[發明專利]具有傳導性阻擋層和箔基底的光生伏打器件

無效

• 申請號: 200680034955.2
• 申請日: 2006-08-16
• 公開（公告）號: CN101268608A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: C·R·萊德霍爾姆;B·博爾曼;J·R·希茨;S·考;M·R·羅施希爾森
• 申請（專利權）人: 納米太陽能公司
• 主分類號: H02N6/00
• 分類號: H02N6/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 任宗華

技術領域

本發明涉及光生伏打器件和更具體地涉及用于光生伏打器件的吸 收劑層的制造。

背景技術

使用含有諸如IB、IIIA和VIA族元素的合金，例如銅與銦和/或 鎵或鋁和砷和/或硫的合金制造的吸收劑層，制造有效的光生伏打器 件，例如太陽能電池。前述元素一種常見的結合是銅-銦-鎵-二硒 化物(CIGS)和所得器件常常稱為CIGS太陽能電池。可在基底上沉積 CIGS吸收劑層。希望在鋁箔基底上制造這種吸收劑層，因為鋁箔相對 便宜、輕質且具有柔性。遺憾的是，沉積CIGS吸收劑層目前的技術與 使用鋁箔作為基底不兼容。

典型的沉積技術包括蒸發、濺射、化學氣相沉積和類似技術。典 型地在高溫下和長時間地進行這些沉積工藝。這兩個因素可導致對在 其上發生沉積的基底的損壞。這種損壞可直接來自于當暴露于熱下時 基底材料的改變，和/或來自于沉積工藝中的熱驅動的非所需的化學反 應。因此，為了制造CIGS太陽能電池，典型地要求非常堅固的基底材 料。這些局限排除了鋁和鋁箔為基礎的箔的使用。

替代的沉積方法是溶液基印刷CIGS前體材料到基底上。在例如公 布的PCT申請WO2002/084708和共同轉讓的美國專利申請10/782017 中公開了溶液基印刷技術的實例，在此將這兩篇專利引入供參考。這 一沉積方法的優點包括相對較低的沉積溫度和快速的沉積過程。這兩 個優點起到使在其上形成沉積物的基底熱誘導的損害潛在可能性最小 化的作用。

盡管在制造CIGS太陽能電池中溶液沉積是相對低溫的步驟，但它 不是唯一的步驟。除了沉積以外，在制造CIGS太陽能電池中的關鍵步 驟是硒化CIGS吸收劑層并退火。硒化誘導硒進入CIG或CI吸收劑層 本體內，在此該元素摻入到膜內，同時退火提供具有合適結晶結構的 吸收劑層。在現有技術中，通過在H₂Se或Se蒸汽存在下加熱基底， 并在高溫下保持這一新生的吸收劑層長的時間段，從而進行硒化和退 火。

盡管使用Al作為太陽能電池器件的基底是理想的，因為這種基底 兼有低成本和輕質的性質，但使CIGS吸收劑層有效地退火的常規技術 還加熱基底到高溫，從而導致對Al基底的損壞。一旦長時間段地長期 暴露于熱和/或含硒化合物下，存在導致Al基底降解的數個因素。首 先，長期加熱，在Mo涂布的Al基底內的離散層可熔融并形成器件的 金屬間靜合觸點，這會降低Mo層打算的電子功效。第二，Mo層的界 面形態在加熱過程中改變，這可通過在Mo層表面上產生的成核圖案的 變化，負面影響隨后的CIGS晶粒生長。第三，長期加熱，Al可能遷 移到CIGS吸收劑層內，從而干擾半導體的功能。第四，在長期加熱過 程中，典型地存在于Al箔內的雜質(例如，Si、Fe、Mn、Ti、Zn和V) 可能沿著移動的Al遷移，擴散到太陽能電池內，這可能干擾電池的電 子和光電子功能。第五，當在相對高溫下，Se暴露于Al下相對長時 間時，可形成不穩定的硒化鋁。在潮濕的空氣中，硒化鋁可與水蒸氣 反應，形成氧化鋁和硒化氫。硒化氫是高度有毒的氣體，它的自由形 成可產生安全危險。由于所有這些原因，因此高溫沉積、退火和硒化 對于由鋁或鋁合金制造的基底來說是不實際的。

由于存在高溫長期沉積和退火步驟，不可能有效地在鋁基底(例如 由Al和/或Al基合金組成的柔性箔)上制造CIGS太陽能電池，和反而 必須在由更加堅固(和更加昂貴)的材料制造的重質基底，例如不銹鋼、 鈦或鉬箔、玻璃基底，或金屬或金屬氧化物涂布的玻璃上制造。因此， 即使基于鋁箔的CIGS太陽能電池比不銹鋼、鈦或鉬箔、玻璃基底，或 金屬或金屬氧化物涂布的玻璃基體輕質、具有柔性和便宜，但目前的 實踐不允許鋁箔用作基底。

因此，本領域需要在鋁基底上制造太陽能電池的方法。

發明內容

本發明的實施方案解決了以上列出的至少一些缺點。本發明提供 以高產量方式在箔基底上成本有效地制造的光生伏打器件。光生伏打 器件的薄且柔性的性質也可允許卷曲它們或者折疊成較小形式的倍率 以供容易運輸，而且也便于流水線制造。也可設計本發明的實施方案 降低在制造工藝中所使用的原料量。還應當理解，可采用本發明的實 施方案，與各種材料的吸收劑層一起使用且不是僅僅限于CIGS吸收劑 層。通過本發明的各種實施方案，將滿足此處所述的這些和其他目的 中的至少一些。