[发明专利]将前体层转换成光伏吸收体的方法和装置

说明书

优先权要求

本申请要求2005年10月19日提交的发明名称为“Method and Apparatus for Converting Precursor Films Into Solar Cell Absorber Layers”的美国临时申请60/728,638、和2006年3月14日提交的发明 名称为“Method and Apparatus for Converting Precursor Layers Into Photovoltaic Absorbers”的美国临时申请60/782,373的优先权，在此 通过参考并入其全部内容。

技术领域

本发明涉及为辐射检测器和光伏应用制备半导体膜的薄膜的方 法和装置。

背景技术

太阳能电池是直接将太阳光转换成电力的光伏器件。最常见的太 阳能电池材料是单晶或多晶晶片形式的硅。但是，利用基于硅的太阳 能电池发电的成本高于通过较传统的方法发电的成本。因此，自从20 世纪70年代早期以来，人们致力于降低在陆地上使用太阳能电池的 成本。降低太阳能电池成本的一种方式是开发可以在大面积衬底上沉 积太阳能电池品质吸收材料的低成本薄膜生长技术，和利用高吞吐 量、低成本方法制造这些器件。

包含元素周期表的IB族(Cu，Ag，Au)、IIIA族(B，Al，Ga，In，Tl) 和VIA族(O，S，Se，Te，Po)材料或元素的一些的IBIIIAVIA族化合物 半导体是用于薄膜太阳能电池结构的极好吸收材料。尤其是，一般称 为CIGS(S)的Cu、In、Ga、Se和S的化合物，Cu(In，Ga)(S，Se)₂或 CuIn_1-xGa_x(S_ySe_1-y)_k(其中，0≤x≤1，0≤y≤1，k近似等于2)已经应用 在产生接近20％的转换效率的太阳能电池结构中。包含IIIA族元素 Al和/或VIA族元素Te的吸收体也是有希望的。因此，总而言之， 对于太阳能电池应用来说，包含如下元素的化合物是非常令人感兴趣 的：i)来自IB族的Cu；ii)来自IIIA族的In、Ga、和Al中的至少 一种；和iii)来自VIA族的S、Se、和Te中的至少一种。

像Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)₂薄膜太阳能电池那样的传统 IBIIIAVIA族化合物光伏电池的结构显示在图1中。器件10是在像 一片玻璃、一片金属、绝缘箔或带、或导电箔或带那样的衬底11上 制成的。包含Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)₂系列中的材料的吸收膜12生长 在预先沉积在衬底11上并起器件的电触点作用的导电层13上。包含 Mo、Ta、W、Ti、和不锈钢等的各种各样导电层已经用在图1的太 阳能电池结构中。如果衬底本身是适当选择导电材料，由于衬底11 接着可能用作器件的欧姆触点，所以可以不使用导电层13。在生长出 吸收膜12之后，在吸收膜上形成像CdS、ZnO或CdS/ZnO叠层那样 的透明层14。辐射15通过透明层14进入器件中。在透明层14上也 可以沉积金属网格(未示出)，以降低器件的有效串联电阻。吸收膜 12的优选电类型是p型，透明层14的优选电类型是n型。但是，也 可以利用n型吸收体和p型窗口层。图1的优选器件结构被叫做“衬 底型”结构。通过在像玻璃或透明聚合物箔那样的透明覆盖层上沉积 透明导电层，然后沉积Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)₂吸收膜，和最后通过 导电层形成器件的欧姆触点，也可以构成“覆盖层型”结构。在这种覆 盖层结构中，光从透明覆盖层侧进入器件。通过多种多样方法沉积的 多种多样材料可以用于提供如图1所示的器件的各层。