[发明专利]N型硫属化物组合物的制备以及它们在光伏器件中的使用

说明书

优先权

本申请要求Bryden等在2009年11月5日提交的系列号为61/258,416并且名称为N型硫属化物组合物的制备以及它们在光伏器件中的使用(MANUFACTURE OF N-TYPE CHALCOGENIDE COMPOSTIONS AND THEIR USES IN PHOTOVOLTAIC DEVICES)的美国临时专利申请的权益，其中所述临时专利申请的全部内容通过引用结合在此。

发明领域

本发明涉及n型硫属化物组合物的制备，尤其是结合有镉的硫化物和/或硒化物的n型硫属化物组合物的制备。这些组合物尤其可用于光伏器件中。

背景

结合有n型硫属化物组合物的组合物，尤其是至少结合有镉(Cd)的硫属化物已经被用于在光伏器件中作为与p型光伏活性硫属化物组合物结合的缓冲层。示例性p型光伏活性硫属化物组合物通常包括铜、铟和镓中的至少一种的硒化物和/或硫化物，并且再更典型地这些金属中的至少两种的硒化物和/或硫化物，并且甚至是这些中的全部三种的硒化物和/或硫化物。这些p型材料被称为CIS、CISS、CIGS和/或CIGSS组合物(在下文中统称为CIGS)等。

例如，美国专利申请公开号2005/0009228A1公开了一种用于制备将太阳辐射转换为光电流和光电压的异质结光伏器件的方法。该公布公开了含有增加的氧含量的CdS或CdS的合金的窗口层的使用。窗口层通过在室温或接近室温采用惰性气体和氧的气体混合物的方法沉积。在气体混合物中使用的氧的量按体积计为约1％至约5％。

美国专利5,078,804公开了一种基于薄层的太阳能电池，所述太阳能电池具有第一层Cu/In/Ga/Se、第二层Cd/Zn/S、ZnO的双层和由用Al的层涂敷的Ni的层组成的金属化结构体。Cd/Zn/S层通过水溶液生长工艺沉积。

美国专利申请公开号2005/0224111A1公开了一种层状的薄层半导体器件，所述器件包括第一透明层，电导率低于第一层的电导率的薄的第二透明层，n型层，以及p型层。公开了CdS可用于CIGS或CdTe光伏器件中。然而，CdS通过水法工艺沉积。

概述

本发明提供了用于制备具有降低的电阻率的n型硫属化物组合物的方法。本发明特别可应于至少结合有镉和任选地一种以上其他成分如Zn、In以及这些的组合等的硫化物和/或硒化物。

令人惊讶地，发现了本发明的方法相对于在不使用氧或使用1％以上的氧化性气体的其他方面相同的方法显著地降低了n型硫属化物组合物，如CdS或CdS合金的电阻率(即，增加的电导率)。实际上，使用传统水平的氧化性气体如氧制备这些组合物实际导致电阻率显著地增加(即，导致电导率显著地降低)。

根据本发明，通过在有限量(之后在本文中限定的)的氧化性气体的存在下从气相或通过气相沉积而制造组合物，以产生具有高电导率的组合物。作为结果，采用通过本发明的一种以上方法制备的n型硫属化物组合物的器件如光伏器件可以具有更好的电性能和/或更好的效率。

在本发明的一个方面中，提供一种制备n型硫属化物组合物的方法。该方法包括以下步骤：

提供基板；以及

在包含氧化性气体和任选地至少一种其他气体的氧化性气氛中，在基板的表面上形成n型硫属化物组合物，其中所述氧化性气体以使得如下的量存在：所形成的n型组合物的电阻率低于在其他方面相同的工艺中但是在基本上不存在所述氧化性气体的情况下形成的n型硫属化物组合物的电阻率。

典型地，根据本发明提供的n型硫属化物组合物的电阻率为约十分之一以下电阻性的(at least about 10times less resistive)，优选为五十分之一以下电阻性的，并且更优选为百分之一以下电阻性的。这些组合物典型地具有低于约1×10⁵欧姆-cm的电阻率。

另一方面，本发明的方法包括以下步骤：

在沉积室内提供基板；

提供包含n型硫属化物组合物的靶标材料，所述n型硫属化物组合物包含硫化物和/或硒化物，所述硫化物和/或硒化物至少结合有镉，以及任选地，一种以上选自Zn、In以及它们的组合中的成分；以及

在包含氧化性气体以及任选地至少一种其他气体的氧化性气体气氛中，在基板上沉积n型硫属化物组合物，其中所述氧化性气体以使得如下的量存在：所形成的n型硫属化物组合物的电阻率低于在其他方面相同的工艺中但是在基本上不存在所述氧化性气体的情况下形成的n型硫属化物组合物的电阻率。