本發明專利技術關于一種用于產生分層堆疊以用于制造具有Cu2ZnSn(S,Se)4類型的化合物半導體的薄膜太陽能電池的方法，包括以下步驟：提供襯底；在所述襯底上沉積阻擋層，所述阻擋層包括被適配成阻止堿金屬的擴散的材料；在所述阻擋層上沉積電極層；沉積包括金屬銅、鋅和錫的第一前體層；在所述第一前體層上沉積包括從硫和硒中選擇的至少一個硫屬元素的第二前體層；使所述前體層退火以結晶化所述化合物半導體；在所述第一和第二前體層的退火期間供應至少一種工藝氣體，其中（i）在硫或者硒被包含在所述第二前體層中的情況下，另一硫屬元素和/或包含另一硫屬元素的化合物被包含在所述工藝氣體中，或者（ii）在硫和硒被包含在所述第二前體層中的情況下，硫和/或硒和/或包含硫的化合物和/或包含硒的化合物被包含在所述工藝氣體中；（i）在所述前體層的所述退火之前在所述前體層和/或所述電極層上，（ii）在所述前體層的所述退火期間在所述前體層上，和/或（iii）在所述前體層的退火之后在所述化合物半導體上沉積元素鈉和/或含鈉化合物，其中所述化合物半導體以這樣的方式產生以使得獲得在所述化合物半導體的第一邊界面和第二邊界面之間的明確的鈉和硫深度分布。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】【專利摘要】本專利技術關于一種用于產生分層堆疊以用于制造具有Cu2ZnSn(S,Se)4類型的化合物半導體的薄膜太陽能電池的方法，包括以下步驟：提供襯底；在所述襯底上沉積阻擋層，所述阻擋層包括被適配成阻止堿金屬的擴散的材料；在所述阻擋層上沉積電極層；沉積包括金屬銅、鋅和錫的第一前體層；在所述第一前體層上沉積包括從硫和硒中選擇的至少一個硫屬元素的第二前體層；使所述前體層退火以結晶化所述化合物半導體；在所述第一和第二前體層的退火期間供應至少一種工藝氣體，其中（i）在硫或者硒被包含在所述第二前體層中的情況下，另一硫屬元素和/或包含另一硫屬元素的化合物被包含在所述工藝氣體中，或者（ii）在硫和硒被包含在所述第二前體層中的情況下，硫和/或硒和/或包含硫的化合物和/或包含硒的化合物被包含在所述工藝氣體中；（i）在所述前體層的所述退火之前在所述前體層和/或所述電極層上，（ii）在所述前體層的所述退火期間在所述前體層上，和/或（iii）在所述前體層的退火之后在所述化合物半導體上沉積元素鈉和/或含鈉化合物，其中所述化合物半導體以這樣的方式產生以使得獲得在所述化合物半導體的第一邊界面和第二邊界面之間的明確的鈉和硫深度分布?！緦＠f明】用于產生摻雜有鈉的五元化合物半導體CZTSSE的方法
本專利技術在制造薄膜太陽能電池的領域中并且具體地涉及用于產生分層的堆疊以用于制造薄膜太陽能電池的方法，所述薄膜太陽能電池包括由鈉摻雜的CZTSSe類型的五元化合物半導體制成的吸收體。
技術介紹
近年來，可以觀察到用于將太陽光轉換成電能的太陽能電池的增加的使用。由于與相對高的轉換效率結合的成本高效的生產過程，可以在薄膜太陽能電池中看到特殊的興趣。薄膜太陽能電池具有如幾微米那樣薄的功能層，并且因此，需要諸如玻璃板、金屬板或塑料箔之類的襯底以獲得充足的機械穩定性。 基于Cu (In, Ga) (S，Se)2類型的多晶化合物半導體的薄膜太陽能電池鑒于它們的可加工性和轉換效率已經證明了優勢。為了進一步降低生產成本并且鑒于所關注的材料的長期可用性，已經做出極大的努力來找到對基于Cu (In, Ga) (S，Se)2的化合物半導體的替換物。近來，在包括銅(Cu )、鋅(Zn )、錫(Sn )、硫(S )和硒(Se )的Cu2ZnSn (S，Se) 4類型的五元半導體中看到有前景的替換物，其通常按首字母縮略詞“CZTSSe”來縮寫。在可見光中，基于CZTSSe的半導體薄膜典型地具有高達14CnT1的吸收系數和大約1.5eV的直接帶隙。 一般地，薄膜太陽能電池的光吸收材料的具體屬性對于光轉換效率是決定性的。用于產生吸收體的兩種不同方法已經得到廣泛的接受，一種方法是熱襯底上元素物質的共蒸發，第二種是冷襯底上前體材料的接連沉積，其后跟隨有退火過程(RTP=快速熱處理(Rapid Thermal ￡rocessing)),其導致前體材料結晶化至化合物半導體。這樣的方法例如描述在 J.Palm 等人的 “675.module pilot processing applying concurrent rapidselenizat1n and sulfurizat1n of large area thin film precursors(/SiMHiR 前體的并發快速硒化和硫化的CIS模塊試處理)”，Thin Solid Films 431-432，S.414-522(2003)中。 美國專利申請公開N0.2007/0193623 Al描述了鈉在具有由CIGS制成的光吸收材料的太陽能電池的背電極上的沉積。它還描述了在光吸收材料的熱處理期間作為溶液施加的鈉的供應以及光吸收材料的熱處理之后鈉到冷卻襯底上的沉積。 德國專利DE 4442824 Cl描述了鈉在太陽能電池的背電極上的沉積以及鈉連同由CIGS制成的光吸收材料的前體材料的共濺射。 國際專利申請WO 2011/090728 A2描述了鈉與光吸收材料的共沉積。 依照前文，本專利技術的目的是提供一種用于產生分層堆疊以用于制造薄膜太陽能電池的新方法，其能夠容易地用于改善薄膜太陽能電池的光轉換效率。這些和另外的目的通過根據獨立權利要求的方法來滿足。本專利技術的優選實施例由從屬權利要求給出。
技術實現思路
如本文所使用的，術語“襯底”指代具有兩個相對表面的任何平面體，可以向所述兩個相對表面中之一上沉積層的序列。在術語的意義上的襯底包括剛性或柔性襯底，諸如但不限于玻璃板、金屬片、塑料片和塑料箔。術語“化合物半導體”指代包括了與彼此結晶化以產出化合物半導體的多個金屬和硫屬元素(前體材料)的任何半導體材料(合金)。因此，前體材料是當結晶化時產出化合物半導體的物質。術語“前體層”涉及由至少一種前體材料制成的層。術語“序列”涉及層的堆疊式布置。另外，如本文所使用的，術語物理氣相沉積技術(PVD技術)涉及其中通過供應能量將固體或液體材料變換成其氣相以便然后凝結在表面上的技術。如本文所使用的，術語“第一邊界面”和“第二邊界面”涉及化合物半導體的邊界面，其中第一邊界面比第二邊界面更遠離襯底。結果，第一邊界面比第二邊界面相應地更接近太陽能電池和分層堆疊的表面。 根據本專利技術，提出了一種用于產生分層堆疊以用于制造具有包括化合物半導體的吸收體的薄膜太陽能電池的新方法。 在一個實施例中，所要求保護的過程有關制造具有包括Cu2ZnSn (S，Se) 4類型(縮寫為CZTSSe)的化合物半導體的吸收體的薄膜太陽能電池。因此，化合物半導體包含銅(Cu)、鋅(Zn)、錫(Sn)、硫(S)和硒(Se)?；衔锇雽wCu2ZnSn(S，Se)4可以展現出意味著 Cu/(Zn+Sn) < I 并且 Zn/Sn > I 的非化學計量(off-stoich1metric)性能。針對 Cu/(Zn+Sn)的值可以在0.4與I之間的范圍并且Zn/Sn可以在0.5與2.0之間的范圍。 在一個實施例中，該方法包括提供襯底的步驟。 在一個實施例中，該方法包括在所述襯底上沉積阻擋層的步驟，所述阻擋層由被適配成阻止堿金屬、尤其是鈉離子的擴散的材料制成。 在一個實施例中，該方法包括在阻擋層上沉積由導電材料制成的電極層的步驟。因此，堿金屬、尤其是鈉離子在襯底與電極層之間的擴散可以被阻擋層阻止。 在一個實施例中，該方法包括在電極層上沉積前體層的步驟，所述前體層中的每一個包括化合物半導體的至少一種前體材料，其后跟隨有使前體層退火(熱處理)以結晶化化合物半導體的另外的步驟(退火過程)。 在一個實施例中，沉積前體層的上述步驟包括 -沉積包括金屬銅、鋅和錫的第一前體層；-在第一前體層上沉積第二前體層，其包括從硫和硒中選擇的至少一個硫屬元素；-在第一和第二前體層的退火(熱處理)期間供應至少一種工藝氣體(process gas),其中(i)在要么硫要么(可替換地)硒被包含在第二前體層中的情況下，另一硫屬元素和/或包含另一硫屬元素的化合物被包含在工藝氣體中，或者(ii)在硫和硒二者都被包含在第二前體層中的情況下，硫和/或硒和/或包含硫的化合物和/或包含硒的化合物被包含在工藝氣體中。 如上所述，通過在兩階段過程中沉積前體材料，化合本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于產生分層堆疊（3）以用于制造具有Cu2ZnSn(S,?Se)4類型的化合物半導體（6）的薄膜太陽能電池（1）的方法，包括以下步驟：?提供襯底（2）；?在所述襯底（2）上沉積阻擋層（4），所述阻擋層（4）包括被適配成阻止堿金屬的擴散的材料；?在所述阻擋層（4）上沉積電極層（5）；?沉積包括金屬銅、鋅和錫的第一前體層；?在所述第一前體層上沉積包括從硫和硒中選擇的至少一個硫屬元素的第二前體層；?使所述前體層退火以結晶化所述化合物半導體（6）；?在所述第一和第二前體層的退火期間供應至少一種工藝氣體，其中（i）在硫或者硒被包含在所述第二前體層中的情況下，另一硫屬元素和/或包含另一硫屬元素的化合物被包含在所述工藝氣體中，或者（ii）在硫和硒被包含在所述第二前體層中的情況下，硫和/或硒和/或包含硫的化合物和/或包含硒的化合物被包含在所述工藝氣體中；?如下沉積元素鈉和/或含鈉化合物（i）在所述前體層的所述退火之前在所述前體層和/或所述電極層上，（ii）在所述前體層的所述退火期間在所述前體層上，和/或（iii）在所述前體層的退火之后在所述化合物半導體（6）上；其中所述化合物半導體（6）以這樣的方式產生以使得獲得在所述化合物半導體（6）的第一邊界面（11）與第二邊界面（12）之間的以下鈉深度分布之一，所述第一邊界面（11）比所述第二邊界面（12）更遠離所述襯底（2）：（i）鈉含量在所述第一邊界面（11）處最大并且朝向所述第二邊界面（12）連續減小以在所述第二邊界面（12）處最小，（ii）鈉含量在所述第一邊界面（11）處最小并且朝向所述第二邊界面（12）連續增大以在所述第二邊界面（12）處最大，（iii）鈉含量在所述第一邊界面（11）處具有第一最大值，朝向所述第二邊界面（12）減小以具有最小值，并且朝向所述第二邊界面（12）增大以具有第二最大值，（iv）鈉含量在所述第一邊界面（11）處具有第一最小值，朝向所述第二邊界面（12）增大以具有最大值，并且朝向所述第二邊界面（12）減小以具有第二最小值；并且其中所述化合物半導體（6）以這樣的方式產生以使得獲得在所述化合物半導體（6）的所述第一邊界面（11）與所述第二邊界面（12）之間的以下硫深度分布之一：（i）硫含量在所述第一邊界面（11）處最大并且朝向所述第二邊界面（12）連續減小以在所述第二邊界面（12）處最小，（ii）硫含量在所述第一邊界面（11）處最小并且朝向所述第二邊界面（12）連續增大以在所述第二邊界面（12）處最大，（iii）硫含量在所述第一邊界面（11）處具有第一最大值，朝向所述第二邊界面（12）減小以具有最小值，并且朝向所述第二邊界面（12）增大以具有第二最大值，（iv）硫含量在所述第一邊界面（11）處具有第一最小值，朝向所述第二邊界面（12）增大以具有最大值，并且朝向所述第二邊界面（12）減小以具有第二最小值。...
【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：R萊希納，G馬諾哈蘭，S約斯特，
申請(專利權)人：法國圣戈班玻璃廠，
類型：發明
國別省市：法國;FR
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