[发明专利]用于太阳能电池的层系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的尤其是用于薄层太阳能电池、太阳能模块等等的层系统，以及具有该层系统的太阳能电池或太阳能电池模块。

背景技术

用于太阳能电池和太阳能模块的薄层系统是充分公知的，并且根据衬底和所施加的材料以不同的实施方式存在于市场上。所述材料被选择为使得最大化地利用入射的太阳光谱。目前可以从商业上获得由半导体材料构成的薄层电池，例如由碲化镉(CdTe)、或者铜铟(镓)硫硒化合物(Cu(In/Ga)(Se/S))构成的被称为CIS或CIGS电池的薄层电池，其中在此根据电池类型，S可以表示硫和/或硒。最经常的是将非晶硅(a:Si:H)用于薄层电池。如今，CIS薄层电池达到与由多晶硅构成的模块近似相同的效率。

当前的基于Cu(In，Ga)(S，Se)₂的薄层太阳能电池和太阳能模块在p导通的Cu(In，Ga)(S，Se)₂吸收体与通常包括氧化锌(ZnO)的n导通的前电极之间需要缓冲层。根据当前的认识，该缓冲层使得能够在吸收材料与前电极之间进行电匹配。此外，该缓冲层提供保护以免在通过DC磁控管溅射的前电极沉积的后续工艺步骤中受到溅射损害。附加地，该缓冲层通过在p型与n型半导体之间构造高欧姆的中间层防止了从电良好区域到电不良区域中的电流流出。

迄今为止最经常的是将硫化镉(CdS)用作缓冲层。为了能够产生电池的良好效率，迄今为止以CBD工艺(化学浴工艺)以湿化学方式来沉积CdS。但是与此相关的缺点是，湿化学工艺不能良好地适应于当前生产Cu(In，Ga)(S，Se)₂薄层太阳能电池的工艺过程。

CdS缓冲层的另一缺点是，其含有有毒的重金属镉。由此出现较高的生产费用，因为在生产工艺中-例如在清除废水时-必须满足提高的安全措施。对产物的清除也可能在某些情况下给客户造成较高的费用，因为制造商可能根据地方性的关于产物的回收、清除或者再利用的法规而受到限制，并且由此出现的费用可能被转移给客户。

因此，由CdS构成的各种缓冲替代方案已经针对由Cu(In，Ga)(S，Se)₂半导体族构成的不同吸收体被测试；例如溅射的ZuMgO，通过CBD沉积的Zn(S，OH)，通过CBD沉积的In(O，OH)，以及通过ALD(AtomicLayer Deposition(原子层沉积))、ILGAR(Ion Layer GasDeposition(离子层气相沉积))、喷雾热解或者PVD(Physical VaporDeposition(物理气相沉积))方法-例如热蒸发或溅射-所沉积的硫化铟。

但是这些材料仍然不适于作为用于基于Cu(In，Ga)(S，Se)₂的供商业应用的太阳能电池的缓冲体，因为这些材料不能达到与具有CdS缓冲层的材料相同的效率(太阳能电池的入射功率与所产生的电功率的比例)，其中具有CdS缓冲层的材料的效率对于小面积上的实验室电池为大致接近20％以及对于大面积模块为10％至12％之间。此外，这些材料在受到光、热和/或潮气时显示出过大的不稳定性、滞后效应、或者效率的退化。

CdS的另一缺点在于，CdS是具有大致2.4eV的直接电子带隙的直接半导体，并且因此在Cu(In，Ga)(S，Se)₂/CdS/ZnO太阳能电池中，入射光在CdS层厚度为几十nm的情况下就已经被吸收。因为在异质结的该区域中和在缓冲材料中存在许多晶体缺陷，也就是说，存在复合中心，因此所产生的载流子在该层中立刻再次复合。因此，在缓冲层中所吸收的光对于电力产出来说被丢弃，也就是说，太阳能电池的效率变得更小，这对于薄层电池是不利的。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种尤其是用于太阳能电池、太阳能模块等等的具有缓冲层的基于Cu(In，Ga)(S，Se)₂的层系统，该层系统具有高效率和高稳定性，其中制造将是低成本并且对环境无害的。

该任务根据本发明通过根据权利要求1所述的层系统以及根据权利要求11所述的太阳能电池或太阳能电池模块来解决。本发明的有利扩展方案从从属权利要求中得出。