本发明专利技术关于一种用于产生分层堆叠以用于制造具有Cu2ZnSn(S,Se)4类型的化合物半导体的薄膜太阳能电池的方法，包括以下步骤：提供衬底；在所述衬底上沉积阻挡层，所述阻挡层包括被适配成阻止碱金属的扩散的材料；在所述阻挡层上沉积电极层；沉积包括金属铜、锌和锡的第一前体层；在所述第一前体层上沉积包括从硫和硒中选择的至少一个硫属元素的第二前体层；使所述前体层退火以结晶化所述化合物半导体；在所述第一和第二前体层的退火期间供应至少一种工艺气体，其中（i）在硫或者硒被包含在所述第二前体层中的情况下，另一硫属元素和/或包含另一硫属元素的化合物被包含在所述工艺气体中，或者（ii）在硫和硒被包含在所述第二前体层中的情况下，硫和/或硒和/或包含硫的化合物和/或包含硒的化合物被包含在所述工艺气体中；（i）在所述前体层的所述退火之前在所述前体层和/或所述电极层上，（ii）在所述前体层的所述退火期间在所述前体层上，和/或（iii）在所述前体层的退火之后在所述化合物半导体上沉积元素钠和/或含钠化合物，其中所述化合物半导体以这样的方式产生以使得获得在所述化合物半导体的第一边界面和第二边界面之间的明确的钠和硫深度分布。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术关于一种用于产生分层堆叠以用于制造具有Cu2ZnSn(S,Se)4类型的化合物半导体的薄膜太阳能电池的方法，包括以下步骤：提供衬底；在所述衬底上沉积阻挡层，所述阻挡层包括被适配成阻止碱金属的扩散的材料；在所述阻挡层上沉积电极层；沉积包括金属铜、锌和锡的第一前体层；在所述第一前体层上沉积包括从硫和硒中选择的至少一个硫属元素的第二前体层；使所述前体层退火以结晶化所述化合物半导体；在所述第一和第二前体层的退火期间供应至少一种工艺气体，其中（i）在硫或者硒被包含在所述第二前体层中的情况下，另一硫属元素和/或包含另一硫属元素的化合物被包含在所述工艺气体中，或者（ii）在硫和硒被包含在所述第二前体层中的情况下，硫和/或硒和/或包含硫的化合物和/或包含硒的化合物被包含在所述工艺气体中；（i）在所述前体层的所述退火之前在所述前体层和/或所述电极层上，（ii）在所述前体层的所述退火期间在所述前体层上，和/或（iii）在所述前体层的退火之后在所述化合物半导体上沉积元素钠和/或含钠化合物，其中所述化合物半导体以这样的方式产生以使得获得在所述化合物半导体的第一边界面和第二边界面之间的明确的钠和硫深度分布。【专利说明】用于产生掺杂有钠的五元化合物半导体CZTSSE的方法
本专利技术在制造薄膜太阳能电池的领域中并且具体地涉及用于产生分层的堆叠以用于制造薄膜太阳能电池的方法，所述薄膜太阳能电池包括由钠掺杂的CZTSSe类型的五元化合物半导体制成的吸收体。
技术介绍
近年来，可以观察到用于将太阳光转换成电能的太阳能电池的增加的使用。由于与相对高的转换效率结合的成本高效的生产过程，可以在薄膜太阳能电池中看到特殊的兴趣。薄膜太阳能电池具有如几微米那样薄的功能层，并且因此，需要诸如玻璃板、金属板或塑料箔之类的衬底以获得充足的机械稳定性。 基于Cu (In, Ga) (S，Se)2类型的多晶化合物半导体的薄膜太阳能电池鉴于它们的可加工性和转换效率已经证明了优势。为了进一步降低生产成本并且鉴于所关注的材料的长期可用性，已经做出极大的努力来找到对基于Cu (In, Ga) (S，Se)2的化合物半导体的替换物。近来，在包括铜(Cu )、锌(Zn )、锡(Sn )、硫(S )和硒(Se )的Cu2ZnSn (S，Se) 4类型的五元半导体中看到有前景的替换物，其通常按首字母缩略词“CZTSSe”来缩写。在可见光中，基于CZTSSe的半导体薄膜典型地具有高达14CnT1的吸收系数和大约1.5eV的直接带隙。 一般地，薄膜太阳能电池的光吸收材料的具体属性对于光转换效率是决定性的。用于产生吸收体的两种不同方法已经得到广泛的接受，一种方法是热衬底上元素物质的共蒸发，第二种是冷衬底上前体材料的接连沉积，其后跟随有退火过程(RTP=快速热处理(Rapid Thermal ￡rocessing)),其导致前体材料结晶化至化合物半导体。这样的方法例如描述在 J.Palm 等人的 “675.module pilot processing applying concurrent rapidselenizat1n and sulfurizat1n of large area thin film precursors(/SiMHiR 前体的并发快速硒化和硫化的CIS模块试处理)”，Thin Solid Films 431-432，S.414-522(2003)中。 美国专利申请公开N0.2007/0193623 Al描述了钠在具有由CIGS制成的光吸收材料的太阳能电池的背电极上的沉积。它还描述了在光吸收材料的热处理期间作为溶液施加的钠的供应以及光吸收材料的热处理之后钠到冷却衬底上的沉积。 德国专利DE 4442824 Cl描述了钠在太阳能电池的背电极上的沉积以及钠连同由CIGS制成的光吸收材料的前体材料的共溅射。 国际专利申请WO 2011/090728 A2描述了钠与光吸收材料的共沉积。 依照前文，本专利技术的目的是提供一种用于产生分层堆叠以用于制造薄膜太阳能电池的新方法，其能够容易地用于改善薄膜太阳能电池的光转换效率。这些和另外的目的通过根据独立权利要求的方法来满足。本专利技术的优选实施例由从属权利要求给出。
技术实现思路
如本文所使用的，术语“衬底”指代具有两个相对表面的任何平面体，可以向所述两个相对表面中之一上沉积层的序列。在术语的意义上的衬底包括刚性或柔性衬底，诸如但不限于玻璃板、金属片、塑料片和塑料箔。术语“化合物半导体”指代包括了与彼此结晶化以产出化合物半导体的多个金属和硫属元素(前体材料)的任何半导体材料(合金)。因此，前体材料是当结晶化时产出化合物半导体的物质。术语“前体层”涉及由至少一种前体材料制成的层。术语“序列”涉及层的堆叠式布置。另外，如本文所使用的，术语物理气相沉积技术(PVD技术)涉及其中通过供应能量将固体或液体材料变换成其气相以便然后凝结在表面上的技术。如本文所使用的，术语“第一边界面”和“第二边界面”涉及化合物半导体的边界面，其中第一边界面比第二边界面更远离衬底。结果，第一边界面比第二边界面相应地更接近太阳能电池和分层堆叠的表面。 根据本专利技术，提出了一种用于产生分层堆叠以用于制造具有包括化合物半导体的吸收体的薄膜太阳能电池的新方法。 在一个实施例中，所要求保护的过程有关制造具有包括Cu2ZnSn (S，Se) 4类型(缩写为CZTSSe)的化合物半导体的吸收体的薄膜太阳能电池。因此，化合物半导体包含铜(Cu)、锌(Zn)、锡(Sn)、硫(S)和硒(Se)。化合物半导体Cu2ZnSn(S，Se)4可以展现出意味着 Cu/(Zn+Sn) < I 并且 Zn/Sn > I 的非化学计量(off-stoich1metric)性能。针对 Cu/(Zn+Sn)的值可以在0.4与I之间的范围并且Zn/Sn可以在0.5与2.0之间的范围。 在一个实施例中，该方法包括提供衬底的步骤。 在一个实施例中，该方法包括在所述衬底上沉积阻挡层的步骤，所述阻挡层由被适配成阻止碱金属、尤其是钠离子的扩散的材料制成。 在一个实施例中，该方法包括在阻挡层上沉积由导电材料制成的电极层的步骤。因此，碱金属、尤其是钠离子在衬底与电极层之间的扩散可以被阻挡层阻止。 在一个实施例中，该方法包括在电极层上沉积前体层的步骤，所述前体层中的每一个包括化合物半导体的至少一种前体材料，其后跟随有使前体层退火(热处理)以结晶化化合物半导体的另外的步骤(退火过程)。 在一个实施例中，沉积前体层的上述步骤包括 -沉积包括金属铜、锌和锡的第一前体层；-在第一前体层上沉积第二前体层，其包括从硫和硒中选择的至少一个硫属元素；-在第一和第二前体层的退火(热处理)期间供应至少一种工艺气体(process gas),其中(i)在要么硫要么(可替换地)硒被包含在第二前体层中的情况下，另一硫属元素和/或包含另一硫属元素的化合物被包含在工艺气体中，或者(ii)在硫和硒二者都被包含在第二前体层中的情况下，硫和/或硒和/或包含硫的化合物和/或包含硒的化合物被包含在工艺气体中。 如上所述，通过在两阶段过程中沉积前体材料，化合本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于产生分层堆叠（3）以用于制造具有Cu2ZnSn(S, Se)4类型的化合物半导体（6）的薄膜太阳能电池（1）的方法，包括以下步骤：‑提供衬底（2）；‑在所述衬底（2）上沉积阻挡层（4），所述阻挡层（4）包括被适配成阻止碱金属的扩散的材料；‑在所述阻挡层（4）上沉积电极层（5）；‑沉积包括金属铜、锌和锡的第一前体层；‑在所述第一前体层上沉积包括从硫和硒中选择的至少一个硫属元素的第二前体层；‑使所述前体层退火以结晶化所述化合物半导体（6）；‑在所述第一和第二前体层的退火期间供应至少一种工艺气体，其中（i）在硫或者硒被包含在所述第二前体层中的情况下，另一硫属元素和/或包含另一硫属元素的化合物被包含在所述工艺气体中，或者（ii）在硫和硒被包含在所述第二前体层中的情况下，硫和/或硒和/或包含硫的化合物和/或包含硒的化合物被包含在所述工艺气体中；‑如下沉积元素钠和/或含钠化合物（i）在所述前体层的所述退火之前在所述前体层和/或所述电极层上，（ii）在所述前体层的所述退火期间在所述前体层上，和/或（iii）在所述前体层的退火之后在所述化合物半导体（6）上；其中所述化合物半导体（6）以这样的方式产生以使得获得在所述化合物半导体（6）的第一边界面（11）与第二边界面（12）之间的以下钠深度分布之一，所述第一边界面（11）比所述第二边界面（12）更远离所述衬底（2）：（i）钠含量在所述第一边界面（11）处最大并且朝向所述第二边界面（12）连续减小以在所述第二边界面（12）处最小，（ii）钠含量在所述第一边界面（11）处最小并且朝向所述第二边界面（12）连续增大以在所述第二边界面（12）处最大，（iii）钠含量在所述第一边界面（11）处具有第一最大值，朝向所述第二边界面（12）减小以具有最小值，并且朝向所述第二边界面（12）增大以具有第二最大值，（iv）钠含量在所述第一边界面（11）处具有第一最小值，朝向所述第二边界面（12）增大以具有最大值，并且朝向所述第二边界面（12）减小以具有第二最小值；并且其中所述化合物半导体（6）以这样的方式产生以使得获得在所述化合物半导体（6）的所述第一边界面（11）与所述第二边界面（12）之间的以下硫深度分布之一：（i）硫含量在所述第一边界面（11）处最大并且朝向所述第二边界面（12）连续减小以在所述第二边界面（12）处最小，（ii）硫含量在所述第一边界面（11）处最小并且朝向所述第二边界面（12）连续增大以在所述第二边界面（12）处最大，（iii）硫含量在所述第一边界面（11）处具有第一最大值，朝向所述第二边界面（12）减小以具有最小值，并且朝向所述第二边界面（12）增大以具有第二最大值，（iv）硫含量在所述第一边界面（11）处具有第一最小值，朝向所述第二边界面（12）增大以具有最大值，并且朝向所述第二边界面（12）减小以具有第二最小值。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：R莱希纳，G马诺哈兰，S约斯特，
申请(专利权)人：法国圣戈班玻璃厂，
类型：发明
国别省市：法国;FR
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