[發(fā)明專利]具有傳導(dǎo)性阻擋層和箔基底的光生伏打器件

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200680034955.2
• 申請(qǐng)日: 2006-08-16
• 公開（公告）號(hào): CN101268608A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(qǐng)（專利權(quán)）人: 納米太陽(yáng)能公司
• 主分類號(hào): H02N6/00
• 分類號(hào): H02N6/00
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 任宗華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)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(shù)

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(yáng)能電池。前述元素一種常見的結(jié)合是銅-銦-鎵-二硒 化物(CIGS)和所得器件常常稱為CIGS太陽(yáng)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?yàn)殇X箔相對(duì) 便宜、輕質(zhì)且具有柔性。遺憾的是，沉積CIGS吸收劑層目前的技術(shù)與 使用鋁箔作為基底不兼容。

典型的沉積技術(shù)包括蒸發(fā)、濺射、化學(xué)氣相沉積和類似技術(shù)。典 型地在高溫下和長(zhǎng)時(shí)間地進(jìn)行這些沉積工藝。這兩個(gè)因素可導(dǎo)致對(duì)在 其上發(fā)生沉積的基底的損壞。這種損壞可直接來自于當(dāng)暴露于熱下時(shí) 基底材料的改變，和/或來自于沉積工藝中的熱驅(qū)動(dòng)的非所需的化學(xué)反 應(yīng)。因此，為了制造CIGS太陽(yáng)能電池，典型地要求非常堅(jiān)固的基底材 料。這些局限排除了鋁和鋁箔為基礎(chǔ)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(qǐng)WO2002/084708和共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)10/782017 中公開了溶液基印刷技術(shù)的實(shí)例，在此將這兩篇專利引入供參考。這 一沉積方法的優(yōu)點(diǎn)包括相對(duì)較低的沉積溫度和快速的沉積過程。這兩 個(gè)優(yōu)點(diǎn)起到使在其上形成沉積物的基底熱誘導(dǎo)的損害潛在可能性最小 化的作用。

盡管在制造CIGS太陽(yáng)能電池中溶液沉積是相對(duì)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(yáng)能電池中的關(guān)鍵步 驟是硒化CIGS吸收劑層并退火。硒化誘導(dǎo)硒進(jìn)入CIG或CI吸收劑層 本體內(nèi)，在此該元素?fù)饺氲侥?nèi)，同時(shí)退火提供具有合適結(jié)晶結(jié)構(gòu)的 吸收劑層。在現(xiàn)有技術(shù)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(zhǎng)的時(shí)間段，從而進(jìn)行硒化和退 火。

盡管使用Al作為太陽(yáng)能電池器件的基底是理想的，因?yàn)檫@種基底 兼有低成本和輕質(zhì)的性質(zhì)，但使CIGS吸收劑層有效地退火的常規(guī)技術(shù) 還加熱基底到高溫，從而導(dǎo)致對(duì)Al基底的損壞。一旦長(zhǎng)時(shí)間段地長(zhǎng)期 暴露于熱和/或含硒化合物下，存在導(dǎo)致Al基底降解的數(shù)個(gè)因素。首 先，長(zhǎng)期加熱，在Mo涂布的Al基底內(nèi)的離散層可熔融并形成器件的 金屬間靜合觸點(diǎn)，這會(huì)降低Mo層打算的電子功效。第二，Mo層的界 面形態(tài)在加熱過程中改變，這可通過在Mo層表面上產(chǎn)生的成核圖案的 變化，負(fù)面影響隨后的CIGS晶粒生長(zhǎng)。第三，長(zhǎng)期加熱，Al可能遷 移到CIGS吸收劑層內(nèi)，從而干擾半導(dǎo)體的功能。第四，在長(zhǎng)期加熱過 程中，典型地存在于Al箔內(nèi)的雜質(zhì)(例如，Si、Fe、Mn、Ti、Zn和V) 可能沿著移動(dòng)的Al遷移，擴(kuò)散到太陽(yáng)能電池內(nèi)，這可能干擾電池的電 子和光電子功能。第五，當(dāng)在相對(duì)高溫下，Se暴露于Al下相對(duì)長(zhǎng)時(shí) 間時(shí)，可形成不穩(wěn)定的硒化鋁。在潮濕的空氣中，硒化鋁可與水蒸氣 反應(yīng)，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(chǎn)生安全危險(xiǎn)。由于所有這些原因，因此高溫沉積、退火和硒化 對(duì)于由鋁或鋁合金制造的基底來說是不實(shí)際的。

由于存在高溫長(zhǎng)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(yáng)能電池，和反而 必須在由更加堅(jiān)固(和更加昂貴)的材料制造的重質(zhì)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(yáng)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(zhì)、具有柔性和便宜，但目前的 實(shí)踐不允許鋁箔用作基底。

因此，本領(lǐng)域需要在鋁基底上制造太陽(yáng)能電池的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的實(shí)施方案解決了以上列出的至少一些缺點(diǎn)。本發(fā)明提供 以高產(chǎn)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(zhì)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(yùn)輸，而且也便于流水線制造。也可設(shè)計(jì)本發(fā)明的實(shí)施方案 降低在制造工藝中所使用的原料量。還應(yīng)當(dāng)理解，可采用本發(fā)明的實(shí) 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(fā)明的各種實(shí)施方案，將滿足此處所述的這些和其他目的 中的至少一些。