[发明专利]具有非化学计量金属硫化物层的CIGS基光伏电池及制造该光伏电池的方法和装置

权利要求书

1.一种制造光伏器件的方法，包括：

在衬底上形成包括铜、铟、镓和硫族元素的p型化合物半导体材料层；以及

通过使用至少一个含金属和硫的溅射靶的溅射过程，在所述p型化合物半导体材料层上形成n型金属硫化物层，所述溅射靶具有非化学计量的成分，其中金属与硫原子比率大于1。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

通过使用至少一个第一溅射靶的第一溅射过程，所述p型化合物半导体材料层在第一处理模块中形成，所述至少一个第一溅射靶包括铜、铟和镓；

通过第二溅射过程，所述n型金属硫化物层在第二处理模块中形成；以及

所述至少一个含金属和硫的溅射靶包括第二金属硫化物溅射靶，所述第二金属硫化物溅射靶具有1.05至1.20范围内的金属与硫原子比率。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：

所述至少一个含金属和硫的溅射靶包括具有不同的金属与硫原子比率的多个第二溅射靶；以及

在垂直于所述n型金属硫化物层的顶表面的方向上，所述n型金属硫化物层在其中形成有金属与硫原子比率的梯度。

4.根据权利要求3所述的方法，其中：

所述第二处理模块包括具有0.95至1.03范围内的金属与硫原子比率的另一第二溅射靶；

通过在沉积所述n型金属硫化物层的第二亚层之前溅射所述另一第二溅射靶，所述第二溅射过程沉积所述n型金属硫化物层的第一亚层，所述第二亚层具有1.05至1.20范围内的金属与硫原子比率；以及

所述n型金属硫化物层中的金属与硫原子比率随着离开所述p型化合物半导体材料层的距离而增大。

5.根据权利要求2所述的方法，其中：

所述p型化合物半导体材料层形成为多晶材料层；

所述n型金属硫化物层形成为与所述p型化合物半导体材料层外沿对准，使得所述n型金属硫化物层的晶粒边界的优势部分在所述n型金属硫化物层和所述p型化合物半导体材料层之间的界面处与所述p型化合物半导体材料层的晶粒边界一致。

6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：在所述第二溅射过程中使氧化剂气体和含氢气体流到所述第二处理室中，由此在所述n型金属硫化物层的沉积过程中，引起所述n型金属硫化物层与所述p型化合物半导体材料层之间的外沿对准。

7.根据权利要求6所述的方法，其中：

在所述第二溅射过程中，所述第二处理室中的所述氧化剂气体的分压力被保持在0.025mTorr至1.0mTorr的范围内；以及

在所述第二溅射过程中，所述第二处理室中的所述含氢气体的分压力被保持在0.05mTorr至2.0mTorr的范围内并且大于所述氧化剂气体的分压力。

8.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：通过使用第三溅射靶和氧化环境的第三溅射过程，在第三处理模块中在所述n型金属硫化物层上沉积导电的金属硫氧化合物层。

9.根据权利要求8所述的方法，其中：

所述导电的金属硫氧化合物层包括氧硫化锌材料，其中20％至80％的原子百分比的硫被氧代替；以及

所述n型金属硫化物层包括选自硫化镉、硫化锌和硫化镉锌的材料。

10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在形成所述p型化合物半导体材料层之前在所述衬底上形成第一电极，以及在所述n型金属硫化物层上形成第二电极，其中所述n型金属硫化物层包括具有金属与硫原子比率大于1的硫化镉。