[发明专利]高效率光伏电池和制造方法

说明书

相关申请的引用

本申请要求于2008年6月5日由发明人Howard W.H.Lee提交的题为“高效率光伏电池和制造方法(HIGH EFFICIENCYPHOTOVOLTAIC CELL AND MANUFACTURING METHOD)”的美国临时专利申请第61/059,253号的优先权，其被共同转让并出于所有目的结合于此以供参考。

关于在联邦政府赞助的研究或开发下进行的发明的权利的声明

不适用

对“序列表”、表格，或在光盘上提交的计算机程序列表附录的参考

不适用

技术领域

本发明总体上涉及光伏材料和制造方法。更具体地，本发明提供了一种用于制造高效率薄膜光伏电池的方法和结构。仅通过举例，本发明的方法和材料包括由铜铟二硫化物(铜铟二硫，二硫化铟铜，copper indium disulfide)物质、铜锡硫化物、二硫化铁、或用于单结电池或多结电池的其它材料制成的吸收剂材料。

背景技术

从一开始，人类已挑战来寻找开发能量的方式。能量来自以例如，石化产品、水力发电、核能、风、生物质、太阳能的形式，以及更原始(基本)的形式，例如，木材和煤。在过去的世纪中，现代文明已依赖于作为重要的能量来源的石化能量。石化能量包括天然气和石油。天然气包括更轻的形式，例如，丁烷和丙烷，通常用于加热住宅并用作用于烹饪的燃料。天然气还包括汽油、柴油和喷气燃料，通常用于运输目的。石化产品的更重的形式也可以用来加热某些地方的住宅。不幸地，石化燃料的供应是有限的，并且基于在行星地球上可获得的量基本上是固定的。另外，由于更多的人以增长的量使用石油产品，所以其快速地变成稀缺资源，其随着时间将最终变得被耗尽。

更近地，已经期望环境上清洁且可再生的能量源。清洁能量源的一个实例是水电力。水电力来自由水坝例如在内华达州的胡佛水坝(Hoover Dam)产生的水流驱动的发电机。所产生的电力用来对在加利福尼亚州洛杉矶的大部分城市供电。清洁且可再生的能量源还包括风能、波能、生物质能等。也就是说，风车将风能转化成更有用形式的能量，例如电能。清洁能源还有的其它类型包括太阳能。在整个本发明背景并且更具体地在以下内容中可发现太阳能的具体细节。

太阳能技术通常将来自太阳的电磁辐射转化成其它有用形式的能量。这些其它形式的能量包括热能和电力。对于电力应用，经常使用太阳能电池。虽然太阳能在环境上是清洁的并且已在一点上是成功的，但是，在将其在整个世界上广泛使用之前，还留下许多限制以待解决。作为一个实例，一种类型的太阳能电池使用晶体材料，所述晶体材料来自半导体材料锭。这些晶体材料可用来制造包括将电磁辐射转化成电力的光伏和光电二极管装置的光电装置。然而，晶体材料经常是昂贵的，并且难以大规模制造。另外，由这样的晶体材料制造的装置经常具有低能量转换效率。其它类型的太阳能电池使用“薄膜”技术来形成待用来将电磁辐射转化成电力的光敏材料的薄膜。在使用薄膜技术制造太阳能电池时，存在类似的限制。即，效率经常较差。另外，膜的可靠性经常较差，并且，在传统的环境应用中，不能长期使用。通常，薄膜难以彼此机械地结合。在整个本说明书并且更具体地在以下内容中，可以发现这些传统技术的这些和其它限制。

根据上述，可以看出，期望用于制造光伏材料和所得到的装置的改善的技术。

发明内容

根据本发明的实施方式，提供了一种用于形成用于光伏应用的薄膜半导体材料的方法和结构。更具体地，本发明提供了一种用于形成用于制造高效率光伏电池的半导体材料的方法和结构。仅通过举例，本发明的方法和材料包括由铜铟二硫化物物质、铜锡硫化物、二硫化铁、或用于单结电池或多结电池的其它材料制成的吸收剂材料。

在一个具体实施方式中，用于形成薄膜光伏装置的方法包括提供包括表面区域的透明基板。该方法还包括，形成覆盖表面区域的第一电极层以及形成覆盖第一电极层的铜层。另外，该方法包括，形成覆盖铜层的铟层以形成多层结构、以及至少使多层结构在包含含硫物质的环境中经受热处理工艺。该方法进一步包括：至少由多层结构的处理工艺形成铜铟二硫化物材料。铜铟二硫化物材料包括从约1.35∶1到约1.60∶1范围的铜∶铟(Cu∶In)的原子比。此外，该方法包括形成覆盖铜铟二硫化物材料的窗口层。