[发明专利]形成太阳能电池吸收体的前体膜的卷进卷出反应

说明书

本申请要求2008年2月6日提交的美国申请号12/027169的优先权，其是继续申请并已经要求2007年11月12日提交的发明名称为″形成太阳能电池吸收体的前体膜的卷进卷出反应″的美国专利申请No.11/938679和2006年10月14日提交的发明名称为″用于将前体膜转换成光伏吸收体的方法和设备″的优先权，这些申请也在此明确引入并作为参考。

技术领域

本发明涉及用于为辐射检测器和光伏应用制备半导体膜的薄膜的方法和设备。

背景技术

太阳能电池是直接将太阳光转换成电力的光伏器件。最常见的太阳能电池材料是单晶或多晶晶片形式的硅。但是，利用基于硅的太阳能电池发电的成本高于通过较传统方法发电的成本。因此，自从20世纪70年代早期以来，人们一直致力于降低在陆地上使用太阳能电池的成本。降低太阳能电池成本的一种方式是开发可以在大面积基底上沉积太阳能电池品质吸收体材料的低成本薄膜生长技术以及利用高吞吐量、低成本方法制造这些器件。

包含元素周期表的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好吸收体材料。尤其是，一般称为CIGS(S)的Cu、In、Ga、Se和S的化合物，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，k近似等于2)已经应用在太阳能电池结构中，这种太阳能电池结构能够产生接近20％的转换效率。包含IIIA族元素Al和/或VIA族元素Te的吸收体也是很有前途的。因此，总而言之，对于太阳能电池应用来说，包含如下元素的化合物是非常令人感兴趣的：i)来自IB族的Cu；ii)来自IIIA族的In、Ga、和Al中的至少一种；和iii)来自VIA族的S、Se、和Te中的至少一种。

像Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)₂薄膜太阳能电池那样的传统IBIIIAVIA族化合物光伏电池的结构显示在图1中。器件10是在基底11上制成的，所述基底为例如玻璃片、片金属、绝缘箔或带、或导电箔或带。包含Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)₂系列中的材料的吸收体膜12生长在预先沉积在基底11上并充当所述器件的电触点的导电层13上。基底11和导电层13形成基体20。包含Mo、Ta、W、Ti、和不锈钢等的各种各样导电层已经用在图1的太阳能电池结构中。如果基底本身就是适当选择的导电材料，由于基底11则可以用作器件的欧姆触点，所以可以不使用导电层13。在生长出吸收体膜12之后，在吸收体膜上形成像CdS、ZnO或CdS/ZnO叠层那样的透明层14。辐射15通过透明层14进入器件中。在透明层14上也可以沉积金属网格(未示出)，以降低器件的有效串联电阻。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。但是，也可以利用n型吸收体和p型窗口层。图1的优选器件结构被称作″基底型″结构。通过在像玻璃或透明聚合物箔那样的透明覆盖层上沉积透明导电层，然后沉积Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)₂吸收体膜，和最后通过导电层形成器件的欧姆触点，也可以构成″覆盖层型″结构。在这种覆盖层结构中，光从透明覆盖层侧进入器件。通过各种方法沉积的各种材料可以用于提供如图1所示的器件的各层。