[發明專利]一種銅基硫族化物光伏器件及其形成方法

有效

• 申請號: 201780039014.6
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN109729745B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 郝曉靜;劉芳洋;黃嘉亮;顏暢;孫凱文;馬丁·安德魯·格林
• 申請（專利權）人: 新南創新私人有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/032;H01L31/072;H01L31/0749;H01L21/02
• 代理公司: 上海一平知識產權代理有限公司 31266
• 代理人: 徐迅;馬莉華

一種用于形成光伏器件的方法，包括步驟：在基板上提供第一導電材料；在所述第一導電材料上沉積小于10nm厚的介電材料的連續層；退火所述第一導電材料和所述介電材料層；在所述介電材料層上形成硫族化物光吸收材料；和在所述光吸收材料上沉積第二材料，以使得所述第二材料電耦合至所述光吸收材料；其中，所述第一導電材料和所述介電材料被選擇以使得：在退火步驟期間，所述第一導電材料的一部分經歷化學反應以形成：在第一導電材料和介電材料之間的界面處的金屬硫族化物材料層；和所述介電材料層中的多個空缺；所述空缺就是這樣以允許所述光吸收材料和所述金屬硫屬化物材料層之間的電耦合。另外考慮的是通過該方法形成的光伏器件。

發明領域

本發明通常涉及一種形成包括銅基硫族化物光吸收材料的光伏電池的方法和根據該方法形成的光伏電池。

背景技術

具有銅基硫族化物光吸收材料的薄膜光伏器件代表了薄膜光伏技術的重要進步。例如，硫銅錫鋅礦(Kesterite)(CZTS，CZTSe或CZTSSe)基的薄膜光伏器件采用地球富有的材料和廉價的制造技術。硫銅錫鋅礦是由銅(Cu)、鋅(Zn)、錫(Sn)和硫(S)或硒(Se)構成的四元化合物。硫銅錫鋅礦的化學式為Cu₂ZnSn(S,Se)₄。取決于最后一種元素是硫還是硒，將CZTS或CZTSe用作硫銅錫鋅礦的縮寫。通過混合CZTS和CZTSe，可以形成具有直接能隙、在～1.0eV和～1.5eV之間可調的且具有大的吸收系數的吸收體。這些特性對薄膜光伏器件吸收體是理想的。

目前的硫銅錫鋅礦光伏器件是在涂覆有起背接觸作用的鉬(Mo)層的鈉鈣玻璃基板上實現的。通常，通過對含CZTS(Se)的前體元素的材料進行退火以形成CZTS(Se)吸收層。通常采用PVD、CVD技術或溶液技術來沉積該材料。由ZnO/AZO、ITO、BZO層和金屬材料組成的前接觸通常在吸收層上實現。通常，硫銅錫鋅礦光伏器件在吸收層和前接觸之間還具有CdS中間層。

盡管人們普遍認為，硫銅錫鋅礦光伏器件比其他薄膜光伏技術可能潛在表現會更好，但這些器件目前的性能仍低于市場平均水平。據報道，硫銅錫鋅礦基的光伏器件的記錄效率在8％和12.6％之間，而與其相比的是，例如Cu(In,Ga)Se₂(CIGSe)薄膜光伏器件為21.7％。

硫銅錫鋅礦光伏器件性能降低的一些原因與光吸收層和鉬之間區域的不良的結構和電學特性有關，這導致高載流子復合速度。

本領域需要一種制造硫銅錫鋅礦光伏器件的方法，該方法可以生產具有更好結構特性和性能的電池。

發明概述

本發明的實施方式提供了一種薄膜銅基的硫族化物光伏器件及其形成方法，其具有改進的背接觸區域。背接觸區域包括在鉬背接觸和吸收體之間的自圖案化的氧化鋁超薄層。

根據第一方面，本發明提供了一種用于形成光伏器件的方法，包括步驟：

在基板上提供第一導電材料；

在第一導電材料上沉積介電材料的連續層，所述層薄于10nm；

退火所述第一導電材料和所述介電材料層；

在介電材料層上形成硫族化物光吸收材料；和

在所述光吸收材料上沉積第二材料，以使所述第二材料被電耦合至所述光吸收材料；

其中，所述第一導電材料和所述介電材料被選擇以使得在退火步驟期間所述第一導電材料的一部分經歷化學反應以在第一導電材料和介電材料之間的界面處形成金屬硫族化物材料層且在介電材料層中形成空缺(openings)；所述空缺就是這樣以允許所述光吸收材料和所述金屬硫族化物材料層之間的電耦合。

所述第二材料可以是導電材料或半導電材料。