本发明专利技术提供一种光电转换半导体层，所述光电转换半导体层能够在厚度方向提供势能梯度，可以以比通过真空成膜形成层的成本更低的成本被制备，并且能够提供高光电转换效率。光电转换层(30X)通过吸收光产生电流，并且由其中在平面和厚度方向上设置多个粒子(31)的粒子层形成。光电转换层(30X)包含具有不同带隙的多种粒子作为多个粒子(31)，并且该层的势能在厚度方向上分布。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光电转换半导体层及其制备方法、使用所述光电转换半导体层的光电转换装置、以及太阳能电池。
技术介绍
在多种应用，如太阳能电池等中使用具有其中层叠有下电极(背电极)、光电转换半导体层和上电极的层压结构的光电转换装置，所述光电转换半导体层通过吸收光产生电流。大部分传统的太阳能电池是使用块状单晶Si、多晶Si或薄膜非晶Si的Si基电池。然而，进来，对于不依赖于Si的基于化合物半导体的太阳能电池进行了研究和开发。 已知两类基于化合物半导体的太阳能电池，一类是块状体系，如GaAs体系等，并且其另一类是薄膜体系，如由Λ族元素、Inb族元素和Vrt族元素形成的ClS(Cu-In-k)体系、 CIGS(Cu-In-Ga-Se)等。CIS体系或CIGS体系具有高光吸收率且已经报道了高能量转换效率值。对于制备CIGS层的方法，已知三步方法、硒化方法等。然而，这些方法使用真空成膜，需要很高的制备成本和巨大的设备投资。因此，例如，在美国专利申请公布号 20050183768(专利文件1)；美国专利申请公布号20060062902 (专利文件2)；国际专利公布号W02008/013383(专利文件3)；以及“用于薄膜太阳能电池的得自纳米粒子的Cu (In， Ga) Se2 Ψ ^Μ (Nanoparticle derived Cu (In, Ga) Se2 absorber layer for thin film solar cells) ”，S. Ahn等，胶体与表面A :物理化学问题和工程问题(Colloids and Surface A =Physicochemical and Engineering Aspects)，第 313-314卷，第 171-174页，2008 (非专利文献1)；“热处理对于Cu αη，Ga) 纳米粒子性质的影响(Effects of heat treatments on the properties of Cu (In, Ga) Se2 nanoparticles)，，，S. Ahn 等，太阳能材料与太阳能电池(Solar Energy Materials and Solar Cells)，第 91 卷，第 19 期，第 1836-1841 页， 2007(非专利文献2)；“来自硒化纳米粒子前体的CIS和CIGS层(CIS and CIGS layers from selenized nanoparticle precursors)M. Kaelin 等，固体薄月莫(Thin Solid Films)，第431-432卷，第58-62页，2003 (非专利文献3)中所述，提出了其中将含有CIGS 的组成元素的球形粒子涂布并烧结的方法作为能够以低成本制备CIGS层的非真空方法。非专利文献1和2提出了其中将球形粒子涂布在基板上并将其在大约500°C的高温下烧结以结晶化所述粒子的方法。这些文献讨论了通过快速热处理(RTP)减少加热时间。专利文献1和非专利文献2和3提出了以下方法其中将一种或多种含有Cu、In 和( 的球形氧化物或合金粒子涂布在基板上并在％气体的存在下在大约500°C的高温下热处理以将所述粒子硒化并使其结晶。专利文献2和3提出了其中使用由具有不同组成的核和壳构成的核-壳粒子作为原材料，将其涂布在基板上并在约500°C的高温下烧结以使所述粒子结晶的方法。专利文献2中描述的方法使用带有包含Λ族、IIIa族和VIa族元素的核以及包含Λ族、IIa族和/ 或VIa族元素的壳的粒子。专利文献3中描述的方法使用带有包含h和％的核以及包含 Cu和％的壳的粒子。同时，已知可以通过改变( 等在CIGS光电转换层等的厚度方向上的密度以改变厚度方向上的势能(potential)(带隙)，从而提高CIGS光电转换层等的光电转换效率。对于势能梯度结构，已知单梯度(grating)结构和双梯度结构，并且双梯度结构被认为是更优选的。上述方法包括粒子烧结过程，由于粒子的熔融和/或熔合而发生粒子的晶体生长，并且其整体组成是一致的，以致不能在厚度方向上提供组成梯度。例如，专利文献2和3 描述了即使使用核-壳粒子通过烧结也形成带有均勻组成的CIGS层。为了改变光电转换层在厚度方向上的组成，需要在不引起粒子的熔化和/或熔合的温度下形成层。“单晶粒层太阳能电池(Monograin layer solar cells) ”，M. Altosaar 等，固体薄膜(Thin Solid Films)，第 431-432 卷，第 466-469 页，2003(非专利文献 4)，“CIS 单晶粒层 能电池技术白勺 ——iPMM (Further developments in CIS monograin layer solar cells technology)，，，M. Altosaar 等，太阳能材料与太阳能电池(Solar Energy Materials and Solar Cells)，第 87 卷，第 1-4 期，第 25-32 页，2005 (非专利文献 5)，以及"Cu3Au (001) 和Cua83Pdai7(OOl)的初始脱合金的原位X射线衍射研究(In-situ X-ray diffraction study of the initial dealloying of Cu3Au(001)andCu0.83Pd0.17(001))，，F. U. Renner 等， 固体薄膜(Thin Solid Films)，第515卷，第14期，第5574-5580页，2007(非专利文献6) 提出以下方法其中将球形CIGS粒子涂布在基板上并在其后未进行高温热处理。在非专利文献4至6中描述的方法中，因为该方法不包括烧结过程，粒子的形状和组成在形成层之后保持原样。非专利文献4至6仅描述了其中多个球形粒子仅在平面方向设置的单粒子层。“胶态CuGaS%、CuInSi5dPCu(InGa)Si52m米粒子的合成(Synthesis of Colloidal CuGaSe2, CuInSe2, and Cu (InGa) Se2 Nanoparticles)，，，J. Tang 等，Chem. Mater.,第 20 卷， 第6906-6910页，2008(非专利文献7)描述了一种合成片状CIGS粒子的方法。非专利文献 7仅报道了粒子合成，并且既没有描述使用该粒子作为光电转换层的材料，也没有描述形成光电转换层的特定方法。在专利文献1至3和非专利文献1至3中描述的方法中，即使层叠了具有不同组成的粒子，归因于烧结，总组成是一致的，以致不能提供组成梯度。此外，在专利文献1至3 和非专利文献1至3中描述的方法中，当设法通过单次涂布获得具有所需厚度的光电转换层时，在大部分情况下，该光电转换层变为岛形。即使当似乎形成了均勻的层而不是岛形层时，由于有机成分如分散剂的燃烧在层中形成很多空隙，导致晶体缺陷的增加并减少光吸收，从而不能提供高效率的光电转换层。因此，在这些文献中描述的方法中，将粒子的涂布和烧结重复多次以减少晶体层中的空隙，并提供高度均质的晶体层。然而，这种方法增加了工艺步骤的数目，使得难以通过非真空方法获得低制备成本本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种通过吸收光而产生电流的光电转换半导体层，所述光电转换半导体层包括其中在平面方向和厚度方向上设置多个粒子的粒子层。
【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：佐藤忠伸，菊池信，
申请(专利权)人：富士胶片株式会社，
类型：发明
国别省市：JP
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