可用作太阳能电池吸收层的基于黄铜矿的材料的铟溅射方法和材料技术

本发明专利技术公开了可用作太阳能电池吸收层的基于黄铜矿的材料的铟溅射方法和材料。一种太阳能电池包括由CIGAS(铜、铟、镓、铝和硒)形成的吸收层。提供了一种形成吸收层的方法，包括使用铟铝靶和使用溅射沉积方法沉积铟铝膜作为金属前体层。还提供了诸如CuGa层的另一些金属前体层，并且热处理操作使得金属前体层硒化。热处理操作/硒化操作将金属前体层转化成吸收层。在一些实施例中，吸收层包括基于黄铜矿的双渐变带隙。

【技术实现步骤摘要】
可用作太阳能电池吸收层的基于黄铜矿的材料的铟溅射方法和材料
本专利技术涉及太阳能电池以及用于形成太阳能电池中的吸收层的方法和系统。
技术介绍
太阳能电池是用于由太阳光直接产生电流的光生伏打组件。由于对清洁能源日益增长的需求，近年来太阳能电池的制造急剧扩张并且继续发展。目前已存在各种类型的太阳能电池并且仍在继续开发。太阳能电池包括吸收层，其吸收太阳光，将其转换为电流。因此，吸收层的质量和性能是至关重要的。为了使电流产生的效率最大化，吸收层的组成和吸收层的结构非常关键。因此，吸收层的形成以及其在太阳能电池衬底上的布置也是关键的操作。一种特别普遍型的吸收材料是基于CIGS的吸收材料。CIGS(即铜铟镓硒(Cu(ln，Ga)Se2))是普遍的硫族化物(chalcogenide)半导体材料，而且基于CIGS的材料用于各种应用中尤其是用作太阳能电池中的吸收层。为了形成基于CIGS的材料，必须在太阳能电池衬底上形成铟(In)材料。最普遍的以及最常用的是通过将来自铟溅射靶的铟溅射至衬底上来实现铟材料的形成。其他加工操作自然用来形成基于CIGS的吸收层的其他材料。铟层形成中的一个缺陷是铟金属层通常具有相互分离的大颗粒，这导致不想要的粗糙表面形态。通常认为这是由于铟的润湿性差所导致的高表面张力和低熔点温度造成的。不想要的粗糙表面形态包括小丘(hillocks)并且降低了吸收层在由太阳光的光子产生电流中的效率。尝试各种不同的溅射条件来改善铟层的表面形态，即降低表面粗糙度。过去的那些尝试在改善表面形态方面是不成功的并且通常是耗费时间的且导致较低的产量。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，根据本专利技术的一方面，提供了一种形成太阳能电池的方法，所述方法包括：提供包含铟和铝的InAl靶；提供太阳能衬底，在所述太阳能衬底上具有背接触层；在所述背接触层上方形成金属前体层，包括在所述太阳能电池衬底上在所述背接触层上方溅射所述InAl靶的材料；以及热处理，从而将所述金属前体层转化成吸收层。在所述的方法中，所述InAl靶包含约0.05至30原子百分比的铝。在所述的方法中，所述InAl靶包含约1原子百分比的铝，并且所述热处理包括约400℃至600℃范围内的温度。在所述的方法中，所述形成金属前体层进一步包括在所述溅射所述InAl靶的材料之前在所述太阳能电池衬底上在所述背接触层上方溅射来自CuGa靶的CuGa材料。在所述的方法中，所述吸收层包括CIGAS(铜-铟-镓-铝-硒)吸收层。在所述的方法中，所述热处理包括硒化工艺之后硫化工艺，并且生成为黄铜矿结晶层的所述吸收层。在所述的方法中，所述溅射所述InAl靶的材料在所述背接触层上生成厚度为约100nm的InAl膜，并且所述CIGAS吸收层的厚度为约2至3微米。在所述的方法中，所述背接触层包含钼，并且所述方法进一步包括在所述背接触层和所述金属前体层之间形成缓冲层以及在所述吸收层上方形成窗口层。在所述的方法中，所述热处理包括将硒结合至所述吸收层中的硒化工艺。在所述的方法中，所述热处理包括使用H2Se气体作为硒源的所述硒化工艺以及之后的硫化工艺，所述热处理使所述吸收层成为黄铜矿结晶材料。根据本专利技术的另一方面，提供了一种形成太阳能电池的方法，所述方法包括：提供包含铟和选自由Al、Zn、Cr、Ni和Ta构成的组中的另一种材料的靶；提供衬底，在所述衬底上具有背接触层；在所述背接触层上方形成金属前体层，包括在所述衬底上在所述背接触层上方溅射所述靶的材料；以及热处理，从而将所述金属前体层转化成吸收层。在所述的方法中，所述靶包含0.05至30原子百分比的所述另一种材料。在所述的方法中，所述靶包含约1原子百分比的所述另一种材料。在所述的方法中，所述热处理包括硒化工艺，并且所述吸收层包含硒。在所述的方法中，所述背接触层包含钼，并且所述方法进一步包括在所述背接触层和所述金属前体层之间形成缓冲层以及在所述吸收层上方形成窗口层。根据本专利技术的又一方面，提供了一种太阳能电池，包括：设置在太阳能电池衬底上方的吸收层，所述吸收层包括CIGAS(铜、铟、镓、铝、硒)材料。在所述的太阳能电池中，所述吸收层包括黄铜矿晶体结构，并且所述太阳能电池进一步包括设置在所述太阳能电池衬底和所述吸收层之间的背接触层以及设置在所述吸收层上方的窗口层。在所述的太阳能电池中，所述CIGAS材料包括CuIn(l-x-y)GaxAlySe2，其中y＜x并且x处于约0.2至0.35的范围内。在所述的太阳能电池中，所述CIGAS材料包含比铝更大量的镓，并且所述太阳能电池进一步包括设置在所述太阳能电池衬底和所述吸收层之间的钼背接触层。在所述的太阳能电池中，所述吸收层包括双渐变带隙。附图说明当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本专利技术。应该强调的是，根据惯例，附图中的各种部件没有按比例绘制。相反，为清楚起见，各种部件的尺寸可以被任意增大或缩小。在整个说明书和附图中，相同的标号表示相同的部件。图1示出根据本专利技术的用于形成太阳能电池的一系列加工操作并包括多个截面图；图2是示出图1中的一个截面图的更多细节的截面图；以及图3是根据本专利技术的实施例示出一系列加工操作的流程图。具体实施方式本专利技术提供一种创新性方法，包括提供铟溅射靶，该铟溅射靶还包含铝或者其他合适的金属。溅射靶用于在太阳能电池衬底上溅射金属前体层。金属前体层有利地与其他金属前体材料结合并且经过热处理以形成用于太阳能电池的基于黄铜矿的吸收层。铟靶中包含铝或者其他金属材料提供了诸多优点，诸如，由于含铟层更光滑的形态以及含铟金属前体层改善的组成均匀性得到具有增强效率的基于黄铜矿的太阳能电池。在一些实施例中，控制铝或者所添加的其他金属的量以形成具有基于黄铜矿的双渐变带隙(adoublegradedchalcopyrite-basedbandgap)的吸收层。图1示出一系列加工操作，包括步骤A至步骤E。对于每一步骤，都提供了太阳能电池结构的截面图。图1的步骤A示出具有上表面4的衬底2。在一个实施例中，衬底2是玻璃衬底，在一个具体的实施例中，衬底是钠钙玻璃衬底，但是在其他实施例中使用在太阳能电池制造业中所用的其他合适的衬底。步骤B示出在上表面4上直接设置背接触层6，但是在其他实施例中，在上表面4上方形成另一或另一些膜层从而使其介于衬底2和背接触层6之间。在一些实施例中，在衬底2和背接触层6之间插入阻挡层(未示出)，而在其他实施例中，在衬底2和背接触层6之间插入硅层、氧化物层或者这二者。在一些实施例中，背接触层6是由钼(Mo)形成，但是在其他实施例中使用其他合适的材料。背接触层6包括顶面8。图1的步骤C示出在背接触层6上方形成的金属前体层10。步骤C还示出由CuGa材料14和基于铟的材料16形成的金属前体层10。根据一个实施例，CuGa材料14和基于铟的材料16中的每一种都是溅射靶并且箭头18表示材料自CuGa材料14以及自基于铟的材料16溅射至衬底2上，更具体来说，是溅射至背接触层6的顶面8上。在一个实施例中，首先溅射来自CuGa材料14的材料以形成一个金属前体层，接着溅射来自基于铟的材料16的材料以形成含铟金属前体层。在另一实施例中，同时或者交替溅射来自CuGa材料14和基于铟的材料16的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成太阳能电池的方法，所述方法包括：提供包含铟和铝的InAl靶；提供太阳能衬底，在所述太阳能衬底上具有背接触层；在所述背接触层上方形成金属前体层，包括在所述太阳能电池衬底上在所述背接触层上方溅射所述InAl靶的材料；以及热处理，从而将所述金属前体层转化成吸收层。

【技术特征摘要】
2012.11.29 US 13/689,0911.一种形成太阳能电池的方法，所述方法包括：提供包含铟和铝的InAl靶；提供太阳能衬底，在所述太阳能衬底上具有背接触层；在所述背接触层上方形成金属前体层，包括在所述太阳能电池衬底上在所述背接触层上方溅射所述InAl靶的材料；以及热处理，从而将所述金属前体层转化成吸收层，其中，所述吸收层包括CIGAS(铜-铟-镓-铝-硒)吸收层。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述InAl靶包含0.05至30原子百分比的铝。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述InAl靶包含1原子百分比的铝，并且所述热处理包括400℃至600℃范围内的温度。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述形成金属前体层进一步包括在所述溅射所述InAl靶的材料之前在所述太阳能电池衬底上在所述背接触层上方溅射来自CuGa靶的CuGa材料。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热处理包括硒化工艺之后硫化工艺，并且生成为黄铜矿结晶层的所述吸收层。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述溅射所述InAl靶的材料在所述背接触层上生成厚度为100nm的InAl膜，并且所述CIGAS吸收层的厚度为2至3微米。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述背接触层包含钼，并且所述方法进一步包括在所述背接触层和所述金属前体层之间形成缓冲层以及在所述吸收层上方形成窗口层。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热处理包括将硒结合至所述吸收层中的硒化工艺。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述热处理包括使用H2Se气体作为硒源的所述硒化工艺以及之后的硫化工艺，所述热处理使所述吸收层成为...

【专利技术属性】
技术研发人员：严文材，吴忠宪，陈世伟，李文钦，
申请(专利权)人：台积太阳能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71