一種采用應變AZO層用于陽極-吸收劑界面的薄膜太陽能器件制造技術

本實用新型專利技術提供一種采用應變AZO層用于陽極-吸收劑界面的薄膜太陽能器件，所述器件包括：光學透明基板；覆蓋所述透明基板的中間層；包含鋁摻雜氧化鋅(AZO)層的陽極層，所述鋁摻雜氧化鋅層與所述中間層形成第一界面；包含具有p-型摻雜劑的銅銦鎵二硒的吸收劑，所述吸收劑與所述AZO層形成第二界面；覆蓋所述吸收劑的緩沖層和隨后的窗口層；以及覆蓋所述窗口層的陰極層；其中，所述AZO層誘發所述陽極層中的應變場和所述第一界面處的費米能級釘扎，從而改變所述第二界面處的內電場。本實用新型專利技術的薄膜太陽能器件采用AZO層作為PV吸收劑和陽極層之間的界面，用于增強空穴收集。（*該技術在2021年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術總體上涉及光伏器件及其制造方法。更具體地，本技術提供ー種用于雙面薄膜光伏電池的方法和器件結構。本技術的實施方式包括一種用于形成雙面薄膜光伏器件(bifacial thin film photovoltaic device)的方法,其利用陽極中的應變場(stained field)和費米能級釘扎(Fermi level pinning)來改變內電場(internalelectric field),從而提高電池效率。本技術的ー種應用是采用應變AZO層(stainedAZO layer)作為PV吸收劑和陽極層之間的界面來增強空穴收集(hole collection)的器件。
技術介紹
從ー開始，人類就已經應對挑戰來尋找利用能量的方式。能量來自于例如，石化產品、水力發電、核能、風、生物質、太陽能、木材和煤的形式。在過去的一個世紀中，現代文明已依賴于作為重要能源的石化能量。石化能量包括天然氣和石油。天然氣包括更輕的形式，例如，丁烷和丙烷，通常用于加熱住宅并用作用于烹飪的燃料，以及通常用于運輸目的的汽油、柴油和噴氣燃料。石化產品的更重的形式也可以用來加熱住宅。遺憾的是，基于在地球上可獲得的量，石化燃料的供應是有限的并且基本上是固定的。由于更多的人以增長的量使用石油產品，其迅速地變成稀缺資源。環境上清潔且可再生的能量是可期望的。清潔能量來源的一個實例是水電力(水カ發電)。水電カ來自由水壩產生的水流驅動的發電機。清潔且可再生的能量來源還包括風能、波能、生物質能等。風車將風能轉化成更有用形式的能量，例如電能。清潔能源還有的其它類型包括太陽能。太陽能技術通常將來自太陽的電磁輻射轉化成其它有用形式的能量。這些其它形式的能量包括熱能和電力。對于電カ應用，經常使用太陽能電池。雖然太陽能在環境上是清潔的并且從某種角度上已經成功，但是，在其廣泛應用之前，仍有許多限制有待解決。作為ー個實例，一種類型的太陽能電池使用來自半導體材料錠(ingots)的晶體材料。這些晶體材料可以用來制造包括將電磁輻射轉化成電カ的光伏和光電ニ極管裝置的光電裝置。然而，晶體材料經常是昂貴的并且難以大規模制造。其它類型的太陽能電池使用“薄膜”技術來形成待用于將電磁輻射轉化成電カ的光敏材料的薄膜。在使用薄膜技術制造太陽能電池時，存在類似的限制。也就是說，效率經常較低。另外，薄膜的可靠性經常較差，并且在傳 統的環境應用中不能長時間使用。通常，薄膜難以彼此機械地結合。在整個本說明書并且更具體地在以下內容中，可以找到這些傳統技術的這些和其它限制。作為提高薄膜太陽能電池的電池效率的ー種努力，用于改善電池異質結處的相對帶對準(relative band alignment)的エ藝在提高太陽能電池的最終性能中發揮著重要作用。在選擇合適的材料和結構來形成具有合適電場強度和方向的薄膜PV電池結界面(celljunction interfaces)中，存在著各種制造挑戰。特別地,在吸收劑和陽極之間或者在窗ロ層和陰極之間通過各自界面的帶階(band lineup),影響著載流子收集效率和電池的內建電壓(自帶電壓，build-in voltage)。過去的傳統技術已經克服了這些中的一些問題,但在許多情形下傳統技術卻常常不夠充分。因此，需要具有改進的方法和結構，用于設計薄膜光伏器件的電池結界面(cell junction interface)。
技術實現思路
本技術提供ー種采用應變AZO層用于陽扱-吸收劑界面的薄膜太陽能器件，所述器件包括光學透明基板；覆蓋所述透明基板的中間層；包含AZO層的陽極層，所述 AZO層與所述中間層形成第一界面；吸收劑層，所述吸收劑層與所述AZO層形成第二界面；覆蓋所述吸收劑層的緩沖層和隨后的窗ロ層；以及覆蓋所述窗ロ層的陰極層；其中，所述AZO層誘發所述陽極層中的應變場和所述第一界面處的費米能級釘扎，從而改變所述第二界面處的內電場。可選地，所述光學透明基板包括鈉鈣玻璃。可選地，所述陽極層中的應變場和所述第一界面處的費米能級釘扎導致所述第二界面處的內電場的強度減弱，從而促進所述陽極層從所述吸收劑層中的空穴收集。可選地，所述陽極層中的應變場和所述第一界面處的費米能級釘扎導致所述第二界面處的內電場的方向翻轉，從而促進所述陽極層從吸收劑層中的空穴收集。在一種實施方式中，本技術提供一種用于形成雙面薄膜光伏電池的方法。該方法包括提供具有表面區域的玻璃基板(該表面區域由中間層所覆蓋)以及在表面區域上形成薄膜光伏電池。薄膜光伏電池包括覆蓋中間層的陽極、以及陽極上方的吸收劑層。此夕卜，電池包括在吸收劑層上方的窗ロ層和陰極，緩沖層居于吸收劑層與窗ロ層及陰極之間。陽極包括鋁摻雜氧化鋅(AZO)層，其與中間層形成第一界面，與吸收劑層形成第二界面。AZO層被構造成誘發第一界面處的費米能級釘扎以及從第一界面到第二界面的應變場。在本技術的可替換實施方式中，提供ー種采用應變AZO層用于陽扱-吸收劑界面的薄膜太陽能器件。該器件包括光學透明基板(透光基板)和覆蓋透明基板的中間層。此外，該器件包括含鋁摻雜氧化鋅(AZO)層的陽極層，其與中間層形成第一界面。該器件還包括吸收劑層，其包含具有P-型摻雜劑的銅銦鎵ニ硒，吸收劑層與AZO層形成第二界面。此外，該器件包括覆蓋吸收劑層的緩沖層以及隨后的窗ロ層。而且，該器件包括覆蓋窗ロ層的陰極層。在ー個具體的實施方式中，該器件所采用的AZO層誘發陽極層中的應變場和第一界面處的費米能級釘扎，從而改變第二界面處的內電場。本技術的一些實施方式提供一種用于改變陽扱-吸收劑界面周圍的內電場的方法，該方法利用陽極中應變和界面處費米能級釘扎的組合來減弱電場強度甚至翻轉(改變，flipping)內電場方向。內電場強度的減弱，緩解了載流子空穴(carrier holes)從吸收劑到陽極的隧穿勢壘，使得隧穿更容易。在吸收劑和背電極之間的界面處的內電場方向翻轉直接有助于n+型陽極從P-型吸收劑中的空穴收集。中間層設置在AZO層和基板表面區域之間。AZO層和中間層之間的晶格失配(晶格錯配，lattice mismatch)導致陽極中的應變,這改變了陽極和吸收劑之間的界面處的電場。在AZO層和中間層之間或者在AZO層和吸收劑層之間的界面處，電子帶被表面態(surface states)改變并貫穿界面經由費米能級釘扎對準(aligned)。陽極中的應變和費米能級釘扎均可導致背電極處的內電場減弱或甚至方向翻轉，這有助于背接觸(后觸點，back contact)處的空穴收集,并因此提高電池效率。附圖說明圖I是示出在陽扱-吸收劑界面處采用鋁摻雜氧化鋅層的薄膜光伏電池的圖示。圖2是示出在典型雙面結構中貫穿吸收劑及其界面的內電場的圖示。 圖3A是示出雙面電池的異質結能帶結構的圖示。圖3B是在雙面電池的陽扱-吸收劑界面處的能帶結構的近處視圖(closerview)。圖4是不出具有晶格間距失配的兩種材料的界面的應變I旲的圖不。圖5是根據本技術一種實施方式通過陽極中應變與界面費米能級釘扎的組合效應使得陽極-吸收劑界面處的內電場改變的圖示。圖6是示出具有圓柱形態的濺射AZO層的截面SEM圖像的圖示。圖7是示出具有纖維鋅礦結構的濺射氧化鋅層的X-射線衍本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：阿希什·坦登，弗雷德·米庫勒克，
申請(專利權)人：思陽公司，
類型：實用新型
國別省市：