[发明专利]可用作太阳能电池吸收层的基于黄铜矿的材料的铟溅射方法和材料

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池以及用于形成太阳能电池中的吸收层的方法和系统。

背景技术

太阳能电池是用于由太阳光直接产生电流的光生伏打组件。由于对清洁能源日益增长的需求，近年来太阳能电池的制造急剧扩张并且继续发展。目前已存在各种类型的太阳能电池并且仍在继续开发。太阳能电池包括吸收层，其吸收太阳光，将其转换为电流。因此，吸收层的质量和性能是至关重要的。为了使电流产生的效率最大化，吸收层的组成和吸收层的结构非常关键。因此，吸收层的形成以及其在太阳能电池衬底上的布置也是关键的操作。

一种特别普遍型的吸收材料是基于CIGS的吸收材料。CIGS(即铜铟镓硒(Cu(ln，Ga)Se₂))是普遍的硫族化物(chalcogenide)半导体材料，而且基于CIGS的材料用于各种应用中尤其是用作太阳能电池中的吸收层。为了形成基于CIGS的材料，必须在太阳能电池衬底上形成铟(In)材料。最普遍的以及最常用的是通过将来自铟溅射靶的铟溅射至衬底上来实现铟材料的形成。其他加工操作自然用来形成基于CIGS的吸收层的其他材料。铟层形成中的一个缺陷是铟金属层通常具有相互分离的大颗粒，这导致不想要的粗糙表面形态。通常认为这是由于铟的润湿性差所导致的高表面张力和低熔点温度造成的。不想要的粗糙表面形态包括小丘(hillocks)并且降低了吸收层在由太阳光的光子产生电流中的效率。

尝试各种不同的溅射条件来改善铟层的表面形态，即降低表面粗糙度。过去的那些尝试在改善表面形态方面是不成功的并且通常是耗费时间的且导致较低的产量。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一方面，提供了一种形成太阳能电池的方法，所述方法包括：提供包含铟和铝的InAl靶；提供太阳能衬底，在所述太阳能衬底上具有背接触层；在所述背接触层上方形成金属前体层，包括在所述太阳能电池衬底上在所述背接触层上方溅射所述InAl靶的材料；以及热处理，从而将所述金属前体层转化成吸收层。

在所述的方法中，所述InAl靶包含约0.05至30原子百分比的铝。

在所述的方法中，所述InAl靶包含约1原子百分比的铝，并且所述热处理包括约400℃至600℃范围内的温度。

在所述的方法中，所述形成金属前体层进一步包括在所述溅射所述InAl靶的材料之前在所述太阳能电池衬底上在所述背接触层上方溅射来自CuGa靶的CuGa材料。在所述的方法中，所述吸收层包括CIGAS(铜-铟-镓-铝-硒)吸收层。在所述的方法中，所述热处理包括硒化工艺之后硫化工艺，并且生成为黄铜矿结晶层的所述吸收层。在所述的方法中，所述溅射所述InAl靶的材料在所述背接触层上生成厚度为约100nm的InAl膜，并且所述CIGAS吸收层的厚度为约2至3微米。

在所述的方法中，所述背接触层包含钼，并且所述方法进一步包括在所述背接触层和所述金属前体层之间形成缓冲层以及在所述吸收层上方形成窗口层。

在所述的方法中，所述热处理包括将硒结合至所述吸收层中的硒化工艺。在所述的方法中，所述热处理包括使用H₂Se气体作为硒源的所述硒化工艺以及之后的硫化工艺，所述热处理使所述吸收层成为黄铜矿结晶材料。

根据本发明的另一方面，提供了一种形成太阳能电池的方法，所述方法包括：提供包含铟和选自由Al、Zn、Cr、Ni和Ta构成的组中的另一种材料的靶；提供衬底，在所述衬底上具有背接触层；在所述背接触层上方形成金属前体层，包括在所述衬底上在所述背接触层上方溅射所述靶的材料；以及热处理，从而将所述金属前体层转化成吸收层。

在所述的方法中，所述靶包含0.05至30原子百分比的所述另一种材料。

在所述的方法中，所述靶包含约1原子百分比的所述另一种材料。

在所述的方法中，所述热处理包括硒化工艺，并且所述吸收层包含硒。

在所述的方法中，所述背接触层包含钼，并且所述方法进一步包括在所述背接触层和所述金属前体层之间形成缓冲层以及在所述吸收层上方形成窗口层。

根据本发明的又一方面，提供了一种太阳能电池，包括：设置在太阳能电池衬底上方的吸收层，所述吸收层包括CIGAS(铜、铟、镓、铝、硒)材料。

在所述的太阳能电池中，所述吸收层包括黄铜矿晶体结构，并且所述太阳能电池进一步包括设置在所述太阳能电池衬底和所述吸收层之间的背接触层以及设置在所述吸收层上方的窗口层。