[发明专利]用于以CIGS建立原位结层的热方法

说明书

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2004年11月10日申请的第60/626,843号美国临时专利申请案的优先权。

技术领域

本文所揭示的发明大体上涉及光电元件领域，且更具体地说，涉及使用原位结方法来建立薄膜太阳能电池。

背景技术

能在实验室中制造相对有效的光电(“PV”)电池；然而，已证实难以在商业上用对于商业生存性较关键的一致重复性和效率来扩大这些方法的规模。缺少有效的薄膜制造方法已导致PV电池不能有效取代市场上的传统能量来源。从实验室批量处理方法转变为既较便宜又较好控制的有效工业过程将帮助PV技术向主流市场前进。

在没有有效的薄膜制造方法的情况下，PV电池不能有效地取代当前能量来源。为制造PV电池，在支撑层(例如玻璃、金属或塑料箔)上沉积PV材料的薄半导体层。由于薄膜直接带隙半导体材料比间接带隙结晶半导体材料具有更高的光吸收性，因而在极薄的原子、分子或离子连续层中沉积PV材料。基本光电堆叠设计示范说明PV电池的典型结构。在所述设计中，电池包含衬底、障壁层、背接触层、半导体层、碱性材料、n型结缓冲层、本征透明氧化层和导电透明氧化层。

二硒化铜铟(CIS)(其中镓可取代所有或部分铟(CIGS)和/或硫可取代所有或部分硒(CISS))的化合物最有希望用于薄膜太阳能电池中的吸收体层中。与其它吸收体层化合物相比，CIGS电池已表明最高效率和良好稳定性。通常，通过基于真空的技术来沉积CIGS膜。然而，包含PV装置的多个层向大规模生产系统提出挑战。目前，不存在用于连续生产CIGS装置的可靠技术。另外，典型的PV电池制造技术涉及必须需要接触人工、高资金成本和低制造输出的批量处理。相反地，连续方法可最小化资金成本和接触人工，且同时最大化产品生产率和产量。

明确地说，CIGS系统对制造商构成独特挑战。如2002年10月14日Ramanathan等人论述的，用于大面积模块制造的方法涉及沉积金属前体堆叠和随后在硒和硫周围环境中形成化合物。在光电应用中，p型CIGS层与n型CdS层进行组合，以形成p-n异质结CdS/CIGS装置。然而，此过程是有问题的。CdS层的带隙仍然低到足以限制太阳光谱中能到达吸收体的短波长部分，且这导致减少可收集的电流。此减少对于较高带隙CIGS电池变得相应较严重。此外，此过程造成有害废料，对废料的处置对于可能的制造来说是一项挑战。因此，此项技术中需要寻找化学浴沉积(“CBD”)CdS过程的实用替代方案。

尽管已提议针对CBD CdS过程的某些替代方案，但在大规模连续制造的情形下没有一个替代方案是可行选项。这些替代方案中的某些方案包括添加由以下各物组成的层：ZnS、ZnO、Zn(S，O)、ZnSe、In₂S₃和In(OH)_xS_y。然而，插入这些替代缓冲层通常涉及更多化学步骤以及后沉积退火或光浸渍以变得完全有效。添加这些后沉积步骤降低了制造过程的效率，且使得产品遭受潜在的错误处理和污染。因此，此项技术中需要一种用于制造薄膜太阳能电池的方法，其使用CBD CdS技术的替代方案来插入缓冲层，而不需要额外化学步骤。

发明内容

本发明涉及用于制造光电装置的新方法和由所述方法制得的光电装置。

在优选实施例中，n型层经形成为处理的延续，藉此CIGS在小于460℃的升高温度下暴露于In、Ga和Se的活动。在此类实施例中，In、Ga和Se的活动大体上不变化，但衬底温度有意地降低或由于从较高温度的自然冷却而降低到In、Ga和Se的活动不再与CIGS吸收体层反应的那一点。代替地，这些元素沉积并形成其自身的具有(In，Ga)ySen型层形式的化合物，所述化合物充当结补伴和充当位于CIGS与随后本征ZnO层之间的缓冲体。本征透明氧化层支撑透明导电氧化层和顶部金属栅格。

附图说明

图1相对于光电堆叠设计的沉积来展示根据本发明的薄膜太阳能电池的实施例，其中吸收体层是CIGS且结缓冲层通过本发明方法形成。

具体实施方式