[发明专利]用于形成太阳能电池吸收体的前驱物膜的卷对卷反应

说明书

相关申请的交叉应用

本申请是2006年10月13日提交的美国专利申请第11/549,590 号的部分继续申请。该申请还要求2006年11月10日提交美国临时专 利申请第60/865,385号的优先权。在此将这些申请全部引入作为参考。

技术领域

本发明涉及用于辐射探测器和光电应用场合的半导体膜的薄膜的 制备方法和装置。

背景技术

太阳能电池是将太阳光直接转化成电能的光电设备。最常见的太 阳能电池材料是单晶或多晶晶片形式的硅。然而，使用硅基太阳能电 池产生的电的成本高于采用更常规的方法生成的电的成本。因此，从 二十世纪七十年代早期以来，人们已经为了在地球上使用而努力降低 太阳能电池的成本。降低太阳能电池成本的一条途径是开发低成本薄 膜生长技术——其能够在大面积的衬底上沉积太阳能电池质量的吸收 体材料，以及使用高产出、低成本方法制造这些设备。

包括周期表的IB(Cu，Ag，Au)族、IIIA(B，Al，Ga，In，Ti)族、和VIA 族(O，S，Se，Te，Po)材料或元素中的某一些的IBIIIAVIA族化合物半导体 是用于薄膜太阳能电池结构的极佳吸收体材料。特别地，Cu、In、Ga、 Se和S的化合物(其通常称为CIGS(S)、或Cu(In，Ga)(S，Se)₂或 CuIn_1-xGa_x(S_ySe_1-y)_k，其中0≤x≤1，0≤y≤1，并且k大致等于2)已 经用在接近20％转换效率的太阳能电池结构中。含有IIIA元素Al和 /或VIA族元素Te的吸收体也是可能的。因此，总而言之，含有i)IB 族的Cu、ii)IIIA族的In、Ga和Al中的至少一种、以及iii)VIA 族的S、Se和Te中的至少一种的化合物是适用于太阳能电池应用的。

图1中示出诸如Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)₂薄膜太阳能电池的常规 IBIIIAVIA族化合物光电电池的结构。装置10制造在衬底11上，衬 底11诸如是玻璃片、金属片、绝缘箔片或幅材、或导电箔片或幅材。 包括Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)₂族中材料的吸收体膜12生长在导电层13 上，导电层13预先沉积在衬底11上并用作至该装置的电接触部。衬 底11和导电层13形成基部20。包括Mo、Ta、W、Ti和不锈钢等的 导电层已经用在图1的太阳能电池结构中。如果衬底自身是适当选择 的导电材料，可以不使用导电层13，因为衬底11可以用作连接该装 置的欧姆接触部。在已经生长吸收体膜12之后，诸如CdS、ZnO或 CdS/ZnO叠层的透明层14形成在吸收体膜上。射线15通过透明层 14进入该装置。金属网格(未示出)也可以沉积在透明层14上以减 小装置的有效串联电阻。吸收体膜12的优选电类型是p型，透明层 14的优选电类型是n型。然而也能够采用n型吸收体和p型窗口层。 图1的优选装置结构称为“衬底型”结构。也能够通过下述方式形成“覆 层”结构：将透明的导电层沉积在诸如玻璃或透明聚合物膜的透明覆层 上，然后沉积Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)₂吸收体膜，最终由导电层形成连 接至该装置的欧姆接触部。在此种覆层结构中，光从透明覆层侧进入 所述装置。通过各种方法沉积的各种材料能够用于提供图1中所示装 置的各层。