[发明专利]光伏器件和制造其的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏器件，并且更特别地涉及使用包含单晶硫属化合物(例如，Cu-Zn-Sn-S/Se(CZTSSe))的吸收体层的器件和形成方法。

背景技术

Cu-In-Ga-S/Se(CIGSSe)技术提供具有非常高光电转换效率(PCE，power conversion efficiency)(例如，约20％)的高性能太阳能电池。CIGSSe太阳能电池相对于带隙具有非常大的开路电压(Voc)以及没有已知的界面复合(interface recombination)问题。不幸地，例如，对于稀有元素(例如铟)的依赖限制了该技术的非常大规模展开(large scale deployment)。

Cu-Zn-Sn-S/Se(CZTSSe)是由全部为地球丰富的元素组成的新兴的薄膜太阳能电池技术。虽然在CZTSSe太阳能电池(特别是使用基于肼的溶液处理的CZTSSe太阳能电池)的开发中已经取得进展，但是仅实现了大约12.6％的PCE。

此外，CZTSSe太阳能电池中还存在多个主要限制。例如，可能经历低Voc，其怀疑是由于以下原因引起：高的缓冲-吸收体界面复合、高的本体缺陷态(bulk defect state)、在本体中存在带尾态(tail state)，和在本体中或在界面处的可能的费米能级钉扎效应(Fermi level pinning)。此外，CZTSSe还遭受低的占空系数(FF)，其主要是由于跨越器件的势垒形成或来自各层的较高的串联电阻和低Voc。

发明内容

用于制造光伏器件的方法包括在第一单晶基板上形成二维材料；在第一单晶基板上面生长包括Cu-Zn-Sn-S(Se)(CZTSSe)的单晶吸收体层；由所述二维材料剥离所述单晶吸收体层；将所述单晶吸收体层转移至第二基板并且将所述单晶吸收体层放置于第二基板上形成的导电层上；并且在所述单晶吸收体层上形成另外的层以完成所述光伏器件。

用于制造光伏器件的另一方法包括在单晶SiC基板上形成石墨烯的单片层；在单晶SiC基板上面生长包括Cu-Zn-Sn-S(Se)(CZTSSe)的单晶吸收体层；由石墨烯剥离单晶吸收体层；将单晶吸收体层转移至玻璃基板并且将所述单晶吸收体层放置在形成于玻璃基板上的导电层上；在吸收体层上形成缓冲层；和在缓冲层上面形成透明导体。

光伏器件包括在第一基板上形成的第一接触层。将包括Cu-Zn-Sn-S(Se)(CZTSSe)的单晶吸收体层直接放置在第一接触层上。缓冲层与所述单晶吸收体层相接触地形成。在缓冲层上面形成透明导电接触层。

由以下将与附图一起阅读的本发明的说明性实施方案的详细描述，这些和其它特征和优点将变得清晰。

附图说明

本公开将参照下图在优选实施方案的下列描述中提供细节，其中：

图1为根据本发明原理具有单晶CZTSSe吸收体层的光伏器件的剖视图；

图2为根据本发明原理在单晶基板上形成的二维材料的剖视图；

图3为图2的基板的剖视图，该基板根据本发明原理具有在单晶基板之上的二维材料上面生长的单晶CZTSSe吸收体层；

图4为图3的基板的剖视图，该基板具有根据本发明原理从下面的基板剥离的单晶CZTSSe吸收体层；

图5为图4的基板的剖视图，该基板根据本发明原理具有转移至在玻璃基板上的导电层的单晶CZTSSe吸收体层；

图6示出了两种材料(石墨烯和Mo)上的CZTSSe的X射线衍射数据以证明本发明原理，其以强度(任意单位)对2θ绘图，其中θ为衍射角；和

图7为示出根据说明性实施方案用于形成具有单晶吸收体层的光伏器件的方法的方框/流程图。

具体实施方式

根据本发明原理，提供了Cu2(Zn,Sn)(S,Se)₄(CZTSSe)光伏器件，该器件包括CZTSSe的地球丰富的组成元素的优点，并且可提供高性能和较高开路电压。所述CZTSSe作为单晶来生长并且转移至基板上，其可在光伏器件(如例如，太阳能电池)中用作吸收体层。

常规的CZTSSe器件是在用Mo涂布的基板上形成的。所述CZTSSe和Mo之间无外延关系，使得形成多晶CZTSSe。多晶CZTSSe包括可导致复合中心的晶界和降低CZTSSe器件性能的关闭路径(shut path)。