[发明专利]硫属元素化物太阳能电池

说明书

发明领域

本发明涉及太阳能电池且更具体地涉及使用基于IB-IIIA-VIA化 合物的活性层的太阳能电池的制造。

发明背景

太阳能电池和太阳能组件将日光转换为电。这些电子装置传统上 是使用硅(Si)作为光吸收半导体材料以相当昂贵的生产工艺制造。 为使太阳能电池更加经济可行，已开发出如下的太阳能电池装置结构： 该结构可以廉价地利用薄膜，光吸收半导体材料如铜铟镓硫代二硒化 物，Cu(In，Ga)(S，Se)₂，也被称为CI(G)S(S)。这类太阳能电池通常 具有夹在背面电极层和n型结配对层之间的p型吸收层。背面电极层 常常是钼，而结配对常常是CdS。在结配对层上形成透明导电氧化物 (TCO)，如氧化锌(ZnO_x)，通常将其用作透明电极。CIS基太阳能 电池已经证明有超过19％的功率转换效率。

成本有效地构建大面积CIGS基太阳能电池或模块中的中心挑战 是，CIGS层的元素应该在所有三个维度在纳米、介观和宏观长度尺度 上处在窄的化学计量比之内，以使所产生的电池或模块具有高效率。 然而使用传统的真空基沉积工艺难以在相对较大的衬底面积上实现精 确的化学计量组成。举例来说，通过溅射或蒸发难以沉积含有多于一 种元素的化合物和/或合金。这两种技术依赖于受限于视线和有限面积 源的沉积方法，趋向于产生不良的表面覆盖率。视线轨迹和有限面积 源能够在所有三个维度上产生非均匀的三维分布和/或在大面积上产 生不良的膜厚度均匀性。这些非均匀性可以发生在纳米、介观和/或宏 观尺度上。此类非均匀性也改变吸收层的局部化学计量比，降低全部 电池或模块的潜在功率转换效率。

已开发出真空基沉积技术的替代方法，如溅射和蒸发。特别是， 使用了半导体印刷技术在柔性衬底上制备太阳能电池提供了传统真空 沉积太阳能电池的高度成本有效的代替。举例来说，T.Arita及其同 事[20th IEEE PV Specialists Conference，1988，第1650页]描 述了丝网印刷技术，该技术包括：以1∶1∶2的组成将纯铜、铟和硒粉 混合并粉碎并且形成可丝网印刷的糊料，在衬底上丝网印刷将该糊料， 以及烧结该膜以形成化合物层。他们报道说，虽然他们以单质铜、铟 和硒粉开始，然而在粉碎步骤之后，糊料含有CuInSe₂相。然而，从 烧结层制造的太阳能电池具有非常低的效率，因为这些吸收剂的结构 和电子性质差。

A.Vervaet等亦报道了沉积成薄膜的丝网印刷CuInSe₂[9th European Communities PV Solar Energy Conference，1989，第480 页]，其中将微米尺寸的CuInSe₂粉末与微米尺寸的硒粉末一起使用， 以制备可丝网印刷的糊料。在高温下烧结丝网印刷所形成的层。这种 方法的困难是寻找适于致密CuInSe₂膜形成的助熔剂。以此方式制造 的太阳能电池也具有不良的转换效率。