專利名稱：用于薄膜光伏材料的硫化鎘處理的大尺度化學(xué)浴系統(tǒng)以及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及光伏材料以及制造方法。更具體地說，本發(fā)明提供了一種用于制造薄膜太陽能電池的方法和結(jié)構(gòu)。僅僅通過舉例，本發(fā)明的方法和結(jié)構(gòu)包括薄膜窗口層，其用于制造基于二硒化銅銦鎵的薄膜光伏器件，但應(yīng)當(dāng)明了，本發(fā)明可以具有其它構(gòu)造。
背景技術(shù)：
從開始的時候，人類已受到挑戰(zhàn)要找到利用能源的方式。能量具有多種形式如石油化學(xué)能、水電能、核能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、太陽能、以及更原始形式如木材和煤炭。在過去的一個世紀(jì)，現(xiàn)代文明已依賴石油化學(xué)能作為重要的能源。石油化學(xué)能包括天然氣和石油。天然氣包括輕質(zhì)形式如丁烷和丙烷，通常用來加熱住宅并作為做飯燃料。天然氣還包括汽油、 柴油、以及噴氣燃料，通常用于運(yùn)輸用途。在一些地方，石油化學(xué)制品的重質(zhì)形式也可以用來加熱住宅。不幸的是，石化燃料的供給是有限的并且基本上是固定的基于在地球上可獲得的量。另外，隨著更多人使用數(shù)量不斷增加的石油產(chǎn)品，它快速變成稀缺資源，其將隨著時間的推移最終被耗盡。最近，已期望獲得環(huán)保清潔和可再生能源。清潔能源的一個實(shí)例是水電力。水電力來自由水流驅(qū)動的發(fā)電機(jī)，其中水流由水壩產(chǎn)生，如在內(nèi)華達(dá)州(Nevada)的胡佛大壩 (Hoover Dam)。產(chǎn)生的電力用來給加州的洛杉磯城市的大部分供電。清潔和可再生能源還包括風(fēng)能、波能、生物質(zhì)能等。即，風(fēng)車將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成更加有用的能量形式如電力。另外其它類型的清潔能源包括太陽能。太陽能的具體細(xì)節(jié)可以參見本發(fā)明的技術(shù)背景并且更特別是下文。太陽能技術(shù)通常將來自太陽的電磁輻射轉(zhuǎn)換成其它有用的能量形式。能量的這些有用形式包括熱能和電力。對于電力應(yīng)用，經(jīng)常使用太陽能電池。雖然太陽能是環(huán)境清潔的并已在一定程度上成功，但在它在整個世界廣泛使用以前，許多限制仍然有待解決。作為一個例子，一種類型的太陽能電池使用晶體材料，其來自半導(dǎo)體材料錠(ingot)。這些晶體材料可以用來制造光電子器件，該光電子器件包括光伏器件和光電二極管器件，其將電磁輻射轉(zhuǎn)換成電力。然而，晶體材料經(jīng)常是昂貴的并難以大規(guī)模制備。另外，制備自上述晶體材料的器件經(jīng)常具有低能量轉(zhuǎn)換效率。其它類型的太陽能電池使用"薄膜"技術(shù)來形成感光材料的薄膜以用來將電磁輻射轉(zhuǎn)換成電力。在借助于薄膜技術(shù)來制備太陽能電池時存在類似的限制。即，效率往往較差。另外，膜可靠性經(jīng)常較差并且在常規(guī)環(huán)境應(yīng)用中不能長期使用。經(jīng)常地，薄膜難以彼此機(jī)械整合。這些常規(guī)技術(shù)的這些和其它限制可以參見本說明書以及更特別是下文。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式涉及光伏材料和制造方法。更具體地說，本發(fā)明提供了用于制造薄膜太陽能電池的方法和結(jié)構(gòu)。僅僅通過舉例，本發(fā)明的方法和結(jié)構(gòu)包括薄膜窗口層，其用于制造基于二硒化銅銦鎵的薄膜光伏器件，但應(yīng)當(dāng)明了，本發(fā)明可以具有其它構(gòu)造。在一種具體實(shí)施方中，提供了用于形成薄膜光伏材料的方法。該方法包括提供多個基底，每個基底具有表面區(qū)，上覆第一電極材料，以及吸收材料，其包括至少銅物質(zhì)、銦物質(zhì)、以及硒物質(zhì)。該方法包括在水溶液中浸漬多個基底。在一種具體實(shí)施方式
中，水溶液包括氨物質(zhì)、鎘物質(zhì)、以及有機(jī)硫物質(zhì)如硫脲。根據(jù)一種具體實(shí)施方式
，至少在浸漬多個基底期間，將水溶液保持在范圍為約50°C至約60°C的溫度。在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，吸收材料是P型光伏材料。在至少浸漬多個基底至厚度約200埃和更小的厚度或其它厚度期間，該方法形成至少包括硫化鎘膜材料的窗口材料，其具有η型半導(dǎo)體特性。從水溶液除去至少具有吸收材料和窗口層的多個基底，并進(jìn)一步經(jīng)受洗滌液洗滌。借助于本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)相對于常規(guī)技術(shù)的許多益處。例如，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式提供了容易實(shí)施的方法來沉積用于硒化鎘銦(CIQ或硒化鎘銦鎵(鎘銦鎵硒化合物) (CIGS)薄膜光伏電池的硫化鎘窗口層。另外，本發(fā)明的方法提供了成本有效的途徑來制造光伏電池。取決于實(shí)施方式，可以實(shí)現(xiàn)一種或多種益處。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明了其它變化、 改進(jìn)、以及替換。將在本說明書以及尤其在下文中更詳細(xì)地描述這些和其它益處。僅僅通過舉例， 本發(fā)明的方法和材料包括吸收材料，其由CIGS、CIS、或其它物質(zhì)構(gòu)成，用于單結(jié)電池或多結(jié)電池。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的用于制造光伏電池的方法的簡化工藝流程圖。圖2-5是示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的用于制造光伏電池的方法的簡化圖。圖6是示出了一種化學(xué)浴系統(tǒng)的簡化圖，該系統(tǒng)用于沉積根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的光伏電池的窗口層。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式涉及光伏材料以及制造方法。更具體地說，本發(fā)明提供了用于制造薄膜太陽能電池的方法和結(jié)構(gòu)。僅僅通過舉例，本發(fā)明的方法和結(jié)構(gòu)包括薄膜窗口層，其用于制造基于二硒化銅銦鎵薄膜的光伏器件，但應(yīng)當(dāng)明了，本發(fā)明可以具有其它構(gòu)造。圖1是示出了用于制造根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的光伏電池的方法的簡化工藝流程圖。此圖僅是一個實(shí)例，而不應(yīng)不適當(dāng)?shù)叵拗票疚牡臋?quán)利要求。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明了其它變化、改進(jìn)、以及替換。如圖1所示，該方法開始于起始步驟(步驟102)。該方法包括提供多個基底(步驟104)。多個基底各自包括透明基底材料。該方法包括形成第一電極層，其上覆(或覆蓋)基底的表面區(qū)(步驟106)。該方法形成吸收層，其至少包括CIS 或CIGS材料(步驟108)。該方法包括提供用于沉積硫化鎘(CcK)膜(步驟110)的浴系統(tǒng)，然后將多個基底浸入浴系統(tǒng)中。該浴系統(tǒng)包括用來形成硫化鎘薄膜材料(步驟112)的前體物質(zhì)，其中上述硫化鎘薄膜材料至少上覆(或覆蓋)吸收層的表面區(qū)。在一種具體實(shí)施方式
中，硫化鎘薄膜材料允許用于薄膜光伏電池的窗口層。前體物質(zhì)至少包括鎘離子物質(zhì)、硫物質(zhì)、以及催化物質(zhì)。該方法從浴系統(tǒng)除去多個基底(步驟114)并使硫化鎘膜經(jīng)歷一個或多個沖洗和干燥過程(步驟116)。然后，該方法將多個基底儲存在干燥環(huán)境中(步驟 118)。進(jìn)行其它步驟(步驟120)以完成光伏電池。其中，這些其它步驟可以包括第二接觸元件的形成、以及層壓工藝，以形成太陽能電池模塊。該方法結(jié)束于最終步驟(步驟122)。 當(dāng)然，可以有其它變化、改進(jìn)、以及替換。上述順序的步驟提供了用于制造根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的光伏電池的方法。 在一種具體實(shí)施方式
中，本發(fā)明的方法提供了一種用來形成用于薄膜光伏電池的硫化鎘窗口層的方式，其由CIGS、CIS、或其它物質(zhì)構(gòu)成。取決于實(shí)施方式，可以添加一個或多個步驟， 可以消除一個或多個步驟，可以以不同順序提供一個或多個步驟，而不偏離本發(fā)明的范圍。 本領(lǐng)域技術(shù)人員將明了其它變化、改進(jìn)、以及替換。圖2-5是示出了用于制造根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的薄膜光伏電池的方法的簡化圖。如圖2所示，提供了包括表面區(qū)204的透明基底202。在一種、體實(shí)施方式中，透明基底可以由鈉鈣玻璃構(gòu)成。還可以使用其它適宜的透明基底如石英、熔融硅石、太陽能玻璃。每個透明基底可以包括沉積在表面區(qū)上的阻擋層。在一種具體實(shí)施方式
中，阻擋層可以防止鈉離子從玻璃材料擴(kuò)散到光伏材料區(qū)域。阻擋層可以是介電材料如利用技術(shù)沉積的氧化硅，技術(shù)如濺射法、化學(xué)氣相沉積法，包括等離子體增強(qiáng)方法，以及其它方法。還可以使用其它阻隔性材料。取決于實(shí)施方式，這些阻隔性材料包括氧化鋁、氮化鈦、氮化硅、氧化鉭、 氧化鋯。參照圖3，該方法包括形成第一電極層302，其上覆(或覆蓋)透明基底的表面區(qū)， 在上述透明基底上形成有阻擋層?？梢允褂猛该鲗?dǎo)電氧化物(TCO)如氧化銦錫(通常稱作 ΙΤ0)、氟摻雜氧化錫等，來提供第一電極層。在某些實(shí)施方式中，可以使用金屬材料來提供第一電極層。在一種具體實(shí)施方式
中，金屬材料可以是鉬?？梢岳贸练e技術(shù)如濺射、電鍍、 物理氣相沉積(包括蒸發(fā)、升華)、化學(xué)氣相沉積(包括等離子體增強(qiáng)方法)，接著是圖案化過程，來形成第一電極層。如圖4所示，該方法包括提供上覆(或覆蓋)第一電極層的吸收層402。在一種具體實(shí)施方式
中，吸收層可以是薄膜半導(dǎo)體材料。在一種具體實(shí)施方式
中，薄膜半導(dǎo)體材料是 P型半導(dǎo)體材料，其由二硒化銅銦材料、或二硒化銅銦鎵材料、其它組合等來提供。在其它實(shí)施方式中，取決于用途，吸收材料可以由二硫化銅銦材料或二硫化銅銦鎵材料、或它們的任何組合、或其它材料構(gòu)成。通常，根據(jù)一種具體實(shí)施方式
，可以利用摻雜劑如硼、鎵、鋁物質(zhì)來提供P型特性?？梢酝ㄟ^技術(shù)如濺射、電鍍、蒸發(fā)(包括硫化或硒化步驟)來沉積吸收層。在一種具體實(shí)施方式
中，由二硫化銅銦構(gòu)成的吸收材料的形成詳情可以參見美國專利申請?zhí)?1/059，253，其題目為〃 High Efficiency Photovoltaic Cell and Manufacturing Method"，共同轉(zhuǎn)讓并以引用方式結(jié)合于本文。當(dāng)然，可以有其它變化、改進(jìn)、以及替換。在一種具體實(shí)施方式
中，該方法包括形成上覆(或覆蓋)吸收層的窗口層502，如圖5所示。經(jīng)常使用用于ρ型吸收層的寬帶隙η型半導(dǎo)體材料來提供窗口層。在一種具體實(shí)施方式
中，窗口層使用這樣的材料，其選自硫化鎘(CdS)、硫化鋅(ZnS)、硒化鋅(&ι%)、 氧化鋅(ZnO)、氧化鋅鎂(ZnMgO)、等。如圖6所示，在一種具體實(shí)施方式
中，可以利用化學(xué)浴沉積方法來提供窗口層?；瘜W(xué)浴沉積方法通常是分批法(批量工藝法)。如圖所示，提供了多個基底602，在透明基底上沉積有第一電極層、吸收層。通過用支架或托盤裝置(未示出)來提供多個基底。使多個基底可以浸入604化學(xué)浴606?；瘜W(xué)浴至少包含如在本申請中針對窗口層所描述的各種化學(xué)物類。在某種實(shí)施方式中，還包括催化劑?；瘜W(xué)浴的特征在于長度、寬度、以及高度。如圖所示，化學(xué)浴系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個或多個歧管608以便于單獨(dú)或同時地將各種化學(xué)物質(zhì)加入至化學(xué)浴。在某種實(shí)施方式中，化學(xué)浴系統(tǒng)可以包括一個或多個加熱裝置610和/或溫度監(jiān)控裝置612以在高于室溫的溫度下提供反應(yīng)。在一些實(shí)施方式中，可以使用浸入式加熱器來提供加熱裝置。在一種具體實(shí)施方式
中，加熱器被涂布有適宜的材料并向化學(xué)浴提供熱能。在一種具體實(shí)施方式
中，加熱器還具有安全和/或報(bào)警裝置以中止熱過程等。當(dāng)然，可以有其它變化、改進(jìn)、以及替換。在一種具體實(shí)施方式
中，將化學(xué)浴提供在具有適宜尺寸和材料的外殼 (enclosure)中。在一種具體實(shí)施方式
中，用于化學(xué)浴的外殼的特征在于寬度、長度、高度以及內(nèi)部容積。例如，在某些實(shí)施方式中，化學(xué)浴可以具有約250加侖至約1000加侖的內(nèi)部容積，但可以是其它內(nèi)部容積。在一種具體實(shí)施方式
中，外殼可以構(gòu)成自適宜的塑料材料和 /或纖維玻璃和/或固體材料，其具有適宜的耐化學(xué)腐蝕涂層。在一種具體實(shí)施方式
中，使浴器(bath)經(jīng)受來自一個或多個泵送裝置(其連接于浴器和外殼)的流動。在一種具體實(shí)施方式
中，流動提供不斷攪拌的反應(yīng)器構(gòu)造，但可以是其它構(gòu)造。當(dāng)然，可以有其它變化、 改進(jìn)、以及替換。在一種具體實(shí)施方式
中，利用硫化鎘材料來提供窗口層。取決于實(shí)施方式，化學(xué)浴系統(tǒng)可以提供有水溶液，其至少包含鎘物質(zhì)、氨物質(zhì)、以及有機(jī)硫物質(zhì)。在一種具體實(shí)施方式
中，鎘物質(zhì)可以來自各種鎘鹽如乙酸鎘、碘化鎘、硫酸鎘、硝酸鎘、氯化鎘、溴化鎘等。在一種具體實(shí)施方式
中，可以利用化合物如硫脲來提供有機(jī)硫物質(zhì)，但可以是其它有機(jī)硫化合物。這些其它有機(jī)硫化合物可以包括N，N-二甲基硫脲和其它適宜的化合物、以及混合物。 當(dāng)然，可以有其它變化、改進(jìn)、以及替換。在一種具體實(shí)施方式
中，在化學(xué)浴系統(tǒng)中首先提供熱水。在一種具體實(shí)施方式
中， 熱水可以具有約50°C至約60°C的溫度。在一種具體實(shí)施方式
中，將濃度為約觀重量百分比的氨溶液加入至熱水，以在水溶液中提供約0. 5M的最終氨濃度或約11至12的pH值。在一種具體實(shí)施方式
中，首先溶解鎘物質(zhì)以形成鎘溶液，然后引入至包含氨物質(zhì)的化學(xué)浴。在一種具體實(shí)施方式
中，在被加入至化學(xué)浴以前，將有機(jī)硫物質(zhì)，例如，硫脲，提供在第三水溶液中。在一種具體實(shí)施方式
中，在水溶液中，以鎘物質(zhì)濃度的兩倍至三倍來提供硫脲物質(zhì)。 即，在一種具體實(shí)施方式
中，鎘物質(zhì)是限制物質(zhì)。在某些實(shí)施方式中，在水溶液中，鎘物質(zhì)可以具有約0. 1亳摩爾至約1. 0毫摩爾的濃度以提供高質(zhì)量硫化鎘窗口材料，其具有約250 ?；蚋〉暮穸?。當(dāng)然，可以有其它變化、改進(jìn)、以及替換。再次參照圖6，在一種具體實(shí)施方式
中，化學(xué)浴系統(tǒng)包括一個或多個過濾元件614 和相關(guān)裝置。上述一個或多個過濾元件可以具有約5微米的標(biāo)稱孔徑以除去在化學(xué)浴中形成的硫化鎘膠體物質(zhì)。相關(guān)裝置可以包括泵和其它裝置以使水溶液循環(huán)通過上述一個或多個過濾元件，并在除去硫化鎘膠體物質(zhì)以后回到化學(xué)浴。取決于實(shí)施方式，可以以并聯(lián)或串聯(lián)或并串聯(lián)組合方式設(shè)置上述一個或多個過濾元件。在一種具體實(shí)施方式
中，過濾器在過濾器外殼內(nèi)成一定構(gòu)造，其中上述過濾器外殼具有耐化學(xué)品性，并承受來自泵的壓力。在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，通常過濾器可以由于壓降和/或發(fā)生的預(yù)定量的增加或其它適宜的頻率而替換。當(dāng)然，可以有其它變化、改進(jìn)、以及替換。在某些實(shí)施方式中，使最佳量的銦物質(zhì)能夠浸漬硫化鎘膜以增強(qiáng)或改變硫化鎘膜的某些物理性能。例如，銦浸漬硫化鎘膜具有更大電導(dǎo)率并且還可以包括大于硫化鎘膜的硬度。某種銦浸漬硫化鎘膜可以呈現(xiàn)對于氧化錫膜或其它透明電極材料，如氧化鋅更強(qiáng)的粘附性，其通常用作窗口層和接觸層之間的緩沖層。取決于實(shí)施方式，關(guān)于鋁浸漬硫化鎘膜的詳情可以參見美國專利號4，086，101，權(quán)利人為Jordan，并以引用方式結(jié)合于本文。當(dāng)然，可以有其它改進(jìn)、變化、以及替換。在一種具體實(shí)施方式
中，在形成窗口層后，該方法包括從化學(xué)浴系統(tǒng)除去多個光伏電池，并使窗口層經(jīng)受一個或多個沖洗過程。在一種具體實(shí)施方式
中，沖洗過程使用去離子水以從窗口層膜和從多個光伏電池的各自的背面區(qū)除去任何殘化學(xué)品。在某種實(shí)施方式中，硫化鎘材料可以以粉末形成存在于背面區(qū)上并且可以利用沖洗過程除去或可以機(jī)械除去，例如刮除。沖洗過程可以包括使用去離子水的一次或多次沖洗。在沖洗過程以后，干燥多個光伏電池。當(dāng)然，可以有其它變化、改進(jìn)、以及替換。在一種具體實(shí)施方式
中，在干燥以后并進(jìn)一步處理以前，將多個光伏電池儲存在干燥環(huán)境中。干燥環(huán)境可以防止多個光伏電池暴露于水分和其它致污物，其會影響光伏電池的性能。在一種具體實(shí)施方式
中，上述環(huán)境具有小于約50%或小于約10%的相對濕度。 根據(jù)一種具體實(shí)施方式
，溫度可以是約室溫或略微更低或更高。當(dāng)然，可以有其它改進(jìn)、變化、以及替換。具體處理方法的進(jìn)一步詳情可以參見本說明書以及更特別是下文。實(shí)驗(yàn)為了證明本發(fā)明的原理和操作，我們已提供了各種實(shí)施例。這些實(shí)施例僅是說明性的，其不應(yīng)不適當(dāng)?shù)叵拗票疚臋?quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)明了其它變化、改進(jìn)、 以及替換。在這些實(shí)施例中，鎘的濃縮形式(concentrated version)和稀釋形式(dilute version)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，其是優(yōu)選的。稀釋形式可以提供高質(zhì)量CdS層的優(yōu)點(diǎn)， 上述CdS層相當(dāng)薄并連同高質(zhì)量ZnO層一起使用，優(yōu)選利用MOCVD方法等。術(shù)語"薄"是指約300埃和更小并且優(yōu)選約250埃和更小，但可以是其它厚度。當(dāng)然，可以有其它變化、 改進(jìn)、以及替換。實(shí)施例1一種溶液，包含
22. 08gm—乙酸鎘[Cd(CH3COO)2 · 2H20]6. 58gm—硫脲8. 24gm—氯化銨[NH4Cl]6. 01-水將形成均勻、連續(xù)的硫化鎘膜。然而，包含相同比例的相同組分、但沒有氯化銨的溶液將不會形成這樣的膜。實(shí)施例I-A16. 30gm—乙酸鎘[Cd(CH3COO)2 · 2H20]6. 58gm—硫脲8. 24gm—氯化銨[NH4Cl]6. 58gm—氯化鋁[AlCl3 · 6H20]6. 01-7jC此溶液基本上與實(shí)施例1的溶液相同，只是添加了氯化鋁。加入氯化鋁以改變硫化鎘膜的物理性能，加入的方式和原因披露于美國申請系列號631，815(美國專利 US4086101)。實(shí)施例I-B29. 45gm—乙酸鎘[Cd(CH3COO)2 · 2H20]6. 94gm—硫脲14. Oml-HCl (濃)6. 01-7jC此溶液，其同樣基本上與實(shí)施例1的溶液相同，采用了鹽酸作為催化性的含氯化合物，而不是氯化銨。實(shí)施例2
30. 36gm—碘化鎘[CdI2]
6. 58gm—硫脲
14. Oml-HCl (濃)
6. 01—水
實(shí)施例2-A
30. 36gm—碘化鎘[CdI2]
6. 58gm—硫脲
8. 24gm—氯化銨[NH4Cl]
6. 01—水
實(shí)施例3
21. 2gm—硫酸鎘[3CdS04
6. 58gm—硫脲
14. Oml-HCl (濃)
6. 01—水
實(shí)施例3-A
21. 2gm—硫酸鎘[3CdS04
6.58gm—硫脲8. 24gm—氯化銨[NH4Cl]6. 01—7jC實(shí)施例425. 57gm—硝酸鎘[Cd (NO3) 2 · 4H20]6. 58gm—硫脲14. Oml-HCl (濃)6. 01—7jC實(shí)施例537. 24gm—溴化鎘[CdBr2 · 4H20]10.96gm—硫脲14. Oml-HCl (濃)6. 01—7jC實(shí)施例6熱水浴，包含氨水(來自28重量百分比的最高濃度)-0. 5摩爾鎘離子(Cd2+)-約0. 1毫摩爾至約1毫摩爾硫脲-濃度為3x至2X鎘離子濃度(過量硫脲)過濾元件小于5微米標(biāo)稱孔徑容積1000升至約3000升或更大除在以上示例性配方中包括的鎘化合物以外，我們已發(fā)現(xiàn)，按照本發(fā)明并使用其它鎘化合物，包括氟化鎘、氰化鎘以及亞硫酸鎘，來制造連續(xù)的硫化物膜。此外，含氯的鎘化合物，如氯化銨鎘(cadmium ammoniumchloride)，在本發(fā)明的方法中可以用來供給鎘和氯。雖然每個示例性溶液采用硫脲作為含硫化合物，但可以采用其它含硫化合物。然而，我們已發(fā)現(xiàn)，就溶液如這些溶液的目的而言，在上述化合物中，硫脲是最便宜和最適合的。類似地，鹽酸和氯化銨僅是示例性含氯化合物，并且可以采用其它含氯化合物。另外，雖然每種上述確定的示例性溶液開發(fā)用于用來形成硫化鎘膜的噴涂法，但還可以采用其它眾所周知的用于形成上述膜的方法，如浸涂、真空沉積、或電鍍。另外，雖然依據(jù)用于CIS和/ 或CIGS薄膜電池的具體結(jié)構(gòu)一般地進(jìn)行了描述，但還可以使用其它具體的CIS和/或CIGS 構(gòu)造，如在美國專利號4，612，411和美國專利號4，611，091中所描述的那些構(gòu)造，上述美國專利號以引用方式結(jié)合于本文，而沒有偏離由本文權(quán)利要求所描述的本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)明了，對在本發(fā)明的方法中采用的溶液可以進(jìn)行各種改變、改進(jìn)、以及變化，而不偏離如在所附權(quán)利要求中所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于形成薄膜光伏材料的方法，所述方法包括提供多個基底，每個所述基底具有表面區(qū)，上覆第一電極材料，吸收材料，所述吸收材料至少包括銅物質(zhì)、銦物質(zhì)、以及硒物質(zhì)；將所述多個基底浸漬在浴器中的水溶液中，其中所述水溶液包含氨物質(zhì)、鎘物質(zhì)、以及有機(jī)硫物質(zhì)；至少在所述多個基底的浸漬期間，將所述水溶液保持在約50至約60°C的溫度； 至少在所述多個基底的浸漬期間，形成至少包含硫化鎘的窗口材料至厚度約200埃和更小；從所述水溶液中除去所述多個基底，所述基底至少具有所述吸收材料和所述窗口層； 使所述水溶液經(jīng)受過濾過程以基本上除去大于約5微米的一種或多種顆粒，所述一種或多種顆粒包括硫化鎘的膠體；以及使所述多個基底經(jīng)受洗滌液洗滌。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述有機(jī)硫物質(zhì)是硫脲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，每個所述多個基底是鈉鈣玻璃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述過濾過程包括連接于泵的過濾元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一電極材料包括鉬材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述吸收材料包括硒化銅銦。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述氨物質(zhì)來自氨水。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述氨水具有約觀重量百分比的濃度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述鎘物質(zhì)來自水合硫酸鎘或水合氯化鎘或水合硝酸鎘。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步形成來自水合硫酸鎘或水合氯化鎘或水合硝酸鎘的鎘鹽(Cd2+)溶液。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括將所述氨水加入至水浴以形成氨溶液，向所述水浴提供范圍約50°C至約60°C的溫度；以及向所述氨溶液中加入所述鎘鹽溶液和硫脲溶液。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述鎘物質(zhì)具有范圍約0.1毫摩爾至約1. 0亳摩爾的Cd2+濃度。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述鎘物質(zhì)被限制用于形成所述窗口層。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述水溶液中，所述硫脲的濃度大于所述鎘物質(zhì)的濃度至少兩倍。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述洗滌液包括沖洗水。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述洗滌液包括第一沖洗、第二沖洗、以及第三沖洗。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括機(jī)械除去在任何一個所述基底的背面上的任何殘留硫化鎘材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述浴器具有約250加侖至約1000加侖的容積。
19.一種用于形成薄膜光伏材料的方法，所述方法包括提供多個基底，每個所述基底具有表面區(qū)，上覆第一電極材料，吸收材料，所述吸收材料至少包括銅物質(zhì)、銦物質(zhì)、以及硒物質(zhì)；將所述多個基底浸漬在浴器中的水溶液中，其中所述水溶液包括氨物質(zhì)、鎘物質(zhì)、以及有機(jī)硫物質(zhì)；至少在所述多個基底的浸漬期間，將所述水溶液保持在約50至約60°C的溫度； 至少在所述多個基底的浸漬期間，形成至少包含硫化鎘的窗口材料至厚度約200埃和更??；從所述水溶液除去所述多個基底，所述基底至少具有所述吸收材料和所述窗口層； 使所述水溶液經(jīng)受過濾過程以基本上除去大于約5微米的一種或多種顆粒，所述一種或多種顆粒包括硫化鎘的膠體；使所述多個基底經(jīng)受洗滌液洗滌； 干燥所述多個基底；以及將所述多個基底保持在干燥器環(huán)境中以保持至少所述吸收層基本上沒有來自水蒸氣的水分。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于形成薄膜光伏材料的方法。該方法包括提供多個基底。每個基底包含第一電極材料和吸收材料，該吸收材料包括銅、銦以及硒。將基底浸漬在包含氨、鎘物質(zhì)、以及硫脲的水溶液中以形成厚度小于約200埃的硫化鎘窗口材料。進(jìn)一步使水溶液經(jīng)受過濾過程，以基本上除去大于約5微米的一種或多種顆粒。
文檔編號H01L31/032GK102165599SQ200980138572
公開日2011年8月24日 申請日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月30日
發(fā)明者羅伯特·D·維廷 申請人:思陽公司