專利名稱：用于形成cis型薄膜太陽能電池的光吸收層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于形成CIS型薄膜太陽能電池的光吸收層的方法。
背景技術(shù)：
CIS型薄膜太陽能電池是具有基板結(jié)構(gòu)的pn異質(zhì)結(jié)器件，其包含以如下順序疊置的玻璃基板、金屬背襯電極層、p型CIS光吸收層、高阻緩沖層和n型窗口層，如圖7所示。當形成所述CIS光吸收層時，將包括在玻璃基板上的金屬背襯電極層上如圖5所示的Cu/Ga(工件2A)、Cu/In(工件2B)和Cu-Ga/In(工件2C)中的任一個的多層結(jié)構(gòu)的金屬前驅(qū)膜(下文中稱為待被處理用于膜形成的工件)進行硒化或硫化以形成所述CIS光吸收層。已經(jīng)用于硒化或硫化待被處理用于膜形成的工件的膜形成方法包括在如圖6所示的圓柱石英室1A中將這些板形工件在一定間距下彼此遠離地放置，并基于自然循環(huán)將所述工件硒化或硫化以形成光吸收層。
在進行硒化的情況下，將所述工件(金屬前驅(qū)膜)放置于所述裝置中并用例如氮氣的惰性氣體置換在所述裝置中的氣氛。之后，將硒源引入并在被封裝的狀態(tài)下加熱，并將所述工件在一定溫度下保持一段時間，從而形成基于硒化物的CIS光吸收層。
在進行硫化的情況下，將所述工件放置于所述裝置中并用例如氮氣的惰性氣體置換在所述裝置中的氣氛。之后，將硫源，例如硫化物氣體引入并在被封裝的狀態(tài)下加熱，并且將所述工件在一定溫度下保持一段時間，從而形成基于硫化物的CIS光吸收層。
另外，在硒化后進行硫化的情況下，用硫氣氛置換封裝在所述裝置中的硒氣氛。升高在所述裝置中的溫度，同時保持所述硫氣氛并將所述工件在一定溫度下保持一段時間以使所述工件與熱解的硫反應(yīng)，從而形成基于硫化物/硒化物的CIS光吸收層。
基于自然循環(huán)的相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的膜形成方法(硒化或硫化裝置)示于圖6中，其具有如下問題。由于在所述反應(yīng)氣體，例如H2Se或H2S(和硫族元素(硒或硫))和稀釋氣體(惰性氣體)之間的比重存在差異，所述反應(yīng)氣體易于在所述反應(yīng)爐的較下部分積聚，并且在所述爐中的反應(yīng)氣體變得不均勻。結(jié)果，形成了其中組份的比例是不均勻的光吸收層，這導(dǎo)致不均勻的太陽能電池性能。另外，在被處理用于膜形成的工件中的任何缺陷部分對太陽能電池的性能都有不利的影響(在這種情況下，給定的品質(zhì)或性能不是令人滿意的)，并且這種缺陷部分的存在不利地導(dǎo)致太陽能電池的構(gòu)造整體上具有差的品質(zhì)或性能。
在所述爐中用于均勻分散反應(yīng)氣體的技術(shù)是已知的，其包括在所述爐中放置用于均勻分散反應(yīng)氣體的器件，例如用于攪動所述反應(yīng)氣體的風扇，并且擋板在構(gòu)成等離子顯示器面板等的步驟中用作所述反應(yīng)氣體用的循環(huán)通道(參見專利文獻1)。這種爐子用于等離子顯示器面板等用的基板玻璃的煅燒，并且這項技術(shù)預(yù)計使在所述爐子中的溫度均勻。在這個申請中的工件是不同的并且不使用反應(yīng)氣體。因此，難以直接使用這項技術(shù)用于形成CIS型薄膜太陽能電池的光吸收層。另外，描述于專利文獻1中的爐子是其中具有用作所述循環(huán)通道的擋板的爐子，其具有復(fù)雜的構(gòu)造并且是昂貴的。因此這項技術(shù)的應(yīng)用的問題是生產(chǎn)成本增加。
專利文獻1JP-A-11-311484發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題
為了消除上述問題完成了本發(fā)明。本發(fā)明的目的是通過采用包括(加上的)簡單器件的構(gòu)造使在裝置中的溫度均勻以及改進與反應(yīng)氣體和硫族元素(硒或硫)的接觸狀態(tài)，從而使同時形成的光吸收層能夠具有均勻的和改進的品質(zhì)(組分比例)和性能，并以改進的成品收率給出具有改進性能的太陽能電池。
解決問題的手段(1)消除了上述問題的本發(fā)明提供用于形成CIS型薄膜太陽能電池的光吸收層的方法，所述CIS型薄膜太陽能電池為pn異質(zhì)結(jié)器件，其具有包含已經(jīng)以如下順序疊置的玻璃基板、金屬背襯電極層、p型CIS光吸收層、高阻緩沖層和n型窗口層的基板結(jié)構(gòu)，其中，所述的形成方法包括如下步驟中的任一個硒化步驟，其中待被硒化或硫化的工件(下文中稱為工件)包括玻璃基板，在其上形成的金屬背襯電極層，并且將在所述金屬背襯電極層上形成的包含Cu/Ga、Cu/In和Cu-Ga/In的多層結(jié)構(gòu)的金屬前驅(qū)膜硒化以形成基于硒化物的CIS光吸收層；硫化步驟，其中將所述工件硫化以形成基于硫化物的CIS光吸收層；和硒化/硫化步驟，其中將所述工件硒化/硫化以形成基于硒化物/硫化物的CIS光吸收層，其中在每一步驟中，將用于氣氛均勻化的器件放置于所述裝置中并且將所述工件以如下方式放置可使反應(yīng)氣體平穩(wěn)循環(huán)，從而使在所述裝置中的溫度均勻，并且使所述工件與所述反應(yīng)氣體和與硫族元素(硒和硫)的接觸的狀態(tài)被改進。
(2)本發(fā)明提供如上述(1)下所述的用于形成CIS型薄膜太陽能電池的光吸收層的方法，其中所述用于氣氛均勻化的器件包括強制所述氣氛氣體循環(huán)的電扇，并且所述工件放置的方式為其中在圓柱形裝置中將兩個或更多個平坦的板狀工件(一組工件)在一定間距下彼此遠離地放置，其平行于所述裝置的長軸方向，同時保持所述板垂直，其中所述裝置在工件的組中，在向上/向下方向和在長軸方向中具有反應(yīng)氣體通道，并且在所述工件組上方和下方和在其兩邊還具有所述氣體的通道，并且每個工件易于與存在于所述裝置中的反應(yīng)氣體接觸。
(3)本發(fā)明提供如上述(1)或(2)下所述的用于形成CIS型薄膜太陽能電池的光吸收層的方法，其中所述的硒化步驟包括將所述硒源引入，加熱所述硒源同時保持其處于被封裝的狀態(tài)，通過描述于上述(1)或(2)中的用于氣氛均勻化的器件和工件放置的方式形成所述裝置的內(nèi)部狀況，以使所述工件均勻地經(jīng)歷硒化反應(yīng)，并且將所述金屬前驅(qū)膜在一定溫度下保持一段時間，從而形成基于硒化物的CIS光吸收層。
(4)本發(fā)明提供如上述(1)、(2)或(3)下所述的用于形成CIS型薄膜太陽能電池的光吸收層的方法，其中所述的硒化步驟包括將所述工件放置于裝置中，用例如氮氣的惰性氣體置換在所述裝置中的氣氛，隨后在常溫下引入硒源，例如硒化氫氣體，其被稀釋至濃度范圍為1-20％，理想地為2-10％，通過在上述(1)或(2)中描述的用于氣氛均勻化的器件和工件放置的方式將在所述裝置中由于所述氣體間的比重不同而傾向于分為較上部分和較下部分的氣體氣氛均勻化，同時保持所述硒源處于被封裝的狀態(tài)，將所述氣體氣氛在10-100℃/分鐘的速度下加熱至400-550℃，理想地為450-500℃，并且之后將所述工件在該溫度下保持一段時間，即，10-200分鐘，理想地為30-120分鐘，從而形成基于硒化物的CIS光吸收層。
(5)本發(fā)明提供如上述(1)或(2)下所述的用于形成CIS型薄膜太陽能電池的光吸收層的方法，其中所述的硫化步驟包括將所述工件放置于裝置中，用例如氮氣的惰性氣體置換在所述裝置中的氣氛，隨后在常溫下引入硫源，例如硫化物氣體，其被稀釋至濃度范圍為1-30％，理想地為2-20％，通過在上述(1)或(2)中描述的用于氣氛均勻化的器件和工件放置的方式將在所述裝置中由于所述氣體間的比重不同而傾向于分為較上部分和較下部分的氣體氣氛均勻化，同時保持所述硫源處于被封裝的狀態(tài)，將所述氣體氣氛在10-100℃/分鐘的速度下加熱至400-550℃，理想地為450-500℃，并且之后將所述工件在該溫度下保持一段時間，即，10-200分鐘，理想地為30-120分鐘，從而形成基于硫化物的CIS光吸收層。
(6)本發(fā)明提供如上述(1)或(2)下所述的用于形成CIS型薄膜太陽能電池的光吸收層的方法，其中所述的硒化/硫化步驟包括形成描述于權(quán)利要求1、2、3或4中的基于硒化物的CIS光吸收層，之后用硫氣氛置換封裝于所述裝置中的硒氣氛，通過在上述(1)或(2)中描述的用于氣氛均勻化的器件和工件放置的方式形成所述裝置的內(nèi)部狀況，以使硫化反應(yīng)均勻進行，同時提高在所述裝置中的溫度并保持所述硫氣氛，以及將描述于上述(1)、(2)或(3)中的基于硒化物的CIS光吸收層在一定溫度下保持一段時間以將所述層與硫反應(yīng)，從而形成基于硫化物/硒化物的CIS光吸收層。
(7)本發(fā)明提供如上述(1)、(2)、(3)或(4)下所述的用于形成CIS型薄膜太陽能電池的光吸收層的方法，其中所述的基于硒化物的CIS光吸收層包括CuInSe2、Cu(InGa)Se2或CuGaSe2。
(8)本發(fā)明提供如上述(1)、(2)或(5)下所述的用于形成CIS型薄膜太陽能電池的光吸收層的方法，其中所述的基于硫化物的CIS光吸收層包括CuInS2、Cu(InGa)S2或CuGaS2。
(9)本發(fā)明提供如上述(1)、(2)或(6)下所述的用于形成CIS型薄膜太陽能電池的光吸收層的方法，其中所述的基于硫化物/硒化物的CIS光吸收層包括具有CuIn(SSe)2或Cu(InGa)(SSe)2或CuGa(SSe)2或CuIn(SSe)2作為表面層的CuInSe2、具有CuIn(SSe)2作為表面層的Cu(InGa)Se2、具有CuIn(SSe)2作為表面層的Cu(InGa)(SSe)2、具有CuIn(SSe)2作為表面層的CuGaSe2、具有CuIn(SSe)2作為表面層的CuGaSe2、具有Cu(InGa)(SSe)2作為表面層的Cu(InGa)Se2、具有Cu(InGa)(SSe)2作為表面層的CuGaSe2、具有CuGa(SSe)2作為表面層的Cu(InGa)Se2、或具有CuGa(SSe)2作為表面層的CuGaSe2。
有益效果本發(fā)明采用氣氛均勻化器件用于使在所述裝置中的溫度均勻和用于改進與反應(yīng)氣體和硫族元素(硒或硫)的接觸狀態(tài)，和可使反應(yīng)氣體平穩(wěn)循環(huán)的工件放置方式。通過這樣的簡單器件和方式，使得在所述裝置中的溫度均勻并且改進了與所述反應(yīng)氣體和硫族元素(硒和硫)的接觸狀態(tài)。因此，同時形成的CIS型薄膜太陽能電池的光吸收層可被制備成具有均勻和改進的品質(zhì)(成分比例)和性能。另外，還可改進CIS型薄膜太陽能電池的太陽能電池性能和成品收率。
圖1為顯示在用于形成CIS型薄膜太陽能電池的光吸收層的本發(fā)明的方法中使用的膜形成裝置的構(gòu)造的示意圖(前視圖)。
圖2為顯示已經(jīng)放置于本發(fā)明的用于形成CIS型薄膜太陽能電池的光吸收層的裝置中的待被處理用于膜形成的工件的圖(側(cè)視圖)。
圖3為說明在本發(fā)明的膜形成方法中的溫度調(diào)節(jié)(包括示于圖5中的用于確定溫度分布的測量點)的圖。
圖4為說明在本發(fā)明的用于形成CIS型薄膜太陽能電池的光吸收層的裝置中，經(jīng)處理用于膜形成的工件的溫度分布，和在相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)中的用于形成本發(fā)明的CIS型薄膜太陽能電池的光吸收層的裝置中，經(jīng)處理用于膜形成的工件的溫度分布之間關(guān)于每個測量點的比較的圖。
圖5為說明在用于形成CIS型薄膜太陽能電池的光吸收層的本發(fā)明的方法中，待被處理用于膜形成的工件的構(gòu)造的圖(截面圖)。
圖6為顯示在用于形成CIS型薄膜太陽能電池的光吸收層的相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的方法中使用的膜形成裝置的構(gòu)造的示意圖(前視圖)。
圖7為顯示CIS型薄膜太陽能電池的構(gòu)造的示意圖(截面圖)。
附圖標記說明1用于膜形成的裝置1A石英室1B加熱器2待被處理用于膜形成的工件2ACu-Ga多層膜2BCu-In多層膜2CCu-Ga-In多層膜3風扇4支撐物4A支撐物腿5 CIS型薄膜太陽能電池5A玻璃基板5B金屬背襯電極層5C CIS光吸收層5D高阻緩沖層5E窗口層(透明導(dǎo)電膜)具體實施方式
本發(fā)明提供膜形成的方法，其用于在形成在CIS型薄膜太陽能電池中的CIS光吸收層的步驟中通過硒化、硫化/硒化、硫化、或硒化/硫化而形成膜的步驟中。如圖7所示，CIS型薄膜太陽能電池5為pn異質(zhì)結(jié)器件，其具有包含已經(jīng)以如下方式疊置的玻璃基板5A、金屬背襯電極層5B、p型CIS光吸收層5C、高阻緩沖層5D和n型窗口層(透明導(dǎo)電膜)5E的基板結(jié)構(gòu)。當形成所述CIS光吸收層5C時，將包括在玻璃基板上的金屬背襯電極層上的如圖5所示的Cu/Ga(工件2A)、Cu/In(工件2B)和Cu-Ga/In(工件2C)中的任一個的多層結(jié)構(gòu)的金屬前驅(qū)膜(下文中稱為待被處理用于膜形成的工件)進行通過硒化、硫化、或硒化/硫化的膜形成步驟以形成所述CIS光吸收層5C。
在本發(fā)明的膜形成法中，采用強制循環(huán)。因此，本發(fā)明可消除其中反應(yīng)氣體，例如H2Se或H2S(和硫族元素(硒或硫))由于在所述反應(yīng)氣體和稀釋氣體(惰性氣體)之間的比重存在差異而易于在所述反應(yīng)爐的較下部分積聚，導(dǎo)致在所述爐中反應(yīng)氣體濃度不均勻的現(xiàn)象(參見在表2中給出的對于相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)裝置的實驗數(shù)據(jù))，和其中所述爐的較上部分和較下部分發(fā)生具有溫度差的現(xiàn)象(參見在圖6中給出的對于相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的膜形成的實驗數(shù)據(jù))；這些現(xiàn)象是采用自然循環(huán)的相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的膜形成方法的問題。因此，在本發(fā)明中，使在所述裝置中的溫度均勻和改進了與所述反應(yīng)氣體和硫族元素(硒或硫)的接觸狀態(tài)。結(jié)果，同時形成的CIS型薄膜太陽能電池的光吸收膜可被制成具有均勻的和改進的品質(zhì)(成分比例)和性能。另外，CIS型薄膜太陽能電池的太陽能電池性能和所述成品收率可被改進。
因此，在本發(fā)明的膜形成方法中，對于每一步驟，將用于氣氛均勻化的器件放置在所述裝置中，以使在所述裝置中的溫度和反應(yīng)氣體均勻，和改進與所述反應(yīng)氣體和硫族元素(硒或硫)的接觸狀態(tài)。另外，在每一步驟中采用工件放置的方式為使得所述反應(yīng)氣體的循環(huán)平穩(wěn)。
如圖1和3所示，用于氣氛均勻化的器件可以是電扇3，并且工件放置的方式可以是如下所述的那樣。支撐物4用于在圓柱形裝置(石英室1A)中放置兩個或更多個平坦的板狀工件(一組工件)，使得所述工件2在一定間距下彼此遠離地放置，其平行于所述裝置的長軸方向，同時保持所述板垂直，并且所述裝置具有位于所述的工件組中的以向上/向下方向和所述長軸方向的作為反應(yīng)氣體通道的內(nèi)部通道，以及還具有作為在所述工件組外部通道的上部通道、下部通道、以及左和右側(cè)通道。另外，所述器件和放置的方式可使每個工件易于與存在于所述裝置中的反應(yīng)氣體接觸。
所述硒化步驟可包括將所述硒源引入，加熱所述硒源同時將其保持處于被封裝的狀態(tài)，通過用于如上所述的氣氛均勻化的器件和工件放置方式形成所述裝置的內(nèi)部狀況以使得所述工件均勻地經(jīng)歷硒化反應(yīng)，并將每個金屬前驅(qū)膜在一定溫度下保持一段時間，從而形成基于硒化物的CIS光吸收層。
所述硒化步驟可包括將所述工件放置在所述裝置中，用例如氮氣的惰性氣體置換在所述裝置中的氣氛，隨后在常溫下引入硒源，例如硒化氫氣體，其被稀釋到濃度范圍為1-20％，理想地為2-10％，將由于所述氣體之間的比重存在差異而在所述裝置中傾向于分離成較上部分和較下部分的氣體氣氛通過如上所述的用于氣氛均勻化的器件和工件放置方式進行均勻化，同時保持所述硒源處于被封裝的狀態(tài)，將所述氣體氣氛在10-100℃/分鐘的速度下加熱至400-550℃，理想地為450-500℃，并且之后將所述工件在該溫度下保持一段時間，即，10-200分鐘，理想地為30-120分鐘，從而形成基于硒化物的CIS光吸收層。
基于硒化物的CIS光吸收層可包括CuInSe2、Cu(InGa)Se2或CuGaSe2。
所述硫化步驟可包括將所述工件放置在所述裝置中，用例如氮氣的惰性氣體置換在所述裝置中的氣氛，隨后在常溫下引入硫源，例如硫化物氣體，其被稀釋到濃度范圍為1-30％，理想地為2-20％，將由于所述氣體之間的比重存在差異而在所述裝置中傾向于分離成較上部分和較下部分的氣體氣氛通過如上所述的用于氣氛均勻化的器件和工件放置方式進行均勻化，同時保持所述硫源處于被封裝的狀態(tài)，將所述氣體氣氛在10-100℃/分鐘的速度下加熱至400-550℃，理想地為450-500℃，并且之后將所述工件在該溫度下保持一段時間，即，10-200分鐘，理想地為30-120分鐘，從而形成基于硫化物的CIS光吸收層。
基于硫化物的CIS光吸收層可包括CuInS2、Cu(InGa)S2或CuGaS2。
所述硒化/硫化步驟可包括形成如上所述的基于硒化物的CIS光吸收層，之后用硫氣氛置換封裝于所述裝置中的硒氣氛，通過如上所述的用于氣氛均勻化的器件形成所述裝置的內(nèi)部狀況以使得硫化反應(yīng)均勻地進行，同時升高在所述裝置中的溫度并保持在所述硫氣氛中，并將所述基于硒化物的CIS光吸收層在一定溫度下保持一段時間以將所述層與硫反應(yīng)，從而形成基于硫化物/硒化物的CIS光吸收層。
所述基于硫化物/硒化物的CIS光吸收層可包括具有CuIn(SSe)2或Cu(InGa)(SSe)2或CuGa(SSe)2或CuIn(SSe)2作為表面層的CuInSe2、具有CuIn(SSe)2作為表面層的Cu(InGa)Se2、具有CuIn(SSe)2作為表面層的Cu(InGa)(SSe)2、具有CuIn(SSe)2作為表面層的CuGaSe2、具有CuIn(SSe)2作為表面層的CuGaSe2、具有Cu(InGa)(SSe)2作為表面層的Cu(InGa)Se2、具有Cu(InGa)(SSe)2作為表面層的CuGaSe2、具有CuGa(SSe)2作為表面層的Cu(InGa)Se2、或具有CuGa(SSe)2作為表面層的CuGaSe2。
圖4說明在采用強制循環(huán)的本發(fā)明的膜形成方法中在工件(基板尺寸300mm×1,200mm)中的溫度分布，和采用自然循環(huán)的相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的膜形成方法中在工件(基板尺寸與本發(fā)明中的相同)中的溫度分布之間的比較。在每個膜形成的方法中，形成膜，同時以示于圖3中的方式調(diào)節(jié)所述溫度(在10℃/分鐘的速度下從室溫加熱至510℃并在510℃下保持30分鐘)。將熱電偶各自連接與在所述工件上的四個位置I、II、III和IV，并且將該工件根據(jù)所述溫度程序進行加熱。在每一個測量點A(100℃)、測量點B(200℃)、測量點C(400℃)、和測量點D(510℃)下測定溫度分布，并顯示其結(jié)果。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的膜形成方法在每個測量點下在所述工件中的溫度差比相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的膜形成方法更小。
將具有通過采用強制循環(huán)的本發(fā)明的膜形成方法形成的CIS光吸收層的CIS型薄膜太陽能電池(尺寸300mm×1,200mm)分成16片(A至P)，并且檢查每一片的轉(zhuǎn)換效率。其結(jié)果示于下表1中(所述轉(zhuǎn)換效率對應(yīng)于所示的測量區(qū)域A至P)表1根據(jù)本發(fā)明的裝置在工件上的測量位置(硒化或硫化)
轉(zhuǎn)換效率(Eff(％))測量的結(jié)果
將具有通過相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的膜形成方法形成的CIS光吸收膜的CIS型薄膜太陽能電池(尺寸300mm×1,200mm)分成16片(A至P)，并且檢查每一片的轉(zhuǎn)換效率。其結(jié)果示于下表2中(所述轉(zhuǎn)換效率對應(yīng)于所示的測量區(qū)域A至P)表2相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的裝置在工件上的測量位置(硒化或硫化)
轉(zhuǎn)換效率(Eff(％))測量的結(jié)果
如表1和表2所示，發(fā)現(xiàn)利用本發(fā)明的用于膜形成的方法制備的CIS型薄膜太陽能電池比利用相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的膜形成方法具有更高的轉(zhuǎn)換效率，并且前者的太陽能電池在整個區(qū)域內(nèi)具有幾乎均一的轉(zhuǎn)換效率。
順便提及，根據(jù)JIS C 8914I，通過用恒定光的太陽光模擬器在標準條件下(輻照強度，100mW/cm2；AM(大氣質(zhì)量)，1.5；溫度，25℃)進行測量確定轉(zhuǎn)換效率。
如上所述，本發(fā)明的膜形成方法證明可如圖3所示使工件在所有位點具有均勻的溫度分布，并給出在如表1所示的所有位點具有均勻和高轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池。
權(quán)利要求
1.一種形成CIS型薄膜太陽能電池的光吸收層的方法，所述CIS型薄膜太陽能電池為具有基板結(jié)構(gòu)pn異質(zhì)結(jié)器件，其包含以如下順序疊置的玻璃基板、金屬背襯電極層、p型CIS光吸收層、高阻緩沖層和n型窗口層，其中，該形成方法包括如下步驟中的任一個硒化步驟，其中待被硒化或硫化的工件(下文中稱為工件)包括玻璃基板，在其上形成的金屬背襯電極層，并且將在所述金屬背襯電極層上形成的包含Cu/Ga、Cu/In和Cu-Ga/In中的任一個的多層結(jié)構(gòu)的金屬前驅(qū)膜硒化以形成基于硒化物的CIS光吸收層；硫化步驟，其中將所述工件硫化以形成基于硫化物的CIS光吸收層；和硒化/硫化步驟，其中將所述工件硒化/硫化以形成基于硒化物/硫化物的CIS光吸收層，其中在每一步驟中，將用于氣氛均勻化的器件放置于所述裝置中并且將所述工件以如下方式放置使反應(yīng)氣體能夠平穩(wěn)循環(huán)，從而使在所述裝置中的溫度均勻，并且使所述工件與所述反應(yīng)氣體和與硫族元素(硒和硫)的接觸的狀態(tài)被改進。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的形成CIS型薄膜太陽能電池的光吸收層的方法，其中所述用于氣氛均勻化的器件包括強制所述氣氛氣體循環(huán)的電扇，并且所述工件放置的方式為其中在圓柱形裝置中將兩個或更多個平坦的板狀工件(工件組)在一定間距下彼此遠離地放置，其平行于所述裝置的長軸方向，同時保持所述板垂直，其中所述裝置在所述工件組中、在向上/向下方向和在長軸方向中具有反應(yīng)氣體通道，并且在所述工件組上方和下方和在其兩邊還具有所述氣體的通道，并且每個工件易于與存在于所述裝置中的反應(yīng)氣體接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的形成CIS型薄膜太陽能電池的光吸收層的方法，其中所述的硒化步驟包括將硒源引入，加熱所述硒源同時保持其處于被封裝的狀態(tài)，通過在權(quán)利要求1或2中描述的用于氣氛均勻化的器件和工件放置的方式形成所述裝置的內(nèi)部狀況，以使所述工件均勻地經(jīng)歷硒化反應(yīng)，并且將所述金屬前驅(qū)膜在一定溫度下保持一段時間，從而形成基于硒化物的CIS光吸收層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的形成CIS型薄膜太陽能電池的光吸收層的方法，其中所述的硒化步驟包括將所述工件放置于裝置中，用例如氮氣的惰性氣體置換在所述裝置中的氣氛，隨后在常溫下引入硒源，例如硒化氫氣體，其被稀釋至濃度范圍為1-20％，理想地為2-10％，通過在權(quán)利要求1或2中描述的用于氣氛均勻化的器件和工件放置的方式將在所述裝置中的由于所述氣體間的比重不同而傾向于分為較上部分和較下部分的氣體氣氛均勻化，同時保持所述硒源處于被封裝的狀態(tài)，將所述氣體氣氛以10-100℃/分鐘的速度加熱至400-550℃，理想地為450-500℃，并且之后將所述工件在該溫度下保持一段時間，即，10-200分鐘，理想地為30-120分鐘，從而形成基于硒化物的CIS光吸收層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的形成CIS型薄膜太陽能電池的光吸收層的方法，其中所述的硫化步驟包括將所述工件放置于裝置中，用例如氮氣的惰性氣體置換在所述裝置中的氣氛，隨后在常溫下引入硫源，例如硫化物氣體，其被稀釋至濃度范圍為1-30％，理想地為2-20％，通過在權(quán)利要求1或2中描述的用于氣氛均勻化的器件和工件放置的方式將在所述裝置中的由于所述氣體間的比重不同而傾向于分為較上部分和較下部分的氣體氣氛均勻化，同時保持所述硫源處于被封裝的狀態(tài)，將所述氣體氣氛以10-100℃/分鐘的速度加熱至400-550℃，理想地為450-500℃，并且之后將所述工件在該溫度下保持一段時間，即，10-200分鐘，理想地為30-120分鐘，從而形成基于硫化物的CIS光吸收層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的形成CIS型薄膜太陽能電池的光吸收層的方法，其中所述的硒化/硫化步驟包括形成在權(quán)利要求1、2、3或4中所述的基于硒化物的CIS光吸收層，之后用硫氣氛置換封裝于所述裝置中的硒氣氛，通過在權(quán)利要求1或2中描述的用于氣氛均勻化的器件和工件放置的方式形成所述裝置的內(nèi)部狀況，以使硫化反應(yīng)均勻進行，同時提高在所述裝置中的溫度并保持所述硫氣氛，以及將在權(quán)利要求1、2或3中所述的基于硒化物的CIS光吸收層在一定溫度下保持一段時間以使所述層與硫反應(yīng)，從而形成基于硫化物/硒化物的CIS光吸收層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4的形成CIS型薄膜太陽能電池的光吸收層的方法，其中所述的基于硒化物的CIS光吸收層包括CuInSe2、Cu(InGa)Se2或CuGaSe2。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2或5的形成CIS型薄膜太陽能電池的光吸收層的方法，其中所述的基于硫化物的CIS光吸收層包括CuInS2、Cu(InGa)S2或CuGaS2。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2或6的形成CIS型薄膜太陽能電池的光吸收層的方法，其中所述的基于硫化物/硒化物的CIS光吸收層包括具有CuIn(SSe)2或Cu(InGa)(SSe)2或CuGa(SSe)2或CuIn(SSe)2作為表面層的CuInSe2、具有CuIn(SSe)2作為表面層的Cu(InGa)Se2、具有CuIn(SSe)2作為表面層的Cu(InGa)(SSe)2、具有CuIn(SSe)2作為表面層的CuGaSe2、具有CuIn(SSe)2作為表面層的CuGaSe2、具有Cu(InGa)(SSe)2作為表面層的Cu(InGa)Se2、具有Cu(InGa)(SSe)2作為表面層的CuGaSe2、具有CuGa(SSe)2作為表面層的Cu(InGa)Se2、或具有CuGa(SSe)2作為表面層的CuGaSe2。
全文摘要
一種簡單器件被用于使在裝置中的溫度均勻并被用于改進與反應(yīng)氣體，硒和硫的接觸的狀態(tài)。將作為用于氣氛均勻化的器件的風扇(3)放置于裝置中，并且將工件以可使反應(yīng)氣體平穩(wěn)循環(huán)的方式放置。即，平坦的板狀工件(2)在一定間距下彼此遠離地放置，其平行于所述裝置的長軸方向，同時保持所述板垂直，以使得所述裝置在所述工件組內(nèi)具有通道并且在所述工件上部和下部和在其兩邊有氣體通道。因此，每個工件易于與在所述裝置中的反應(yīng)氣體接觸，并且在所述裝置中的溫度是均勻的。改進了與所述反應(yīng)氣體，硒和硫的接觸的狀態(tài)。
文檔編號H01L21/365GK101095240SQ20058004533
公開日2007年12月26日 申請日期2005年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月28日
發(fā)明者小野寺勝, 栗谷川悟, 田中良明 申請人:昭和硯殼石油株式會社