[发明专利]太阳能电池基底、其制备方法以及使用其的太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种CI(G)S太阳能电池基底、一种制备该太阳能电池基底的方法、以及一种含有该太阳能电池基底的太阳能电池。

背景技术

由于全球变暖、燃料能源的消耗、环境污染等的影响，使用化石燃料产生能量的传统方法逐渐接近其极限。特别是，尽管专家预测的石油剩余量稍有不同，普遍的预计是，石油将会在一段较短的时间之内耗尽。

此外，根据以京都议定书为代表的能量使用和气候变化会议，已强制要求应减少由化石燃料燃烧所产生的二氧化碳。因此，很清楚的是，持续使用化石燃料除了会对缔约国产生影响之外，也将对世界上的所有国家产生影响；以至在未来，将会对化石燃料的年消耗的量作出限制。

最常用作化石燃料替代品的代表性能源可以包括核能。作为一种可代替化石燃料例如石油且以几乎无限的量可得的有影响的替代能源，核能的产生已成为关注的焦点，这是因为每单位重量的作为原材料的铀或钚可以产生的能量是非常大量的，并且在产生核能的过程中并不产生温室气体如二氧化碳。

然而，例如发生在位于前苏联的切尔诺贝利的核电厂的核泄露(nuclear meltdown)或是由于日本东部的大地震(2011Tōhaku地震)而在日本的福岛核电站发生的核泄露，已提供了重新检验产生核电——在某些方面被认为是一种有潜力的能够无限供给的清洁能源——的安全性的动力。其结果是，现在比以往更加迫切地需要引入核能以外的替代能源。

尽管某些替代能源如水力发电经常被夸耀为化石燃料的替代品，由于水利发电严重地受地形因素和气候因素所影响，其用途可能受限。此外，也很难使用替代能源作为化石燃料的替代品，这是因为替代能源产生的能量相对较少，或者其应用范围有较大限制。

然而，太阳能电池具有的优点在于，当被提供的太阳能电池是为了满足家庭用低容量太阳能电池的需求时，将太阳能电池板安装在小屋顶和其他的建筑区域上就可以产生电能，既然这种太阳能电池不仅在任何地方都可以使用，而且如果能够保证合适量的阳光，则产生电能的能力与设备规模几乎彼此成线性比例。因此，太阳能电池的使用已经在全世界范围内增长，与太阳能电池相关的研究也已增加。

在使用半导体原理的太阳能电池中，电子空穴对(EHP)通过如下方式产生：将具有至少一定级别的能量的光线照射到p-n结半导体上，以使半导体中的价电子被激发成可以自由移动的价电子。将由此产生的电子空穴对移动到彼此相对放置的电极中以产生电动势。

太阳能电池最基本的形式是硅基太阳能电池，通常称为第一代太阳能电池，其中所述硅基太阳能电池通过如下方式形成：将杂质B掺杂在硅基底上以形成p-型半导体，将另一种杂质P掺杂在p-型半导体上以形成一层，并将所述层的一部分构建入n-型半导体中从而形成p-n结。

这种硅基太阳能电池因其较高的能量转化效率和电池转化效率(批量生产中的转化效率与实验室中的最高能量转化效率之比)，而具有最高的商业化程度。然而，存在问题，所述问题在于在其制备过程中，材料的消耗相对较高，导致高制备成本，这是因为在硅基太阳能电池的模块的制备过程中，该模块不仅要经受有些复杂的处理步骤，即首先由特定材料制造锭料(ingot)，然后使锭料形成晶片(wafer)来制备电池并使电池成型，而且还包括使用大型材料(bulk type material)。

为了克服上述硅基太阳能电池的缺陷，提出了一种所谓的薄膜型太阳能电池，通常称为第二代太阳能电池。这类薄膜型太阳能电池的优点在于，其制备过程中的材料成本因制备过程简单和薄膜型太阳能电池较薄而相对较低，这是因为所述太阳能电池不是通过上文所述的方法制备的，而是以如下形式制备：将所需的薄膜层依次堆叠在基底上。

将所述薄膜型太阳能电池商业化存在很多阻碍，这是因为在多种情况下，与现有的硅基太阳能电池相比，其能量转化效率还不高。然而，已经开发出了一些能量转化效率高的薄膜太阳能电池，并且也正在商业化过程中。

能量转化效率高的太阳能电池之一是，例如，CI(G)S-基太阳能电池，其中太阳能电池基于CI(G)S化合物半导体，其包括铜(Cu)、铟(In)、锗(Ge)和硒(Se)，其中所述太阳能电池可以不包括锗；并且如果太阳能电池中不含锗，则所述太阳能电池可以称作CIS化合物半导体。

上述太阳能电池的优点在于，既然半导体中包括三种或四种元素，那么通过控制元素的含量就可以增加能量转化效率，从而控制能带隙宽度。有时，可以用硫(S)代替硒(Se)，并且硒(Se)可以与硫(S)一起使用。这两种情况下的太阳能电池均认为是这两种情况下的CI(G)S太阳能电池。