[发明专利]包括铜铟镓硒的光伏器件

说明书

要求优先权

本申请要求于2008年11月25日提交的第61/117,847号美国临时专利申请的优先权，该临时专利申请的全部内容通过引用包含于此。

技术领域

本发明涉及CIGS光伏器件。

背景技术

随着近来对替代能源的关注，太阳能电池技术快速地发展。薄膜太阳能电池技术是对硅太阳能电池技术的有前途的替代。铜铟镓硒(CIGS)是商业化所青睐的公知的薄膜光伏吸收材料。众所周知，CIGS在点电池(dot-cell)水平具有优异的效率，并且几家公司已对CIGS进行了中试规模的生产，但当前工艺未达到令人满意的生产率。

发明内容

通常，制造光学器件基底的方法可以包括通过溅射在基底的表面上沉积包括镉、铟和镓的层并且通过气相传输沉积在包括镉、铟和镓的层上沉积硒层。光学器件可以是薄膜光伏器件。包括镉、铟和镓的层的沉积可以发生在硒层的沉积之前。可以多次反复执行镉、铟和镓的溅射以及硒的沉积。

光学器件基底可以包括：基底；溅射的包括镉、铟和镓的层，与基底的表面接触；硒层，沉积在所述镉、铟和镓的层上。在特定的情况下，基底可以是玻璃基底。所述光学器件基底可以用在光伏电池中。光伏电池还可以包括透明导电层，透明导电层可以是氧化铟锡。

在附图和下面的描述中阐述了一个或多个实施例的详情。其他特征、目标和优点通过描述和附图以及通过权利要求将是清楚的。

附图说明

图1是两阶段沉积系统的示意图。

图2是两阶段沉积系统中的第二阶段的详细示意图。

具体实施方式

对于铜铟镓硒(GIGS)的沉积，有两种基本的方法：以化学计量的形式(Cu(InGa)Se₂)同时共沉积全部的元素，以及对金属合金膜(CuInCa+2Se)进行后西化。

由于将元素蒸发规模化困难，所以在大量生产中共沉积主要存在控制问题并已证明极其昂贵。虽然实现小规模的研究和开发相当成功且相对容易，但由于在不同于实验室工艺的连续生产过程中面临着许多条件，所以规模扩大至商业可行水平证明相当具有挑战性。连续生产与实验室工艺的不同包括由移动基底的连续工艺导致的不同以及为了降低成本和提高生产量而执行的不同。

可以使用包括溅射和电镀的一系列技术来沉积用于硒化的金属前驱体膜。近来在研究实验室中制备的效率高达破纪录的18.8％的基于CIGS的装置是基于使用物理气相沉积(PVD)的多步工艺。PVD方法是用于理解膜生长和用于开发模型的有用工具，但是难以规模扩大。溅射技术适合于大面积沉积；然而，它们需要昂贵的真空设备和溅射靶材。电镀(EP)和自动镀(AP)是得到低成本前驱体膜的可能合适的制备方法。然而，后硒化步骤非常长(据报导，对于一些步骤需要200小时的处理)。一直在开发快速热硒化工艺，但是仍未被证明适合于大规模工艺。

反应溅射为共沉积提供了选择。在该工艺中，由传统的金属靶材(镉、铟和镓，有时添加一些硒)溅射金属，同时金属与硒蒸气反应。金属靶材可以是平面的或可旋转的。通常用于CIGS的反应溅射方法使用传统的诸如Veeco商业产品的蒸发器。该方法存在阻碍实施的严重缺点。在其他问题中最致命的两个问题是：使用比蒸发器本身冷的狭窄出口使源本质上易于阻塞，以及对在整个宽基底具有均匀分配的大的源面积的需求使设计非常难于扩大(包括分配材料的加热管的复杂布置)。

反应溅射铜、铟或镓和它们的组合可以与在第5,945,163和6,037,241号的共有美国专利中所描述的用于硒的传输的气相传输沉积(Vapor Transport Deposition，VTD)结合。目前所实践的气相传输沉积是包括惰性载气的热升华工艺。VTD系统被证实是一种允许使用粉末进料器来控制材料的供给的生产工艺，并且在整个宽网(web)内产生高度均匀的材料流。VTD系统已广泛地用于生产中，并且已用于广泛地沉积高蒸气压材料。