[发明专利]薄膜太阳能电池的Kesterite层制造

说明书

技术领域

本发明涉及物理科学。更具体地说，本发明涉及制造技术以及类似的技术。

背景技术

目前，(联)硒化铜铟镓（也称为Cu₂InGa(S,Se)₄或CIGS）以及碲化镉（CdTe）是为用于薄膜太阳能电池（solar cell）而开发的主要材料。对于CIGS材料而言，铟和镓的价格很高。由于近年来对平板显示用氧化铟锡（ITO）的需求不断增加，铟的价格也在持续上涨。对于CdTe而言，镉具有毒性，而碲十分稀有。当相对丰富的铜和锌替代CIGS材料中发现的镓和铟时，包含铜、锌、锡、硫和/或硒的吸收材料提供更经济的候选者。

发明内容

本发明的原理提供在衬底上形成吸收层的技术；例如，在用于太阳能电池的衬底上沉积Cu₂ZnSn(S_xSe_4-x)（其中x在0至4之间变化）薄膜（“CZTSSe”）。在一方面，一种示例性方法包括提供衬底，将所述衬底置于高真空环境，在将所述衬底的温度保持在足够低的范围内以使得沉积于所述衬底上的材料的再蒸发不显著的同时，通过热蒸发将硫和硒中的至少一种以及铜、锌、锡沉积在所述衬底的表面上，从而形成适合太阳能电池应用的吸收层，并且在显著高于所述沉积步骤期间保持的温度的第二温度下，对所述衬底上沉积的所述吸收层进行退火。

在另一方面，一种示例性方法包括以下步骤：提供具有基本平面表面的衬底，在将所述衬底的温度保持在足够低的范围内以使得沉积于所述衬底上的材料的再蒸发不显著的同时，将硫和硒中的至少一种以及铜、锌、锡真空沉积在所述衬底的所述基本平面表面上，从而形成适合太阳能电池应用的吸收层，在超过300℃的温度下对所述衬底上沉积的所述吸收层进行退火，在所述吸收层上设置发射层，以及在所述发射层上方设置窗层。

在本发明的又一方面，一种示例性方法包括提供具有基本平面表面的衬底；将所述衬底的温度保持在100-200℃之间；将S和Se中的至少一种以及Cu、Zn、Sn真空沉积在所述衬底的所述基本平面表面上，从而在所述基本平面表面上形成适合太阳能电池应用的吸收层，以及在300-600℃之间的温度下对所述衬底上真空沉积的所述吸收层进行退火。

如在此使用的那样，“便于”某个动作包括执行动作，使动作更简单，有助于实施动作或导致动作被执行。因此，通过实例而非限制，在一个处理器上执行的指令可以便于通过发送导致或帮助执行操作的合适数据或命令来通过一个制造或测试设备或在远程处理器上执行的指令而实施的某个动作。为避免疑义，在动作者便于某个动作而非执行该动作时，该动作仍然由某个实体或实体组合来执行。

本发明的一个或多个实施例或它们的要素（例如，对沉积、退火或相关制造或测试方法的计算机控制）可以包括计算机可读存储介质的计算机产品的形式实现，所述计算机可读存储介质具有用于执行所述方法步骤的计算机可用程序代码。此外，本发明的一个或多个实施例或它们的要素可以系统（或设备）的形式实现，所述系统（或设备）包括存储器、至少一个处理器，所述处理器与所述存储器耦合并被操作为执行示例性方法步骤。

仍进一步地，在再一方面，本发明的一个或多个实施例或它们的要素可以用于执行此处描述的一个或多个方法步骤的装置（means）的形式实现；所述装置可以包括(i)硬件模块；(ii)软件模块，或者(iii)硬件和软件模块的组合；(i)-(iii)中的任一项实现此处阐述的特定技术，并且所述软件模块被存储在计算机可读存储介质（或者多个此类介质）中。

本发明的技术可提供大量有益的技术效应。例如，一个或多个实施例可以提供以下优点中的一个或多个：

●在真空沉积期间，可单独控制每种元素的通量以实现精确组成；

●可在沉积期间加热衬底；

●可同时沉积包括kesterite材料的所有元素；

●所采用的方法是对环境安全的。

附图说明

现在将参考附图，仅通过实例描述本发明的实施例，在附图中：

图1是用于通过热蒸发沉积吸收层的系统的示意性示例；

图2-10示出示例性方法流程的连续步骤；

图11示出根据示例性方法流程制造的太阳能电池器件；

图12示出根据本发明制造的太阳能电池的电流电压特性；

图13示出根据本发明制造的太阳能电池的量子效率谱，以及