[发明专利]在箔衬底上太阳能电池的形成

说明书

技术领域

本发明涉及光生伏打装置的制作，更具体地说，是涉及光生伏打装置吸收体层的处理和退火。

背景技术

已经用吸收体层制成高效的光生伏打装置，诸如太阳能电池，该吸收体层由包含IB族、IIIA族、和VIA族元素的合金，例如铜与铟和/或镓的合金，或铝与硒和/或硫的合金制成。该种吸收体层常常称作CIGS层，而得到的装置常常称作CIGS太阳能电池。CIGS吸收体层可以淀积在衬底上。在铝箔衬底上制作这种吸收体层是理想的，因为铝箔相对便宜、轻、和可弯曲。遗憾的是，目前用于淀积CIGS吸收体层的技术，与把铝箔作衬底使用不相容。

典型的淀积技术，包括蒸发、溅射、化学汽相淀积、等等。这些淀积过程通常在高温下进行并持续长的时间。该两个因素都能导致正在其上进行淀积的衬底的损坏。这种损坏直接因衬底材料暴露在热中，和/或因淀积过程的热激发不希望有的化学反应引起。因此，CIGS太阳能电池的制作，通常要求非常牢固的衬底材料。这些限制已经把铝和铝箔基的箔的使用排除在外。

一种替代的淀积办法，是在衬底上进行CIGS前体(precursor)材料的溶液基印刷。溶液基印刷技术的例子，例如在公开的PCT申请WO 2002/084708和共同转让的U.S.Patent Application 10/782,017中说明，本文引用该两申请，供参考。该淀积办法的优点，包括相对较低的淀积温度和淀积过程的迅速性两者。两个优点的作用，是使正在其上进行淀积的衬底的热致损坏最小。

虽然在CIGS太阳能电池制作中，溶液淀积是相对低温度的步骤，但它不是仅有的步骤。除淀积外，CIGS太阳能电池制作中的关键步骤，是CIGS吸收体层的硒化和退火。硒化是把硒引进大块的CIG或CI吸收体层，把硒掺进膜中，而退火是提供有适当结晶结构的吸收体层。在现有技术中，硒化和退火，是通过在H₂Se或Se蒸汽中加热衬底，并把该初生吸收体层长时间保持在高温中进行的。

虽然用铝作太阳能电池装置的衬底，由于这种衬底的低成本和轻的性质两者，应是理想的，但有效地使CIGS吸收体层退火的常规技术，同样把衬底加热到高温，导致Al衬底的损坏。在Al衬底长时间暴露在热和/或含硒化合物的时候，有若干因素导致Al衬底降质。首先，在长时间加热的时候，在镀钼的Al衬底内个别的层能够熔融，并形成该装置的金属间的后接点，该金属间的后接点降低钼层计划要达到的电子功能。其次，钼层界面的形态在加热期间被改变，对随后CIGS粒子通过钼层表面引起的成核模式的变化而生长，有负面影响。第三，在长时间加热的时候，Al能够迁移进CIGS吸收体层，瓦解半导体的功能。第四，在Al箔中通常存在的杂质(如Si、Fe、Mn、Ti、Zn、和V)，在长时间加热的时候，能够随同移动的Al传播，扩散进太阳能电池中，瓦解电池的电子和光电子两种功能。第五，当Se暴露在Al中相对长的时间和相对高的温度时，能够形成不稳定的硒化铝。在潮湿的空气中，硒化铝能够与水蒸气反应，形成氧化铝和硒化氢。硒化氢是巨毒气体，它的自由形成能够造成对安全的危害。因为所有这些理由，从而高温淀积、退火、和硒化，对铝或铝合金制成的衬底是不能实现的。

因为高温、长时间淀积、和退火步骤，CIGS太阳能电池不能在铝衬底(如由Al和/或Al基合金构成的可弯曲箔)上有效地制作，相反，必须在更牢固(也更昂贵)的材料，例如不锈钢、钛、或钼箔、玻璃衬底、或金属或金属氧化物涂敷的玻璃制成的更重衬底上制作。因此，即使基于铝箔的CIGS太阳能电池比不锈钢、钛、或钼箔、玻璃衬底、或金属或金属氧化物涂敷的玻璃衬底更轻、可弯曲、和不昂贵，但目前的实践不允许把铝箔用于衬底。

因此，本领域需要一种在铝箔衬底上制作CIGS太阳能电池的方 法。

附图说明

借助阅读下面结合附图的详细说明，能够容易了解本发明的教导，附图中：

图1是剖面示意图，表明按照本发明一个实施例的吸收体层的制作。

具体实施方式

虽然为演示的目的，下面的详细说明包含许多具体的细节，本领域任一个一般人员将明白，下面的详细描述的许多变化和更改，都包含在本发明的范围内。因此，下面说明的本发明示例性的实施例，在阐述中对要求的发明不失任何普遍性和不加限制。