[发明专利]用于大规模CIGS基薄膜光伏材料的室内钠掺杂方法和系统

权利要求书

1.一种利用溅射工艺加工光伏材料的方法，所述方法包括：

提供至少一个具有上覆第一电极层的透明衬底；

在第一室内利用第一溅射工艺，由包含铜物种和镓物种的第一靶形成上覆铜和镓层；

在所述第一室内利用第二溅射工艺，由包含铟物种的第二靶形成覆盖所述铜和镓层的铟层；

在所述第一室内利用第三溅射工艺，形成覆盖所述铟层的含钠层，由此形成包括所述铜和镓层、所述铟层以及所述含钠层的复合膜；以及

使所述复合膜经历至少一个热处理工艺以形成其中包含铜、铟、镓和钠的黄铜矿吸收层。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述透明衬底包括钠钙玻璃衬底。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一电极层包含双层钼材料。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述黄铜矿吸收层包括具有钠掺杂的CuInSe₂(CIS)或CuIn(Ga)Se₂(CIGS)或CuIn(Ga)S₂的化合物半导体。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述黄铜矿吸收层在热处理工艺之后在整个所述吸收层中包含平均原子密度为约5×10¹⁹原子/cm³的钠。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一溅射工艺能够在所述第二溅射工艺之后实施，以使所述铜和镓层覆盖所述铟层。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第三溅射工艺能够在所述第二溅射工艺之后实施，接着是所述第一溅射工艺，以使所述含钠物种形成在所述铟层与所述铜和镓层之间。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第三溅射工艺使用分布在宿主材料中的具有均匀组成的所述钠物种的含钠靶。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一溅射工艺、所述第二溅射工艺和所述第三溅射工艺在同一个室内但在不同隔间中实施。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热处理工艺在从室温升高至超过约500℃或更高的温度下实施。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热处理工艺在流体硒化物或流体硫化物环境中实施。

12.一种利用溅射工艺加工光伏材料的方法，所述方法包括：

提供至少一个具有上覆第一电极层的透明衬底；

在第一室内利用第一溅射工艺，由包含铜物种和镓物种的第一靶形成上覆铜和镓层；

在所述第一室内利用第二溅射工艺，由包含铟物种的第二靶形成覆盖所述铜和镓层的铟层；

将包括覆盖所述铜层的所述铟层的所述透明衬底转移到第二室，同时没有破坏所述第一室和第二室之间的真空以将所述铜镓层和铟层维持为基本上无湿气；

在所述第二室内利用第三溅射工艺，形成覆盖所述铟层的含钠层，由此形成包括所述铜和镓层、所述铟层以及所述含钠层的复合膜；

使所述复合膜经历至少一个热处理工艺以形成其中包含铜、铟、镓和钠的黄铜矿吸收层；以及

将包括所述复合膜的所述透明衬底维持在基本上无湿气的环境中。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述环境包括干燥空气。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述环境包括干燥氮气。

15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述透明衬底包括钠钙玻璃衬底。

16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一电极层包含钼材料。

17.根据权利要求12所述的方法，其中，所述黄铜矿吸收层包含CuInSe₂(CIS)或CuIn(Ga)Se₂(CIGS)或CuIn(Ga)S₂的化合物半导体。

18.根据权利要求12所述的方法，其中，所述黄铜矿吸收层在热处理工艺之后包含约5×10¹⁹原子/cm³的钠浓度。

19.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一溅射工艺能够在所述第二溅射工艺之后实施，以使所述铜和镓层覆盖所述铟层。