[发明专利]使用包含掺杂阳离子的微孔阴离子无机构架结构用于制造薄层太阳能电池在审

专利信息
申请号: 201380036606.4 申请日: 2013-06-05
公开(公告)号: CN104584233A 公开(公告)日: 2015-04-29
发明(设计)人: F·赫格特;V·普罗布斯特 申请(专利权)人: 罗伯特·博世有限公司
主分类号: H01L31/0392 分类号: H01L31/0392
代理公司: 中国专利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 杜荔南;胡莉莉
地址: 德国斯*** 国省代码: 德国;DE
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摘要:
搜索关键词: 使用 包含 掺杂 阳离子 微孔 阴离子 无机 构架 结构 用于 制造 薄层 太阳能电池
【说明书】:

发明涉及使用尤其包含掺杂阳离子的微孔阴离子无机构架结构用于制造包含微孔阴离子无机构架结构的薄层太阳能电池或模块、光伏薄层太阳能电池和模块,以及用于制造这种光伏薄层太阳能模块的方法。

光伏太阳能模块很久以来就是已知的并且也可以在商业中获得。合适的太阳能模块一方面包括结晶的硅太阳能模块和另一方面包括所谓的薄层太阳能模块。这种类型的薄层太阳能模块例如是基于使用所谓的黄铜矿半导体吸收层,例如Cu(In,Ga)(Se,S)2系统的半导体吸收层,并且是一种复杂的多层系统。在这些薄层太阳能模块中在玻璃衬底上通常施加钼背电极层。在一种方法变型中,给所述钼背电极层配备包括铜和铟以及必要时包括镓的前驱体-金属薄层并且接着在存在硫化氢和/或硒化氢的情况下在提高的温度下转变成所谓的CIS-或CIGS-系统。在另一方法变型中,替代硒化氢和硫化氢也可以使用元素硒蒸汽和硫蒸汽。这种薄层太阳能模块的制造因此是多步骤的过程,在所述多步骤的过程中基于大量的相互作用必须谨慎地使每个方法步骤与后面的方法步骤相协调。对于在每个层中要使用的材料的选择和纯度方面也要特别小心。这自然也适合于衬底层。非常不同的步骤上的任何杂质可能持续地对效率造成不利影响。这要求定期地使用高纯的初始物质并且此外要求大的设备费用。对此在一般情况下随之产生显著的成本费用。到目前为止在各个制造步骤中要使用的温度和反应条件下也不能排除污染或多层系统的每个层的组分、掺杂物或杂质的相互扩散。利用背电极层的选择和制造方式就已经能够影响薄层太阳能电池的效率。例如背电极层必须具有高的横向传导性,以便保证低耗损的串联接线。从衬底和/或半导体吸收层迁移的物质也应不影响背电极层或半导体吸收层的品质或功能。除此之外背电极层的材料必须良好地匹配于衬底和位于其上的层的热膨胀特性,以便避免出现微小裂纹。此外在衬底表面上的粘附也应满足全部常见的使用要求。最后,尤其在通过适当的掺杂物应造成改善效率时,也需注意薄层系统的相应层的成分的均质性。

虽然可以通过使用特别纯的背电极材料取得良好的效率,但是通常也会随之不相称地产生高的生产成本。此外前述的迁移现象或尤其是扩散现象在常规的生产条件下经常导致背电极材料的显著污染。例如被置入到半导体吸收层中的掺杂物可通过前述的扩散而扩散到背电极中并且由此在半导体吸收层中贫化。结果是制成的太阳能模块的明显较低的效率。因此甚至在注意全部的方法和材料优化的情况下在最终设计针对销售设置的薄层太阳能模块时也越来越严格地受到限制。

按照DE 44 42 824 C1通过下述方式可以获得具有在形态上良好地构成的吸收层和良好的效率的太阳能电池:按1014至1016原子/cm2的剂量给黄铜矿半导体吸收层掺杂来自钠、钙和锂的组的元素并同时在衬底与半导体吸收层之间设置扩散阻挡层。

可替换地提出,如果应当放弃扩散阻挡层,使用不含碱的衬底。

此外同样可以在没有阻挡层的情况下工作并且使用在制造半导体吸收层时的主导温度下从衬底玻璃扩散出来的钠离子。但是这种做法非常不可靠并且几乎不允许有目的地给半导体吸收层掺加钠。在这种方法中可以大致确定,如果去做的话,也只能困难地调节从衬底玻璃中扩散出来的钠离子的量。不仅玻璃本身及其存放和预处理,而且处于衬底层与半导体吸收层之间的背电极层或其它位于此处的层同样会影响钠离子的扩散。例如背电极层的横向非均质性导致钠离子不均匀地扩散到半导体吸收层中。

相反,如果置入无机钠化合物如氟化钠、硫化钠、硒化钠或磷酸钠,则很常见地存在这样的危险,即通过这种方式同样地带入半导体吸收层中的阴离子会造成非期望的缺陷和/或甚至是吸湿性的。例如已知氧在半导体吸收层中产生电缺陷。

此外已经证实,将钠离子置入半导体吸收层中的传统方式有时可能效率特别低。因为经常是,被置入的钠离子中的仅仅非常小的部分才实际上被嵌入半导体吸收层中并且在那里电有效。

另外不容忽视的是,适当的钠化合物,例如氟化钠在处理方面是很关键的并且导致高的制造成本。

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