ZnO基滅射靶和具有使用該滅射靶沉積的鈍化層的光伏電池的制作方法
【專利摘要】本申請公開了適用于DC滅射的氧化鋅（ZnO)基滅射靶以及具有使用該滅射靶沉積的鈍化層的光伏電池。該ZnO基滅射靶包括由ZnO制造的燒結(jié)體和背板，該ZnO摻雜有10?丨％至60wt%的氧化鎵，該背板結(jié)合于該燒結(jié)體的后表面以支撐該燒結(jié)體。上述鈍化層可防止光吸收層的組成變化降低效率。
【專利說明】ZnO基濺射靶和具有使用該濺射靶沉積的鈍化層的光伏電 池
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2013年5月28日提交的韓國專利申請第10-2013-0060477號的優(yōu) 先權(quán),其全部內(nèi)容出于所有目的通過引用并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本申請涉及氧化鋅（ZnO)基濺射靶以及具有使用所述濺射靶沉積的鈍化層的光 伏電池，更具體地，涉及適用于直流電（DC)濺射的ZnO基濺射靶以及具有使用所述ZnO基 濺射靶沉積的鈍化層的光伏電池，其中，所述鈍化層可防止光吸收層的組成變化降低效率。

【背景技術(shù)】
[0004] 近來，作為能源稀缺和環(huán)境污染的對策，正在大規(guī)模地進(jìn)行高效光伏電池的開發(fā)。 光伏電池是用于直接將太陽能轉(zhuǎn)化成電的光伏發(fā)電的主要裝置。當(dāng)對光伏模塊的需求快速 增加時，增加其尺寸的必要性也在提高。
[0005] 光伏電池模塊可具有多層結(jié)構(gòu)，包括覆蓋玻璃、第一緩沖部件、電池堆、第二緩沖 部件和后片。電池堆可包含基板、共用電極、光吸收層、緩沖層、鈍化層和透明電極?；蹇?由玻璃或不銹鋼制造。可通過在基板上沉積鑰（Mo)而形成共用電極。可通過濺射、分子束 外延（MBE)或蒸發(fā)的方式在共用電極上沉積例如銅銦鎵硒（CIGS)化合物而形成光吸收層。 可由化學(xué)浴沉積法（CBD)或原子層沉積法（ALD)通過在光吸收層上沉積硫化鎘（CdS)或硫 化鋅（ZnS)而形成緩沖層?？赏ㄟ^在緩沖層上沉積本征氧化鋅（i-ZnO)而形成鈍化層。
[0006] 用于電池堆的鈍化層的i-ZnO是非導(dǎo)體，它的電特性與由例如ZnO基薄膜制造的 透明電極相抵觸。
[0007] 此外，由CIGS化合物制造的光吸收層由于例如鎵（Ga)的界面擴散而具有不穩(wěn)定 的組成。當(dāng)光吸收層的組成以這種方式變化時，光伏電池的效率必定會降低。因此，迫切地 需要防止光吸收層的組成變化的方案。
[0008] 發(fā)明背景部分中公開的信息僅為了更好地理解本發(fā)明的背景而提供，而不應(yīng)作為 對于該信息構(gòu)成本領(lǐng)域技術(shù)人員已知現(xiàn)有技術(shù)的認(rèn)可或任何暗示的形式。
[0009] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利第4670877號（2011年1月28日）


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的各個方面提供了適用于直流電（DC)濺射的氧化鋅（ZnO)基濺射靶以及 具有使用所述濺射靶沉積的鈍化層的光伏電池，其中，所述鈍化層可防止光吸收層的組成 變化降低效率。
[0012] 在本發(fā)明的一方面，提供了 ZnO基濺射靶，其包括由ZnO制造的燒結(jié)體和背板，所 述ZnO摻雜有IOwt %至60wt %的氧化鎵，所述背板結(jié)合于所述燒結(jié)體的后表面以支撐所述 燒結(jié)體。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述燒結(jié)體的電阻率可為100Ω · cm或更小。
[0014] 所述ZnO基濺射靶適用于DC濺射。
[0015] 所述燒結(jié)體的彎曲強度可為50MPa或更大。
[0016] 具有Iym直徑的氧化鎵聚集體可分布于所述燒結(jié)體內(nèi)，并且所述氧化鎵聚集體 的體積小于所述燒結(jié)體的體積的5%。
[0017] 在本發(fā)明的另一方面中，提供了光伏電池，其包括摻雜有IOwt %至60wt %的氧化 鎵的ZnO基薄膜作為鈍化層。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述光伏電池可進(jìn)一步包括由CIGS化合物制造的光吸 收層。
[0019] 所述鈍化層的晶粒尺寸可為IOnm或更大。
[0020] 所述鈍化層的厚度可小于100nm。
[0021] 所述鈍化層的厚度可小于50nm。
[0022] 所述鈍化層的電阻率可為10 Ω · cm或更小。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的實施方式，可通過由10wt%至60wt%的氧化鎵摻雜ZnO可靠地進(jìn)行 DC濺射。
[0024] 此外，由于使用所述ZnO基濺射靶將所述ZnO基薄膜沉積為鈍化層，因此所述鈍化 層中包含的Ga的高濃度可防止不穩(wěn)定的光吸收層的組成變化，從而防止所述光伏電池的 效率降低。
[0025] 此外，由于使用所述ZnO基濺射靶沉積的鈍化層的組成的均勻性提高了，所以能 夠制造具有大面積的光伏電池。
[0026] 此外，使用所述濺射靶將摻雜有氧化鎵的所述ZnO基薄膜沉積為所述鈍化層。因 此，當(dāng)將所述ZnO基薄膜沉積為導(dǎo)電性鈍化層上的透明電極時，能夠減小所述透明電極的 電阻，因而提高所述光伏電池的光電轉(zhuǎn)化效率。
[0027] 此外，由于將加入大量的氧化鎵的所述ZnO基薄膜用作所述鈍化層，因此能夠減 小在由所述CIGS化合物制造的光吸收層中包含的Ga的界面擴散。所述鈍化層中的Ga可 擴散到所述光吸收層中，從而提高所述光伏電池的效率。
[0028] 本發(fā)明的方法和設(shè)備還具有其它特征和優(yōu)點，這些特征和優(yōu)點將通過并入本文的 附圖和以下本發(fā)明的詳細(xì)說明而更為明顯或者在這些附圖和詳細(xì)說明中得到更詳細(xì)地闡 述，附圖和詳細(xì)說明是一起用來解釋本發(fā)明的特定原理的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1為示意性顯示根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的具有使用氧化鋅（ZnO)基濺射 靶沉積的鈍化層的光伏電池的概念性截面剖視圖。

【具體實施方式】
[0030] 現(xiàn)將詳細(xì)地參考根據(jù)本發(fā)明的氧化鋅（ZnO)基濺射靶以及具有使用該濺射靶沉 積的鈍化層的光伏電池，其實施方式在附圖中說明并描述如下，以使本發(fā)明相關(guān)領(lǐng)域的技 術(shù)人員可容易地將本發(fā)明付諸實踐。
[0031] 全文中都將參考附圖，其中相同的附圖標(biāo)記和符號用于所有不同的附圖中以表示 相同或相似的部件。在本發(fā)明的以下說明中，當(dāng)其會使本發(fā)明的主題不清楚時，并入本文的 已知功能和部件的詳細(xì)說明將會省略。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的ZnO基濺射靶為用于沉積圖1中顯示的光伏電池 10中鈍化層100的靶。如圖1中顯示,光伏電池10包括基板11、共用電極12、光吸收層13、 緩沖層14、鈍化層100和透明電極15。鈍化層100形成為ZnO基薄膜，其組成包含10wt% 至60wt%的氧化鎵。在光伏電池10中，基板11可由玻璃或不銹鋼制造。共用電極12可通 過沉積鑰（Mo)而在基板11上形成。光吸收層13可通過濺射、分子束外延（MBE)或蒸發(fā)的 方式沉積銅銦鎵硒（CIGS)化合物而在共用電極12上形成。緩沖層14可由化學(xué)浴沉積法 (CBD)或原子層沉積法（ALD)通過在光吸收層13上沉積例如硫化鎘（CdS)或硫化鋅（ZnS) 而在光吸收層13上形成。透明電極15可沉積在鈍化層100上，其使用根據(jù)該示例性實施 方式的ZnO基濺射靶而沉積。透明電極15可如同鈍化層100形成為ZnO基薄膜。
[0033] 因此，根據(jù)該示例性實施方式的ZnO基濺射靶用于光伏電池10的鈍化層100的沉 積，并包括燒結(jié)體和背板。
[0034] 燒結(jié)體由摻雜有10wt%至60wt%的氧化鎵的ZnO制造。當(dāng)由氧化鎵摻雜ZnO時， 來自氧化鎵的Ga取代了 ZnO結(jié)構(gòu)中的Zn,從而形成向其給予導(dǎo)電性的η型半導(dǎo)體。由于 ZnO中的Ga含量限于熱力學(xué)平衡狀態(tài)，控制添加的氧化鎵的量，以使ZnO制造的燒結(jié)體為導(dǎo) 電的，轉(zhuǎn)而使燒結(jié)體適用于直流電（DC)濺射。如果添加的氧化鎵的量為10wt%或更大，則 有利于改善CIGS光吸收層13的效率。然而，如果添加的氧化鎵的量超過60wt%，則燒結(jié)體 的電阻率顯著提高，因此優(yōu)選將添加的氧化鎵的量控制為60wt%或更少。與此相對照，如果 添加的氧化鎵的量小于IOwt %，雖然ZnO燒結(jié)體的低電阻率使放電可靠，但是氧化鎵提高 CIGS光吸收層13的效率的能力卻受限。然后，能夠防止光吸收層13的不穩(wěn)定組成變化。
[0035] 因此，使用具有由摻雜有10wt%至60wt%的氧化鎵的ZnO制造的燒結(jié)體的溉射革巴 能夠沉積由摻雜有IOwt %至60wt %的氧化鎵的ZnO基薄膜作為光伏電池10的鈍化層100。
[0036] 優(yōu)選控制添加到ZnO基燒結(jié)體的氧化鎵的量，以使燒結(jié)體具有50MPa或更大的彎 曲強度，使燒結(jié)體免受因濺射期間誘導(dǎo)的高功率引起的破裂的危險，并使具有1 μ m或更大 的直徑的氧化鎵聚集體分布于燒結(jié)體內(nèi)且具有小于燒結(jié)體的體積的5%的體積。
[0037] 背板為用于支撐燒結(jié)體的部件，并可由具有卓越導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性的Cu(優(yōu)選不含 氧的Cu)、Ti或不銹鋼制造。通過由例如In制造的結(jié)合材料將背板結(jié)合于燒結(jié)體的后表 面，從而形成ZnO基濺射靶。
[0038] 包括燒結(jié)體和背板的ZnO基濺射靶具有高的沉積率。燒結(jié)體的電阻率為100 Ω ^cm 或更少，這樣在濺射期間誘導(dǎo)高功率時，使得放電可靠地進(jìn)行而沒有反常的放電。因此，這 提高了所沉積的鈍化層100的組成均勻性，因而可制造具有大的面積的光伏電池10。
[0039] 使用根據(jù)該示例性實施方式的ZnO基濺射靶沉積的光伏電池10的鈍化層100可 具有10Ω ^cm或更小的電阻率。鈍化層100的卓越電阻特性還減小了覆蓋其上的透明電 極15的電阻。結(jié)果，這可防止銅銦鎵硒（CIGS)層的效率因透明電極的高電阻而減小，否則 透明電極的高電阻會在大面板應(yīng)用于現(xiàn)有技術(shù)時出現(xiàn)。
[0040] 鈍化層100可具有小于IOOnm的厚度，優(yōu)選小于50nm。這是因為鈍化層100與緩 沖層14 一起使光穿過，較小的厚度更利于鈍化層100提高透光率。
[0041] 作為使用ZnO基濺射靶沉積的ZnO基薄膜而形成的鈍化層100保持了 ZnO的六方 晶體結(jié)構(gòu)而與Ga含量無關(guān)，在該晶體結(jié)構(gòu)中，晶體通常沿C軸生長。在這種情況下，鈍化層 100的晶粒尺寸可為IOnm或更大。
[0042] 使用根據(jù)該示例性實施方式的ZnO基濺射靶沉積的鈍化層100具有基于ZnO的晶 體結(jié)構(gòu)。在鈍化層100上沉積的透明電極15可如同鈍化層100形成為ZnO基薄膜。因此， 透明電極15從沉積過程的早期階段就在具有晶體取向的鈍化層100上沉積，因此可使透明 電極15的性能最大，從而進(jìn)一步提1?光伏電池10的光電轉(zhuǎn)化效率。
[0043] 此外，在使用根據(jù)該示例性實施方式的ZnO基濺射靶沉積的鈍化層100中，Ga的 高濃度可防止由具有不穩(wěn)定組成的CIGS化合物制造的光吸收層13的組成變化。具體地， 當(dāng)用于由CIGS化合物制造的光吸收層13的鈍化層100形成為添加了大量的氧化鎵的ZnO 基薄膜時，能夠減小光吸收層13中包含的Ga的界面擴散。此外，鈍化層100中的Ga可擴 散到光吸收層13中，從而提高光伏電池10的效率。
[0044] 實施例1
[0045] 在由銅銦鎵硒（CIGS)化合物制造的光吸收層上通過沉積硫化鎘（CdS)形成緩沖 層。使用氧化鎵摻雜的氧化鋅（GZO)靶通過直流電（DC)濺射在緩沖層上形成鈍化層。使 用Ga-Al-Zn-O(GAZO)靶通過DC濺射在鈍化層上形成透明電極（TCO)。然后，分析所得結(jié)構(gòu) 的特性。
[0046] 對比例1
[0047] 在由CIGS化合物制造的光吸收層上通過沉積CdS形成緩沖層。使用本征氧化鋅 (i-ZnO)鎵靶通過射頻（RF)濺射在緩沖層上形成鈍化層。使用Al-Zn-O (AZO)靶通過RF濺 射在鈍化層上形成TC0。
[0048] 然后，分析所得結(jié)構(gòu)的特性。
[0049] 對比例2
[0050] 在由CIGS化合物制造的光吸收層上通過沉積CdS形成緩沖層。使用i-ZnO鎵靶 通過RF濺射在緩沖層上形成鈍化層。使用GAZO靶通過RF濺射在鈍化層上形成TC0。然 后，分析所得結(jié)構(gòu)的特性。
[0051] 表 1

【權(quán)利要求】
1. 一種氧化鋅基濺射靶，包括： 燒結(jié)體，所述燒結(jié)體包含氧化鋅，所述氧化鋅摻雜有基于所述燒結(jié)體重量的10wt%至 60wt%的氧化鎵；和 背板，所述背板結(jié)合于所述燒結(jié)體的后表面以支撐所述燒結(jié)體。
2. 如權(quán)利要求1所述的氧化鋅基濺射靶，其中，所述燒結(jié)體的電阻率為100Ω ·_或更 小。
3. 如權(quán)利要求1所述的氧化鋅基濺射靶，所述氧化鋅基濺射靶適用于直流電濺射。
4. 如權(quán)利要求1所述的氧化鋅基濺射靶，其中，所述燒結(jié)體的彎曲強度為50MPa或更 大。
5. 如權(quán)利要求1所述的氧化鋅基濺射靶，其中，具有1 μ m的直徑的所述氧化鎵的聚集 體分布于所述燒結(jié)體內(nèi)，所述氧化鎵的聚集體的體積小于所述燒結(jié)體的體積的5%。
6. -種光伏電池，包括氧化鋅基薄膜作為鈍化層，所述氧化鋅基薄膜摻雜有基于所述 氧化鋅基薄膜重量的IOwt %至60wt %的氧化鎵。
7. 如權(quán)利要求6所述的光伏電池，進(jìn)一步包括含有銅銦鎵硒化合物的光吸收層。
8. 如權(quán)利要求6所述的光伏電池，其中，所述鈍化層的晶粒尺寸為IOnm或更大。
9. 如權(quán)利要求6所述的光伏電池，其中，所述鈍化層的厚度小于100nm。
10. 如權(quán)利要求9所述的光伏電池，其中，所述鈍化層的厚度小于50nm。
11. 如權(quán)利要求6所述的光伏電池，其中，所述鈍化層的電阻率為10Ω ^cm或更小。
【文檔編號】H01L31/0352GK104213084SQ201410232028
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月28日
【發(fā)明者】李倫圭, 高榥庸, 樸柱玉, 徐壽瑩 申請人:三星康寧先進(jìn)玻璃有限責(zé)任公司