[發明專利]光伏器件和制造其的方法

有效

• 申請號: 201610139737.0
• 申請日: 2016-03-11
• 公開（公告）號: CN105977339B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 金志煥;李允錫;T.S.格申
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/042
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 宋莉

技術領域

本發明涉及光伏器件，并且更特別地涉及使用包含單晶硫屬化合物(例如，Cu-Zn-Sn-S/Se(CZTSSe))的吸收體層的器件和形成方法。

背景技術

Cu-In-Ga-S/Se(CIGSSe)技術提供具有非常高光電轉換效率(PCE，power conversion efficiency)(例如，約20％)的高性能太陽能電池。CIGSSe太陽能電池相對于帶隙具有非常大的開路電壓(Voc)以及沒有已知的界面復合(interface recombination)問題。不幸地，例如，對于稀有元素(例如銦)的依賴限制了該技術的非常大規模展開(large scale deployment)。

Cu-Zn-Sn-S/Se(CZTSSe)是由全部為地球豐富的元素組成的新興的薄膜太陽能電池技術。雖然在CZTSSe太陽能電池(特別是使用基于肼的溶液處理的CZTSSe太陽能電池)的開發中已經取得進展，但是僅實現了大約12.6％的PCE。

此外，CZTSSe太陽能電池中還存在多個主要限制。例如，可能經歷低Voc，其懷疑是由于以下原因引起：高的緩沖-吸收體界面復合、高的本體缺陷態(bulk defect state)、在本體中存在帶尾態(tail state)，和在本體中或在界面處的可能的費米能級釘扎效應(Fermi level pinning)。此外，CZTSSe還遭受低的占空系數(FF)，其主要是由于跨越器件的勢壘形成或來自各層的較高的串聯電阻和低Voc。

發明內容

用于制造光伏器件的方法包括在第一單晶基板上形成二維材料；在第一單晶基板上面生長包括Cu-Zn-Sn-S(Se)(CZTSSe)的單晶吸收體層；由所述二維材料剝離所述單晶吸收體層；將所述單晶吸收體層轉移至第二基板并且將所述單晶吸收體層放置于第二基板上形成的導電層上；并且在所述單晶吸收體層上形成另外的層以完成所述光伏器件。

用于制造光伏器件的另一方法包括在單晶SiC基板上形成石墨烯的單片層；在單晶SiC基板上面生長包括Cu-Zn-Sn-S(Se)(CZTSSe)的單晶吸收體層；由石墨烯剝離單晶吸收體層；將單晶吸收體層轉移至玻璃基板并且將所述單晶吸收體層放置在形成于玻璃基板上的導電層上；在吸收體層上形成緩沖層；和在緩沖層上面形成透明導體。

光伏器件包括在第一基板上形成的第一接觸層。將包括Cu-Zn-Sn-S(Se)(CZTSSe)的單晶吸收體層直接放置在第一接觸層上。緩沖層與所述單晶吸收體層相接觸地形成。在緩沖層上面形成透明導電接觸層。

由以下將與附圖一起閱讀的本發明的說明性實施方案的詳細描述，這些和其它特征和優點將變得清晰。

附圖說明

本公開將參照下圖在優選實施方案的下列描述中提供細節，其中：

圖1為根據本發明原理具有單晶CZTSSe吸收體層的光伏器件的剖視圖；

圖2為根據本發明原理在單晶基板上形成的二維材料的剖視圖；

圖3為圖2的基板的剖視圖，該基板根據本發明原理具有在單晶基板之上的二維材料上面生長的單晶CZTSSe吸收體層；

圖4為圖3的基板的剖視圖，該基板具有根據本發明原理從下面的基板剝離的單晶CZTSSe吸收體層；

圖5為圖4的基板的剖視圖，該基板根據本發明原理具有轉移至在玻璃基板上的導電層的單晶CZTSSe吸收體層；

圖6示出了兩種材料(石墨烯和Mo)上的CZTSSe的X射線衍射數據以證明本發明原理，其以強度(任意單位)對2θ繪圖，其中θ為衍射角；和

圖7為示出根據說明性實施方案用于形成具有單晶吸收體層的光伏器件的方法的方框/流程圖。

具體實施方式

根據本發明原理，提供了Cu2(Zn,Sn)(S,Se)₄(CZTSSe)光伏器件，該器件包括CZTSSe的地球豐富的組成元素的優點，并且可提供高性能和較高開路電壓。所述CZTSSe作為單晶來生長并且轉移至基板上，其可在光伏器件(如例如，太陽能電池)中用作吸收體層。

常規的CZTSSe器件是在用Mo涂布的基板上形成的。所述CZTSSe和Mo之間無外延關系，使得形成多晶CZTSSe。多晶CZTSSe包括可導致復合中心的晶界和降低CZTSSe器件性能的關閉路徑(shut path)。