[发明专利]制备基于硫属化物的光伏电池的方法

说明书

发明领域

本发明涉及制备基于硫属化物的光伏电池的方法，且尤其涉及在些电池中形成缓冲体层的方法，以及通过此方法制成的电池。

发明背景

可以使用基于p型硫属化物的材料作为将入射的光或辐射转化为电能的吸收体层，制备光伏电池。这些p型硫属化物典型地为以下金属中的至少一种、且更典型地至少两种或三种的硒化物、硫化物或硫化硒化物：Cu、In、Ga、Al(取决于所用元素的组合，在本文中称作CIS、CISS、CIAS、CIASS、CIGS、CIGSS或CIAGSS)。在接近或邻接p型硫属化物处使用基于CdS的缓冲体层也是已知的。

已知，CdS层可以通过化学浴沉积、物理气相沉积或溅射在各种基板上形成。参见例如Abou-Ras等(薄固体膜(Thin Solid Films)480-481(2005)118-123)和5,500,055。Abou-Ras具体地考察了将CBD沉积与PVD沉积比较，沉积方法的影响，并且观察到，与用PVD制成的电池相比，CdS的CBD沉积产生更有效率的电池。Abou-Ras提出，在PVD沉积的电池的情况下，在CIGS-CdS界面处相互扩散的缺乏或减少是它们低效率的原因。

发明概述

本申请人出人意料地发现，在基本上惰性的气氛中，将缓冲体材料如CdS以相对高的压力和/或相对低的速率溅射到p型硫属化物上，导致了与以常规低压溅射条件的溅射相比与下方的硫属化物吸收体更少的相互扩散，而且导致了与常规低压溅射相比更高的电池效率。这从Abou-Ras的关于相互扩散的益处的教导的观点看来尤其是出乎意料的。本申请人进一步发现，出人意料地，即使仅以高压形成缓冲体的薄界面层并且以更高的速率、更低的压力或更高和功率的条件形成缓冲体材料的其余部分，也获得在低速率和/或高压下溅射的益处。

因此，根据一个实施方案，本发明是一种方法，所述方法包括：在基板上形成基于硫属化物的吸收体层，通过在惰性气氛中，以低压和小于10nm/min的形成速率溅射以形成厚度小于20nm、优选小于15nm且至少为1nm的层而在吸收体上形成包含镉和硫的缓冲体层的第一部分。优选地，这是使用0.08至0.12毫巴(0.06至0.09托或8-12Pa)的工作压力和/或以低溅射功率完成的。在形成第一部分之后，所述方法还包括：通过以至少20nm/min的速率溅射以形成厚度为至少10nm的第二部分而形成缓冲体层的第二部分。优选地，以小于0.05毫巴(0.04托或5Pa)、优选小于0.01(0.008托或1Pa)、更优选小于0.005毫巴(0.004托或0.5Pa)的工作压力形成第二部分。不过，也可以通过提高溅射功率来提高该速率。对于各步骤所需的确切功率设置值将取决于所使用的溅射工具而变化。

本发明也是一种通过前述方法制成的光伏电池。通过此方法制成的电池的特征在于CdS和吸收体层之间的相互扩散。相互扩散界面区在吸收体区由在电池截面的能量色散x射线光谱(EDS)扫描中镉的原子分数超过0.05处的点限定，并且在缓冲体区中由铟和硒的原子分数小于0.05且优选铜的原子分数小于0.10处的点限定。原子分数基于铜、铟、镓、硒、镉、硫和氧的总原子数量。硫化镉晶粒的晶粒尺寸优选小于50nm，更优选小于30nm，且最优选小于20nm。因此，根据一个实施方案，本发明是一种光伏电池，所述光伏电池包括：背面电极(本文中也称作背面电接触或背面集电体)，与所述背面电极接触的基于硫属化物的吸收体，在所述吸收体上的基于硫化镉的缓冲体层，位于所述缓冲体层的与所述吸收体层的相反侧的透明导电层，在所述透明导电层上的集电体，其中，所述电池具有在所述吸收体和所述缓冲体之间的厚度小于10nm的界面，且所述缓冲体优选具有小于50nm的平均晶粒尺寸。

根据另一个实施方案，本发明是一种光伏电池，所述光伏电池包括：背面电极，与所述背面电极接触的基于硫属化物的吸收体，在所述吸收体上的基于硫化镉的缓冲体层，位于所述缓冲体层的与所述吸收体层的相反侧的透明导电层，在所述透明导电层上的集电体，其中，在所述基于硫化镉的缓冲体层的第一部分中的氧的原子分数为至少0.20，且在第二部分中的氧的原子分数小于0.20，优选小于0.15，更优选小于0.10。

附图简述

图1是根据本发明的一个代表性电池的截面的示意图。

发明详述