[发明专利]具有传导性阻挡层和箔基底的光生伏打器件

说明书

技术领域

本发明涉及光生伏打器件和更具体地涉及用于光生伏打器件的吸 收剂层的制造。

背景技术

使用含有诸如IB、IIIA和VIA族元素的合金，例如铜与铟和/或 镓或铝和砷和/或硫的合金制造的吸收剂层，制造有效的光生伏打器 件，例如太阳能电池。前述元素一种常见的结合是铜-铟-镓-二硒 化物(CIGS)和所得器件常常称为CIGS太阳能电池。可在基底上沉积 CIGS吸收剂层。希望在铝箔基底上制造这种吸收剂层，因为铝箔相对 便宜、轻质且具有柔性。遗憾的是，沉积CIGS吸收剂层目前的技术与 使用铝箔作为基底不兼容。

典型的沉积技术包括蒸发、溅射、化学气相沉积和类似技术。典 型地在高温下和长时间地进行这些沉积工艺。这两个因素可导致对在 其上发生沉积的基底的损坏。这种损坏可直接来自于当暴露于热下时 基底材料的改变，和/或来自于沉积工艺中的热驱动的非所需的化学反 应。因此，为了制造CIGS太阳能电池，典型地要求非常坚固的基底材 料。这些局限排除了铝和铝箔为基础的箔的使用。

替代的沉积方法是溶液基印刷CIGS前体材料到基底上。在例如公 布的PCT申请WO2002/084708和共同转让的美国专利申请10/782017 中公开了溶液基印刷技术的实例，在此将这两篇专利引入供参考。这 一沉积方法的优点包括相对较低的沉积温度和快速的沉积过程。这两 个优点起到使在其上形成沉积物的基底热诱导的损害潜在可能性最小 化的作用。

尽管在制造CIGS太阳能电池中溶液沉积是相对低温的步骤，但它 不是唯一的步骤。除了沉积以外，在制造CIGS太阳能电池中的关键步 骤是硒化CIGS吸收剂层并退火。硒化诱导硒进入CIG或CI吸收剂层 本体内，在此该元素掺入到膜内，同时退火提供具有合适结晶结构的 吸收剂层。在现有技术中，通过在H₂Se或Se蒸汽存在下加热基底， 并在高温下保持这一新生的吸收剂层长的时间段，从而进行硒化和退 火。

尽管使用Al作为太阳能电池器件的基底是理想的，因为这种基底 兼有低成本和轻质的性质，但使CIGS吸收剂层有效地退火的常规技术 还加热基底到高温，从而导致对Al基底的损坏。一旦长时间段地长期 暴露于热和/或含硒化合物下，存在导致Al基底降解的数个因素。首 先，长期加热，在Mo涂布的Al基底内的离散层可熔融并形成器件的 金属间静合触点，这会降低Mo层打算的电子功效。第二，Mo层的界 面形态在加热过程中改变，这可通过在Mo层表面上产生的成核图案的 变化，负面影响随后的CIGS晶粒生长。第三，长期加热，Al可能迁 移到CIGS吸收剂层内，从而干扰半导体的功能。第四，在长期加热过 程中，典型地存在于Al箔内的杂质(例如，Si、Fe、Mn、Ti、Zn和V) 可能沿着移动的Al迁移，扩散到太阳能电池内，这可能干扰电池的电 子和光电子功能。第五，当在相对高温下，Se暴露于Al下相对长时 间时，可形成不稳定的硒化铝。在潮湿的空气中，硒化铝可与水蒸气 反应，形成氧化铝和硒化氢。硒化氢是高度有毒的气体，它的自由形 成可产生安全危险。由于所有这些原因，因此高温沉积、退火和硒化 对于由铝或铝合金制造的基底来说是不实际的。

由于存在高温长期沉积和退火步骤，不可能有效地在铝基底(例如 由Al和/或Al基合金组成的柔性箔)上制造CIGS太阳能电池，和反而 必须在由更加坚固(和更加昂贵)的材料制造的重质基底，例如不锈钢、 钛或钼箔、玻璃基底，或金属或金属氧化物涂布的玻璃上制造。因此， 即使基于铝箔的CIGS太阳能电池比不锈钢、钛或钼箔、玻璃基底，或 金属或金属氧化物涂布的玻璃基体轻质、具有柔性和便宜，但目前的 实践不允许铝箔用作基底。

因此，本领域需要在铝基底上制造太阳能电池的方法。

发明内容

本发明的实施方案解决了以上列出的至少一些缺点。本发明提供 以高产量方式在箔基底上成本有效地制造的光生伏打器件。光生伏打 器件的薄且柔性的性质也可允许卷曲它们或者折叠成较小形式的倍率 以供容易运输，而且也便于流水线制造。也可设计本发明的实施方案 降低在制造工艺中所使用的原料量。还应当理解，可采用本发明的实 施方案，与各种材料的吸收剂层一起使用且不是仅仅限于CIGS吸收剂 层。通过本发明的各种实施方案，将满足此处所述的这些和其他目的 中的至少一些。