[发明专利]薄膜太阳能电池及其制造方法

说明书

相关和共同代决申请

本申请要求于2013年03月12日提交的标题为“薄膜太阳能电池及其制造方法（Thin Film Solar Cell and Fabrication Method Therefor）”的共同待决定的美国临时专利申请第61/777,470号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明总体涉及太阳能电池领域，更具体的，涉及薄膜太阳能电池及其制造方法。

背景技术

薄膜太阳能电池，也称为薄膜光伏电池，其用于将光能直接转换为电能。薄膜太阳能电池的制造包括在诸如玻璃衬底的衬底上沉积光伏材料的一个或多个薄膜层的步骤。通常地，薄膜太阳能电池包括衬底、背电极层、吸收层、缓冲层和窗口层。吸收层可以是“CIS基”吸收件，其中“CIS”通常指的是铜铟硒。在典型的传统薄膜太阳能电池中，CIS基吸收层是p型层，缓冲层是n型层，且窗口层是n型透明导电氧化物窗口。

制造薄膜太阳能电池的已知的方法包括使用用于制造吸收层的两种方法中的一种，该两种方法为“多源共蒸发”法和“硒化后硫化”（在本文中有时称为“SAS”）法。每种方法都有其优点和缺点。例如，对于薄膜太阳能电池的相对较小尺寸的CIS基吸收层，虽然多源共蒸发法已经实现了高转换效率，但是膜组成的均匀性存在严重的问题。此外，目前多源共蒸发法不具有在工业生产工艺规模中使用的能力。此外，这种方法所需要的设备是复杂且昂贵的。另一方面，SAS方法实现了相对大尺寸（即，超过1平方米）的均匀的吸收件的形成，有效地使用所需要的材料以形成吸收层，并使用比多源共蒸发法更加简单且成本更低的设备。然而，SAS方法却遭受低转换效率和低填充因数的问题。

因此，需要一种用于薄膜太阳能电池的CIS基吸收层的制造方法，从而使得除其他属性外，该薄膜太阳能电池具有在较大面积上的高均匀性的膜组成、有效使用材料且产生高填充因数的吸收层。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种用于制造器件的吸收层的方法，所述方法包括以下步骤：（a）提供包括位于衬底上的前体膜和金属背电极层的对象；（b）在第一温度（“T₁”）下对所述对象实施持续第一时间段（“Δt₁”）的第一工艺；（c）在第二温度（“T₂”）下对所述对象实施持续第二时间段（“Δt₂”）的第二工艺；以及（d）在第三温度（“T₃”）下对所述对象实施持续第三时间段（“Δt₃”）的第三工艺。

在上述方法中，其中，所述器件是薄膜太阳能电池。

在上述方法中，其中，所述前体膜是金属前体。

在上述方法中，其中，所述前体膜是金属前体；所述金属前体包括选自由铜、镓、铟、硒、硫和它们的合金组成的组中的材料。

在上述方法中，其中，所述前体膜是CIS基半导体。

在上述方法中，其中，所述前体膜是CIS基半导体；所述CIS基半导体包括五元Cu-III-VI₂族黄铜矿半导体。

在上述方法中，其中，所述前体膜是CIS基半导体；所述CIS基半导体包括选自由CuInSe₂、CuGaSe₂、Cu(InGa)Se₂、CuInS₂、CuGaS₂、Cu(InGa)S₂、CuIn(Se,S)₂、CuGa(Se,S)₂、Cu(InGa)(Se,S)₂和它们的组合组成的组中的材料。

在上述方法中，其中，所述第一工艺包括将所述对象保持在包含硒源的气体环境中，并且其中，200℃≤T₁≤800℃且0分钟≤Δt₁≤300分钟。

在上述方法中，其中，所述第一工艺包括将所述对象保持在包含硒源的气体环境中，并且其中，200℃≤T₁≤800℃且0分钟≤Δt₁≤300分钟；所述硒源是硒化氢。

在上述方法中，其中，所述第二工艺包括将所述对象保持在惰性气体环境中，并且其中，200℃≤T₂≤800℃且0分钟≤Δt₂≤300分钟，并且其中，T₁≤T₂。