【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及制備基于硫?qū)倩锏墓馕詹牧弦约吧婕耙脒@些材料的光伏器件。更具體地，本專利技術(shù)涉及用于制造基于硫?qū)倩锏墓馕战Y(jié)構(gòu)的方法，其中使用具有相對細粒結(jié)構(gòu)的第一含硫?qū)僭乇∧ぬ岣哒w的電子性能，減少電缺陷，降低整體成本和/或增強第二含硫?qū)僭乇∧ο聦右r底的粘附性。
技術(shù)介紹
η型硫?qū)倩锊牧虾?或P型硫?qū)倩锊牧隙季哂泄怆姽δ苄?本文中也稱為光電活性、光吸收或光敏功能性)。當(dāng)引入到光伏器件中時，這些材料吸收入射光并產(chǎn)生電輸出。因此，這些基于硫?qū)倩锏墓馕詹牧显诠δ苄怨夥骷幸驯挥米鞴夥諈^(qū)。這些組合物下文統(tǒng)稱作光電活性的、基于硫?qū)僭?PACB)組合物。說明性PACB組合物通常包括銅(Cu)、銦(In)、鎵(Ga)和/或鋁(Al)中的至少一種或多種的硫化物、硒化物和/或碲化物。硒化物和硫化物比碲化物更常見。具體的硫?qū)倩锝M合物在工業(yè)上以如CIS、CIGS、CIGSS、CIG、CIGT、CIGAT等首字母縮寫詞指稱以表明組合物成分。根據(jù)一種提出用于制造PACB結(jié)構(gòu)的技術(shù)，在初始階段使用沉積方法在一個或多個層中沉積和/或共沉積所需的PACB成分以形成前體薄膜。在該階段，前體薄膜中可能不包含至少一部分和有時所有的硫?qū)僭亍６牵梢栽陔S后的加工階段中全部或一部分硫?qū)僭赝ㄟ^硫?qū)僭鼗?chalcogenization)引入到前體中。硫?qū)僭鼗婕傲驅(qū)僭卮嬖谙虑绑w薄膜的熱處理。這種熱處理不僅將硫?qū)僭匾肭绑w中，而且將薄膜的晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為更適合光敏功能性的晶形。由于硫?qū)僭鼗窃谒銮绑w至少部分形成后發(fā)生的，工業(yè)上稱這些技術(shù)為“后硫?qū)儇Ｋ?span style='display:none'>化(post-chalcogenization) ”工藝。這種方法有很多嚴峻的挑戰(zhàn)需要克服。作為一個挑戰(zhàn)，使前體硫?qū)僭鼗瘍A向于引起薄膜的顯著體積膨脹和/或前體中成分的顯著擴散。這些機制可以導(dǎo)致降低粘附、誘導(dǎo)應(yīng)力和/或引起其他問題的機械應(yīng)力。此外，作為前體硫?qū)僭鼗慕Y(jié)果，傾向于在鄰近背面接觸(例如，許多情況下的鑰層)的薄膜底部的大部分中形成非常大的空隙。這些大的空隙傾向于引起PACB層和背面接觸層之間的粘附問題。電子性能和使用壽命也受到嚴重影響。這些大的空隙也可誘導(dǎo)導(dǎo)致分層、破裂等的機械應(yīng)力。仍然非常希望找到一種方式來改進、減少或甚至消除最終PACB薄膜中這些空隙的總數(shù)、大小和甚至位置。還非常希望能夠提高這些PACB薄膜的粘附特性。在卷對卷(roll-to-roll)工藝中，粘附性問題變得更為關(guān)鍵，特別是當(dāng)使用諸如絲網(wǎng)印刷的技術(shù)形成如集電柵的特征時。作為另一個缺點，用于形成PACB薄膜的原料是相當(dāng)昂貴的。非常希望降低這些成本。完成這一目標(biāo)的一種方式是沉積更薄的PACB薄膜，從而使每個器件使用更少的材料。然而，隨著厚度減小，更薄的PACB薄膜的電特性傾向于受到嚴重損害且甚至失效。仍然需要找到一種方法以濺射或以其他方式形成仍將提供足夠電特性的較薄的PACB薄膜。專利技術(shù)概述本專利技術(shù)提供了改進的含硫?qū)僭氐墓夥Y(jié)構(gòu)，以及相關(guān)的組合物、整合了這些結(jié)構(gòu)的光伏器件、制備這些結(jié)構(gòu)和器件的方法，和使用這些結(jié)構(gòu)和器件的方法。根據(jù)本專利技術(shù)的原理，通過使用含硫?qū)僭氐倪B接層(tie-layer)提高了 PACB組合物的粘附性。在本專利技術(shù)的典型的方法中，連接層最初是形成在襯底上，然后PACB組合物形成在該連接層上。連接層不僅提高粘附性，也提高所得到的器件的整體電性能。例如，與沒有連接層的其他類似的器件相比，數(shù)據(jù)已經(jīng)表明，整合了在這樣的連接層上形成的PACB組合物的光伏電池傾向于具有較高的平均效率、較低的器件間性能變異性、在大的波長范圍內(nèi)更好的光吸收以及減少大尺度的缺陷。值得注意的是，連接層還允許形成更薄的、高質(zhì)量的PACB·薄膜，其在連接層缺乏時是不可能形成的。本專利技術(shù)的原理良好地適用于工業(yè)規(guī)模的工藝，包括卷對卷加工，其可能涉及絲網(wǎng)印刷以沉積器件特征或其前體，如集電柵。該連接層在組成上類似于PACB組合物，因為在許多實施方式中該連接層包含至少銅、銦和至少一種硫?qū)僭亍＿B接層還可以包括一種或多種其他種類的包含在PACB中的成分，包括但不限于鎵(Ga)和/或鋁(Al)和/或類似的成分。事實上，在一些實施方式中，連接層和PACB層的成分及任選的其比例可以基本上是相同的。然而，連接層具有有利于連接層功能性的不同形態(tài)。在一些實施方式中，這是通過在較低的溫度下形成薄的連接層前體而實現(xiàn)的。在任選地硫?qū)僭卮嬖谙逻M行熱處理時，這些連接層前體傾向于被轉(zhuǎn)化成包含晶粒結(jié)構(gòu)平均比進一步對于電子性能進行優(yōu)化的PACB組合物相關(guān)的晶體結(jié)構(gòu)更精細的PACB組合物。已經(jīng)觀察到細粒質(zhì)與增強的粘附性相關(guān)。在一些實施方式中，沉積的連接層前體組合物明顯比作為后硫?qū)僭鼗?或后退火的結(jié)果而形成的所得連接層更少晶體性。不希望受到約束，據(jù)信至少沉積的部分連接層前體PACB組合物可以是無定形的。在一個方面，本專利技術(shù)涉及制備含硫?qū)僭氐墓馕战Y(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟(a)形成包含至少銅、銦和至少一種硫?qū)僭氐牡谝还饷舯∧せ蚱淝绑w；(b)在第一薄膜上直接或間接地形成第二光敏薄膜或薄膜前體，所述薄膜包含至少銅和銦；和(C)對所述第一和第二薄膜和/或其前體中的至少一個在有效地將第一和第二薄膜中的至少一個轉(zhuǎn)化成晶體PACB組合物的條件下進行退火和/或硫?qū)僭鼗幚怼Ｔ诹硪粋€方面，本專利技術(shù)涉及制備含硫?qū)僭氐墓馕战Y(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟a)形成包含至少銅、銦和至少一種硫?qū)僭氐牡谝还饷舯∧せ蚱淝绑w的至少一部分，其中所述形成的至少一部分在低于約350°C的溫度下發(fā)生；和b)在第一薄膜上直接或間接地形成第二光敏薄膜或其膜前體，所述薄膜包含至少銅和銦；和c)對所述第一和第二薄膜和/或其前體中的至少一個在有效地形成晶體PACB組合物的條件下進行退火和/或硫?qū)僭鼗幚怼Ｔ诹硪粋€方面，本專利技術(shù)涉及光伏器件，包括a)襯底；b)在襯底上直接或間接地形成的第一 PACB區(qū)，其中第一 PACB區(qū)包含銅、銦和至少一種硫?qū)僭兀移渲械谝?PACB區(qū)的至少主要部分包含具有由XTEM測量的低于IOOnm大小的晶粒和小于約200nm的區(qū)平均厚度；和c)在第一區(qū)上直接或間接地形成的第二 PACB區(qū)，其中所述第二區(qū)包含銅、銦和至少一種硫?qū)儇Ｋ兀黄渲械谝缓偷诙^(qū)的組合厚度小于lOOOnm。在另一個方面，本專利技術(shù)涉及光伏器件，包括a)襯底； b)在襯底上直接或間接地形成的第一 PACB區(qū)，其中所述第一區(qū)包含銅、銦和至少一種硫?qū)僭兀移渲兴龅谝粎^(qū)的厚度小于約200nm ;和c)在第一 PACB區(qū)域上直接或間接地形成的第二PACB區(qū)，其中所述第二 PACB區(qū)包含銅、銦和至少一種硫?qū)僭兀渲兴龅诙ACB區(qū)的厚度范圍為約200nm至約lOOOnm，且其中第一 PACB區(qū)具有比第二 PACB區(qū)更小的由XTEM測量的平均晶粒尺寸。附圖簡述圖I是下面實施例3涉及的圖，其顯示形成有連接層的8個光伏(PV)電池(圖右側(cè)的數(shù)據(jù)點)和沒有形成連接層的8個光伏(PV)電池(圖左側(cè)的數(shù)據(jù)點)的效率結(jié)果。圖2是下面實施例3涉及的圖，其顯示具有連接層的最高性能電池(曲線I)和沒有連接層的最高性能電池(曲線2)的量子效率測量結(jié)果。圖3是顯示具有和沒有連接層的樣品之間的效率比較的圖。圖4是比較本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：J·E·格比，
申請(專利權(quán))人：陶氏環(huán)球技術(shù)有限責(zé)任公司，
類型：
國別省市：
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