[發(fā)明專利]制造用于太陽能電池應(yīng)用的吸光材料的非真空方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410083787.2
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN104032336B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何錦鏢;何國強(qiáng);廖敏璍;王然石;陸偉俊;蔡穎豪;鄭富林;郭廣宙;許美美;劉家裕
• 申請（專利權(quán)）人: 納米及先進(jìn)材料研發(fā)院有限公司
• 主分類號: C25D3/56
• 分類號: C25D3/56;C25D3/58;C25D3/60;C25D3/38;C25D3/22;C25D3/30;C25D5/10;C25D5/50;H01L31/032;H01L31/18
• 代理公司: 北京派特恩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11270
• 代理人: 武晨燕,遲姍

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求于2013年3月7日提出的美國臨時(shí)申請61/851,407的優(yōu)先權(quán)，所述美國臨時(shí)申請的公開內(nèi)容以全文引用的方式并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制造可用于太陽能電池的吸光材料的方法。具體來說，本發(fā)明提供一種使用電化學(xué)沉積來制造基于銅鋅錫硒化物/硫化物(Cu₂(Zn_xSn_2-x)(S_ySe_1-y)₄)(縮寫為“CZTS”)的p型吸光半導(dǎo)體的方法，該p型吸光半導(dǎo)體在與n型無機(jī)或有機(jī)半導(dǎo)體層組合時(shí)可用于制造太陽能電池。本發(fā)明還涉及一種由本發(fā)明的方法制備的吸光半導(dǎo)體。

背景技術(shù)

a-Si、CdTe和CIGS太陽能電池正作為繼c-Si太陽能電池之后的新一代薄膜太陽能電池而在全世界范圍被研究。在它們之中，CIGS太陽能電池已經(jīng)確立了其作為下一代太陽能電池的領(lǐng)導(dǎo)地位，因?yàn)槠渚哂休^高的光學(xué)吸收系數(shù)和電池效率。然而，CIGS制造中所需稀土金屬銦的供應(yīng)在不遠(yuǎn)的將來會成為問題。因此，大量的研究最近已經(jīng)集中于開發(fā)無銦太陽能電池。CZTS四元半導(dǎo)體化合物是用于薄膜太陽能電池中的理想候選材料，因?yàn)樗械慕M成元素都是地球富集元素且對環(huán)境無害。

已經(jīng)開發(fā)了用于制備吸光層的各種合成技術(shù)(J.Photoenergy,2011,2011,論文號801292)。Katagiri等人報(bào)道了一種轉(zhuǎn)換效率為6.75％(0.15cm²)的硫基CZTS太陽能電池，通過濺射沉積Cu、ZnS和SnS前驅(qū)層，隨即以在線方式于580℃硫化3小時(shí)制備(Thin Solid Films,2009,517,2455)。通過熱共蒸發(fā)，Wang等人和Shing等人描述了一種制備硫基CZTS太陽能電池的方法。所述硫基CZTS太陽能電池通過在大約500℃下退火工藝制備，轉(zhuǎn)換效率分別為6.8％(0.45cm²)和8.4％(Appl.Phys.Lett.,2010,97,143508，和Prog.Photovolt:Res.Appl.,2011,DOI:10.1002,1174)。對于Cu₂ZnSn(S,Se)₄，Agrawal等人(普渡大學(xué)(Purdue University))報(bào)道了使用Cu₂ZnSn(S,Se)₄納米晶體通過一種更穩(wěn)固的鍍膜方法來制造太陽能電池，所述太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率為7.2％(0.47cm²)(J.Am.Chem.Soc.,2011,132,17384)。IBM的Barkhouse等人所報(bào)道的基于肼的溶劑熱法(hydrazine-based solvothermal method)已經(jīng)在0.44cm²面積的Cu₂ZnSn(S,Se)₄太陽能電池上獲得了10.1％的轉(zhuǎn)換效率(Prog.Photovoltaics:Res.Appl.2011,DOI:10.1002/pip.1160)。他們提出向吸收層中添加硒可得到更窄的帶隙，從而最終有助于獲得更高的電流密度。對于上文所述的方法，在制造過程中要么使用昂貴的沉積技術(shù)(例如蒸發(fā)和濺射)，要么使用高毒性且高可燃的化學(xué)品(例如肼)。在工業(yè)規(guī)模制造中，高溫和高真空設(shè)備的使用將會增加成本以及能量消耗。此外，大量毒性化學(xué)品的使用對環(huán)境是有害的。