用于ＣＩＧＳ基薄膜光伏电池的薄膜钠物种阻挡方法和结构技术

一种用于制作薄膜太阳能电池的方法，包括提供含有表面区域且氧化钠浓度大于约１０ｗｔ％的钠钙玻璃基板，和用一种或多种清洁工艺处理表面区域，采用去离子水冲洗，以去除粒径大于３微米的表面污染物。该方法还包括形成覆盖表面区域的阻挡层，形成覆盖阻挡层的处于拉伸构造中的第一钼层，和采用第二工艺形成覆盖第一钼层的处于压缩构造中的第二钼层。另外，该方法包括使第一钼层和第二钼层图案化而形成下电极层以及形成覆盖下电极层的光伏材料层。而且，该方法包括形成覆盖光伏材料层的第一氧化锌层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及光伏材料和制造方法。更具体地，本专利技术提供了用于制作薄膜 太阳能电池的方法和结构。仅以举例方式，本专利技术描述了用于制造铜铟镓二硒(铜铟镓硒) 基(copper indium gallium diselenide based)薄膜光伏器件的方法和结构，但是应该认 识到本专利技术还可以具有其它构造。
技术介绍
从一开始，人类就已经应对挑战来寻找利用能量的方式。能量来自于例如，以石化 产品、水力发电、核能、风、生物质、太阳能的形式，以及更原始的形式，例如，木材和煤。在过 去的一个世纪中，现代文明已依赖于作为重要能源的石化能量。石化能量包括天然气和石 油。天然气包括更轻的形式，例如，丁烷和丙烷，通常用于加热住宅并用作用于烹饪的燃料。 天然气还包括通常用于运输目的的汽油、柴油和喷气燃料。石化产品的更重的形式也可以 用来加热某些地方的住宅。遗憾的是，基于在行星地球上可获得的量，石化燃料的供应是有 限的并且基本上是固定的。另外，由于更多的人以增长的量使用石油产品，所以其迅速地变 成稀缺资源，并随着时间最终被耗尽。近年来，已经期望环境上清洁且可再生的能量来源。清洁能量来源的一个实例是 水电力(水力发电)。水电力来自由水坝例如在内华达州的胡佛水坝(Hoover Dam)产生的 水流驱动的发电机。所产生的电力用来对在加利福尼亚州洛杉矶市的大部分城市供电。清 洁且可再生的能量来源还包括风能、波能、生物质能等。也就是说，风车将风能转化成更有 用形式的能量，例如电能。清洁能源还有的其它类型包括太阳能。在整个本专利技术背景并且 更具体地在以下内容中可以找到关于太阳能的具体细节。太阳能技术通常将来自太阳的电磁辐射转化成其它有用形式的能量。这些其它形 式的能量包括热能和电力。对于电力应用，经常使用太阳能电池。虽然太阳能在环境上是 清洁的并且从某种角度上已经成功，但是，在将其广泛应用于全世界之前，仍有许多限制有 待解决。作为一个实例，一种类型的太阳能电池使用来自半导体材料锭(ingots)的晶体材 料。这些晶体材料可以用来制造包括将电磁辐射转化成电力的光伏和光电二极管装置的光电装置。然而，晶体材料经常是昂贵的并且难以大规模制造。另外，由这样的晶体材料制造 的装置经常具有较低的能量转换效率。其它类型的太阳能电池使用“薄膜”技术来形成待 用于将电磁辐射转化成电力的光敏材料的薄膜。在使用薄膜技术制造太阳能电池时，存在 类似的限制。也就是说，效率经常较低。另外，薄膜的可靠性经常较差，并且在传统的环境 应用中不能长时间使用。通常，薄膜难以彼此机械地结合。并且，电极层、含钠玻璃基板、以 及覆盖吸收剂层(overlyingabsorber layers)的整合也成问题。在整个本说明书并且更 具体地在以下内容中，可以找到这些传统技术的这些和其它限制。
技术实现思路
本专利技术总体上涉及光伏材料和制造方法。更具体地，本专利技术提供了用于制作薄膜 太阳能电池的方法和结构。仅以举例方式，本专利技术描述了用于制造铜铟镓二硒(铜铟镓硒) 基薄膜光伏器件的方法和结构，但是应该认识到本专利技术还可以具有其它构造。在一个具体实施方式中，本专利技术提供了一种用于制作薄膜太阳能电池的方法。该 方法包括提供包含表面区域、且氧化钠浓度大于约10wt%的钠钙玻璃基板。该方法进一步 包括利用一种或多种清洁工艺来处理该表面区域，采用去离子水冲洗，以去除粒径大于3 微米的表面污染物。另外，该方法包括形成覆盖该表面区域的阻挡层(barrier layer)的 步骤。阻挡层的特征在于将钠保持在钠钙玻璃基板中。该方法进一步包括形成覆盖阻挡层 的第一钼层的第一步骤。第一钼层具有第一厚度且处于拉伸构造(tensileconfiguration) 中。该方法还包括形成覆盖第一钼层的第二钼层的第二步骤。第二钼层具有大于第一厚度 的第二厚度，并处于压缩构造(compressiveconfiguration)中。另外，该方法包括使第一 钼层和第二钼层图案化以形成下电极层。而且，该方法包括形成覆盖下电极层的光伏材料 层以及形成覆盖光伏材料层的第一氧化锌层。在另一个具体实施方式中，本专利技术提供了一种用于制作薄膜太阳能电池的方法。 该方法包括提供包含表面区域且氧化钠浓度大于约IOwt %的钠钙玻璃基板。该方法进一 步包括形成覆盖该表面区域的阻挡层。阻挡层的特征在于将钠保持在钠钙玻璃基板中。另 外，该方法包括采用第一工艺形成覆盖阻挡层的第一钼层。第一钼层具有第一厚度并处于 拉伸构造中。该方法还包括采用第二工艺形成覆盖第一钼层的第二钼层。第二钼层具有大 于第一厚度的第二厚度，并处于压缩构造中。另外，该方法包括使第一钼层和第二钼层图案 化以形成下电极层。而且，该方法包括形成包含铜物种、镓物种、铟物种和硒物种的覆盖下 电极层的吸收剂材料以及形成覆盖吸收剂材料的第一氧化锌层。在可替换的实施方式中，本专利技术提供了一种薄膜太阳能电池器件。该薄膜太阳能 电池器件包括含表面区域且氧化钠浓度大于约10wt%的钠钙玻璃基板。该薄膜太阳能电池 器件进一步包括覆盖表面区域而将钠保持在钠钙玻璃基板中的阻挡层。另外，薄膜太阳能 电池器件包括含覆盖阻挡层的第一钼层和覆盖第一钼层的第二钼层的下电极层。第一钼层 具有第一厚度并处于拉伸构造中，第二钼层具有大于第一厚度的第二厚度，并处于压缩构 造中。而且，薄膜太阳能电池器件包括含铜物种、铟物种、镓物种和硒物种的覆盖下电极层 的吸收剂材料以及覆盖吸收剂材料的第一氧化锌层。在某些具体实施方式中，光伏吸收剂层是在黄铜矿结构中的铜铟二硒(铜铟硒， copper indium diselenide)化合物半导体薄膜或铜铟镓二硒材料。在一些其它的实施方式中，吸收剂层通过具有宽带隙或不同掺杂的窗口层(window layer)覆盖。窗口层可以是 硫化镉(CdS)、硫化锌(ZnS)、硒化锌(a^e)、氧化锌(ZnO)、氧化锌镁(ZnMgO)等。在还有 的其它实施方式中，用作薄膜太阳能电池器件的上电极层的第一氧化锌层，可在吸收剂层 上于形成第二氧化锌层之后形成。具体而言，第二氧化锌层比第一氧化锌层具有更高的电 阻率。通过采用本专利技术的实施方式可以获得许多益处。具体而言，薄阻挡层提供重要的 扩散阻挡，用于将含钠物种保持在用于形成薄膜光伏电池的钠钙玻璃基板中。阻挡层防止 不受控的过量的钠与钼电极层反应，或防止为了实现其薄膜太阳能电池的高功效在形成具 有大晶粒尺寸的黄铜矿结构中的铜铟二硒薄膜期间导致薄膜晶粒劣化。本专利技术的实施方式 还包括通过工艺控制而形成具有特定分层的压缩/拉伸应力和厚度控制的双层钼电极层。 因此，该双层电极层尤其适用于激光图案化以形成制作薄膜太阳能电池所需的下电极层。 当然，可以存在其它变型、修改和替换。在整个本说明书并且更具体地在以下内容中，对这些和其它益处进行描述。 附图说明图1是示出了根据本专利技术一个实施方式制作薄膜太阳能电池的方法的简化流程 图；图2-7、7A_7E和8_12是示出包含用于制作根据本专利技术某些实施方式的薄膜太阳 能电池的一系列步骤的方法的示意图；以及图13和14是根据本专利技术实施方式制作的薄膜太阳能电池模块的测试IV特性。 具体实施例方式本专利技术总体上涉及光伏材料和制造方法。更具体地，本专利技术提本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于制作薄膜太阳能电池的方法，所述方法包括：提供包含表面区域且氧化钠浓度大于约１０重量百分比的钠钙玻璃基板；用一种或多种清洁工艺处理所述表面区域，采用去离子水冲洗，以去除粒径大于３微米的表面污染物；形成覆盖所述表面区域的阻挡层，所述阻挡层的特征在于将钠保持在所述钠钙玻璃基板中；采用第一工艺形成覆盖所述阻挡层的第一钼层，所述第一钼层具有第一厚度并处于拉伸构造中；采用第二工艺形成覆盖所述第一钼层的第二钼层，所述第二钼层具有大于所述第一厚度的第二厚度并处于压缩构造中，；使所述第一钼层和所述第二钼层图案化以形成下电极层；形成覆盖所述下电极层的光伏材料层；以及形成覆盖所述光伏材料层的第一氧化锌层。

【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：罗伯特·D·维廷，
申请(专利权)人：思阳公司，
类型：发明
国别省市：US