[发明专利]制造ZnMgO膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及ZnMgO膜和制造该膜的方法。

背景技术

太阳能电池发电时的碳排放量小，且不需要燃料来发电。因此，太阳能电池有望成为有助于遏止全球变暖的一种能源。如今实用中的太阳能电池主要是单结太阳能电池，其使用单晶硅或多晶硅，并具有一对pn结。然而，这样的单结太阳能电池的光吸收率低，理论光电转换效率也低。因此，正积极研究能够改善这些特性的太阳能电池。

一种这样的太阳能电池是化合物薄膜太阳能电池。化合物薄膜太阳能电池保护自然资源，易于大规模生产，并有可能极大地提高转换效率。最近，ZnMgO作为化合物薄膜太阳能电池中的缓冲层以及作为发光元件材料，已引起了人们的注意。迄今，已使用溅射技术等，利用汽相成膜工艺生产了ZnMgO。还在持续努力，以通过增加镁的添加量来增大带隙。然而，出于一些原因，包括汽相成膜工艺中使用的设备的高成本，以及要完全覆盖具有因单一方向上的起始材料流导致的不平坦表面的下方材料的困难，理想的是通过液相成膜工艺来制造ZnMgO。

例如，在《材料科学》（德国），41，第4号，1269-1271 (2006)中公开了一种利用液相成膜工艺来制造ZnMgO的技术。

当ZnMgO用在化合物薄膜太阳能电池中时，例如使用铜、铟、硒和镓化合物的铜铟镓二硒化物（CIGS）太阳能电池，为在pn结界面形成的时刻获得其中电子能迁移至p层侧的这样一种形式，以及其中通过光吸收所产生的电子能迁移至电极的这样一种形式，理想的是，相对于锌，加入的镁的量被设定为至少是30 mol%。然而，在常规液相成膜方法中，例如《材料科学》中公开的，相对于锌，加入的镁的量的上限是约10 mol%。

发明内容

因此，本发明的一个目的是，提供一种制造ZnMgO薄膜的方法，其中，相对于锌，加入的镁的量被设定为至少是30 mol%。本发明的另一目的是提供ZnMgO薄膜，其中，相对于锌，加入的镁的量为至少30 mol%。

根据本发明第一方面的制造ZnMgO薄膜的方法，该方法包括以下步骤：将锌材料和镁材料溶解在氨水溶液中，所述氨水溶液具有这样的温度：在该温度时，在纵轴表示锌离子浓度和镁离子浓度、横轴表示pH值的水溶液状态图中，由产生Zn(OH)₂沉淀的区域和ZnO₂^2-能够存在的区域所界定的线α位于比由镁离子能够存在的区域和产生Mg(OH)₂沉淀的区域所界定的线β更低的pH值侧，以及，调节所述氨水溶液的pH值以及所述氨水溶液内的锌离子浓度和镁离子浓度，以获得位于线α和线β之间的区域内的状态；在调节了所述pH值和所述离子浓度后，使所述氨水溶液的温度升高至一温度，在该温度时产生Zn(OH)₂和Mg(OH)₂沉淀；以及在所述氨水溶液的温度升高后，灼烧沉淀物。

在本发明的第一方面，通过将适量的锌材料和镁材料溶解在氨水溶液中，该所述氨水溶液具有这样的pH值，以使得在线α位于比线β更低的pH值侧的温度环境中时，调节pH值使其落在线α和线β之间的区域内，可使ZnO₂^2-和Mg²⁺存在于氨水溶液中。在将溶液置于这些离子都存在的状态中时，氨水溶液温度的升高使线β移至低的pH值侧，以能够诱使产生Zn(OH)₂沉淀。另外，氨水溶液温度的升高使导致氨挥发，以能够降低氨水溶液的pH值。由于氨水溶液可以设定在位于线α的低pH值侧的状态，因此，有可能诱使产生Zn(OH)₂沉淀。这样，通过使原本以离子状态存在的Zn和Mg在相似时间分别产生Zn(OH)₂和Mg(OH)₂沉淀，锌很容易地被镁取代，以有可能将镁相对于锌的添加量设定为至少30 mol%。一旦Zn(OH)₂和Mg(OH)₂已被诱使析出，则有可能通过对沉淀物进行灼烧和诱使脱水反应而产生ZnMgO薄膜。

在本发明的第一方面，线α位于比线β更低的pH值侧时的温度优选地是至多25°C。通过将温度与pH调节步骤中氨水溶液的温度设定在最多25°C，有可能使位于线α和线β之间的区域变宽。因此，使ZnO₂^2-和Mg²⁺都存在于氨水溶液中变得更容易了，而这使制造镁添加量相对于锌为至少30mol%的ZnMgO薄膜变得更容易。