制造太陽能電池的靶材料制造技術

本發明專利技術提供一種用于制造太陽能電池的濺射靶材裝置。所述靶材裝置包括選自由銅、銦以及鉬組成的金屬或者合金，并且進一步包括混合于所述金屬的基質中的銻或含銻化合物。所述靶材裝置包含0.1重量%到20重量%的銻和至少80重量%的所述金屬。所述靶材裝置被安裝于沉積系統中，用于形成摻雜銻的后電極或形成在多個前驅物層的堆疊中摻雜銻的至少一個前驅物層，以便形成半導體光伏吸收體材料。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及制造用于光伏應用中的半導體的靶材料。僅舉例來說，本專利技術應用于制造用于制造太陽能電池的薄膜光伏材料的濺射靶材，但應認識到，本專利技術具有更廣泛的應用范圍。
技術介紹
利用光伏效應的太陽能電池將日光直接轉化成電力。其由半導體材料制成，所述半導體材料被特別功能化，從而通常經由形成P-η結以便驅動由光子激發的電子來構建耗盡區的內部電場。基本上，當日光照在太陽能電池上時，日光的特定部分被吸收于半導體材料內。所吸收的光的能量被轉移到半導體材料的原子中的電子上，這激發了電子并且使其與原子的結合松弛一些， 從而使其自由流動。經由每一太陽能電池中跨p-n結的內建電場，形成電壓以迫使通過光吸收釋放的那些電子在某一方向上流動。這一電子流動是電流，其可以通過在太陽能電池的頂部和底部上放置金屬觸點來收集。此電流以及與內建電場相關的太陽能電池電壓定義了太陽能電池可以產生的功率。薄膜太陽能電池技術之一是由銅銦鎵二硒化物(硫化物)CIGS(S)化合物半導體形成光伏吸收體，所述半導體包括至少銅(Cu)、銦(In)、鎵(Ga)、硒(Se)和/或硫(S)材料。其稱為CIGS技術。采用CIGS(S)光伏吸收體的現有技術CIGS技術已引起薄膜太陽能電池結構具有接近20%的轉化效率。在一個實例中，用P型Cu (InGa) Se2吸收體和η型CdS收集體的結在配置有由鑰材料制成的金屬后觸點的襯底上構筑CIGS薄膜太陽能電池。在鑰材料上形成Cu (InGa) Se2薄膜吸收體并且在CIGS吸收體上形成η型CdS或ZnS材料之后，在Cu(InGa) Se2與CdS或ZnS層之間形成p-η結。然后,在CdS層上依序沉積透明導電層和前觸點層以形成太陽能電池。多種技術已用于制造Cu(InGa)Se2光伏吸收體。一種常規方法是使用蒸發工藝，其包括沉積所有元素物質。另一常規方法是兩階段工藝，其首先沉積包括Cu、In以及Ga元素物質或其合金的薄膜前驅物，接著進行硒化和/或硫化熱退火工藝。然而，使用這些常規方法(包括濺射沉積)形成的Cu(InGa)Se2吸收體材料存在許多缺陷，其導致太陽能電池的產率低或轉化效率低。從上文可看到，需要制造光伏吸收體材料和所得太陽能電池的改進技術。
技術實現思路
本專利技術涉及用于制造光伏吸收體的濺射薄膜的靶材料。僅舉例來說，本專利技術應用于使用這些濺射靶材制造用于制造太陽能電池的薄膜光伏材料，但應認識到，本專利技術可以具有其它配置。在一個特定實施例中，本專利技術提供一種用于制造太陽能電池的濺射靶材。濺射靶材包括選自由以下組成的群組的金屬元素:銅、銦、鎵以及鑰金屬。濺射靶材進一步包括混合于金屬元素基質中的銻或含銻化合物。濺射靶材包含0.1重量％到20重量％的銻和至少80重量％的金屬。在另一特定實施例中，本專利技術提供一種濺射靶材裝置，其包含至少一種選自以下項的金屬元素:銅、銦、鎵以及鑰。濺射靶材裝置進一步包括混合于至少金屬元素基質中的硫化鈉化合物和銻或含銻化合物，其中所述靶材裝置具有0.1重量％到15重量％的銻含量，0.1重量％到5重量％的硫化鈉含量以及至少80重量％的金屬(選自銅、銦、鎵以及鑰)含量。在一個替代實施例中，本專利技術提供一種形成太陽能電池的方法。所述方法包括提供襯底并且形成覆在襯底上的后電極層。后電極層是從濺射靶材生長的鑰-銻合金，所述濺射靶材包含0.1重量％到15.0重量％的銻和至少85重量％的鑰。或者，后電極層是從濺射靶材形成的鑰-銻-硫化鈉，所述濺射靶材包含0.5重量％到9.0重量％的銻、0.1重量％到5.0重量％的硫化鈉以及至少86%的鑰。另外，所述方法包括形成覆在后電極層上的多個前驅物層的堆疊。多個前驅物層的堆疊依序包括第一厚度的銅層、第二厚度的銦層、第三厚度的銅層、第四厚度的鎵層以及第五厚度的硒層。所述方法進一步包括使多個前驅物層的堆疊在介于450°C與600°C之間的溫度下進行熱退火工藝約10分鐘，從而形成具有銻作為摻雜物的吸收體材料。此外，所述方法包括形成覆在吸收體材料上的包含硫化鎘的η型半導體。此外，所述方法包括形成覆在η型半導體上的氧化鋅層，接著在氧化鋅層上形成摻雜鋁的氧化鋅層，并且形成覆在摻雜鋁的氧化鋅層上的前電極。在另一替代實施例中，本專利技術提供一種形成太陽能電池的方法。所述方法包括提供襯底并且形成鑰層作為覆在襯底上的后電極。另外，所述方法包括形成依序覆在后電極上的包含銅、銦、鎵以及硒的多個前驅物層的堆疊。多個前驅物層中的一者是通過由靶材裝置濺射來形成的，所述靶材裝置包含0.1重量％到20重量％的銻和至少80重量％的選自由銅、銦以及鎵組成的金屬材料的群組的金屬元素。所述方法進一步包括使包括鑰層和多個前驅物層的堆疊的襯底在介于450°C與600°C之間的溫度下進行熱退火工藝約10分鐘，從而形成具有至少銻作為摻雜物的吸收體材料。此外，所述方法包括形成覆在吸收體材料上的包含硫化鎘的η型半導體。此外，所述方法包括形成覆在η型半導體上的氧化鋅層，接著在氧化鋅層上形成摻雜鋁的氧化鋅層，并且形成覆在摻雜鋁的氧化鋅層上的前電極。通過應用本專利技術的實施例可以實現很多益處。本專利技術提供用于制造用于光伏電池應用的薄膜半導體材料的新穎濺射靶材。本專利技術的實施例包括由選自以下項的成分制造濺射靶材:銻(Sb)或銻化合物和至少一種選自由銅(Cu)、銦(In)、鎵(Ga)、硒(Se)以及鑰(Mo)組成的群組的金屬和/或硫化鈉(NaS)。本專利技術還提供一種使用濺射靶材形成具有實質上減少的缺陷的薄膜光伏吸收體材料的方法，其引起CIGS(S)光伏吸收體的黃銅礦晶體結構的晶粒尺寸較大以及電池轉化效率改進。使用這些濺射靶材簡化了制造工藝，從而引起生產成本顯著降低。這些和其它益處可以在本說明書通篇并且更尤其在下文描述。附圖說明圖1是說明根據本專利技術的一個實施例通過使用含Sb復合材料的濺射靶材制造太陽能電池的系統的簡化示意圖；圖1A是根據本專利技術的一個實施例的含 Sb復合材料的矩形濺射靶材的俯視圖的簡化圖2是根據本專利技術的一個實施例用于制造CIGS太陽能電池的在襯底上形成的前驅物層的簡化橫截面圖；圖3是根據本專利技術的一個實施例用于制造CIGS太陽能電池的由圖2中所描繪的前驅物層形成的吸收體材料的簡化橫截面圖；圖4是根據本專利技術的一個實施例的CIGS太陽能電池的簡化橫截面圖；圖5是說明根據本專利技術的一個實施例制造CIGS太陽能電池的方法的簡化圖；圖6是說明根據本專利技術的另一實施例制造CIGS太陽能電池的方法的簡化圖；圖7是說明根據本專利技術的另一實施例制造CIGS太陽能電池的方法的簡化圖；圖8是說明根據本專利技術的另一實施例制造CIGS太陽能電池的方法的簡化圖；圖9是說明根據本專利技術的另一實施例制造CIGS太陽能電池的方法的簡化圖；圖10是說明根據本專利技術的一個替代實施例制造CIGS太陽能電池的方法的簡化圖；以及圖11是說明根據本專利技術的另一替代實施例制造CIGS太陽能電池的方法的簡化圖。具體實施例方式本專利技術涉及用于制造光伏吸收體的濺射薄膜的靶材料。僅舉例來說，本專利技術應用于使用這些濺射靶材制造用于制 造太陽能電池的薄膜光伏材料，但應認識到，本專利技術可以具有其它配置。基于常規生成態銅銦二硒化物(CIS)的膜包含具有固有P型半導體特征的三元硫族化合物。由于其在可見到近紅外光譜范圍內的直接和可本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于制造太陽能電池的濺射靶材裝置，其包含：來自由銅、銦以及鉬組成的群組的金屬；和混合于所述金屬的基質中的銻或含銻化合物，其中所述靶材裝置包含0.1重量%與20重量%的銻和至少80重量%的所述金屬。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李德林，
申請(專利權)人：深圳首創光伏有限公司，
類型：發明
國別省市：