[发明专利]一种铜基硫族化物光伏器件及其形成方法

说明书

一种用于形成光伏器件的方法，包括步骤：在基板上提供第一导电材料；在所述第一导电材料上沉积小于10nm厚的介电材料的连续层；退火所述第一导电材料和所述介电材料层；在所述介电材料层上形成硫族化物光吸收材料；和在所述光吸收材料上沉积第二材料，以使得所述第二材料电耦合至所述光吸收材料；其中，所述第一导电材料和所述介电材料被选择以使得：在退火步骤期间，所述第一导电材料的一部分经历化学反应以形成：在第一导电材料和介电材料之间的界面处的金属硫族化物材料层；和所述介电材料层中的多个空缺；所述空缺就是这样以允许所述光吸收材料和所述金属硫属化物材料层之间的电耦合。另外考虑的是通过该方法形成的光伏器件。

发明领域

本发明通常涉及一种形成包括铜基硫族化物光吸收材料的光伏电池的方法和根据该方法形成的光伏电池。

背景技术

具有铜基硫族化物光吸收材料的薄膜光伏器件代表了薄膜光伏技术的重要进步。例如，硫铜锡锌矿(Kesterite)(CZTS，CZTSe或CZTSSe)基的薄膜光伏器件采用地球富有的材料和廉价的制造技术。硫铜锡锌矿是由铜(Cu)、锌(Zn)、锡(Sn)和硫(S)或硒(Se)构成的四元化合物。硫铜锡锌矿的化学式为Cu₂ZnSn(S,Se)₄。取决于最后一种元素是硫还是硒，将CZTS或CZTSe用作硫铜锡锌矿的缩写。通过混合CZTS和CZTSe，可以形成具有直接能隙、在～1.0eV和～1.5eV之间可调的且具有大的吸收系数的吸收体。这些特性对薄膜光伏器件吸收体是理想的。

目前的硫铜锡锌矿光伏器件是在涂覆有起背接触作用的钼(Mo)层的钠钙玻璃基板上实现的。通常，通过对含CZTS(Se)的前体元素的材料进行退火以形成CZTS(Se)吸收层。通常采用PVD、CVD技术或溶液技术来沉积该材料。由ZnO/AZO、ITO、BZO层和金属材料组成的前接触通常在吸收层上实现。通常，硫铜锡锌矿光伏器件在吸收层和前接触之间还具有CdS中间层。

尽管人们普遍认为，硫铜锡锌矿光伏器件比其他薄膜光伏技术可能潜在表现会更好，但这些器件目前的性能仍低于市场平均水平。据报道，硫铜锡锌矿基的光伏器件的记录效率在8％和12.6％之间，而与其相比的是，例如Cu(In,Ga)Se₂(CIGSe)薄膜光伏器件为21.7％。

硫铜锡锌矿光伏器件性能降低的一些原因与光吸收层和钼之间区域的不良的结构和电学特性有关，这导致高载流子复合速度。

本领域需要一种制造硫铜锡锌矿光伏器件的方法，该方法可以生产具有更好结构特性和性能的电池。

发明概述

本发明的实施方式提供了一种薄膜铜基的硫族化物光伏器件及其形成方法，其具有改进的背接触区域。背接触区域包括在钼背接触和吸收体之间的自图案化的氧化铝超薄层。

根据第一方面，本发明提供了一种用于形成光伏器件的方法，包括步骤：

在基板上提供第一导电材料；

在第一导电材料上沉积介电材料的连续层，所述层薄于10nm；

退火所述第一导电材料和所述介电材料层；

在介电材料层上形成硫族化物光吸收材料；和

在所述光吸收材料上沉积第二材料，以使所述第二材料被电耦合至所述光吸收材料；

其中，所述第一导电材料和所述介电材料被选择以使得在退火步骤期间所述第一导电材料的一部分经历化学反应以在第一导电材料和介电材料之间的界面处形成金属硫族化物材料层且在介电材料层中形成空缺(openings)；所述空缺就是这样以允许所述光吸收材料和所述金属硫族化物材料层之间的电耦合。

所述第二材料可以是导电材料或半导电材料。