用于电镀的CIGS光伏器件的后电极结构及制备其的方法技术

本发明专利技术提供一种用于CIGS型光伏器件的后接触结构。所述后接触结构包括界面种子层，由一个或多个层/子层构成，配置在基于钼的后接触/电极和含有CIGS的半导体吸收层之间。所述界面种子层可包括多个元素，来用于制备或帮助制备含有CIGS的半导体吸收层。在此公开的多种方法和界面种子层的组成，包括：含有金属和/或基本金属的Cu-In-Ga的种子层、CIGS、和/或含有Cu、In、Ga的交替层的堆栈。此外还提供一种用于制备含有界面种子层的后接触结构的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电镀的CIGS光伏器件的后电极结构及制备其的方法相关申请的交互参照本申请与美国专利申请号(律师签号3691-2643，2644和2645)相关，与此同时提交，其全部内容被纳入此处作为参考。
本专利技术涉及一种光伏器件(例如，太阳能电池)，用于类似太阳能电池的光伏器件的后接触或背电极(或接触)结构，用于类似太阳能电池的光伏器件的涂层制品，及制备其的方法。特别是，本专利技术涉及一种含钼的背电极结构，包括界面、或含有元素的种子层，从而来制备基于CIGS的光伏器件的CIGS吸收层，来提高含钼的后接触和CIGS半导体吸收薄膜(“薄膜”可以是一个或多个层)之间的匹配性。在此所述的种子层可由一个或多个层/或子层制备。在一些示例中，背(或后)电极也可作为后反射器和/或反射光的光耦合器。根据在此公开的示例性实施例，种子层可被配置成构造分级，例如在太阳能电池的后接触和CIGS吸收层之间的界面附近，从而来提高半导体吸收层对含钼的后接触的匹配性。本专利技术还涉及一种制备太阳能电池或用于太阳能电池的涂层制品的方法，提供或使用种子层来提高半导体吸收层对背电极的匹配性。背景和示例性实施例概述本领域中许多不同类型的光伏器件被公开(例如，美国专利文献Nos.2004/0261841，2006/0180200，美国专利Nos.4335266，4611091，6784361，6288325，6631603，和6123824，其全部内容被纳入此处作为参考)。已知的示例性光伏器件包括铜铟镓联硒化物(近似于Cu(In,Ga)(Se,S)2和/或CuInx-1GaxSe2)太阳能电池，即CIGS太阳能电池。太阳能电池的半导体吸收层的另一个示例性结构也可作为“CIGS”。其包括，例如，硫化铜铟镓，但并不仅局限于此。CIGS薄膜为导电的半导体化合物，通常称为吸收层或光吸收层或薄膜。一般说来，从前侧或入射光向后的顺序，CIGS类型的光伏器件包括：类似玻璃(前基片)的前覆盖材料；含有透明导电层(例如，类似氧化锌的透明导电氧化物)的前电极；光吸收半导体薄膜(例如，CIGS)；背电极或接触部；以及后基片，其材料可以是例如钠钙硅玻璃(或金属箔，在示例中灵活应用)。在一些情况下，在前盖玻片(前基片)和前电极之间提供粘合剂。此外，在一些情况下，光伏器件配有窗口层(例如，由CdS、ZnS构成或包括上述元素等)。在已知技术中，通常光入射至光伏器件的前侧(或前盖玻片)上，穿过前电极并由光吸收半导体薄膜(例如，CIGS)吸收从而来产生光伏电力。一些设计也可利用半导体吸收层的构造分级，向背电极或后接触增加Ga/(Ga+In)比率。例如具有构造分级的CIGS吸收层的光伏器件，可通过两次或三次沉积过程被制备。例如，参照图1，示出用于说明现有CIGS类型的光伏器件10的不同元件的原理的横断面图。电池10在结构上由玻璃基片(或后玻璃)12支撑。金属层的后接触部，例如，通常将钼(Mo)14置于玻璃基片12上。光伏器件10的第一活动区包括半导体薄膜16，其通常是P型铜铟/镓二硒化物(CIGS)。n型化合物半导体18的薄“窗口”层通常包括硫化镉(CdS)，被形成于CIGS薄膜16上。导电的宽带隙半导体材料层20通常由类似氧化锌的基本透明的导电金属氧化物形成，其配置在CdS层18上作为光伏器件10的透明前接触/电极25。光伏器件10可进一步包括：一系列正面接触部(未示出)，例如以金属网格位于透明前接触25上的形式来促进生成的电子的提取；和前玻璃基片21，从而被完成。较大的太阳能电池可通过划线器被分成多个或更小的电池，例如激光或机械划线器，通常为P1、P2、和P3，其允许单个的电池以串联形式被连接。如上所述，类似Mo的金属可作为光伏器件例如CIGS太阳能电池10的背电极(或后接触部)14，来提取太阳能电池10的CIGS半导体吸收层16中所产生的正电荷。在一些例子中，Mo背电极14可被溅射沉积，例如，直流磁控溅射至CIGS太阳能电池10的后玻璃基片12上。如上所述，CIGS电池的核心可为多晶的p型黄铜矿半导体吸收层，通常利用共蒸发、溅射、或非真空处理，随后在高温下经与硒或硫磺的固汽相反应(硫化铜铟镓CIGS的情况下)被形成，有时也称为硒化或硫化。电镀CIGS吸收层近来成为用于低成本制造CIGS器件的技术。电镀的一些优点包括：较高的材料利用率(例如，减少材料浪费)，被改善的沉积准确度，且电镀为公知的和容易理解的技术。在典型的电镀的CIGS器件中，使用厚度范围为40-80nm的铜(Cu)种子层，且其通常被沉积在较厚的Mo后接触层14上。随后通过高温硒化和/或硫化将CIGS吸收层16形成在含有铜的种子层上。在TCO前接触/电极25形成之后，使用化学浴沉积将薄的(例如，～50-100nm)n型Cds窗口层形成在CIGS吸收层上。在器件形成期间，有序缺陷黄铜矿(ODC)形成于CIGS/CdS界面。该ODC被认为可提高器件性能。铜种子层上的CIGS的形成可通过多种方式被完成。各CIGS沉积法之后，在约450℃-600℃的温度下进行高温后沉积烘烤。第一个示例性方法包括：在电镀附加的铜层之后电镀铟和镓层，然后使堆栈与Se或S反应。第二个示例性方法包括：电镀Cu-In、Cu-Ga、In-Ga或Cu-Se、Ga-Se、和In-Se合金，并在铜种子层上使其反应。第三个示例性方法包括：简单地电镀整个CIGS化合物。但是，CIGS吸收层16较难与Mo后接触14匹配，导致性能不足。因此，根据本专利技术的示例性实施例，CIGS类型的光伏器件中，含有Mo的后接触14和CIGS吸收层16之间须插入界面(或“种子”)层。根据在此公开的示例性实施例，Mo后接触14和CIGS吸收层16之间插入的界面/种子层可包括或主要由Cu、In、和Ga元素中的一个、两个或三个构成，来制备CIGS吸收层。界面种子层可由一个或多个层/子层组成。在本专利技术的示例性实施例中，提供一种用于制备光伏器件的方法，该方法包括：将含有钼的导电后接触层形成在后基片上；在所述后基片和所述导电后接触层上溅射沉积界面种子层，所述界面种子层包含铜(Cu)、铟(In)、和镓(Ga)；在所述后基片上形成半导体吸收薄膜，位于所述界面种子层上，其中，所述形成半导体吸收薄膜的步骤包括：溅射含有或主要由铜构成的层，并随后在所述含有或主要由铜构成的层上电镀含有铟和镓的薄膜，所述含有铟和镓的薄膜包括一个或多个层。此外，在Mo/CIGS界面附近提供被构造分级的界面种子层，其优点在于可进一步提高半导体CIGS吸收层16与Mo后电极14的匹配。生成的界面种子层的构造分级可通过不同的方法被完成，对此将在下面参照不同的示例性实施例进行更详细地说明。根据在此公开的示例性实施例，示出一些不同的示例性种子层。该种子层中的任何一个可独自或彼此结合来进行使用，其选择性地配置在后接触的Mo部分14上或顶部(直接或间接地)。例如，种子层或堆栈，包括或主要由多个子层或薄膜构成，可通过使用多重阴极溅射的分级方式被溅射沉积，以交替方式具有精确及良好控制的Cu、In、和Ga的组成。根据示例性实施例，通过使用溅射而不是依赖扩散分布，其被发现由此可更容易控制示例性种子堆栈的组成、厚度、和/或Cu、In、和Ga成分的摩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备光伏器件的方法，所述方法包括：将含有钼的导电后接触层形成在后基片上；在所述后基片和所述导电后接触层上溅射沉积界面种子层，所述界面种子层包含铜、铟、和镓；在所述后基片上形成半导体吸收薄膜，位于所述界面种子层上，其中，所述形成半导体吸收薄膜的步骤包括：溅射含有或主要由铜构成的层，并随后在所述含有或主要由铜构成的层上电镀含有铟和镓的薄膜，所述含有铟和镓的薄膜包括一个或多个层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.25 US 13/455,3171.一种制备光伏器件的方法，所述方法包括：将含有钼的导电后接触层形成在后基片上；在所述后基片和所述导电后接触层上溅射沉积界面种子层，所述界面种子层包含铜、铟、和镓；在所述后基片上形成半导体吸收薄膜，位于所述界面种子层上，其中，所述形成半导体吸收薄膜的步骤包括：溅射含有或主要由铜构成的层，并随后在所述含有或主要由铜构成的层上电镀含有铟和镓的薄膜，所述含有铟和镓的薄膜包括一个或多个层，所述界面种子层包括多个分别含有CIGS的层，且所述界面种子层被构造分级。2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：在所述半导体吸收薄膜上形成前电极。3.如权利要求1所述的方法，其中，所述含有或主要由铜构成的层，其厚度为20-100nm。4.如权利要求1所述的方法，其中，所述含有或主要由铜构成的层，其厚度为40-80nm。5.如权利要求1所述的方法，其中，所述电镀含有铟和镓的薄膜的步骤包括：在所述含有或主要由铜构成的层上，电镀含有或主要由铟构成的层并随后电镀含有或主要由镓构成的层。6.如权利要求1所述的方法，其中，所述电镀含有铟和镓的薄膜的步骤包括：在所述含有或主要由铜构成的层上，电镀含有CIGS的整个化合物。7.如权利要求1所述的方法，其中，所述电镀含有铟和镓的薄膜的步骤包括：电镀铜铟、铜镓、和铟镓合金并使所述合金在所述含有或主要由铜构成的层上起反应。8.如权利要求1所述的方法，其中，所述形成半导体吸收薄膜的步骤包括：在所述电镀之后，使用450-600℃的温度来加热所述电镀的层。9.如权利要求1所述的方法，其中，所述界面种子层的厚度为20-100nm。10.如权利要求9所述的方法，其中，所述界面种子层厚度为40-80nm。11.如权利要求1所述的方法，其中，所述后基片包括玻璃。12.如权利要求1所述的方法，其中，所述界面种子层包括的多个分别含有CIGS的层为含金属和/或金属层。13.一种制备光伏器件的方法，所述方法包括：将含有钼的导电后接触层形成在后基片上；在所述后基片和所述导电后接触层上溅射沉积界面种子层，所述界面种子层包含铜、铟、和镓；在所述后基片上形成半导体吸收薄膜，位于所述界面种子层上，其中，所述形成半导体吸收薄膜的步骤包括：溅射含有或主要由铜构成的层，并随后在所述含有或主要由铜构成的层上电镀含有铟和镓的薄膜，所述含有铟和镓的薄膜包括一个或多个层；其中，所述界面种子层包括多个含有铜、铟、镓的含金属和/或金属层，其中，所述多个含有铜、铟、镓的含金属和/或金属层的第一层，其镓含量大于所述多个含有铜、铟、镓的含金属和/或金属层的第二层，其中，与所述多个含有铜、铟、镓的含金属和/或金属层的所述第一层相比，所述多个含有铜、铟、镓的含金属和/或金属层的所述第二层更远离所述含有钼的导电后接触层。14.一种制备光伏器件的方法，所述方法包括：将含有钼的导电后接触层形成在后基片上；在所述后基片和所述导电后接触层上溅射沉积界面种子层，所述界面种子层包含铜、铟、和镓；在所述后基片上形成半导体吸收薄膜，位于所述界面种子层上，其中，所述形成半导体吸收薄膜的步骤包括：溅射含有或主要由铜构成的层，并随后在所述含有或主要由铜构成的层上电镀含有铟和镓的薄膜，所述含有铟和镓的薄膜包括一个或多个层；其中，所述界面种子层包括：含有铜、铟、镓的第一和第二金属和/或含金属层，其中，与所述第二层相比，所述第一层更接近所述含有钼的导电后接触层，且其中，所述第一层的镓含量大于所述第二层的镓含量。15.如权利要求14所述的方法，其中，在所述界面种子层中[Cu]>([In]+[Ga])，[Cu]是铜的浓度，[In]是铟的浓度，且[Ga]是镓的浓度。16.如权利要求14所述的方法，其中，[Ga]/([In]+[Ga])的浓度比率，从最接近所述含有钼的导电层的界面的所述界面种子层的所述第一层中的0.5，减少至所述界面种子层与所述光伏器件的CIGS半导体吸收层之间的界面中的0.3。17.如权利要求14所述的方法，其中，[Ga]/([In]+[Ga])的浓度比率，从最接近所述含有钼的导电层的界面的所述界面种子层的所述第一层中的0.4，逐步减少至所述界面种子层与所述光伏器件的CIGS半导体吸收层之间的界面中的0.3。18.如权利要求14所述的方法，其中，贯穿所述界面种子层的[Ga]/([In]+[Ga])的浓度比率为0.3。19.一种制备光伏器件的方法，所述方法包括：将含有钼的导电后接触层形成在后基片上；在所述后基片和所述导电后接触层上溅射沉积界面种子层，所述界面种子层包含铜、铟、和镓；在所述后基片上形成半导体吸收薄膜，位于所述界面种子层上，其中，所述形成半导体吸收薄膜的步骤包括：溅射含有或主要由铜构成的层，并随后在所述含有或主要由...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿列克谢·克拉斯诺夫，威廉·邓·波尔，
申请(专利权)人：葛迪恩实业公司，
类型：发明
国别省市：美国;US