[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

说明书

本发明提供了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。

技术领域

本发明总体涉及用于制造半导体器件的装置和方法，特别涉及具有高导电性的n型半导体材料层的光伏电池以及用于制造该光伏电池的装置和方法。

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含硫族元素的化合物半导体材料，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。

光伏电池中半导体材料层的导电性通过影响p-n结或p-i-n结周围的复合区的特性而影响光伏电池的性能。在使用铜铟镓硫族化物p型层和金属硫化物n型层的复合的光伏电池中，金属硫化物n型层的高电阻率将对光伏电池的性能指标(例如效率、开路电压、闭路电流密度和填充因子)有不利的影响。

发明内容

一个实施例提供了一种制造光伏器件的方法，该方法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，并且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。

根据本发明的另一方面，提供了一种半导体器件制造装置，包括：第一处理模块，其被配置为经过第一入口接收衬底并经过第一出口取出所述衬底，并且所述第一处理模块包括至少一个第一溅射靶，所述至少一个第一溅射靶包括铜、铟、镓和硫族元素源，并且所述至少一个第一溅射靶被配置为，在传送衬底经过所述至少一个第一溅射靶的过程中，在所述衬底上沉积包括铜、铟、镓和硫族元素的p型化合物半导体材料层；以及第二处理模块，其被配置为经过第二入口从所述第一处理模块接收所述衬底并经过第二出口取出所述衬底，并且所述第二处理模块包括至少一个第二溅射靶，所述至少一个第二溅射靶被配置为，在传送所述衬底经过所述第二处理模块的过程中，在所述衬底上沉积n型金属硫化物层，其中所述至少一个第二溅射靶中的一个包括第二溅射靶，所述第二溅射靶具有非化学计量的成分，其中金属与硫原子比率在1.05至1.20的范围内。

另一实施例提供了一种制造半导体器件的方法，包括：通过使用包括铜、铟和镓的至少一个第一溅射靶的第一溅射过程，在第一处理模块中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；通过使用至少一个第二溅射靶的第二溅射过程，在第二处理模块中在所述p型化合物半导体材料层上形成n型金属硫化物层；以及通过在氧化环境中使用第三溅射靶的第三溅射过程，在第三处理模块中在所述n型金属硫化物层上形成导电的金属硫氧化合物层。

另一实施例提供了一种光伏电池，包括：位于衬底上的第一电极；位于所述第一电极层上且包括铜、铟、镓和硫族元素的p型化合物半导体材料层；位于所述p型化合物半导体材料层上的多晶富金属的金属硫化物n 型化合物半导体材料层；以及位于所述富金属的金属硫化物n型化合物半导体材料层上的第二电极。

另一实施例提供了一种光伏电池，包括：位于衬底上的第一电极；位于所述第一电极层上且包括铜、铟、镓和硫族元素的p型化合物半导体材料层；位于所述p型化合物半导体材料层上的金属硫化物n型化合物半导体材料层；位于所述金属硫化物n型化合物半导体材料层上的导电的金属硫氧化合物层；以及位于所述导电的金属硫氧化合物层上的第二电极。

附图说明