用于ＣＩＧＳ基薄膜光伏電池的薄膜鈉物種阻擋方法和結構技術

一種用于制作薄膜太陽能電池的方法，包括提供含有表面區域且氧化鈉濃度大于約１０ｗｔ％的鈉鈣玻璃基板，和用一種或多種清潔工藝處理表面區域，采用去離子水沖洗，以去除粒徑大于３微米的表面污染物。該方法還包括形成覆蓋表面區域的阻擋層，形成覆蓋阻擋層的處于拉伸構造中的第一鉬層，和采用第二工藝形成覆蓋第一鉬層的處于壓縮構造中的第二鉬層。另外，該方法包括使第一鉬層和第二鉬層圖案化而形成下電極層以及形成覆蓋下電極層的光伏材料層。而且，該方法包括形成覆蓋光伏材料層的第一氧化鋅層。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術總體上涉及光伏材料和制造方法。更具體地，本專利技術提供了用于制作薄膜 太陽能電池的方法和結構。僅以舉例方式，本專利技術描述了用于制造銅銦鎵二硒(銅銦鎵硒) 基(copper indium gallium diselenide based)薄膜光伏器件的方法和結構，但是應該認 識到本專利技術還可以具有其它構造。
技術介紹
從一開始，人類就已經應對挑戰來尋找利用能量的方式。能量來自于例如，以石化 產品、水力發電、核能、風、生物質、太陽能的形式，以及更原始的形式，例如，木材和煤。在過 去的一個世紀中，現代文明已依賴于作為重要能源的石化能量。石化能量包括天然氣和石 油。天然氣包括更輕的形式，例如，丁烷和丙烷，通常用于加熱住宅并用作用于烹飪的燃料。 天然氣還包括通常用于運輸目的的汽油、柴油和噴氣燃料。石化產品的更重的形式也可以 用來加熱某些地方的住宅。遺憾的是，基于在行星地球上可獲得的量，石化燃料的供應是有 限的并且基本上是固定的。另外，由于更多的人以增長的量使用石油產品，所以其迅速地變 成稀缺資源，并隨著時間最終被耗盡。近年來，已經期望環境上清潔且可再生的能量來源。清潔能量來源的一個實例是 水電力(水力發電)。水電力來自由水壩例如在內華達州的胡佛水壩(Hoover Dam)產生的 水流驅動的發電機。所產生的電力用來對在加利福尼亞州洛杉磯市的大部分城市供電。清 潔且可再生的能量來源還包括風能、波能、生物質能等。也就是說，風車將風能轉化成更有 用形式的能量，例如電能。清潔能源還有的其它類型包括太陽能。在整個本專利技術背景并且 更具體地在以下內容中可以找到關于太陽能的具體細節。太陽能技術通常將來自太陽的電磁輻射轉化成其它有用形式的能量。這些其它形 式的能量包括熱能和電力。對于電力應用，經常使用太陽能電池。雖然太陽能在環境上是 清潔的并且從某種角度上已經成功，但是，在將其廣泛應用于全世界之前，仍有許多限制有 待解決。作為一個實例，一種類型的太陽能電池使用來自半導體材料錠(ingots)的晶體材 料。這些晶體材料可以用來制造包括將電磁輻射轉化成電力的光伏和光電二極管裝置的光電裝置。然而，晶體材料經常是昂貴的并且難以大規模制造。另外，由這樣的晶體材料制造 的裝置經常具有較低的能量轉換效率。其它類型的太陽能電池使用“薄膜”技術來形成待 用于將電磁輻射轉化成電力的光敏材料的薄膜。在使用薄膜技術制造太陽能電池時，存在 類似的限制。也就是說，效率經常較低。另外，薄膜的可靠性經常較差，并且在傳統的環境 應用中不能長時間使用。通常，薄膜難以彼此機械地結合。并且，電極層、含鈉玻璃基板、以 及覆蓋吸收劑層(overlyingabsorber layers)的整合也成問題。在整個本說明書并且更 具體地在以下內容中，可以找到這些傳統技術的這些和其它限制。
技術實現思路
本專利技術總體上涉及光伏材料和制造方法。更具體地，本專利技術提供了用于制作薄膜 太陽能電池的方法和結構。僅以舉例方式，本專利技術描述了用于制造銅銦鎵二硒(銅銦鎵硒) 基薄膜光伏器件的方法和結構，但是應該認識到本專利技術還可以具有其它構造。在一個具體實施方式中，本專利技術提供了一種用于制作薄膜太陽能電池的方法。該 方法包括提供包含表面區域、且氧化鈉濃度大于約10wt%的鈉鈣玻璃基板。該方法進一步 包括利用一種或多種清潔工藝來處理該表面區域，采用去離子水沖洗，以去除粒徑大于3 微米的表面污染物。另外，該方法包括形成覆蓋該表面區域的阻擋層(barrier layer)的 步驟。阻擋層的特征在于將鈉保持在鈉鈣玻璃基板中。該方法進一步包括形成覆蓋阻擋層 的第一鉬層的第一步驟。第一鉬層具有第一厚度且處于拉伸構造(tensileconfiguration) 中。該方法還包括形成覆蓋第一鉬層的第二鉬層的第二步驟。第二鉬層具有大于第一厚度 的第二厚度，并處于壓縮構造(compressiveconfiguration)中。另外，該方法包括使第一 鉬層和第二鉬層圖案化以形成下電極層。而且，該方法包括形成覆蓋下電極層的光伏材料 層以及形成覆蓋光伏材料層的第一氧化鋅層。在另一個具體實施方式中，本專利技術提供了一種用于制作薄膜太陽能電池的方法。 該方法包括提供包含表面區域且氧化鈉濃度大于約IOwt %的鈉鈣玻璃基板。該方法進一 步包括形成覆蓋該表面區域的阻擋層。阻擋層的特征在于將鈉保持在鈉鈣玻璃基板中。另 外，該方法包括采用第一工藝形成覆蓋阻擋層的第一鉬層。第一鉬層具有第一厚度并處于 拉伸構造中。該方法還包括采用第二工藝形成覆蓋第一鉬層的第二鉬層。第二鉬層具有大 于第一厚度的第二厚度，并處于壓縮構造中。另外，該方法包括使第一鉬層和第二鉬層圖案 化以形成下電極層。而且，該方法包括形成包含銅物種、鎵物種、銦物種和硒物種的覆蓋下 電極層的吸收劑材料以及形成覆蓋吸收劑材料的第一氧化鋅層。在可替換的實施方式中，本專利技術提供了一種薄膜太陽能電池器件。該薄膜太陽能 電池器件包括含表面區域且氧化鈉濃度大于約10wt%的鈉鈣玻璃基板。該薄膜太陽能電池 器件進一步包括覆蓋表面區域而將鈉保持在鈉鈣玻璃基板中的阻擋層。另外，薄膜太陽能 電池器件包括含覆蓋阻擋層的第一鉬層和覆蓋第一鉬層的第二鉬層的下電極層。第一鉬層 具有第一厚度并處于拉伸構造中，第二鉬層具有大于第一厚度的第二厚度，并處于壓縮構 造中。而且，薄膜太陽能電池器件包括含銅物種、銦物種、鎵物種和硒物種的覆蓋下電極層 的吸收劑材料以及覆蓋吸收劑材料的第一氧化鋅層。在某些具體實施方式中，光伏吸收劑層是在黃銅礦結構中的銅銦二硒(銅銦硒， copper indium diselenide)化合物半導體薄膜或銅銦鎵二硒材料。在一些其它的實施方式中，吸收劑層通過具有寬帶隙或不同摻雜的窗口層(window layer)覆蓋。窗口層可以是 硫化鎘(CdS)、硫化鋅(ZnS)、硒化鋅(a^e)、氧化鋅(ZnO)、氧化鋅鎂(ZnMgO)等。在還有 的其它實施方式中，用作薄膜太陽能電池器件的上電極層的第一氧化鋅層，可在吸收劑層 上于形成第二氧化鋅層之后形成。具體而言，第二氧化鋅層比第一氧化鋅層具有更高的電 阻率。通過采用本專利技術的實施方式可以獲得許多益處。具體而言，薄阻擋層提供重要的 擴散阻擋，用于將含鈉物種保持在用于形成薄膜光伏電池的鈉鈣玻璃基板中。阻擋層防止 不受控的過量的鈉與鉬電極層反應，或防止為了實現其薄膜太陽能電池的高功效在形成具 有大晶粒尺寸的黃銅礦結構中的銅銦二硒薄膜期間導致薄膜晶粒劣化。本專利技術的實施方式 還包括通過工藝控制而形成具有特定分層的壓縮/拉伸應力和厚度控制的雙層鉬電極層。 因此，該雙層電極層尤其適用于激光圖案化以形成制作薄膜太陽能電池所需的下電極層。 當然，可以存在其它變型、修改和替換。在整個本說明書并且更具體地在以下內容中，對這些和其它益處進行描述。 附圖說明圖1是示出了根據本專利技術一個實施方式制作薄膜太陽能電池的方法的簡化流程 圖；圖2-7、7A_7E和8_12是示出包含用于制作根據本專利技術某些實施方式的薄膜太陽 能電池的一系列步驟的方法的示意圖；以及圖13和14是根據本專利技術實施方式制作的薄膜太陽能電池模塊的測試IV特性。 具體實施例方式本專利技術總體上涉及光伏材料和制造方法。更具體地，本專利技術提本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種用于制作薄膜太陽能電池的方法，所述方法包括：提供包含表面區域且氧化鈉濃度大于約１０重量百分比的鈉鈣玻璃基板；用一種或多種清潔工藝處理所述表面區域，采用去離子水沖洗，以去除粒徑大于３微米的表面污染物；形成覆蓋所述表面區域的阻擋層，所述阻擋層的特征在于將鈉保持在所述鈉鈣玻璃基板中；采用第一工藝形成覆蓋所述阻擋層的第一鉬層，所述第一鉬層具有第一厚度并處于拉伸構造中；采用第二工藝形成覆蓋所述第一鉬層的第二鉬層，所述第二鉬層具有大于所述第一厚度的第二厚度并處于壓縮構造中，；使所述第一鉬層和所述第二鉬層圖案化以形成下電極層；形成覆蓋所述下電極層的光伏材料層；以及形成覆蓋所述光伏材料層的第一氧化鋅層。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：羅伯特·D·維廷，
申請(專利權)人：思陽公司，
類型：發明
國別省市：US