以纳叠层更可取。
带隙能量根据O和S的相对含量而变化。在纳混合层的情况下，ZnO和ZnS的原子层交替堆叠，且可以仅通过控制过程循环比来控制光吸收层和缓冲层之间的导带偏移。
另一方面，在包含ZnO的第三缓冲层和包括ZnS的第四缓冲层交替堆叠的纳叠层的情况下，可以通过(i)控制过程循环比(或第三缓冲层和第四缓冲层的厚度比)和(ii)控制第二缓冲层包含的第三或第四缓冲层的数量的组合来控制光吸收层和缓冲层之间的导带偏移。因此，可以进行更复杂且相对精细的控制。
详细地，在由纳叠层形成的第二缓冲层42中，第三缓冲层可包括ZnO、合成物Zn-O-S、合成物Zn-O-Se、Zn-O-Te或其组合物。即，形成在第一缓冲层41上的第三缓冲层可防止碱性化合物如Na-O和Na-Se-O形成在光吸收层30的表面上，从而防止太阳能电池1的性能恶化。由于包括氧的第三缓冲层或第一缓冲层41的存在，即使在原子层沉积(ALD)中使用氧化剂H2O、H2O2和O3，但是在光吸收层30的表面上并没有形成碱性化合物。用于形成第三缓冲层的原子层沉积(ALD)可以重复注入金属前体气体、第一次吹扫、注入反应气体和第二次吹扫的过程循环。金属前体气体可以是二乙基锌(DEZ)，反应气体可以是H2O、H2S、H2Se、H2Te或其组合物。
当第二缓冲层42由纳叠层形成时，第四缓冲层可包括ZnS、ZnSe、ZnTe或其组合物。即，像第一缓冲层一样，第四缓冲层是无氧层。用于形成第四缓冲层的原子层沉积(ALD)可以重复注入金属前体气体、第一次吹扫、注入反应气体和第二次吹扫的过程循环。金属前体气体可以是二乙基锌(DEZ)，反应气体可以是H2S、H2Se、H2Te或其组合物。
第三缓冲层和第四缓冲层的过程循环比优选的范围是在3:1到10:1，但不限于此。当第三缓冲层和第四缓冲层的过程循环比小于3:1时，光吸收层和缓冲层之间的导带偏移增加，因此短路电流Jsc可能减小。当第三缓冲层和第四缓冲层的过程循环比超过10:1时，光吸收层和缓冲层之间的导带偏移减小，因此开路电压Voc可能减小。
详细地，当第三缓冲层和第四缓冲层的过程循环比小于3:1时，交替频率(alternatefrequency)可以是5-63次。当第三缓冲层和第四缓冲层的过程循环比为10:1时，交替频率可以是1-13次。过程循环重复5-63次可能导致缓冲层40的厚度为4nm-50nm。第三缓冲层和第四缓冲层的厚度比的范围优选是从3:1到10:1。，但不限于此。当第三缓冲层和第四缓冲层的厚度比小于3:1时，光吸收层和缓冲层之间的导带偏移增加，因此短路电流Jsc可能减小。当第三缓冲层和第四缓冲层的厚度比超过10:1时，光吸收层和缓冲层之间的导带偏移减小，因此开路电压Voc可能减小。
而且，在第二缓冲层42中的O:S、O:S和O:Te的各个原子量比的范围都优选为从19:6到9:1，但不限于此。在第二缓冲层42中的O:S、O:S和O:Te的各个摩尔比也为从19:6到9:1。因此，光吸收层和缓冲层之间的导带偏移可以形成和控制在0.0eV-0.4eV的范围内，以便可以获得开路电压Voc和短路电流Jsc的最优条件。
第二缓冲层42的厚度的范围优选为从4nm到50nm，但不限于此。当第二缓冲层42的厚度小于4nm，形成在具有数十nm到数百nm的非常大的表面粗糙度的光吸收层30上的第二缓冲层42的厚度均匀性恶化，因此开路电压Voc可能减小，从而降低太阳能电池的效率。当第二缓冲层42的厚度超过50nm时，透射比减小且入射到光吸收层30中的光的数量减小。因此，短路电流Jsc可能减小，从而降低太阳能电池1的效率。
由于通过原子层沉积形成无氧的第一缓冲层，所以缓冲层40具有小的Na含量。例如，缓冲层40的Na含量的范围是从0.5原子％到2原子％，但不限于此。
而且，为了降低缓冲层40中的Na含量，光吸收层30可经受表面热处理。表面热处理可在空气、NN2、Ar、O2、H2O、H2O2或其组合物的气氛下进行。例如，表面热处理可在100℃-250℃的温度下进行1分钟到30分钟。
而且，光吸收层经受表面热处理后，光吸收层可用洗涤液NH4OH、HNO3、HCl、H2SO4、NH4F、HF、H2O2、CdSO4、KCN、DI-水(DI-water)或其组合物来清洗。在另一实施例中，光吸收层可以使用清洁气体和等离子体来清洗。例如，清洁气体可以包括NH3、ClF3、F2、H2O、O2、N2O、NF3、N2和其组合物。等离子可以使用反应气体如Ar、N2、O2、H2O、H2、He、CH4、NH3、CF4、C2H2、C3H8和其组合物来生成。例如，清洁状态可以设定为100℃-120℃的温度持续30秒到5分钟。
缓冲层40中的Na含量可根据位置而不同。例如，Na含量可在光吸收层30和缓冲层40之间的交界面最高。相对更大量的Na存在于光吸收层30的表面上而不是光吸收层30的内部。Na与O结合形成碱性化合物如Na-O和Na-Se-O。因此，在常规太阳能电池中，碱性化合物以高浓度存在于光吸收层30和缓冲层40之间的交界面。
在实施例中，通过原子层沉积形成的无氧的第一缓冲层可包括约3重量％的杂质如C、H、OH及其组合物，但不限于此。当缓冲层40中存在的杂质的含量超过3重量％时，导电通路形成在光吸收层30和前电极层50之间，因此并联电阻(R-shunt)可能减小。杂质的含量可通过XRD、AES、SIMS等进行检查。
前电极层50
前电极层50形成在缓冲层40上。前电极层50与光吸收层30形成pn结且由ZnO、铝(AL)、掺杂有氧化铝(Al2O3)的ZnO、ITO等构成。
前电极层50可形成为双层结构，其中具有优良的光电特性的n型ZnO薄膜或铟锡氧化物(ITO)薄膜沉积在i型ZnO薄膜上。
i型ZnO薄膜作为太阳能电池的前表面的透明电极。前电极层50由具有高透光率和优良导电性的无掺杂ZnO薄膜组成。沉积在i型ZnO薄膜上的n型ZnO薄膜或铟锡氧化物具有低的电阻值。
在包括根据本发明的实施例的缓冲层的太阳能电池1中，光吸收层30的表面在形成缓冲层40之前被浸渍到H2S、H2Se、H2Te或其组合物中。通过原子层沉积形成的无氧的第一缓冲层41阻止碱性化合物的扩散，从而减小并联电阻(R-shunt)并增加填充因数(FF)。
包括根据本发明的实施例的缓冲层40的太阳能电池1可以大尺寸制造，例如，4平方英寸或更大。
在下文中，将描述优选实施例。然而，下列实施例仅用于帮助理解本发明，本发明不限于下列实施例。
实施例1
厚度为0.5μm的背电极层通过DC溅射将Mo基合金涂覆在碱石灰玻璃基底上而形成。Cu、In、Ga和Se前体通过DC溅射沉积在背电极层上。然后，背电极层在Se气氛下在550℃进行热处理30-60分钟，以形成包括CIGS基化合物且具有2μm厚度的光吸收层。光吸收层的表面被放置在腔室中。H2S以100-5000sccm的流速供应到该腔室，持续2分钟。该腔室的体积为300×300×15mm3-700×1000×700mm3。
然后，厚度为0.8nm的ZnS层通过原子层沉积(ALD)形成在光吸收层上。ZnS层作为第一缓冲层。对于第一缓冲层的原子层沉积，下列过程循环重复四次：注入二乙基锌(DEZ)金属前体气体持续1-2秒、吹扫持续2-8秒、注入H2S反应气体持续0.5-2秒，以及吹扫持续2-8秒。
然后，厚度为1.0nm的ZnO缓冲层通过原子层沉积(ALD)形成在第一缓冲层上。ZnO缓冲层作为第三缓冲层。厚度为0.2nm的ZnS缓冲层通过原子层沉积(ALD)形成在ZnO缓冲层上。ZnS缓冲层作为第四缓冲层。ZnO缓冲层和ZnS缓冲层以交替的方式反复形成33次，以形成厚度为40nm的第二缓冲层。第三缓冲层的原子层沉积通过重复5次下列过程循环而形成：注入二乙基锌(DEZ)金属前体气体持续1-2秒、吹扫持续2-8秒、注入H2O反应气体持续1-2秒，以及吹扫持续2-8秒。第四缓冲层的原子层沉积通过执行一次下列过程循环而形成：注入二乙基锌(DEZ)金属前体气体持续1-2秒、吹扫持续2-8秒、吹扫H2S反应气体持续0.5-2秒，以及吹扫持续2-8秒。
然后，厚度为50nm的i-型ZnO薄膜和厚度为1000nm的n-型ZnO薄膜通过RF溅射法形成，以形成前电极层。由此，获得太阳能电池。
实施例2
实施例2用与上述实施例1相同的方式执行，除了形成第一缓冲层的过程循环重复两次，而不是四次。
实施例3
实施例3用与上述实施例1相同的方式执行，除了第一缓冲层的过程循环重复六次，而不是四次。
比较例1
比较例1用与实施例1相同的方式执行，除了光吸收层的表面不是用H2S进行处理，以及没有形成第一缓冲层之外。评估(1)对太阳能电池的每个因素的性能评估
对根据上述实施例1-3和上述比较例1制造的太阳能电池进行评估。结果如表1和图3所示。
[表1]
从上述表1和图3可以得出，与上述比较例1相比，实施例1-3示出了较高的并联电阻(R_shunt)、较低的串联电阻(R_series)和较高的填充因数(FF)。而且，实施例1-3示出了开路电压(Voc)高于或等于比较例1。因此，与上述比较例1相比，实施例1-3示出了比比较例1提高了1.3-11.4％的效率。这种改善可归因于用H2S对光吸收层的表面的处理和ZnS第一缓冲层的存在，从而防止碱性化合物Na-O和Na-Se-O的扩散。
根据本发明的实施例，太阳能电池包括多重缓冲层，该多重缓冲层包括通过原子层沉积(ALD)形成在光吸收层上的无氧的第一缓冲层和通过原子层沉积(ALD)形成在第一缓冲层上的第二缓冲层的缓冲层，从而防止碱性化合物的扩散并提高太阳能电池的性能。
而且，根据本发明的实施例，太阳能电池可制造为大尺寸，例如4平方英寸或更大。
本发明的前述说明仅是示例，本领域技术人员将会想到在不脱离本发明的范围和主旨的技术理念或基本特征的情况下，本发明可以容易地改变为其他详细的形式。因此，应该理解上述实施例并不是限制性的，而是在各个方面的典型。

Claims (16)

1.一种太阳能电池，其包括：
基底；
背电极层，其形成在所述基底的上方；
光吸收层，其形成在所述背电极层的上方；
缓冲层，其包括形成在所述光吸收层上方的第一缓冲层和形成在所述第一缓冲层上方的第二缓冲层；以及
前电极层，其形成在所述缓冲层的上方，
其中，所述第一缓冲层是无氧层。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一缓冲层包括ZnS、ZnSe、ZnTe或其组合物。
3.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一缓冲层的带隙能量为3.5eV-3.7eV。
4.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一缓冲层的厚度为0.2nm-2nm。
5.如权利要求1所述的太阳能电池，
其中，所述第二缓冲层包括含氧原子层和无氧原子层的堆叠层，
其中，所述含氧原子层包括(i)Zn和(ii)O，以及
其中，所述无氧原子层包括(i)Zn和(ii)S、Se、Te或其组合物。
6.如权利要求1所述的太阳能电池，
其中，所述第二缓冲层包括第三缓冲层和第四缓冲层的堆叠层，
其中，所述第三缓冲层包括ZnO、ZnOS、ZnOSe、ZnOTe或其组合物，以及
其中，所述第四缓冲层包括ZnS、ZnSe、ZnTe或其组合物。
7.如权利要求6所述的太阳能电池，其中，所述第三缓冲层和所述第四缓冲层的厚度比为3:1-10:1。
8.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第二缓冲层的厚度为4nm-50nm。
9.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，当测量时，相对于包含在所述缓冲层中的总的原子，所述缓冲层包括0.5原子％-2原子％的Na。
10.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，包含在所述缓冲层中的Na含量根据位置而不同且在所述光吸收层和所述缓冲层之间的交界面最高。
11.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述基底为碱石灰玻璃基底。
12.如权利要求11所述的太阳能电池，其中，当测量时，相对于包含在所述碱石灰玻璃基底中的总的原子，所述碱石灰玻璃基底包括13原子％-15原子％的Na。
13.一种用于制造太阳能电池的方法，其包括：
在基底上方形成背电极层；
在所述背电极层上方形成光吸收层；
利用还原剂对所述光吸收层的表面进行预处理；
通过原子层沉积(ALD)在所述光吸收层的所述表面上方形成第一缓冲层；
通过原子层沉积(ALD)在所述第一缓冲层上方形成第二缓冲层；以及
在所述第二缓冲层上方形成前电极层，
其中，所述第一缓冲层是无氧层。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述预处理是通过将所述光吸收层的所述表面浸渍到H2S、H2Se、H2Te或其组合物中来进行的。
15.如权利要求13所述的方法，其中，所述第一缓冲层包括ZnS、ZnSe、ZnTe或其组合物。
16.如权利要求13所述的方法，其中，所述第一缓冲层是通过重复过程循环1-10次来形成的，
其中，所述过程循环包括注入金属前体气体、第一次吹扫、注入反应气体和第二次吹扫。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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