[發(fā)明專利]用于薄膜疊層式電池的器件以及快速熱處理方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010286791.0
• 申請日: 2010-09-13
• 公開（公告）號: CN102024875A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 霍華德·W·H·李
• 申請（專利權(quán)）人: 思陽公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體上涉及光伏材料及制造方法。更具體地，本發(fā)明提供一種用于制造高效率薄膜光伏電池的方法以及結(jié)構(gòu)。僅作為實(shí)例，本方法和材料包括由二硫化銅銦、硫化銅錫、二硫化鐵、或用于單結(jié)電池或多結(jié)電池的其他物質(zhì)構(gòu)成的吸收材料。

背景技術(shù)

從開始，人類就面臨著尋找利用能源的途徑的挑戰(zhàn)。能源以諸如石化、水力發(fā)電、核能、風(fēng)能、生物能、太陽能的形式以及諸如木材和煤的更原始的形式存在。在過去的世紀(jì)里，現(xiàn)代文明依賴于石化能作為重要的能源。石化能量包括天然氣和石油。天然氣包括諸如丁烷和丙烷的更輕形態(tài)，其通常用于加熱室內(nèi)和用作烹飪用的燃料。天然氣還包括汽油、柴油以及噴氣燃料，其通常用于運(yùn)輸目的。石化的更重形態(tài)在一些地方還可用于室內(nèi)取暖。不幸地是，石化燃料的供給是有限的并且本質(zhì)上是一定的，主要基于行星地球上可利用的量。此外，隨著越多的人使用石油產(chǎn)品的量在不斷增長，其快速地變?yōu)閰T乏資源，隨著時(shí)間的過去其將被耗盡。

最近，人們期望清潔的環(huán)境和可再生能源。清潔能源的實(shí)例是水電發(fā)電。水電發(fā)電來源于由通過水庫(如，內(nèi)華達(dá)州的Hoover水庫)存儲的水的流動驅(qū)動的發(fā)電機(jī)。所產(chǎn)生的電力用于為加利福尼亞州的洛杉磯城市的大部分供電。清潔可再生能源還包括風(fēng)能、波能、生物能等。即，風(fēng)車將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成能量的更有用的形式，如電力。清潔能量的其他類型包括太陽能。太陽能的具體細(xì)節(jié)可在本說明書的通篇和以下更具體的說明中得到。

太陽能技術(shù)主要是將來自太陽的電磁輻射轉(zhuǎn)化成其他有用的形式的能量。這些其他形式的能量包括熱能和電力。對于電力的應(yīng)用，通常使用太陽能電池。盡管太陽能使環(huán)境清潔，并且已經(jīng)在每一點(diǎn)上獲得成功，但是在其在全世界廣泛應(yīng)用之前仍有許多局限性留待解決。作為實(shí)例，一種類型的太陽能電池使用來源于半導(dǎo)體材料錠的晶體材料。這些晶體材料可用于制造光電器件，包括將電磁輻射轉(zhuǎn)化成電力的光伏器件和光電二極管器件。然而，晶體材料通常比較昂貴并且難以大規(guī)模地制造。此外，由這樣的晶體材料制成的器件通常具有形成用于將電磁輻射轉(zhuǎn)化成電力的光敏材料的薄膜的低技術(shù)。類似的局限性存在于制造太陽能電池時(shí)薄膜技術(shù)的使用，即，效率通常較差。此外，膜的可靠性通常較差，并且在普通的環(huán)境中應(yīng)用不能使用很長時(shí)間。通常，薄膜難以彼此機(jī)械地集成為一體。傳統(tǒng)技術(shù)的這些以及其他的局限性可在本說明書的通篇以及以下的更具體的說明中得到。

從以上可見，期望一種用于制造光伏材料的改進(jìn)技術(shù)以及最終的器件。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供了一種形成用于光伏應(yīng)用的薄膜半導(dǎo)體材料的方法和結(jié)構(gòu)。更具體地，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種用于形成可在疊層式電池構(gòu)造中使用也可在其他的電池構(gòu)造中使用的薄膜光伏電池。僅作為實(shí)例，本方法和材料包括由二硫化銅銦物質(zhì)、硫化銅錫、二硫化鐵等構(gòu)成的材料，以形成薄膜疊層式光伏電池。但應(yīng)當(dāng)意識到，光伏電池可具有其他構(gòu)造。

在具體的實(shí)施方式中，提供了一種用于形成薄膜光伏器件的方法。該方法包括提供包括表面區(qū)域的透明基板。該方法形成覆蓋透明基板的表面區(qū)域的第一透明電極層。該第一透明電極層包括電極表面區(qū)域。在具體的實(shí)施方式中，該方法形成覆蓋該電極表面區(qū)域的包括銅材料和銦材料的多層結(jié)構(gòu)。在具體的實(shí)施方式中，該方法對多層結(jié)構(gòu)施加多個(gè)含硫物質(zhì)并對多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速熱處理。在含硫物質(zhì)的施加過程中，使用范圍在約1攝氏度/秒～約50攝氏度/秒內(nèi)的斜率，以形成包括銅物質(zhì)、銦物質(zhì)、以及硫物質(zhì)的吸收材料；并且保持第一透明電極層的片電阻率小于或等于約10Ohm/cm²、光透射率在80％以上。

通過本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)很多有益效果。例如，本發(fā)明使用商業(yè)上可利用的原始材料來形成覆蓋合適的基板構(gòu)件之上的含半導(dǎo)體的材料的薄膜。可對含半導(dǎo)體的材料的薄膜進(jìn)行進(jìn)一步地處理以形成具有期望特性(諸如原子化學(xué)計(jì)量、雜質(zhì)濃度、載流子濃度、摻雜等)的半導(dǎo)體薄膜材料。在具體的實(shí)施方式中，最終的二硫化銅銦材料的帶隙為約1.55eV。此外，本方法使用比其他薄膜光伏材料毒性更弱的環(huán)境友好材料。

在優(yōu)選實(shí)施方式中，本方法和最終的器件包括適于上部電池的透明導(dǎo)電層。根據(jù)具體的實(shí)施方式，該透明導(dǎo)電層具有90％以上的光透射率和約10Ohm/cm²以下的電阻率。僅僅作為實(shí)例，本方法和材料包括由二硫化銅銦物質(zhì)、硫化銅錫、二硫化鐵、或用于單結(jié)電池或多結(jié)電池的其他物質(zhì)構(gòu)成的吸收材料。

根據(jù)實(shí)施方式，可實(shí)現(xiàn)一個(gè)以上的有益效果。在說明書通篇和以下的具體的說明中將更詳細(xì)地描述這些以及其他的有益效果。

附圖說明