[發(fā)明專利]混合CZTSSe光伏器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410277666.1
• 申請日: 2014-06-19
• 公開（公告）號: CN104253172B
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: T·格克曼;O·古納萬;R·A·海特;金志煥;D·B·米茨;M·T·溫克勒
• 申請（專利權(quán)）人: 國際商業(yè)機(jī)器公司
• 主分類號: H01L31/06
• 分類號: H01L31/06;H01L31/032;H01L31/18;H01L31/20
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所11247
• 代理人: 牛南輝,于靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光伏器件，具體來說，涉及使用了由諸如Cu-Zn-Sn-S/Se(CZTSSe)的硫?qū)倩镆约捌渌咂焚|(zhì)的太陽能半導(dǎo)體材料組成的混合吸收體層形成的方法和器件。

背景技術(shù)

Cu-In-Ga-S/Se(CIGSSe)技術(shù)提供了高性能太陽能電池，其具有20.3％極高功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)。未存在已知的界面復(fù)合的問題，CIGSSe太陽能電池具有和帶隙相關(guān)的非常大的開路電壓(Voc)。遺憾地是，對于諸如銦的稀有元素的依賴，限制了此技術(shù)的特大規(guī)模使用。

Cu-Zn-Sn-S/Se(CZTSSe)是全包括了地球的豐富元素的新興的薄膜太陽能電池技術(shù)。盡管特別是使用基于肼的溶液處理的CZTSSe太陽能電池的發(fā)展已經(jīng)取得進(jìn)展，其PCE僅能達(dá)到11.1％。

在CZTSSe太陽能電池中也存在若干主要限制。例如，可能會經(jīng)歷低Voc，這被猜測為是源于高緩沖—吸收體界面復(fù)合、高體缺陷態(tài)、體中存在的帶尾態(tài)和可能的在體中或界面釘扎的費(fèi)米能級。此外，CZTSSe還遭受低填充因子(FF)，該填充因子最可能是源于低Voc和來自各種層或器件內(nèi)勢壘形成的更高的串聯(lián)電阻。

發(fā)明內(nèi)容

一種包括第一接觸和混合吸收體層的光伏器件。所述混合吸收體層包括硫?qū)倩?chalcogenide)層和與所述硫?qū)倩飳咏佑|的半導(dǎo)體層。在所述吸收體層上形成緩沖層，在所述緩沖層上形成透明導(dǎo)電接觸層。

另一種光伏器件，所述器件包括襯底、在所述襯底上形成的第一接觸和混合吸收體層。所述混合吸收體層包括Cu-Zn-Sn-S/Se(CZTSSe)層和與所述CZTSSe層接觸的至少一個半導(dǎo)體層。在所述吸收體層上形成緩沖層，以及在所述緩沖層上形成透明導(dǎo)電接觸層。在所述透明導(dǎo)電接觸層上形成金屬接觸；所述金屬接觸和所述透明導(dǎo)電接觸層形成前光接收表面。

一種用于制造光伏器件的方法，所述方法包括在襯底上沉積第一接觸；在所述第一接觸上形成混合吸收體層，所述混合吸收體層包括Cu-Zn-Sn-S(Se)(CZTSSe)層和與所述CZTSSe接觸的另一半導(dǎo)體層；在所述吸收體層上形成緩沖層；在所述緩沖層上沉積透明導(dǎo)電接觸層；在所述透明導(dǎo)電接觸上構(gòu)圖金屬接觸，所述金屬接觸和所述透明導(dǎo)電接觸層形成前光接收表面。

從下文中對其說明性實(shí)施例的詳細(xì)描述中，這些及其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，所述詳細(xì)描述要結(jié)合附圖閱讀。

附圖說明

本公開將參考以下附圖在優(yōu)選實(shí)施例的以下描述中提供細(xì)節(jié)，在附圖中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明原理的定為Ⅰ型的光伏器件的橫截面圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明原理的定為Ⅱ型的光伏器件的橫截面圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明原理的定為Ⅲ型的光伏器件的橫截面圖；

圖4A為用于基線CZTSSe器件的能帶圖和結(jié)構(gòu)，該器件包括透明導(dǎo)電氧化物(TCO)、CdS緩沖層和CZTSSe吸收體層(光來自TCO側(cè))

圖4B為基線材料器件的能帶圖和結(jié)構(gòu)，該器件包括透明導(dǎo)電氧化物(TCO)、CdS緩沖層和半導(dǎo)體吸收體層(X)(例如，CIGSSe)；

圖4C為根據(jù)一個實(shí)施例的用于Ⅰ型器件的能帶圖和結(jié)構(gòu)，該器件包括混合CZTSSe/半導(dǎo)體(X)吸收體層；

圖4D為根據(jù)另一個實(shí)施例的用于Ⅱ型器件的能帶圖和結(jié)構(gòu)，該器件包括混合X/CZTSSe吸收體層；

圖4E為根據(jù)另一個實(shí)施例的用于Ⅲ型器件的能帶圖和結(jié)構(gòu)，該器件包括混合X/CZTSSe/X吸收體層；以及

圖5為根據(jù)說明性實(shí)施例的用于形成帶有混合吸收體層的光伏器件的方法的框圖/流程圖。

具體實(shí)施方式

根據(jù)本發(fā)明原理，提供了混合Cu₂(Zn,Sn)(S,Se)₄(CZTSSe)光伏器件，其結(jié)合了CZTSSe的構(gòu)成元素在地球中含量豐富以及另一高性能太陽能材料(為便于參考，始終標(biāo)為X)的高性能和高開路電壓的優(yōu)點(diǎn)。

半導(dǎo)體X可包括，例如，CIGSSe或CdTe，然而也可以采用其它半導(dǎo)體材料。Cu-In-Ga-S,Se(以下CIGSSe)太陽能電池產(chǎn)生很高的性能，其效率的世界紀(jì)錄為20.3％，然而這些材料難以獲得并且包括諸如銦的昂貴的稀有元素。