[发明专利]用于IBIIIAVIA族化合物层的掺杂技术

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2006年12月19日提交的名称为“用于I BIIIAVIA 族化合物层的掺杂技术”的美国临时申请No.60/870,827、2006年12 月8日提交的名称为“用于I BIIIAVIA族化合物层的掺杂方法”的美国 临时申请No.60/869,276以及2007年9月10日提交的USSN.11/852980 的优先权，在此引入其内容以作参考。

技术领域

本发明涉及制备用于光伏领域的掺杂半导体薄膜的方法。

背景技术

太阳能电池是将太阳光直接转换成电能的光伏器件 (photovoltaic device)。大部分常用的太阳能电池材料是硅，其为单 晶或多晶晶片的形式。但是，利用基于硅的太阳能电池产生电的成本 高于通过其它传统方法产生电的成本。因此，早在1970年代起就致 力于降低地球上应用的太阳能电池的成本。降低太阳能电池成本的一 种方法是开发低成本薄膜生长技术，其可以在大面积衬底上淀积太阳 能电池品质的吸收材料并利用高产出、低成本的方法制造这些器件。

包括周期表中IB族(Cu、Ag、Au)、IIIA族(B、Al、Ga、 In、Tl)和VIA族(O、S、Se、Te、Po)材料或元素的I BIIIAVIA 族化合物半导体是用于薄膜太阳能电池结构的良好吸收材料。特别 是，通常称为CIGS的Cu、In、Ga、Se和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且k约为2，已经用在太阳 能电池结构中，其输出转换效率约为20％。在这组化合物中，包含 Ga和In二者的化合物获得最好的效率，其中Ga的量为15-25％。包 括IIIA族元素Al和/或VIA族元素Te的吸收体也是可以的。因此， 总而言之，包括：i)IB族的Cu，ii)IIIA族的In、Ga和Al中至少 一种，以及iii)VIA族的S、Se和Te中至少一种的化合物在太阳能 电池应用中引起很大的兴趣。

图1中示出了诸如Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)₂薄膜太阳能电池的常 规IBIIIAVIA族化合物光伏电池的结构。器件10形成在包括衬底11 和导电层13的基底20上，该衬底例如是玻璃片、金属片、绝缘箔或 网、或者导电箔或网。吸收膜12生长在导电层13或接触层上，该吸 收膜12包括Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)₂族中的材料，该接触层预先淀积 在衬底11上并用作与器件的电欧姆接触。图1的太阳能电池结构中 最常用的接触层或导电层13是钼(Mo)。如果衬底本身是优选的导 电材料，例如Mo箔，由于衬底11可以用作与器件的欧姆接触，因 此可以不使用导电层13。导电层13还可以用作金属箔反应时的扩散 阻挡层。例如，包括诸如Al、Ti、Ni、Cu材料的金属箔可以用作提 供阻挡层的衬底，例如在其上淀积Mo层时在Se或S气体中保护它 们。阻挡层通常淀积在箔片的两侧以便很好地保护它。在生长吸收膜 12之后，将诸如CdS、ZnO或CdS/ZnO叠层的透明层14形成在吸 收膜上。辐射15通过透明层14进入器件。金属栅格(未示出)还可 以淀积在透明层14上以便降低器件的有效串联电阻。吸收膜12的优 选导电类型是p型，且透明层14的优选导电类型是n型。但是，也 可以使用n型吸收膜和p型窗口层。图1的优选器件结构称为“衬底 型(substrate-type)”结构。“也可以通过在诸如玻璃或透明聚合物箔 片的透明覆板上淀积透明导电层，然后淀积Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)₂吸收膜，且最后通过导电层形成器件的欧姆接触来构造“覆板型 (superstrate-type)”结构。在这种覆板型结构中，光从透明覆板侧 进入器件。可以使用各种材料和各种淀积方法提供图1所示的器件的 各个层。应当注意，虽然铜铟镓硫硒的化学分子式通常写作 Cu(In，Ga)(S，Se)₂，但是对于化合物来说更精确地分子式为 Cu(In，Ga)(S，Se)_k，其中k通常约为2而不正好是2。为了简化，我们 将继续使用2作为k的值。还应当注意，化学分子式中的符号 “Cu(X，Y)”是指X和Y从(X＝0％和Y＝100％)到(X＝100％和Y＝0％) 的所有化学组成。例如，Cu(In，Ga)是指从CuIn到CuGa的所有组 成。类似地，Cu(In，Ga)(S，Se)₂是指Ga/(Ga+In)摩尔比从0变化到 1且Se/(Se+S)摩尔比从0变化到1的所有化合物族。