[发明专利]金属分散体和用于光伏器件活性层的化合物膜的形成

说明书

技术领域

本发明涉及纳米粒子的形成，更特别涉及使用纳米粒子油墨制造IB-IIIA-VIA吸收剂层且吸收剂层具有分级带隙的光伏电池的形成。

背景技术

太阳能电池将太阳光转化成电。这些电子器件传统上在相对昂贵的制造方法中使用硅(Si)作为吸收光的半导体材料制造。为了制造更经济可行的太阳能电池，已经开发出可以廉价地利用薄膜状、吸收光的半导体材料，例如铜-铟-镓-磺基-硒化物，Cu(In，Ga)(S，Se)₂、也称作CI(G)S(S)的太阳能电池器件构造。这类太阳能电池通常具有夹在电极层和接合体层之间的吸收剂层。电极层通常是Mo，而接合体通常是CdS或ZnS。在接合体层上形成通常充当透明电极的透明导电氧化物(TCO)，例如氧化锌(ZnO)。CIGS-基太阳能电池经证实具有超过19％的能量转换效率。

构造CIGS基太阳能电池的主要挑战在于CIGS层的组分必须在窄化学计量比内以使所得电池高度有效。但是，使用传统的真空基沉积法在相对较大的基底面积上实现精确化学计算组成是困难的。例如，难以通过溅射或蒸发沉积含有多于一种的元素的化合物和/或合金。两种技术都依赖受视线和有限面积源限制的沉积方法，往往产生差的表面覆盖性。视线轨迹和有限面积源可能在所有三维上均产生元素的不均匀三维分布和/或在大面积上的差的膜厚度均匀性。这些不均匀性可能在纳米-中(meso)和/或宏观级别上发生。这种不均匀性也改变了吸收剂层的局部化学计量比，从而降低整个器件的潜在能量转换效率。

已经开发出对真空基沉积技术例如溅射和蒸发的替代方法。特别地，使用半导体印刷技术在挠性基底上制造太阳能电池提供了对传统真空沉积太阳能电池的高度成本效益的替代方案。例如，T.Arita和同事[20^th IEEE PV Specialists Conference，1988，第1650页]描述了涉及以1:1:2的组成比混合和研磨纯Cu、In和Se粉末并形成可丝网印刷的糊状物、在基底上丝网印刷该糊状物，并烧结该膜以形成化合物层的丝网印刷技术。他们报道了，尽管他们以元素Cu、In和Se粉末为原料，但在研磨步骤后该糊状物含有CuInSe₂相。但是，使用烧结层制成的太阳能电池具有非常低的效率，因为这些吸收剂的结构和电子质量差。

A.Vervaet等人还报道了以薄膜形式沉积的丝网印刷的CuInSe₂[9^th European Communities PV Solar Energy Conference，1989，第480页]，其中与Se粉末一起使用CuInSe₂粉末以制备可丝网印刷的糊状物。通过丝网印刷形成的层在高温下烧结。这种方法中的困难是找到适合形成致密CuInSe₂膜的助熔剂。由此制成的太阳能电池也具有差的转化效率。