[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

说明书

技术领域

本发明一般涉及光伏材料和生产方法。更具体而言，本发明提供了用于制造薄膜太阳能电池的方法和结构。仅为举例的方式，本发明方法包括用于基于大规模成批系统来生产黄铜矿结构的(chalcopyrite structured)薄膜光伏电池的室内(舱内或箱内，in-chamber)钠掺杂，但是应该认识到，本发明可以具有其他的构造设计。

背景技术

从一开始，人类都在努力找到利用能量的方式。能量以诸如石化产品、水电、核能、风能、生物质能、太阳能的形式，以及诸如木材和煤的更基本形式出现。在过去的世纪里，现代文明已经依赖于石化产品能量作为重要的能量来源。石化产品能源包括气和油。气包括诸如丁烷和丙烷的较轻质形式，通常用于家用加热并作为用于烹饪的燃料。气还包括汽油、柴油和喷气燃料，常常用于交通运输目的。石化产品的较重质形式在某些地方也能够用于家用加热。不幸的是，石化产品燃料的供给是有限的并且基于地球上可获得的量基本上是固定的。另外，由于更多人使用石油产品的量正在增加，所以它正迅速地变成稀缺资源，其随着时间将最终被耗尽。

更近地，环境清洁和可再生能源已经成为所期望的。清洁能源的一个实例是水电能。水电能来源于通过水坝如内华达州的胡夫水坝(Hoover Dam)产生的水流驱动的发电机。所产生的电能用于为加利福利亚州洛杉矶市的大部分供电。清洁和可再生能源还包括风能、波能、生物质能等。即，风磨将风能转化成更有用的能量形式如电。还有其他类型的清洁能源包括太阳能。太阳能的具体细节能够在整个本发明背景并且更具体而言在以下描述中能够找到。

太阳能技术一般将太阳的电磁辐射转化成其他有用的能量形式。这些其他的能量形式包括热能和电能。对于电能应用，经常使用太阳能电池。尽管太阳能是环境清洁的并且已经在一定程度上是成功的，但是在其被全世界范围内广泛使用之前还有许多局限(或限制)有待解决。作为一个实例，一种类型的太阳能电池利用晶体材料，其来源于半导体材料晶锭。这些晶体材料可以用于制造光电器件，包括将电磁辐射转化成电能的光伏和光电二极管器件。然而，晶体材料经常成本高昂并且难以大规模制备。另外，由这样的晶体材料制成的器件(装置，device)经常具有较低的能量转化效率。其他类型的太阳能电池利用“薄膜”技术形成光敏材料的薄膜，用于将电磁辐射转化成电能。在制造太阳能电池中使用薄膜技术存在类似的限制。即，效能经常很差。另外，膜可靠性经常也较差并且不能在传统环境应用中使用很长时间。经常地，薄膜很难相互机械地整合在一起。此外，形成于含钠衬底上的电极层和上覆吸收层(在上方的吸收层，overlying absorber layer)的整合也存在问题，尤其对于大规模生产更是如此。这些传统技术的这些和其他局限性能够在本说明书通篇中并且更具体而言在以下内容中发现。

发明内容

本发明一般涉及光伏材料和生产方法。更具体而言，本发明提供了一种用于制造薄膜太阳能电池的方法和结构。仅以举例的方 式，本发明方法包括基于大规模成批系统的用于生产黄铜矿结构的薄膜光伏电池的室内钠掺杂，但是应该认识到，本发明可以具有其他的构造设计。

在一个具体实施方式中，本发明提供了一种利用溅射工艺加工光伏材料的方法。该方法包括提供至少一个具有上覆第一电极层的透明衬底。另外，该方法包括在第一室内利用第一溅射工艺，由包含铜物种(物质，species)和镓物种的第一靶形成上覆铜和镓层(overlying copper and gallium layer)。该方法进一步包括在该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(上覆在...上，overlying)铜层和镓层的铟层。

另外，该方法包括在该第一室内利用第三溅射工艺形成覆盖铟层的含钠层(sodium bearing layer)。由此形成包括该铜和镓层、铟层以及含钠层的复合膜。此外，该方法包括使该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(黄铜矿吸收体层，chalcopyrite absorber layer)。