[發明專利]生產黃銅礦型太陽能電池的方法

無效

• 申請號: 201010158264.1
• 申請日: 2010-03-30
• 公開（公告）號: CN101853900A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發明（設計）人: 米澤諭;德永圭哉;菅野哲也
• 申請（專利權）人: 本田技研工業株式會社
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 陳文平

技術領域

本發明涉及一種生產具有包含黃銅礦型化合物的光吸收層的黃銅礦型太陽能電池的方法。

背景技術

黃銅礦型太陽能電池具有包含黃銅礦型化合物例如Cu(In，Ga)Se(所謂的CIGS)的光吸收層，并顯示出優良性能例如比硅太陽能電池高的轉換效率。例如，該黃銅礦型太陽能電池具有含按以下順序堆迭的玻璃基底、在基底上形成的第一電極層、包含黃銅礦型化合物(例如Cu(In，Ga)Se)的p型半導體的光吸收層、包含n型半導體的緩沖層和透明的第二電極層的疊層結構。

在該疊層結構中，光吸收層可以通過沒有特定順序地多濺射Cu、In和Ga靶從而如圖9所示在第一電極層1上堆迭Cu層2、In層3和Ga層4以制備前體，然后使Cu層2、In層3和Ga層4在硒化(selenlzation)氣氛中接受熱處理從而合金化和硒化Cu、In和Ga的步驟形成。如日本特開專利公開10-135495所公開的，前體可以通過沒有特定順序地多濺射Cu-Ga合金靶和In靶制備。

在上面的工藝中，必須進行多濺射和硒化處理的兩個步驟，因而使得形成光吸收層需要很長時間。鑒于這個問題，日本特開專利公開08-172052和2008-163367提出了無需硒化處理而形成光吸收層的工藝，其包含使用黃銅礦型化合物半導體靶進行濺射。

發明內容

本發明人現證實，當通過如上所述使Se之外的元素形成3層或2層的前體并使制備的前體經受硒化處理的步驟形成光吸收層時，Ga在第一電極層1選擇性地偏析(segregate)。這是因為Ga和In具有不同的與Se的反應性，并在生產CIGS化合物的過程中顯示出不同的在膜中的熱擴散率。經過深入的研究，本發明人發現如圖10所示，如此獲得的光吸收層5由于Ga偏析而具有包含CuGaSe₂層6和Cu(In，Ga)Se層7的雙層結構。換句話說，具有不同組成的晶體層堆迭在光吸收層5中。當光吸收層5具有這樣的分離雙層結構時，由此產生的黃銅礦型太陽能電池具有較低的轉換效率。

眾所周知，太陽能電池的理想帶隙能(bandgap)在1.5的空氣質量(air?mass)(AM)時為1.4eV，而且如果Ga/(In+Ga)＝0.6，則該Ga濃度對于在光吸收CIGS層獲得1.4eV的能帶隙是理想的。當上述具有三層或兩層結構的前體經受硒化處理以使得獲得理想的Ga濃度時，Ga偏析由于高的Ga濃度進一步加快，由此光吸收層分離成為雙層結構變得更為明顯而降低了轉換效率。

甚至在改變Cu、In和Ga濺射順序的情況下，仍會發生該問題。因此，不能只通過在多濺射的最后形成Ga層來解決這個問題。事實上，在根據上述傳統工藝形成前體的方法(即生產黃銅礦型太陽能電池的方法)中，當為了獲得0.6的Ga/III族元素的比例而增加Ga濃度時，Ga在光吸收層的底部偏析，由此在所得到的CIGS中不能獲得高的Ga組成比例，且導致上述形成雙層結構的分離，從而降低轉換效率。

在如日本特許專利公開08-172052和2008-163367所描述的使用含Se的靶的情況下，元素顯示不同的等離子濺射率，由此，產生的CIGS層的Se組成比例不利地降低到低于靶的Se組成比例。換句話說，光吸收層具有低的Se含量，從而不可能具有理想的組成。因此，在這種情況下，必須向光吸收層添加Se。

此外，含有Se的靶具有高電阻而必須通過RF濺射等進行濺射。然而，RF濺射缺點是具有低的成膜速度。在RF濺射中，形成光吸收層需要較長時間，由此，降低了黃銅礦型太陽能電池的生產效率。

本發明的一般目標是提供一種能夠防止光吸收層的分離的用于生產具有含黃銅礦型化合物的光吸收層的黃銅礦型太陽能電池的方法。

本發明的主要目標是提供一種生產含有具有更高薄膜質量的光吸收層的黃銅礦型太陽能電池的方法。

本發明的另一目標是提供一種以較低的生產成本生產黃銅礦型太陽能電池的方法。

根據本發明的一個方面，提供了一種生產具有至少一個含黃銅礦型化合物的光吸收層的黃銅礦型太陽能電池的方法，所述光吸收層插置在第一電極層和第二電極層之間，電極層在基底的表面上側形成。該方法包括以下步驟：通過使用Cu-In-Ga合金靶進行濺射在第一電極層上形成Cu-In-Ga合金層，和使Cu-In-Ga合金層經受硒化處理，從而轉化Cu-In-Ga合金成為黃銅礦型化合物以獲得光吸收層。