[發(fā)明專利]制備五元化合物半導(dǎo)體CZTSSe的方法和薄膜太陽能電池

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280012301.5
• 申請日: 2012-02-22
• 公開（公告）號: CN103403851A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: S.約斯特;J.帕爾姆
• 申請（專利權(quán)）人: 法國圣戈班玻璃廠
• 主分類號: H01L21/36
• 分類號: H01L21/36;H01L21/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉維升;林森

本發(fā)明屬于薄膜太陽能電池制備技術(shù)領(lǐng)域并涉及一種用于制備由Cu₂ZnSn(S,Se)₄類型的五元鋅黃錫礦/亞錫酸鹽(Kesterit/Stannit)形成的化合物半導(dǎo)體的方法，以及帶有由Cu₂ZnSn(S,Se)₄類型的五元鋅黃錫礦/亞錫酸鹽制成的吸收體的具有規(guī)定的硫深度分布的薄膜太陽能電池。

近來，太陽能電池日益被用于陽光光電轉(zhuǎn)化為電能。就效率而言，基于Cu(In,Ga)(S,Se)₂的多晶黃銅礦半導(dǎo)體的薄膜太陽能電池已證明是有利的，其中特別是由于其帶隙適合于陽光光譜，銅銦二硒化物?(CuInSe₂)突出表現(xiàn)出特別高的吸收系數(shù)。

由于銦和鎵的材料成本高并且鑒于材料的長期可用性，最近，針對基于Cu(In,Ga)(S,Se)₂的化合物半導(dǎo)體的替代品的尋找在增加。由五元Cu₂ZnSn(S,Se)₄(通?？s寫為“CZTSSe”)、五元Cu₂ZnSnSe₄?(通?？s寫為“CZTSe”)、或五元Cu₂ZnSnS₄(通常縮寫為“CZTS”)組成的鋅黃錫礦/亞錫酸鹽類型的半導(dǎo)體層是非常有開發(fā)前景的。這些半導(dǎo)體層在可見光下具有大約10⁴?cm^-1的高吸收系數(shù)和大約1.5?eV的直接帶隙。

文獻(xiàn)中已經(jīng)描述了它們的各種制備方法，其中特別是用半導(dǎo)體組分共蒸鍍（Ko-Verdampfung）到基材上(參見IBM,?K.?Wang等人,?APL?97,?143508?(2010);?HZB,?B.?A.?Schubert等人,?Progr.?In?Photov.:?Res.?and?Appl.?(2010)?10.10002?/?p.?976;?ZSW?1997,?Friedelmeier等人?Conf.?Proc.?EUPVSEC?14th?(1997)?1242-1245)。

在Volobujeva等人：“SEM?analysis?and?selenization?of?Cu-Zn-Sn?sequential?films?produced?by?evaporation?of?metals”，Optoelectronic?and?Microelectronic?Materials?and?Devices?2008,?Commad?2008,?Conference?on,?IEEE,?Piscataway,?NJ,?USA，2008年7月28日，第257-260頁，XP031437704中，描述了用于制備五元CZTSe-化合物半導(dǎo)體的方法。在其中提出的方法中，元素Cu、Zn和Sn的疊層（Schichtenstapel）首先通過真空蒸鍍沉積到鉬基材上。然后，將疊層在帶有元素Se的氣氛中通過熱處理轉(zhuǎn)化成化合物半導(dǎo)體。

在Katagiri等：“Development?of?CZTS-based?thin?film?solar?cells”，?Thin?Solid?Films,?Elsevier-Sequoia?S.A.?Lausanne，CH,?517卷，No.7，2,?2009年2月2日，第2455-2460頁，XP025928657中，描述了用于制備五元CZTS-化合物半導(dǎo)體的方法。在其中所提出的方法中，元素Cu、Zn和Sn通過共濺射沉積，并接著通過在含S氣氛中熱處理轉(zhuǎn)化成化合物半導(dǎo)體。

相反，本發(fā)明的的目的在于有利地改善現(xiàn)有技術(shù)已知的用于制備由Cu₂ZnSn(S,Se)₄或CZTSSe類型的五元鋅黃錫礦/亞錫酸鹽構(gòu)成的化合物半導(dǎo)體的方法和相應(yīng)的化合物半導(dǎo)體。此目的和其它目的根據(jù)本發(fā)明的建議通過制備化合物半導(dǎo)體的方法以及具有并列權(quán)利要求的特征的薄膜太陽能電池得以實現(xiàn)。本發(fā)明有利的實施方案通過從屬權(quán)利要求的特征表明。