[发明专利]混合CZTSSe光伏器件

说明书

技术领域

本发明涉及光伏器件，具体来说，涉及使用了由诸如Cu-Zn-Sn-S/Se(CZTSSe)的硫属化物以及其它高品质的太阳能半导体材料组成的混合吸收体层形成的方法和器件。

背景技术

Cu-In-Ga-S/Se(CIGSSe)技术提供了高性能太阳能电池，其具有20.3％极高功率转换效率(PCE)。未存在已知的界面复合的问题，CIGSSe太阳能电池具有和带隙相关的非常大的开路电压(Voc)。遗憾地是，对于诸如铟的稀有元素的依赖，限制了此技术的特大规模使用。

Cu-Zn-Sn-S/Se(CZTSSe)是全包括了地球的丰富元素的新兴的薄膜太阳能电池技术。尽管特别是使用基于肼的溶液处理的CZTSSe太阳能电池的发展已经取得进展，其PCE仅能达到11.1％。

在CZTSSe太阳能电池中也存在若干主要限制。例如，可能会经历低Voc，这被猜测为是源于高缓冲—吸收体界面复合、高体缺陷态、体中存在的带尾态和可能的在体中或界面钉扎的费米能级。此外，CZTSSe还遭受低填充因子(FF)，该填充因子最可能是源于低Voc和来自各种层或器件内势垒形成的更高的串联电阻。

发明内容

一种包括第一接触和混合吸收体层的光伏器件。所述混合吸收体层包括硫属化物(chalcogenide)层和与所述硫属化物层接触的半导体层。在所述吸收体层上形成缓冲层，在所述缓冲层上形成透明导电接触层。

另一种光伏器件，所述器件包括衬底、在所述衬底上形成的第一接触和混合吸收体层。所述混合吸收体层包括Cu-Zn-Sn-S/Se(CZTSSe)层和与所述CZTSSe层接触的至少一个半导体层。在所述吸收体层上形成缓冲层，以及在所述缓冲层上形成透明导电接触层。在所述透明导电接触层上形成金属接触；所述金属接触和所述透明导电接触层形成前光接收表面。

一种用于制造光伏器件的方法，所述方法包括在衬底上沉积第一接触；在所述第一接触上形成混合吸收体层，所述混合吸收体层包括Cu-Zn-Sn-S(Se)(CZTSSe)层和与所述CZTSSe接触的另一半导体层；在所述吸收体层上形成缓冲层；在所述缓冲层上沉积透明导电接触层；在所述透明导电接触上构图金属接触，所述金属接触和所述透明导电接触层形成前光接收表面。

从下文中对其说明性实施例的详细描述中，这些及其它特征和优点将变得显而易见，所述详细描述要结合附图阅读。

附图说明

本公开将参考以下附图在优选实施例的以下描述中提供细节，在附图中：

图1为根据本发明原理的定为Ⅰ型的光伏器件的横截面图；

图2为根据本发明原理的定为Ⅱ型的光伏器件的横截面图；

图3为根据本发明原理的定为Ⅲ型的光伏器件的横截面图；

图4A为用于基线CZTSSe器件的能带图和结构，该器件包括透明导电氧化物(TCO)、CdS缓冲层和CZTSSe吸收体层(光来自TCO侧)

图4B为基线材料器件的能带图和结构，该器件包括透明导电氧化物(TCO)、CdS缓冲层和半导体吸收体层(X)(例如，CIGSSe)；

图4C为根据一个实施例的用于Ⅰ型器件的能带图和结构，该器件包括混合CZTSSe/半导体(X)吸收体层；

图4D为根据另一个实施例的用于Ⅱ型器件的能带图和结构，该器件包括混合X/CZTSSe吸收体层；

图4E为根据另一个实施例的用于Ⅲ型器件的能带图和结构，该器件包括混合X/CZTSSe/X吸收体层；以及

图5为根据说明性实施例的用于形成带有混合吸收体层的光伏器件的方法的框图/流程图。

具体实施方式

根据本发明原理，提供了混合Cu₂(Zn,Sn)(S,Se)₄(CZTSSe)光伏器件，其结合了CZTSSe的构成元素在地球中含量丰富以及另一高性能太阳能材料(为便于参考，始终标为X)的高性能和高开路电压的优点。

半导体X可包括，例如，CIGSSe或CdTe，然而也可以采用其它半导体材料。Cu-In-Ga-S,Se(以下CIGSSe)太阳能电池产生很高的性能，其效率的世界纪录为20.3％，然而这些材料难以获得并且包括诸如铟的昂贵的稀有元素。