[发明专利]用于产生掺杂有钠的五元化合物半导体CZTSSE的方法

说明书

技术领域

本发明在制造薄膜太阳能电池的领域中并且具体地涉及用于产生分层的堆叠以用于制造薄膜太阳能电池的方法，所述薄膜太阳能电池包括由钠掺杂的CZTSSe类型的五元化合物半导体制成的吸收体。

背景技术

近年来，可以观察到用于将太阳光转换成电能的太阳能电池的增加的使用。由于与相对高的转换效率结合的成本高效的生产过程，可以在薄膜太阳能电池中看到特殊的兴趣。薄膜太阳能电池具有如几微米那样薄的功能层，并且因此，需要诸如玻璃板、金属板或塑料箔之类的衬底以获得充足的机械稳定性。

基于Cu (In, Ga) (S, Se)₂类型的多晶化合物半导体的薄膜太阳能电池鉴于它们的可加工性和转换效率已经证明了优势。为了进一步降低生产成本并且鉴于所关注的材料的长期可用性，已经做出极大的努力来找到对基于Cu (In, Ga) (S, Se)₂的化合物半导体的替换物。近来，在包括铜（Cu）、锌（Zn）、锡（Sn）、硫（S）和硒（Se）的Cu₂ZnSn(S, Se)₄类型的五元半导体中看到有前景的替换物，其通常按首字母缩略词“CZTSSe”来缩写。在可见光中，基于CZTSSe的半导体薄膜典型地具有高达10⁴cm^-1的吸收系数和大约1.5eV的直接带隙。

一般地，薄膜太阳能电池的光吸收材料的具体属性对于光转换效率是决定性的。用于产生吸收体的两种不同方法已经得到广泛的接受，一种方法是热衬底上元素物质的共蒸发，第二种是冷衬底上前体材料的接连沉积，其后跟随有退火过程（RTP=快速热处理（Rapid Thermal Processing）），其导致前体材料结晶化至化合物半导体。这样的方法例如描述在J. Palm等人的“CIS module pilot processing applying concurrent rapid selenization and sulfurization of large area thin film precursors（应用大面积薄膜前体的并发快速硒化和硫化的CIS模块试处理）”，Thin Solid Films 431-432，S. 414-522（2003）中。

美国专利申请公开No. 2007/0193623 A1描述了钠在具有由CIGS制成的光吸收材料的太阳能电池的背电极上的沉积。它还描述了在光吸收材料的热处理期间作为溶液施加的钠的供应以及光吸收材料的热处理之后钠到冷却衬底上的沉积。

德国专利DE 4442824 C1描述了钠在太阳能电池的背电极上的沉积以及钠连同由CIGS制成的光吸收材料的前体材料的共溅射。

国际专利申请WO 2011/090728 A2描述了钠与光吸收材料的共沉积。

依照前文，本发明的目的是提供一种用于产生分层堆叠以用于制造薄膜太阳能电池的新方法，其能够容易地用于改善薄膜太阳能电池的光转换效率。这些和另外的目的通过根据独立权利要求的方法来满足。本发明的优选实施例由从属权利要求给出。

发明内容

如本文所使用的，术语“衬底”指代具有两个相对表面的任何平面体，可以向所述两个相对表面中之一上沉积层的序列。在术语的意义上的衬底包括刚性或柔性衬底，诸如但不限于玻璃板、金属片、塑料片和塑料箔。术语“化合物半导体”指代包括了与彼此结晶化以产出化合物半导体的多个金属和硫属元素（前体材料）的任何半导体材料（合金）。因此，前体材料是当结晶化时产出化合物半导体的物质。术语“前体层”涉及由至少一种前体材料制成的层。术语“序列”涉及层的堆叠式布置。另外，如本文所使用的，术语物理气相沉积技术（PVD技术）涉及其中通过供应能量将固体或液体材料变换成其气相以便然后凝结在表面上的技术。如本文所使用的，术语“第一边界面”和“第二边界面”涉及化合物半导体的边界面，其中第一边界面比第二边界面更远离衬底。结果，第一边界面比第二边界面相应地更接近太阳能电池和分层堆叠的表面。

根据本发明，提出了一种用于产生分层堆叠以用于制造具有包括化合物半导体的吸收体的薄膜太阳能电池的新方法。