[发明专利]用于薄膜叠层式电池的器件以及快速热处理方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及光伏材料及制造方法。更具体地，本发明提供一种用于制造高效率薄膜光伏电池的方法以及结构。仅作为实例，本方法和材料包括由二硫化铜铟、硫化铜锡、二硫化铁、或用于单结电池或多结电池的其他物质构成的吸收材料。

背景技术

从开始，人类就面临着寻找利用能源的途径的挑战。能源以诸如石化、水力发电、核能、风能、生物能、太阳能的形式以及诸如木材和煤的更原始的形式存在。在过去的世纪里，现代文明依赖于石化能作为重要的能源。石化能量包括天然气和石油。天然气包括诸如丁烷和丙烷的更轻形态，其通常用于加热室内和用作烹饪用的燃料。天然气还包括汽油、柴油以及喷气燃料，其通常用于运输目的。石化的更重形态在一些地方还可用于室内取暖。不幸地是，石化燃料的供给是有限的并且本质上是一定的，主要基于行星地球上可利用的量。此外，随着越多的人使用石油产品的量在不断增长，其快速地变为匮乏资源，随着时间的过去其将被耗尽。

最近，人们期望清洁的环境和可再生能源。清洁能源的实例是水电发电。水电发电来源于由通过水库(如，内华达州的Hoover水库)存储的水的流动驱动的发电机。所产生的电力用于为加利福尼亚州的洛杉矶城市的大部分供电。清洁可再生能源还包括风能、波能、生物能等。即，风车将风能转化成能量的更有用的形式，如电力。清洁能量的其他类型包括太阳能。太阳能的具体细节可在本说明书的通篇和以下更具体的说明中得到。

太阳能技术主要是将来自太阳的电磁辐射转化成其他有用的形式的能量。这些其他形式的能量包括热能和电力。对于电力的应用，通常使用太阳能电池。尽管太阳能使环境清洁，并且已经在每一点上获得成功，但是在其在全世界广泛应用之前仍有许多局限性留待解决。作为实例，一种类型的太阳能电池使用来源于半导体材料锭的晶体材料。这些晶体材料可用于制造光电器件，包括将电磁辐射转化成电力的光伏器件和光电二极管器件。然而，晶体材料通常比较昂贵并且难以大规模地制造。此外，由这样的晶体材料制成的器件通常具有形成用于将电磁辐射转化成电力的光敏材料的薄膜的低技术。类似的局限性存在于制造太阳能电池时薄膜技术的使用，即，效率通常较差。此外，膜的可靠性通常较差，并且在普通的环境中应用不能使用很长时间。通常，薄膜难以彼此机械地集成为一体。传统技术的这些以及其他的局限性可在本说明书的通篇以及以下的更具体的说明中得到。

从以上可见，期望一种用于制造光伏材料的改进技术以及最终的器件。

发明内容

根据本发明的实施方式，提供了一种形成用于光伏应用的薄膜半导体材料的方法和结构。更具体地，根据本发明的实施方式提供了一种用于形成可在叠层式电池构造中使用也可在其他的电池构造中使用的薄膜光伏电池。仅作为实例，本方法和材料包括由二硫化铜铟物质、硫化铜锡、二硫化铁等构成的材料，以形成薄膜叠层式光伏电池。但应当意识到，光伏电池可具有其他构造。

在具体的实施方式中，提供了一种用于形成薄膜光伏器件的方法。该方法包括提供包括表面区域的透明基板。该方法形成覆盖透明基板的表面区域的第一透明电极层。该第一透明电极层包括电极表面区域。在具体的实施方式中，该方法形成覆盖该电极表面区域的包括铜材料和铟材料的多层结构。在具体的实施方式中，该方法对多层结构施加多个含硫物质并对多层结构进行快速热处理。在含硫物质的施加过程中，使用范围在约1摄氏度/秒～约50摄氏度/秒内的斜率，以形成包括铜物质、铟物质、以及硫物质的吸收材料；并且保持第一透明电极层的片电阻率小于或等于约10Ohm/cm²、光透射率在80％以上。

通过本发明可实现很多有益效果。例如，本发明使用商业上可利用的原始材料来形成覆盖合适的基板构件之上的含半导体的材料的薄膜。可对含半导体的材料的薄膜进行进一步地处理以形成具有期望特性(诸如原子化学计量、杂质浓度、载流子浓度、掺杂等)的半导体薄膜材料。在具体的实施方式中，最终的二硫化铜铟材料的带隙为约1.55eV。此外，本方法使用比其他薄膜光伏材料毒性更弱的环境友好材料。

在优选实施方式中，本方法和最终的器件包括适于上部电池的透明导电层。根据具体的实施方式，该透明导电层具有90％以上的光透射率和约10Ohm/cm²以下的电阻率。仅仅作为实例，本方法和材料包括由二硫化铜铟物质、硫化铜锡、二硫化铁、或用于单结电池或多结电池的其他物质构成的吸收材料。

根据实施方式，可实现一个以上的有益效果。在说明书通篇和以下的具体的说明中将更详细地描述这些以及其他的有益效果。

附图说明