[发明专利]一种光伏电池及其制造方法

说明书

本发明公开了一种基于铜基光吸收材料光伏器件及一种和光吸收材料电学匹配且能与光吸收材料形成p‑n结的材料。该器件还包含一种放置在上述材料和光吸收材料中间的中间层材料。中间层可以减少少数载流子在光吸收材料/缓冲层界面的复合速率或优化能带排列，亦或者是以上两种情况同时作用。

技术领域

本发明是关于一种光伏电池和制造该光伏电池的方法，如基于铜基光吸收材料的电池。

技术背景

一些铜基合金化合物因其具有合适的特性可用于薄膜太阳能电池中的光吸收材料。铜基硫族化物，如铜锌锡硫具有可以匹配太阳光谱的直接能带带隙。

铜锌锡硫是一种四元化合物，含铜(Cu)、锌(Zn)、锡(Sn)、硫(S)或者硒(Se)。铜锌锡硫的化学式为Cu2ZnSn(S,Se)4。根据硫属元素的不同，铜锌锡硫的缩写也不同，如硫属元素为硫，缩写为CZTS、硒为CZTSe、硫硒为CZT(S,Se)。这三种缩写都是指铜锌锡硫。铜锌锡硫吸收层具有可调节的能带间隙(从约1.0eV到约1.5eV)，这个特性使得该材料具有非常高的光吸收系数。以上所述特性均适用于薄膜光伏电池吸收层。而且，铜锌锡硫在地壳中大量存在。

当前铜锌锡硫光伏电池沉积在镀钼(Mo)的钠钙玻璃基底上，钼层作为背接触电极。通常情况下，铜锌锡硫光吸收材料是通过将含有预制层元素(铜、锌、锡、硫)的材料退火制成。N型硫化镉材料沉积在光吸收层，并形成p-n结。在硫化镉之上的是氧化锌和金属电极。

尽管铜锌锡硫薄膜太阳能电池具有超过其他薄膜太阳能电池的潜力，但是目前其效率仍低于市场上光伏电池的平均效率。铜锌锡硫太阳能电池光电转换效率的世界纪录分别为8％(纯硫化)，9％(纯硒化)和12.7％(硫硒化)。而相较于铜铟镓硒(Cu(In,Ga)Se2(CIGSe))的21。7％的转换效率，仍有差距。

造成铜锌锡硫太阳能电池效率低下的其中一个原因是光生载流子在铜锌锡硫和硫化镉界面的复合。在界面区域存在大量的复合点，这主要是因为两种材料的晶格不匹配和杂质的分离。这降低了开路电压和填充因子并影响了电池的效率。造成电池效率低下的另一个原因是铜锌锡硫电池的电子带组态。

基于铜锌锡硫光伏电池的性质，若想提高光电转换效率，需降低铜锌锡硫/硫化镉界面的复合和改善电子带组态。

发明内容

根据第一方面，本发明提供了一种光伏设备包括以下特征:

铜基光吸收材料；

一种电学性质适用于光吸收材料并且可以和光吸收材料形成p-n结的第一材料；

一种中间层材料位于第一材料和光吸收材料之间。中间层材料用于减少少子载流子位于第一材料和光吸收材料界面的复合速率。

在一个实施方案中，在电池制造过程中，部分中间层材料扩散进入第一材料。中间层材料含有铟或硫化铟。

在一个实施方案中，中间层材料在形成中间层时，形成连续蔟状。中间层厚度在5到100纳米之间，优选为20至60纳米。

在一个实施方案中，中间层材料在光吸收材料和第一材料界面处形成大量团簇结构，将部分光吸收材料和第一材料分隔。

在另一个实施方案中，中间层材料吸收至少部分入射光子并转换成电流。

在另一个实施方案中，光伏电池的外量子效率在波长范围350纳米至450纳米之间高于70％。

第二部分，本发明提供一种光伏电池包含：

铜基光吸收材料；

一种电学性质与光吸收材料相匹配并且可以和光吸收材料形成p-n结的第一材料；第一材料在其与光吸收材料界面处含有含铟化合物。