[发明专利]用于光电薄膜制造的卷至卷电镀

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求临时申请No.60/862164的优先权，该临时申请No.60/862164的申请日为2006年10月19日。

技术领域

本发明涉及制备用于辐射探测器和光电应用的IBIIIAVIA族化合物半导体膜的薄膜的方法和设备。

背景技术

太阳能电池是将日光直接转换为电能的光电装置。最普通的太阳能电池材料是单晶或多晶晶片形式的硅。不过，使用硅基太阳能电池生产电的成本高于用更传统的方法生产电的成本。因此，从20世纪70年代早期已进行努力来降低用于地面使用的太阳能电池的成本。降低太阳能电池成本的一个方法是开发低成本的、能在大面积基板上沉积太阳能电池质量的吸收体材料的薄膜生长技术以及使用高产量低成本的方法制造这些装置。

包括一些IB族(Cu、Ag、Au)、IIIA族(B、Al、Ga、In、Tl)和VIA族(O、S、Se、Te、Po)材料或周期表元素的IBIIIAVIA族化合物半导体是优良的、用于薄膜太阳能电池结构的吸收体材料。特别是，通常称为CIGS(S)或Cu(In，Ga)(S，Se)₂或CuIn_1-xGa_x(SySe_1-y)_k(其中0≤x≤1、0≤y≤1且k约2)的Cu、In、Ga、Se和S化合物已经用于生产接近20％转化效率的太阳能电池结构。含有IIIA族元素Al和/或VIA族元素Te的吸收体也显示出应用的前景。因此，在太阳能电池应用中，含有i)IB族Cu，ii)IIIA族In、Ga和Al中至少一种和iii)VIA族S、Se和Te中至少一种的化合物具有极大的重要性。

在图1中表示了常规IBIIIAVIA族化合物光电电池例如Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)₂薄膜太阳能电池的结构。装置10在基板11例如玻璃片、金属片(如铝或不锈钢)、绝缘箔或板或导电箔或板上制造。在导电层13上方生长包括Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)₂族材料的吸收体薄膜12，该导电层13在基板11上预先沉积，并作为与装置的电接触。包括Mo、Ta、W、Ti和不锈钢等的各种导电层已用于图1的太阳能电池结构中。当基板本身是适合地选择的导电材料时，也能够不使用导电层13，因为基板11可作为与装置的欧姆接触。在吸收体薄膜12生长后，在吸收体薄膜上形成透明层14例如CdS、ZnO或CdS/ZnO堆垛。辐射15通过透明层14进入装置。也可在透明层14上方沉积金属栅格(未表示)，以便减小装置的有效串连电阻。应当知道，当基板透明时，图1的结构也可以颠倒。在这种情况下，光从太阳能电池的基板侧进入装置。

在使用IBIIIAVIA族化合物吸收体的薄膜太阳能电池中，电池效率是IB/IIIA摩尔比的强函数(strong function)。当在组分中具有多种的IIIA族材料时，这些IIIA族元素的相对量或摩尔比也将影响性能。例如，对于Cu(In，Ga)(S，Se)₂吸收体层，装置的效率是Cu/(In+Ga)摩尔比的函数。而且，一些重要的电池参数例如其开路电压、短路电流和填充系数也随着IIIA族元素摩尔比即Ga/(Ga+In)摩尔比进行变化。通常，对于好的装置性能，Cu/(In+Ga)摩尔比保持在大约或低于1.0。另一方面，当Ga/(Ga+In)摩尔比增加时，吸收体层的光能带隙增加，因此太阳能电池的开路电压升高而短路电流典型地可能降低。对于薄膜沉积处理，重要的是能够控制IB/IIIA的摩尔比和在组分中IIIA族成分的摩尔比。应当注意的是尽管化学式通常写为Cu(In，Ga)(S，Se)₂，但对于该化合物更为准确的化学式是Cu(In，Ga)(S，Se)_k，其中k通常接近2但可以不精确等于2。为了简便，我们继续使用k值为2。还应当注意，在化学式中符号“Cu(X，Y)”意味着X和Y从(X＝0％和Y＝100％)到(X＝100％和Y＝0％)所有的化学组成，例如Cu(In，Ga)意味着从CuIn到CuGa的所有组成。类似地，Cu(In，Ga)(S，Se)₂意味着具有Ga/(Ga+In)摩尔比从0至1变化和Se/(Se+S)摩尔比从0至1变化的所有化合物族。