[发明专利]IB/IIIA/VIA族薄膜太阳能吸收器的镀覆化学物

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请是2009年12月18日提交的USSN:12/642,709的部分继续申请，并且本申请是2009年2月13日提交的名称为“ELECTROPLATING METHODS AND CHEMISTRIES FOR DEPOSITION OF COPPER-INDIUM-GALLIUM CONTAINING THIN FILMS”的USSN:12/371546的部分继续申请，其要求2009年2月6日提交的USSN:61/150721的优先权。

发明领域

本发明涉及用于制备光伏应用中的半导体薄膜的电镀化学物和方法，具体涉及电镀电解液以及用于处理薄膜太阳能电池用的IBIIIAVIA族化合物层的方法。

背景

太阳能电池是将日光直接转换为电能的光电器件。最常见的太阳能电池材料是可以按单晶或多晶晶片形式使用的硅。然而，使用硅基太阳能电池产生的电的成本高于用较常规方法产生的电的成本。因此，从1970年代早期以来，人们努力降低地面用太阳能电池的成本。降低太阳能电池成本的一种方式是开发能在大面积衬底上沉积太阳能电池品质的吸收器材料的低成本薄膜生长技术和使用高产量、低成本的方法制造这些器件。

包含周期表中的IB族（如（Cu）、银（Ag）、金（Au））、第IIIA族（如硼（B）、铝（Al）、镓（Ga）、铟（In）和铊（Tl））和第VIA族（如氧（O）、硫（S）、硒（Se）、碲（Te）和钋（Po））材料或元素中的一些的IBIIIAVIA族化合物半导体是用于薄膜太阳能电池结构的优异吸收器材料。特别地，通常被称作CIGS(S)或Cu(In,Ga)(S,Se)₂或CuIn_1-xGa_x(S_ySe_1-y)_k（其中0≤x≤1，0≤y≤1且k为约2）的Cu、In、Ga、Se和S的化合物已用于产生接近20%转化率的太阳能电池结构中。含有第IIIA族元素Al和/或第VIA族元素Te的吸收器也显示出前景。因此，总之，含有：i)来自第IB族的Cu，ii)来自第IIIA族的In、Ga和Al中至少一种，和iii)来自第VIA族的S、Se和Te中的至少一种的化合物对于太阳能电池应用引起极大关注。在这些化合物中，Cu(In,Ga)(S,Se)₂最先进，使用这种材料作为吸收器已证实了在12-20%效率范围内的太阳能电池。含铝的黄铜矿，如Cu(In,Al)Se₂层也产生效率超过12%的太阳能电池。

常规IBIIIAVIA族化合物光伏电池，如Cu(In,Ga,Al)(S,Se,Te)₂薄膜太阳能电池的结构显示在图1中。在衬底11例如玻璃片、金属片、绝缘箔或网、或导电箔或网上制造器件10。在预先沉积在衬底11上并且充当器件的电接触部的导电层13或接触层上方生长包括Cu(In,Ga,Al)(S,Se,Te)₂族中的材料的吸收器膜12。衬底11和导电层13形成基底13A，在其上形成吸收器膜12。在图1的太阳能电池结构中已使用包含钼（Mo）、钽（Ta）、钨（W）、钛（Ti）、不锈钢等的各种导电层。如果衬底本身是适当选择的导电材料，可以不使用导电层13，因为衬底11可随后用作器件的欧姆接触部。在生长吸收器膜12后，在该吸收器膜上形成透明层14例如硫化镉（CdS）、氧化锌（ZnO）或CdS/ZnO叠层。辐射15穿过透明层14进入器件。还可在透明层14上方沉积金属栅格（未示出）来降低器件的有效串联电阻。吸收器膜12的优选电类型是p-型，而透明层14的优选电类型是n-型。然而，还可使用n-型吸收器和p-型窗层。图1的优选器件结构被称为“衬底型”结构。还可通过在透明覆盖层（superstrate）例如玻璃或透明聚合物箔上沉积透明导电层、然后沉积Cu(In,Ga,Al)(S,Se,Te)₂吸收器膜和最后通过导电层形成与器件的欧姆接触部来构造“覆盖层型”结构。在这种覆盖层结构中，光从透明覆盖层侧进入器件。可使用通过各种方法沉积的各种材料来提供图1中所示器件的各种层。