[發明專利]用于薄膜疊層式電池的器件以及快速熱處理方法

無效

• 申請號: 201010286791.0
• 申請日: 2010-09-13
• 公開（公告）號: CN102024875A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 霍華德·W·H·李
• 申請（專利權）人: 思陽公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

技術領域

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

背景技術

從開始，人類就面臨著尋找利用能源的途徑的挑戰。能源以諸如石化、水力發電、核能、風能、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。在過去的世紀里，現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，其通常用于加熱室內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，其通常用于運輸目的。石化的更重形態在一些地方還可用于室內取暖。不幸地是，石化燃料的供給是有限的并且本質上是一定的，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品的量在不斷增長，其快速地變為匱乏資源，隨著時間的過去其將被耗盡。

最近，人們期望清潔的環境和可再生能源。清潔能源的實例是水電發電。水電發電來源于由通過水庫(如，內華達州的Hoover水庫)存儲的水的流動驅動的發電機。所產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能、波能、生物能等。即，風車將風能轉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。太陽能的具體細節可在本說明書的通篇和以下更具體的說明中得到。

太陽能技術主要是將來自太陽的電磁輻射轉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。對于電力的應用，通常使用太陽能電池。盡管太陽能使環境清潔，并且已經在每一點上獲得成功，但是在其在全世界廣泛應用之前仍有許多局限性留待解決。作為實例，一種類型的太陽能電池使用來源于半導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化成電力的光敏材料的薄膜的低技術。類似的局限性存在于制造太陽能電池時薄膜技術的使用，即，效率通常較差。此外，膜的可靠性通常較差，并且在普通的環境中應用不能使用很長時間。通常，薄膜難以彼此機械地集成為一體。傳統技術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技術以及最終的器件。

發明內容

根據本發明的實施方式，提供了一種形成用于光伏應用的薄膜半導體材料的方法和結構。更具體地，根據本發明的實施方式提供了一種用于形成可在疊層式電池構造中使用也可在其他的電池構造中使用的薄膜光伏電池。僅作為實例，本方法和材料包括由二硫化銅銦物質、硫化銅錫、二硫化鐵等構成的材料，以形成薄膜疊層式光伏電池。但應當意識到，光伏電池可具有其他構造。

在具體的實施方式中，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域的透明基板。該方法形成覆蓋透明基板的表面區域的第一透明電極層。該第一透明電極層包括電極表面區域。在具體的實施方式中，該方法形成覆蓋該電極表面區域的包括銅材料和銦材料的多層結構。在具體的實施方式中，該方法對多層結構施加多個含硫物質并對多層結構進行快速熱處理。在含硫物質的施加過程中，使用范圍在約1攝氏度/秒～約50攝氏度/秒內的斜率，以形成包括銅物質、銦物質、以及硫物質的吸收材料；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。

通過本發明可實現很多有益效果。例如，本發明使用商業上可利用的原始材料來形成覆蓋合適的基板構件之上的含半導體的材料的薄膜。可對含半導體的材料的薄膜進行進一步地處理以形成具有期望特性(諸如原子化學計量、雜質濃度、載流子濃度、摻雜等)的半導體薄膜材料。在具體的實施方式中，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境友好材料。

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

根據實施方式，可實現一個以上的有益效果。在說明書通篇和以下的具體的說明中將更詳細地描述這些以及其他的有益效果。

附圖說明