[发明专利]制造光吸收层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制造太阳能电池的光吸收层的方法。

背景技术

太阳能电池是生态友好的替代能源，是使用由吸收的光子产生的电子和空穴将光能转化成电能的装置。详细而言，太阳能电池具有p-n结结构，其中正(P)型半导体与负(N)型半导体连接，从而当接收太阳光时，太阳能电池由于入射太阳光的能量而在半导体内产生空穴和电子，并且当在pn结处产生的电场使空穴(+)移动至p型半导体而电子(-)移动至n型半导体时产生电势，使得该太阳能电池产生电力。

太阳能电池可以分成基板型太阳能电池和薄膜型太阳能电池。基板型太阳能电池使用半导体材料例如硅作为基板，而且主要使用块型结晶硅基板。该太阳能电池可以具有高的效率和稳定性，但可能昂贵，可能难以使吸收层的厚度薄，可能进行间歇过程。同时，薄膜太阳能电池由非晶硅、薄膜多晶硅、铜铟镓二硒化物(CIGS)、碲化镉化合物(CdTe)、有机材料等制造，因而可以使吸收层的厚度薄，可以使用玻璃、金属或塑料作为基板，从而可以连续地大量生产以具有经济性。

薄膜太阳能电池由基板、在基板上形成的下电极、吸收光以产生电力的吸收层、光穿过的窗口层和用于保护下层的覆盖层来构造。在这种情况下，吸收层使用p型半导体而窗口层使用n型半导体以具有p-n二极管结构。

作为形成光吸收层的材料，薄膜型太阳能电池使用CuInSe₂作为基材，并且可以使用利用镓(Ga)代替铟(In)的CuGaSe₂、或者同时使用铟(In)和镓(Ga)的四元材料Cu(In，Ga)Se₂。此外，薄膜型太阳能电池可以使用硒(Se)被替换为硫(S)的CuInS₂、Cu(In，Ga)S₂等以及同时使用了硒(Se)和硫(S)的基于五组分的材料Cu(In，Ga)(Se，S)₂。

通过添加其他元素至CuInSe₂来控制带隙，从而增加光-电转换效率。在这种情况下，当薄膜型太阳能电池在吸收层的厚度方向具有相同的组成时，该薄膜型太阳能电池具有预定的带隙，但由于所添加的元素而在薄膜的厚度方向形成梯度，从而由于所形成的电场而使载流子的收集变得容易，由此提高光-电转换效率。特别地，与在厚度方向带隙始终增加的单梯度方法相比，将带隙控制为V字型的双梯度法可以将效率再提高2％至3％，使得实施双梯度法对高效太阳能电池是必要的。

在薄膜型太阳能电池中，光吸收层通过使用共蒸镀金属元素或二元化合物作为主要材料，或共溅射Cu、In和Ga的合金，在基板上沉积这些元素，然后硒化这些元素来制造。在这种情况下，使用共蒸镀制造吸收层的方法使(In，Ga)Se层在约350℃的温度下生长成晶体，并且将温度从350℃提高至550℃至600℃的高温，然后沉积第二CuSe层。CIGS通过在先前沉积的IGS层和新沉积的CS层之间的反应同时形成。当CS与IGS反应时，Cu-In的反应速率比Cu-Ga更快，因此Ga朝向下电极层具有更高的浓度(梯度)，当第一IGS完全转化成CIGS时，沉积第三IGS层。在富铜的CIGS态中Cu浓度比即将沉积第三IGS层之前化学计量的CIGS更高，当另外被沉积时IGS层转化成缺铜的CIGS。此外，类似于第一层，当沉积第三层时，铜扩散至被沉积的第三IGS层，其中Ga朝向之后待沉积的缓冲层和窗口层具有更高的浓度，从而可以实现双梯度法。然而，由于双梯度使用了约550℃至600℃的高温，在使用一般的钠钙玻璃的情况下由于挠曲(deflection)等而可能不能保证大面积的均匀性，因此难以实现大的面积，材料利用率低，从而可能会增加生产成本。

同时，在使用溅射法作为沉积光吸收层的方法的情况下，在Cu-Ga和In被溅射之后，使用在所溅射的Cu-Ga和In上进行硒化或硫化的方法，但在硒化等时在吸收层内形成空隙，使得难以制造具有高的效率和可靠性的太阳能电池。

发明内容

技术问题

本发明的目的是提供制造太阳能电池的光吸收层的方法，其可以抑制空隙的形成，保证可靠性，同时即使在进行大面积工艺时也具有优良的薄膜均匀性，并且由于使用化合物靶在低温下通过溅射法形成光吸收层，在低成本下具有优异的生产率。

技术方案

在一个一般的方面，

制造太阳能电池的方法包括：在基板上形成下电极层；

通过使用由IIIb族元素与Se的化合物组成的靶进行溅射，在下电极层上形成第一前体层；