混合CZTSSe 光伏器件制造技术

本发明专利技术涉及混合CZTSSe光伏器件。一种包括第一接触和混合吸收体层的光伏器件。所述混合吸收体层包括硫属化物层和与所述硫属化物层接触的半导体层。在所述吸收体层上形成缓冲层，以及在所述缓冲层上形成透明导电接触层。

【技术实现步骤摘要】
混合CZTSSe光伏器件
本专利技术涉及光伏器件，具体来说，涉及使用了由诸如Cu-Zn-Sn-S/Se(CZTSSe)的硫属化物以及其它高品质的太阳能半导体材料组成的混合吸收体层形成的方法和器件。
技术介绍
Cu-In-Ga-S/Se(CIGSSe)技术提供了高性能太阳能电池，其具有20.3％极高功率转换效率(PCE)。未存在已知的界面复合的问题，CIGSSe太阳能电池具有和带隙相关的非常大的开路电压(Voc)。遗憾地是，对于诸如铟的稀有元素的依赖，限制了此技术的特大规模使用。Cu-Zn-Sn-S/Se(CZTSSe)是全包括了地球的丰富元素的新兴的薄膜太阳能电池技术。尽管特别是使用基于肼的溶液处理的CZTSSe太阳能电池的发展已经取得进展，其PCE仅能达到11.1％。在CZTSSe太阳能电池中也存在若干主要限制。例如，可能会经历低Voc，这被猜测为是源于高缓冲—吸收体界面复合、高体缺陷态、体中存在的带尾态和可能的在体中或界面钉扎的费米能级。此外，CZTSSe还遭受低填充因子(FF)，该填充因子最可能是源于低Voc和来自各种层或器件内势垒形成的更高的串联电阻。
技术实现思路
一种包括第一接触和混合吸收体层的光伏器件。所述混合吸收体层包括硫属化物(chalcogenide)层和与所述硫属化物层接触的半导体层。在所述吸收体层上形成缓冲层，在所述缓冲层上形成透明导电接触层。另一种光伏器件，所述器件包括衬底、在所述衬底上形成的第一接触和混合吸收体层。所述混合吸收体层包括Cu-Zn-Sn-S/Se(CZTSSe)层和与所述CZTSSe层接触的至少一个半导体层。在所述吸收体层上形成缓冲层，以及在所述缓冲层上形成透明导电接触层。在所述透明导电接触层上形成金属接触；所述金属接触和所述透明导电接触层形成前光接收表面。一种用于制造光伏器件的方法，所述方法包括在衬底上沉积第一接触；在所述第一接触上形成混合吸收体层，所述混合吸收体层包括Cu-Zn-Sn-S(Se)(CZTSSe)层和与所述CZTSSe接触的另一半导体层；在所述吸收体层上形成缓冲层；在所述缓冲层上沉积透明导电接触层；在所述透明导电接触上构图金属接触，所述金属接触和所述透明导电接触层形成前光接收表面。从下文中对其说明性实施例的详细描述中，这些及其它特征和优点将变得显而易见，所述详细描述要结合附图阅读。附图说明本公开将参考以下附图在优选实施例的以下描述中提供细节，在附图中：图1为根据本专利技术原理的定为Ⅰ型的光伏器件的横截面图；图2为根据本专利技术原理的定为Ⅱ型的光伏器件的横截面图；图3为根据本专利技术原理的定为Ⅲ型的光伏器件的横截面图；图4A为用于基线CZTSSe器件的能带图和结构，该器件包括透明导电氧化物(TCO)、CdS缓冲层和CZTSSe吸收体层(光来自TCO侧)图4B为基线材料器件的能带图和结构，该器件包括透明导电氧化物(TCO)、CdS缓冲层和半导体吸收体层(X)(例如，CIGSSe)；图4C为根据一个实施例的用于Ⅰ型器件的能带图和结构，该器件包括混合CZTSSe/半导体(X)吸收体层；图4D为根据另一个实施例的用于Ⅱ型器件的能带图和结构，该器件包括混合X/CZTSSe吸收体层；图4E为根据另一个实施例的用于Ⅲ型器件的能带图和结构，该器件包括混合X/CZTSSe/X吸收体层；以及图5为根据说明性实施例的用于形成带有混合吸收体层的光伏器件的方法的框图/流程图。具体实施方式根据本专利技术原理，提供了混合Cu2(Zn,Sn)(S,Se)4(CZTSSe)光伏器件，其结合了CZTSSe的构成元素在地球中含量丰富以及另一高性能太阳能材料(为便于参考，始终标为X)的高性能和高开路电压的优点。半导体X可包括，例如，CIGSSe或CdTe，然而也可以采用其它半导体材料。Cu-In-Ga-S,Se(以下CIGSSe)太阳能电池产生很高的性能，其效率的世界纪录为20.3％，然而这些材料难以获得并且包括诸如铟的昂贵的稀有元素。混合CZTSSe器件可包括带有缓冲体(buffer)/CZTSSe/X配置的Ⅰ型器件、带有缓冲体/X/CZTSSe配置的Ⅱ型器件以及带有缓冲体/X/CZTSSe/X配置的Ⅲ型器件。与具有相同总吸收体厚度的基线CZTSSe器件相比，所有类型的混合器件均提供更高的能量转换效率。混合CZTSSe器件提供一种用于性能材料成本优化的新途径，该成本优化是用于薄膜硫属化物太阳能电池的大规模部署。要明白，将关于具有衬底和光伏叠层的给定说明性构造来描述本专利技术；然而，其它构造、结构、衬底、材料和工艺特征和步骤可以在本专利技术的范围内变化。还要明白，当诸如层、区域或衬底的元件称为在另一元件“上”或者“之上”时，它可以是直接在该另一元件上，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接”在另一元件“上”或者“之上”时，不存在中间元件。还要明白，当元件被称为“连接”或者“耦合”到另一元件时，它可以是直接连接或耦合到该另一元件，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或者“直接耦合”到另一元件时，不存在中间元件。可为集成电路集成产生光伏器件的设计，或者光伏器件的设计可以与印刷电路板上的部件相结合。电路/板可以在图形计算机编程语言中体现，并且被存储在计算机存储介质(例如，盘、带、物理硬盘驱动器或诸如存储存取网络的虚拟硬盘驱动器)中。若设计者未制造芯片或者用于制造芯片或光伏器件的光刻掩模，设计者可通过物理手段(例如，通过提供存储有该设计的存储介质的副本)或电子地(例如，通过互联网)直接地或间接地将所得到的设计传送到这类实体。然后，把所存储的设计转换成适当的形成(例如，GDSII),用于制造光刻掩模，光刻掩模通常包括要形成在晶片上的所讨论的芯片设计的多个副本。利用光刻掩模限定晶片(和/或其上的层)的要刻蚀的或者以其它方式处理的区域。本申请中所描述的方法可用于制造光伏器件和/或具有光伏器件的集成电路芯片。所得到的器件/芯片可以以原始芯片的形式(即，作为具有多个未封装的器件/芯片的单个晶片)、作为裸管芯或者以封装的形式由制造者分配。在后者的情况下，器件/芯片安装在单个芯片封装体(例如，具有固定到母板或其它更高级载体的引线的塑料载体)中或者安装在多芯片封装体(例如，具有表面互连或掩埋互连、或者具有表面互连和掩埋互连的陶瓷载体)中。在任何一种情况下，器件/芯片然后可以作为(a)诸如母板的中间产品或(b)最终产品的一部分，与其它芯片、分立电路元件和/或其它信号处理装置集成。该最终产品可以是包括集成电路芯片的任何产品，包括玩具、能量收集器、太阳能器件和其它应用，该其它应用包括具有显示器、键盘或其它输入装置以及中央处理器的计算机产品或装置。此处描述的光伏器件对于用来给电子装置、家庭、建筑物、车辆等提供电力的太阳能电池或面板特别有用。也要明白，将关于所列出的诸如Cu-Zn-Sn-S(Se)(CZTSSe)的元素来描述材料化合物。对于CIGSSe、CdS等同样适用。这些化合物可包括化合物内元素的不同比例，例如Cu2-xZn1+ySn(S1-zSez)4+q，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，-1≤q≤1，等等。此外，根据本专利技术原理，诸如掺杂剂的其它元素也可包含在化合物中，并且仍旧其作用。带有另本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏器件，所述器件包括：第一接触；混合吸收体层，包括：硫属化物层；以及与所述硫属化物接触的半导体层；在所述吸收体层上形成的缓冲层；以及在所述缓冲层上形成的透明导电接触层。

【技术特征摘要】
2013.06.28 US 13/930,9751.一种光伏器件，所述器件包括：第一接触；混合吸收体层，包括：硫属化物层；以及与所述硫属化物接触的半导体层；在所述吸收体层上形成的缓冲层；以及在所述缓冲层上形成的透明导电接触层，还包括第二半导体层，其中所述半导体层和所述第二半导体层夹住所述硫属化物层。2.根据权利要求1的器件，其中，所述硫属化物层包括CZTSSe。3.根据权利要求2的器件，其中所述CZTSSe包括Cu2-xZn1+ySn(S1-zSez)4+q，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，-1≤q≤1。4.根据权利要求1的器件，其中，所述半导体层包括Ⅳ、Ⅲ-Ⅴ、Ⅱ-Ⅵ和Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2族材料之一。5.根据权利要求1的器件，其中所述半导体层包括CIGSSe。6.根据权利要求5的器件，其中所述CIGSSe包括CuInxGa(1-x)Se2，其中x的值从1变化到0。7.根据权利要求1的器件，其中所述半导体层与所述缓冲层接触，且所述硫属化物层与所述半导体层接触并与所述缓冲层相对。8.根据权利要求1的器件，还包括在所述透明导电接触层上形成的金属接触以及还包括在其上形成有所述第一接触的衬底。9.一种光伏器件，所述器件包括：衬底；在所述衬底上形成的第一接触；混合吸收体层，包括：CZTSSe层；...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·格克曼，O·古纳万，R·A·海特，金志焕，D·B·米茨，M·T·温克勒，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US