[发明专利]银铜铟镓硒反应溅射法和装置及含银铜铟镓硒的光伏电池

说明书

本发明提供了制造半导体结构的方法，包括步骤：在包括至少一种硫族元素的环境中在衬底上溅射银、铜、铟和镓，以沉积银、铜、铟、镓以及至少一种硫族元素的合金。合金的薄膜可以以高吞吐量沉积在连续移动的衬底上，以形成光伏电池的p型半导体吸收层。

技术领域

本发明总体涉及用于制造光伏电池的装置和方法，特别涉及用于通过反应溅射而制造银铜铟镓硒吸收层的装置和方法。

背景技术

“薄膜”光伏材料是指多晶或非晶光伏材料，其在提供结构支撑的衬底上沉积成一层。薄膜光伏材料与具有更高制造成本的单晶半导体材料不同。提供高转换效率的那些薄膜光伏材料包括铜铟镓的硫族化物材料，例如铜铟镓硒(“CIGS”)。

薄膜光伏电池(也称为太阳能电池)可以使用卷对卷涂层系统基于溅射、蒸发或者化学气相沉积(CVD)技术来制造。将薄箔衬底(例如箔片衬底)以线性带状的形式从卷供给经过一系列独立的真空室或者单个被分割的真空室，在真空室，该衬底接收所需的层以形成薄膜光伏电池。在这样的系统中，具有有限长度的箔可以在卷上供应。新的卷的端部可以联接至先前的卷的端部，以提供连续供给的箔层。

卷的处理速率由沉积在箔片衬底上的电极和半导体材料的沉积速率确定。然而，公知的是，光伏电池的性能指标(例如，效率、开路电压、闭路电流密度，及填充因子)严格取决于所沉积的半导体材料的结晶质量。一般地，以低沉积速率沉积的半导体材料提供更大的晶粒尺寸和更优的性能。因此，用于以高沉积速率来沉积高质量结晶材料的方法是人们渴望的。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种制造半导体结构的方法，包括步骤：在包括至少一种硫族元素的环境中在衬底上溅射银、铜、铟和镓。银、铜、铟、镓以及至少一种硫族元素的合金沉积在衬底上沉积。

根据本发明的另一方面，一种反应溅射装置包括：含至少一种硫族元素源的盒，所述至少一种硫族元素源被配置为提供含硫族元素的环境；以及至少一个银铜铟镓合金溅射靶。

根据本发明的又一方面，一种光伏电池包括：位于衬底上的第一电极；p型化合物半导体材料层，所述p型化合物半导体材料层位于所述第一电极层上并且包括银铜铟镓硒(ACIGS)薄膜，其中，铜加银与III族元素的原子比率在所述ACIGS薄膜的底部和中部比其在所述ACIGS薄膜的顶部更低；位于所述p型化合物半导体材料层上的n型化合物半导体材料层；以及位于所述n型化合物半导体材料层上的第二电极。

附图说明

图1是能够根据本发明实施例制造的薄膜光伏电池的示意性竖直截面图。

图2是根据本发明实施例的示例性模块化沉积装置的示意图，该装置可以用于制造图1所示的光伏电池。

图3是根据本发明实施例的图2的示例性模块化沉积装置的示例性银铜铟镓硫族化物沉积模块的示意图。

图4是根据本发明示例性实施例的吸收薄膜中的金属元素的整体原子浓度作为沉积时间和位置的函数的示意曲线。

图5是根据本发明实施例的示例性光伏电池的完整吸收层中各种元素的原子浓度的示意曲线。

具体实施方式

如上所述，本发明涉及用于通过在包括硫族元素的环境中进行溅射而制造半导体结构的装置和方法，所述半导体结构包括银、铜、铟、镓和至少一种硫族元素，本发明的各方面将在本文描述。半导体结构可以是光伏(例如，太阳能)电池的吸收层。

附图没有按比例绘制。可以在示出某一元件的单个示例的情况下再现该元件的多个示例，除非以其他方式明确地描述或清楚地表明元件的再现不存在。使用例如“第一”、“第二”和“第三”的序数词仅是为了分辨相似的元件，并且在本申请的说明书和权利要求书中可以使用不同的序数词。相同的附图标记指示相同或相似的元件。除非另有说明，带有相同附图标记的元件被认为具有相同的成分。