[发明专利]光伏电池中I-III-VI2层和背接触层之间的改良界面

说明书

本发明涉及一种制造具有光伏特性的I‑III‑VI₂层的方法，包括：金属在衬底上的沉积以形成接触层，光伏层的前体在接触层上的沉积，以及添加了元素VI的前体的热处理以形成I‑III‑VI₂层。元素VI通常在热处理过程中扩散到接触层(MO)中并且与金属结合在接触层上形成表面层(SUP)。在本发明的方法中，金属沉积包括一个步骤，在该步骤中，一种添加元素被添加到金属中以在接触层上形成一种化合物(MO‑EA)，作为元素VI的扩散阻挡层，从而能够精确地控制表面层的特性，特别是其厚度。

现在有很多包括电能存储系统的电力系统本发明涉及一种具有光伏特性的I-III-VI₂层的制造，特别是但不限于在太阳能电池中的应用。

一种具有与以光吸收薄膜形式存在的I-III-VI₂相似或相同的化学计量的材料适于应用在这种电池中。元素I可以例如是铜Cu(周期分类中的第I栏)。元素III可以是铟In，镓Ga或者铝Al(周期分类中的第III栏)。元素VI可以例如是硫S或者硒Se(周期分类中的第VI栏)。I-III-VI₂合金通常被称为CIGS(C指铜，I指铟，G指镓以及S指硫和/或硒)。

在一种经济而且能够简单地工业化实施的有利方法中，元素I和III作为前体，例如通过电解或溅射沉积在一种通常是钼Mo(以下通称为“金属”)的薄金属电接触层上。这种接触层事先，例如通过溅射沉积在一种金属衬底或玻璃衬底(以下通称为“衬底”)上。

然后例如在一个具有硫和/或硒环境的炉中，通过和I-III前体的高温反应加入元素VI。这一步骤被称为“硫化”或者“硒化”。获得的微晶态合金是合成物I-III-VI₂并且具有黄铜矿结构；这种合成物的形成以下被称为“硫族元素化(chalcogenization)”。这种合金有利地具有光伏特性并且其作为一种薄膜的集成使其成为一种光电池制造的所选材料。

在形成光伏合金的硒化和/或硫化步骤中，可以观察到由于在接触层的金属以及在该步骤中添加的元素VI二者的结合而自发形成的一层合成物自然层。例如，在接触层的金属为钼并且元素VI是硒的例子中，可以在 硒与接触层的Mo金属反应的硒化过程中，在接触层的钼以及上述CIGS之间的界面观察到MoSe₂层的自然形成。

如此元素VI可以在热处理过程中扩散到接触层，通过与金属结合在接触层上形成一表面层。

由于许多原因，这个表面层(以MoSe₂作为非限定性例子)是有益的。

例如，这个表面层有利地促进了I-III-VI₂层和接触层的金属之间的准欧姆电接触。通过控制表面层的厚度和形态，特别是其结晶方向可以确定I-III-VI₂层与接触层之间界面的结合性能以及电性能。

它也在激光蚀刻工艺的优化过程中起作用，特别是I-III-VI₂层的优化。

该表面层的性能需要得到控制，特别是形态和/或厚度，来确保表面层平面内的这些特性的同一性(在平面(X，Y)上的同一性，Z轴为这些层的生长轴)。

本发明改善了现状。

它提出了一种制造具有光伏特性的I-III-VI₂层的方法，包括：

-金属沉积在衬底上以形成接触层，

-光伏层的前体沉积在接触层上，以及

-前体的热处理中加入元素VI以形成I-III-VI₂层。

如上所述，元素VI在热处理过程中扩散到接触层中并且与金属结合在接触层上形成上述类型的表面层。