[发明专利]生产化合物半导体和薄膜太阳能电池的方法

说明书

本发明属于薄膜太阳能电池生产技术领域，并且涉及生产黄铜矿-化合物半导体的方法以及具有吸收体的薄膜太阳能电池，该吸收体由四元化合物半导体Cu(In，Ga)S₂，四元化合物半导体Cu(In，Ga)Se₂或者五元化合物半导体Cu(In，Ga)(S，Se)₂组成。

用于太阳能电池和太阳能电池组件的薄膜体系是公知的，并且取决于基底和施加的材料以不同的规格存在于在市场上。如此选择所述材料，以使入射的太阳光谱得到最大利用。由于物理性能和技术可操作性，具有无定形、微形态（mikromorphem）或者多晶的硅、碲化镉(CdTe)，砷化镓(GaAs)，硒化铜铟镓(Cu(In，Ga)Se₂)，硫化铜铟镓(Cu(In，Ga)S₂)，硫化硒化铜铟镓(Cu(In，Ga)(S，Se)₂)和磺硒化铜锌锡(CZTS，来自于锌黄锡矿(kesterites)族)以及有机半导体的薄膜体系是特别适于太阳能电池。五元半导体Cu(In，Ga)(S，Se)₂和四元半导体Cu(In，Ga)Se₂和Cu(In，Ga)S₂属于黄铜矿半导体族，并且经常缩写为CIS(二硒化-或硫化铜铟)或者CIGS(二硒化铜铟镓，二硫化铜铟镓或者二磺硒化铜铟镓)。在该缩写中，S可以代表硒、硫或者两种硫族元素的混合物。

在文献中描述了生产黄铜矿-化合物半导体的不同方法：例如，使用由DE10024882A1和DE102005040087A1中已知的共蒸发，在一阶段法中将半导体组分共蒸发到基底上。

一种可选择的生产黄铜矿-化合物半导体的方法由两阶段工艺组成。这样的两阶段方法是例如从J.Palm等人的“CIS module pilot processing applying concurrent rapid selenization and sulfurization of large area thin film precursors”，Thin Solid Films 431-432，第414-522页(2003)中已知的。其中，首先将由钼制成的背电极施加到基底例如玻璃基底上。该钼层例如用激光结构化。然后，将得自铜、铟和镓的不同的前体-层沉积到该钼层上，例如通过磁控管溅射。另外，通过热蒸发将硒层和/或硫层沉积到所述层顺序上。在第二工艺中热处理如此形成的具有前体-层的层结构。通过该热处理实现前体-层真正的晶体形成和相转化，产生真正的半导体层。

与此相比，本发明的目的在于，以有利的方式扩展现有技术中已知的生产黄铜矿-化合物半导体的方法和相应的具有化合物半导体的薄膜太阳能电池。

根据本发明的建议，这些和其它目的通过一种生产化合物半导体的方法，通过具有所给出的权利要求的特征的化合物半导体和薄膜太阳能电池得以实现。本发明有利的实施方式通过从属权利要求的特征给出。

根据本发明，提出了一种生产黄铜矿-化合物半导体的方法，其优选是生产薄膜太阳能电池或者薄膜太阳能电池组件的方法的一部分。在这里和下文中，术语“薄膜太阳能电池”指的是厚度仅仅几微米的光伏层体系。这样的层体系需要载体基底来提供足够的机械强度。已知的用于薄膜太阳能电池的载体基底包含无机玻璃、聚合物或者金属合金，并且可以根据层厚度和材料特性来配置成刚性板或者柔性膜。

本发明的方法包含下面的步骤：

产生至少一种前体-层堆叠体的步骤，所述堆叠体由第一前体-层、第二前体-层和第三前体-层在三个阶段中组成：其中在第一阶段中，通过将金属铜(Cu)、铟(In)和镓(Ga)沉积到基体上制成第一前体-层。在第二阶段中，通过将选自硫(S)和硒(Se)的至少一种硫族元素沉积到第一前体-层上制成第二前体-层。在第三阶段中，通过将金属铜(Cu)、铟(In)和镓(Ga)沉积到第二前体-层上制成第三前体-层。

在工艺室中在第一时间间隔内热处理该至少一种前体-层堆叠体的进一步步骤，其如此进行，以使第一前体-层的金属、第二前体-层的至少一种硫族元素和第三前体-层的金属反应性转化成五元化合物半导体Cu(In，Ga)(S，Se)₂，四元化合物半导体Cu(In，Ga)Se₂或者四元化合物半导体Cu(In，Ga)S₂。这里，书写方式“Cu(In，Ga)(S，Se)₂”表示硫族元素硫(S)和硒(Se)联合含于该化合物半导体中。对于两种金属铟(In)和镓(Ga)同样如此。