[發(fā)明專利]硫?qū)僭貙拥母呱a(chǎn)量印刷和金屬間材料的使用

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200780014627.0
• 申請(qǐng)日: 2007-02-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101443892A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 耶羅恩·K·J·范杜倫;克雷格·R·萊德赫爾姆;馬修·R·魯濱遜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 耶羅恩·K·J·范杜倫;克雷格·R·萊德赫爾姆
• 主分類號(hào): H01L21/336
• 分類號(hào): H01L21/336
• 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: 李 帆

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池且更具體地涉及使用基于IB-IIIA-VIA化 合物的活性層的太陽(yáng)能電池的制造。

發(fā)明背景

太陽(yáng)能電池和太陽(yáng)能組件將日光轉(zhuǎn)換為電。這些電子器件傳統(tǒng)地 使用硅(Si)作為光吸收半導(dǎo)體材料以相當(dāng)昂貴的生產(chǎn)工藝制造。為 使太陽(yáng)能電池更加經(jīng)濟(jì)可行，已開(kāi)發(fā)出如下的太陽(yáng)能電池裝置結(jié)構(gòu)： 該結(jié)構(gòu)可以廉價(jià)地利用薄膜、光吸收半導(dǎo)體材料，例如但不限于銅銦 鎵硫代二硒化物，Cu(In，Ga)(S，Se)₂，也被稱為CI(G)S(S)。這類太 陽(yáng)能電池通常具有夾在背面電極層和n型結(jié)配對(duì)層之間的p型吸收層。 背面電極層常常是鉬，而結(jié)配對(duì)常常是CdS。在結(jié)配對(duì)層上形成透明 導(dǎo)電氧化物(TCO)，例如但不限于鋅氧化物(ZnO_x)，通常將其用作 透明電極。CIS基太陽(yáng)能電池已經(jīng)證明有超過(guò)19％的功率轉(zhuǎn)換效率。

成本有效地構(gòu)建大面積CIGS基太陽(yáng)能電池或組件中的中心挑戰(zhàn) 是，CIGS層的元素應(yīng)該在所有三個(gè)維度上在納米、介觀和宏觀長(zhǎng)度尺 度上處在窄的化學(xué)計(jì)量比之內(nèi)，以使所產(chǎn)生的電池或組件具有高效率。 然而使用傳統(tǒng)的真空基沉積工藝難以在相對(duì)大的襯底面積上實(shí)現(xiàn)精確 的化學(xué)計(jì)量組分。舉例來(lái)說(shuō)，通過(guò)濺射或蒸發(fā)難以沉積含有多于一種 元素的化合物和/或合金。這兩種技術(shù)依賴受限于瞄準(zhǔn)線和有限面積源 的沉積方法，趨向于產(chǎn)生不良的表面覆蓋率。瞄準(zhǔn)線軌跡和有限面積 源能夠在所有三個(gè)維度上產(chǎn)生元素非均勻的三維分布和/或在大面積 上產(chǎn)生不良的膜厚度均勻性。這些非均勻性可以發(fā)生在納米、介觀和/ 或宏觀尺度上。此類非均勻性也改變吸收層的局部化學(xué)計(jì)量比，降低 全部電池或組件的潛在(potential)功率轉(zhuǎn)換效率。

已開(kāi)發(fā)出真空基沉積技術(shù)的替代方法。特別是，使用真空半導(dǎo)體 印刷技術(shù)在柔性襯底上制備太陽(yáng)能電池提供了傳統(tǒng)真空沉積太陽(yáng)能電 池的高度成本有效的代替。舉例來(lái)說(shuō)，T.Arita及其同事[20th?IEEE PV?Specialists?Conference，1988，第1650頁(yè)]描述了非真空絲網(wǎng) 印刷技術(shù)，該技術(shù)包括：以1：1：2的組成比將純銅、銦和硒粉混合并 研磨并且形成可絲網(wǎng)印刷的糊料，將該糊料絲網(wǎng)印刷在襯底上，以及 燒結(jié)該膜以形成化合物層。他們報(bào)道說(shuō)，雖然他們以單質(zhì)銅、銦和硒 粉開(kāi)始，然而在研磨步驟之后，糊料含有CuInSe₂相。然而，從燒結(jié) 層制造的太陽(yáng)能電池具有非常低的效率，因?yàn)檫@些吸收體的結(jié)構(gòu)和電 子品質(zhì)差。

A.Vervaet等亦報(bào)道了沉積在薄膜上的絲網(wǎng)印刷的CuInSe₂[9th European?Communities?PV?Solar?Energy?Conference，1989，第480 頁(yè)]，其中將微米尺寸的CuInSe₂粉末與微米尺寸的硒粉末一起使用， 以制備可絲網(wǎng)印刷的糊料。在高溫下燒結(jié)非真空絲網(wǎng)印刷所形成的層。 這種方法的困難是尋找用于致密CuInSe₂膜形成的合適助熔劑。盡管 以此方式制造的太陽(yáng)能電池也具有不良的轉(zhuǎn)換效率，然而使用印刷和 其它非真空技術(shù)制造太陽(yáng)能電池仍有發(fā)展前景。

其它人曾嘗試使用硫?qū)僭鼗锓勰┳鳛榍绑w材料，例如通過(guò)絲 網(wǎng)印刷沉積的微米尺寸的CIS粉末，非晶態(tài)四元硒化物納米粉末或通 過(guò)在熱襯底上噴涂沉積的非晶態(tài)二元硒化物納米粉末的混合物，以及 其它的例子[(1)Vervaet，A.等，E.C.Photovoltaic?Sol.Energy Conf.，Proc.Int.Conf.，10th(1991)，900-3.；(2)Journal?of Electronic?Materials，Vol.27，No.5，1998，第433頁(yè)；Ginley 等；(3)WO99，378，32；Ginley等；(4)US6,126,740]。到目前為 止，當(dāng)使用硫?qū)僭鼗锓勰﹣?lái)快速處理形成適合于太陽(yáng)能電池的 CIGS薄膜時(shí)并沒(méi)有獲得有希望的結(jié)果。