專利名稱：薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及沒(méi)有鎘的薄膜太陽(yáng)能電池、制造這種電池的方法和生產(chǎn)線。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能電池提供具有最小環(huán)境影響的產(chǎn)生電力的方法，因?yàn)樗强稍偕夹g(shù)。為了取得商業(yè)成功，太陽(yáng)能電池需要高效、具有低成本、耐用和不增加其它環(huán)境問(wèn)題。
目前主要的太陽(yáng)能電池技術(shù)基于晶體硅。它能滿足上面提到的多種要求，但不能以低成本生產(chǎn)使得大規(guī)模發(fā)電能節(jié)約成本。它在生產(chǎn)中還需要相當(dāng)大量的能量，這是環(huán)境不利的。
已發(fā)展了基于薄膜技術(shù)的太陽(yáng)能電池。它們提供了成本大大降低的可能性，但通常具有較低的轉(zhuǎn)換效率和不太好的耐用性。極具有前景的薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)基于半導(dǎo)體Cu(In，Ga)Se2，縮寫(xiě)為CIGS，其具有證實(shí)的高效率(在小的原型組件中為16.6％[1])和工作持久性。接下來(lái)要證明在實(shí)際生產(chǎn)中的低成本。
CIGS太陽(yáng)能電池為薄膜太陽(yáng)能電池，具有用作日光吸收劑的CIGS層。在其中產(chǎn)生電子空穴對(duì)。
典型的CIGS太陽(yáng)能電池示于

圖1，包括厚度為2-3mm的玻璃襯底1、厚度為0.5-1μm的Mo-背接點(diǎn)2、1.5-2μm的CIGS層3、厚度為50nm的CdS緩沖層和0.5-1μm的ZnO窗口層5。任選的第二緩沖層6可位于CdS緩沖層和窗口層之間，并具有50nm的厚度。
CIGS層為p-導(dǎo)電Cu(In，Ga)(Se，S)2化合物。CdS緩沖層用作CIGS層的保護(hù)。窗口層為n-型導(dǎo)電摻雜氧化鋅層。它和CIGS層形成pn-結(jié)并用作透明前接點(diǎn)。任選的第二緩沖層包括非摻雜的ZnO。目前，它的作用沒(méi)有完全被理解。統(tǒng)計(jì)上觀察，與具有單個(gè)ZnO層的電池相比，具有這種第二緩沖層的太陽(yáng)能電池表現(xiàn)出更好的性能。
制造CIGS太陽(yáng)能電池組件的常用方法包括按照以下形成pn-結(jié)和前接點(diǎn)(1)通過(guò)化學(xué)浴沉積(CBD)沉積緩沖層(一般為50nm的CdS)，(2)通過(guò)濺射在CdS層的頂部沉積高電阻率的ZnO薄層，(3)通過(guò)機(jī)械劃線來(lái)圖案化層狀結(jié)構(gòu)，以打開(kāi)串聯(lián)互連的接點(diǎn)，(4)沉積透明導(dǎo)電氧化物(TCO)前接點(diǎn)，和(5)作為互連結(jié)構(gòu)一部分的機(jī)械圖案化的輔助圖案化步驟。
EP-A2-0838863公開(kāi)了在玻璃襯底上制造的薄膜太陽(yáng)能電池。該太陽(yáng)能電池包括金屬背面電極、表面上具有Cu(InGa)Se2層(CIGS層)的光吸收層、稱為緩沖層的界面層、窗口層和上部電極。背面電極為p-型半導(dǎo)體，窗口層為n-型半導(dǎo)體。當(dāng)太陽(yáng)能電池被光照射時(shí)，在背面和頂部電極之間得到大約為0.2-0.8V的開(kāi)路電壓。在p-和n-層之間的p-n結(jié)中產(chǎn)生電流。
緩沖層包括含羥基的II-VI族化合物半導(dǎo)體。典型的化合物是Zn(O，S，OH)2。
DE4440878 C2公開(kāi)了一種薄膜太陽(yáng)能電池，包括玻璃襯底、背面電極、光吸收層、正面緩沖層和窗口層。正面緩沖層包括In(OH)3和In2S3的混合物，并在濕法或利用有機(jī)金屬化合物的化學(xué)氣相沉積法(CVD)或原子層外延沉積法(ALE)中施加。該專利中的新思想在于緩沖層不包含鎘。
利用與濺射混合的化學(xué)濕法步驟制造太陽(yáng)能電池使太陽(yáng)能電池對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)吸引力不足。為了制造太陽(yáng)能電池將濕法與輔助氣相沉積法混合又使結(jié)構(gòu)對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)吸引力不夠。
美國(guó)專利No.5078804中公開(kāi)了在CIGS層和窗口層之間使用第一CdZnS緩沖層的薄膜太陽(yáng)能電池的例子。還提供了在第一緩沖層頂部并與窗口層接觸的第二ZnO緩沖層。第一CdZnS緩沖層包括兩個(gè)層，即在低Zn含量CdZnS層上的高Zn含量CdZnS層，它們都使用水溶液方法施加。第二ZnO緩沖層還包括兩個(gè)層，即在高導(dǎo)電性ZnO層上的低電阻率ZnO層，它們都利用在氬氣或氧氣/氬氣氣氛中濺射來(lái)施加。
利用與濺射混合的化學(xué)濕法步驟制造太陽(yáng)能電池使太陽(yáng)能電池對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)吸引力不足。有毒鎘的使用使電池出于環(huán)境原因而缺乏吸引力。而且有害廢物的處理和處置昂貴。
美國(guó)專利5948176公開(kāi)了一種太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，包括在金屬背面接點(diǎn)上的第一有源CIGS層。在CIGS層上面，使用氯化鋅溶液作為摻雜源通過(guò)濕法沉積n-型導(dǎo)電摻雜ZnO層的緩沖層。包括ZnO的第二有源層沉積在緩沖層上。第二有源層包括第一高電阻ZnO層和第二低電阻ZnO層，在其上面濺射正面電極的柵極。
美國(guó)專利4611091顯示了含鎘的太陽(yáng)能電池的另一個(gè)例子。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)目的是減少制造太陽(yáng)能電池的工藝步驟的數(shù)量，從而降低它們的制造成本。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是用更加環(huán)保的化合物代替有毒CdS層。
本發(fā)明的還一個(gè)目的是用比CdS層吸收更少入射光的材料代替CdS層，從而增加射到下面的CIGS層的光的數(shù)量，因此增加了電池產(chǎn)生的光電流。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是用允許結(jié)合預(yù)先(干法)真空沉積CIGS層和/或結(jié)合隨后(干法)濺射沉積高電阻率ZnO窗口層的新方法代替制造CdS緩沖層的濕法。
用權(quán)利要求1前序中說(shuō)明的薄膜太陽(yáng)能電池、權(quán)利要求7前序中產(chǎn)生界面層的方法和權(quán)利要求14前序中制造太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)線來(lái)達(dá)到這些目的。本發(fā)明的特征分別顯示在權(quán)利要求1、7和14的特征部分中。
附圖簡(jiǎn)述圖1為已知的典型CIGS太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化截面圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的具有兩個(gè)ALD緩沖層的CIGS太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的截面圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的截面圖，其中兩個(gè)ALD緩沖層的較低一層具有硫梯度；圖4為根據(jù)本發(fā)明的制造太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)線的側(cè)視示意圖；圖5為圖4所示生產(chǎn)線的另一實(shí)施方案；圖6為顯示根據(jù)本發(fā)明的具有兩個(gè)ALD緩沖層的CIGS太陽(yáng)能電池的效率的示意圖；圖7為顯示與僅有一個(gè)CdS緩沖層的CIGS太陽(yáng)能電池相比，根據(jù)本發(fā)明的具有兩個(gè)ALD緩沖層的CIGS太陽(yáng)能電池的量子效率的示意圖；
圖8為顯示與僅有一個(gè)ALD Zn(O，S)緩沖層的CIGS太陽(yáng)能電池相比，根據(jù)本發(fā)明的CIGS太陽(yáng)能電池的效率的示意圖；和圖9為顯示與僅有一個(gè)ALD ZnO層的CIGS太陽(yáng)能電池和與僅有一個(gè)CdS緩沖層的CIGS太陽(yáng)能電池相比，根據(jù)本發(fā)明的CIGS太陽(yáng)能電池的效率的示意圖。
優(yōu)選實(shí)施方案描述根據(jù)本發(fā)明的CIGS電池示于圖2。它包括通用的玻璃襯底1、鉬的背接點(diǎn)層2、CIGS層3和窗口層5。通用的CdS緩沖層被兩個(gè)緩沖層代替，第一個(gè)緩沖層包含沉積在CIGS層上的Zn(O，S)，第二個(gè)緩沖層8沉積在第一個(gè)上面并包含ZnO。
根據(jù)本發(fā)明，這在一個(gè)工藝步驟中完成。首先通過(guò)原子層沉積(ALD)沉積Zn(O，S)層，然后立即在同一處理室中通過(guò)ALD沉積ZnO層。實(shí)際上，可認(rèn)為這兩層被一個(gè)單一Zn(O，S)層代替，其中在沉積的后一部分中沒(méi)加入硫。
正是創(chuàng)造性地在同一室中ALD沉積才使Zn(O，S)層和ZnO層的組合成為可能。
Zn(O，S)層的作用是使下面有源CIGS層的表面電子無(wú)源。CIGS層表面包含有源缺陷，除非Zn(O，S)層不存在。它們還對(duì)下面CIGS層的性質(zhì)有負(fù)面影響。Zn(O，S)層將使這些缺陷電子無(wú)源，并很大程度上，如果不是全部的話，降低它們對(duì)CIGS層的影響。目前還沒(méi)有完全認(rèn)識(shí)Zn(O，S)層具有的其它性質(zhì)和作用。
ZnO層的作用是在物理上保護(hù)下面非常薄的Zn(O，S)層。Zn(O，S)層的厚度小于約30nm(＝30×10-9m或300)。實(shí)驗(yàn)表明ZnO層的厚度似乎不是緊要的；它的厚度通常為約50-100nm。
在本發(fā)明的這種實(shí)施方案中，ZnO-和Zn(O，S)-層為兩個(gè)分開(kāi)的不同的層。ZnO層與含硫的Zn(O，S)層整體形成或反之亦然。兩個(gè)層共同作為單一單元出現(xiàn)。
在圖3所示的第二種實(shí)施方案中，Zn(O，S)層上部的硫含量逐漸降低并最終消失，表明ZnO層的第一單層具有所需的厚度。換句話說(shuō)，在組合的ZnO-和Zn(O，S)-層的厚度上存在硫梯度。在這種實(shí)施方案中，沒(méi)有不同的層，而是Zn(O，S)層轉(zhuǎn)變成ZnO層，反之亦然。盡管如此，Zn(O，S)層與ZnO層為一個(gè)整體。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，沉積Zn(O，S)-和ZnO-層的ALD工藝與先前沉積CIGS層的工藝結(jié)合。在圖4中，顯示了根據(jù)本發(fā)明用于制造本發(fā)明的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)線，包括常規(guī)CIGS生產(chǎn)線，該常規(guī)CIGS生產(chǎn)線包括進(jìn)口室9、傳送和加熱室10、CIGS處理室11、傳送和冷卻室12和出口鎖定室13。根據(jù)本發(fā)明，使用鎖定室作為沉積ZnO-和Zn(O，S)-層的ALD處理室。在ALD處理室后，有任選的出口鎖定裝置14。出口鎖定裝置還可為ALD室的一部分。
每次裝入一個(gè)具有濺射的背接點(diǎn)Mo層的襯底到入口室內(nèi)。在傳送室內(nèi)，它們被加速并加熱至約500℃。它們因此以連續(xù)流、靠近地到達(dá)CIGS處理室，在那里它們排隊(duì)依次被沉積。CIGS處理室具有Cu、In、Ga和Se的源用于通過(guò)氣相沉積來(lái)沉積CIGS層。在生長(zhǎng)CIGS層到所需厚度后，襯底進(jìn)入傳送和冷卻室，在進(jìn)入ALD處理室前，它們?cè)谀抢镌谡婵罩谢蛟诙栊原h(huán)境下被冷卻至約120℃的所需ALD處理溫度。在ALD處理室中，襯底被并行處理，如圖4所示，或一個(gè)接一個(gè)。
ALD處理室具有H2S、二乙基鋅和水的源。每個(gè)源包括一個(gè)閥門(mén)，相應(yīng)的氣體化合物通過(guò)它被注入到處理室中預(yù)定的時(shí)間。因此將給出相應(yīng)氣體化合物的“脈沖”。
在ALD處理開(kāi)始前，用氮?dú)鉀_洗ALD處理室以便清洗反應(yīng)室。
通過(guò)注入二乙基鋅的脈沖開(kāi)始ALD處理。在CIGS層的表面上，吸收含鋅分子的單層。該工藝在熱力學(xué)上受到控制，從而在已有溫度下得到薄的Zn分子單層；即使提供另外的二乙基鋅脈沖，也不會(huì)得到更多的單層。
接下來(lái)注入H2O或H2S的脈沖。然后注入另一個(gè)二乙基鋅脈沖。接下來(lái)給予H2O或H2S的脈沖。這將導(dǎo)致氧和硫在含鋅分子的單層上生長(zhǎng)。得到第一Zn(O，S)單層。
循環(huán)這些步驟以在彼此的頂部生長(zhǎng)另外的Zn(O，S)單層，直到得到所需厚度的第一Zn(O，S)層。單層將以高度可控的方式生長(zhǎng)，它們?cè)竭^(guò)邊緣向下生長(zhǎng)到CIGS層中可能存在的凹坑和不平整處。
通過(guò)選擇二乙基鋅脈沖與水和H2S交替的循環(huán)次數(shù)控制Zn(O，S)層的厚度。
每隔一個(gè)脈沖因此為二乙基鋅，并在這些脈沖之間注入H2O和H2S。以另一種方式表達(dá)可認(rèn)為二乙基鋅的脈沖與H2O和H2S的脈沖輪流發(fā)生。H2O和H2S交替的順序不必為H2O-H2S-H2O-H2S等，而是可變化。例如，一個(gè)H2S脈沖后可是幾個(gè)連續(xù)的H2O脈沖。此外，注入H2O和H2S脈沖的方案不必是規(guī)則的，而是可變化。
盡管上面沒(méi)有描述，但應(yīng)認(rèn)識(shí)到，ALD處理室在注入新化合物的脈沖前必須被清洗。為此，用氮?dú)鉀_洗ALD處理室。
申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，二乙基鋅的第一個(gè)脈沖可能不會(huì)粘附到CIGS層上。因此，在襯底從CIGS處理室傳送到ALD處理室的工藝中防止它們暴露于大氣是重要的。
直到Zn(O，S)層開(kāi)始在CIGS層上生長(zhǎng)前似乎存在一個(gè)培育期。每次化合物脈沖能覆蓋襯底的整個(gè)面積并能與其最上面單層反應(yīng)是至關(guān)重要的。如果脈沖足夠長(zhǎng)，則反應(yīng)將飽和。因此，必須調(diào)整每次脈沖的持續(xù)時(shí)間以達(dá)到這個(gè)目的。一旦單層開(kāi)始生長(zhǎng)，它將在下面層的整個(gè)表面上生長(zhǎng)至相同的厚度。反應(yīng)因此是自調(diào)節(jié)的，工藝被循環(huán)，直到獲得所需厚度的Zn(O，S)層。
申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，如果按照下面的方案，則能得到效率系數(shù)為16％的太陽(yáng)能電池每隔一個(gè)脈沖總是二乙基鋅；在鋅脈沖之間提供總共5個(gè)H2O和H2S的脈沖，其中4個(gè)為H2O，1個(gè)為H2S。例如Zn-H2O-Zn-H2O-Zn-H2O-Zn-H2O-Zn-H2S-Zn----等。
對(duì)于指示圖，以對(duì)水和H2S脈沖總次數(shù)1比5(即20％)的比例提供H2S。如果H2S脈沖對(duì)H2O和H2S脈沖的總次數(shù)的比例為1∶6(17％)，則能得到幾乎等同于相同效率系數(shù)的太陽(yáng)能電池。
如果以水和H2S脈沖總次數(shù)10-100％的比例、優(yōu)選15-25％的比例提供H2S，則能得到效率系數(shù)在13-16％之間變化的太陽(yáng)能電池。如果H2S脈沖對(duì)H2O加H2S脈沖的比為10％，則能得到效率系數(shù)大小約15％的太陽(yáng)能電池。如果只給出H2S脈沖(相當(dāng)于100％)，則得到的太陽(yáng)能電池將具有13％的效率系數(shù)。
申請(qǐng)人因此發(fā)現(xiàn)，第一緩沖層應(yīng)包括Zn(Ox，S1-x)，其中x在0和0.9之間變化，優(yōu)選在0.1和0.7之間。
表達(dá)Zn(O，S)緩沖層生長(zhǎng)方式的另一方式是說(shuō)二乙基鋅的脈沖與水的脈沖交替；后者的一部分被硫化氫脈沖代替。因此，通過(guò)改變H2S脈沖的比例，可控制得到的太陽(yáng)能電池的性能。
如上所述，Zn(O，S)層的厚度小于約30nm。申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，如果厚度薄至只有1nm，則能得到優(yōu)異的太陽(yáng)能電池。
當(dāng)已生長(zhǎng)出預(yù)定厚度的Zn(O，S)層時(shí)，重復(fù)該工藝，現(xiàn)在沒(méi)有任何H2S脈沖，該工藝?yán)^續(xù)產(chǎn)生ZnO。給出交替的二乙基鋅和水的脈沖，在Zn(O，S)層表面的頂上生長(zhǎng)出第一ZnO單層。繼續(xù)給出交替的二乙基鋅和水的脈沖，在彼此的頂上將生長(zhǎng)出另外的ZnO單層，使該工藝循環(huán)，直到得到所需厚度的ZnO層。
一般而言，當(dāng)按照上述ALD工藝時(shí)，層將以受控制的速度生長(zhǎng)。脈沖的持續(xù)時(shí)間將取決于ALD處理室的體積。
在ZnO層完成后，襯底被傳送到出口鎖定裝置，從那里它們被送到圖案形成站，然后是用于沉積前接點(diǎn)的站和用于另外圖案形成步驟的站，如說(shuō)明書(shū)引言部分所述。
上述ALD方法能很好地適合于沉積圖3中所示的組合的Zn(O，S)和ZnO硫梯度層。在生長(zhǎng)Zn(O，S)層的工藝結(jié)束時(shí)，逐漸逐個(gè)單層地減少H2S脈沖的次數(shù)，直到?jīng)]有H2S脈沖。最后，只注入與水脈沖交替的二乙基鋅脈沖，借此繼續(xù)在彼此頂部建立ZnO單層，直到獲得所需厚度的ZnO層。
上述生產(chǎn)線是協(xié)調(diào)的，因?yàn)樯L(zhǎng)CIGS層的真空沉積工藝和生長(zhǎng)兩個(gè)Zn(O，S)和ZnO層的ALD工藝都是干法工藝。
本發(fā)明的更多實(shí)施方案可使用二甲基鋅或另一種有機(jī)金屬鋅化合物代替二乙基鋅。也可使用有機(jī)金屬銦化合物。
申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，如果ALD室中的襯底具有約120℃的溫度，則在這個(gè)溫度下可生長(zhǎng)出兩個(gè)緩沖層。
Zn(O，S)層可在160℃的溫度下沉積，ZnO層在120℃下。盡管ALD處理室中襯底120℃的溫度是優(yōu)選的，但可在高約250℃的溫度下沉積兩個(gè)緩沖層，并還可在低至100℃。對(duì)于兩個(gè)緩沖層7、8，優(yōu)選的溫度范圍為100-130℃。
在圖5所示生產(chǎn)線的可替換實(shí)施方案中，有兩個(gè)分開(kāi)的ALD處理室13和15用于沉積各自的緩沖層7和8。如果兩個(gè)緩沖層在不同的溫度下沉積，則每個(gè)ALD處理室保持在各自的溫度下。這將增加產(chǎn)量，因?yàn)榕c在沉積ZnO層前使襯底在同一個(gè)室中冷卻的情況相比，襯底的冷卻時(shí)間將縮短。
上文已經(jīng)說(shuō)明，第一緩沖層即Zn(O，S)層包含硫氧化鋅。在ALD沉積工藝中，可形成二次相例如氫氧化鋅，并因此存在于緩沖層中。
根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方案，第一緩沖層可包括ALD沉積的硫化銦In2S3，第二緩沖層為如上所述的通常ALD沉積的ZnO。按與上述相同的方式，用有機(jī)金屬銦化合物如乙酰丙酮銦In(acac)3代替二乙基鋅脈沖生產(chǎn)ALD沉積的In2S3。
圖6為根據(jù)本發(fā)明的具有第一Zn(O，S)緩沖層和第二ZnO緩沖層的太陽(yáng)能電池的電流密度(mA/cm2)-電壓(V)圖。電池的特征性能為開(kāi)路電壓Voc為684mV，填充因數(shù)FF為74％，短路電流Isc為32.0mA/cm2，效率為16.0％。太陽(yáng)能電池提供有抗反射涂層。這些性能說(shuō)明本發(fā)明的太陽(yáng)能電池具有與具有CdS緩沖層的常用CIGS電池等同或甚至更好的性能。
圖7為顯示根據(jù)本發(fā)明的具有第一Zn(O，S)緩沖層和第二ZnO緩沖層的太陽(yáng)能電池與具有CdS緩沖層的常用CIGS電池在不同波長(zhǎng)下的量子效率QE的圖。電池都沒(méi)有抗反射層。按照所示，根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池在光譜的藍(lán)光區(qū)域中有較高的QE。
圖8為類似于圖6的圖，其中比較了根據(jù)本發(fā)明的具有第一Zn(O，S)緩沖層和第二ZnO緩沖層的太陽(yáng)能電池與只具有第一Zn(O，S)緩沖層的太陽(yáng)能電池。從下面表1看來(lái)，根據(jù)本發(fā)明的具有兩個(gè)緩沖層的電池具有較好的性能。
表1

Isc為短路電流，F(xiàn)F為填充因數(shù)。
圖9為類似于圖8的圖，其中比較了根據(jù)本發(fā)明的具有第一Zn(O，S)緩沖層和第二ZnO緩沖層的太陽(yáng)能電池與使用單一CdS緩沖層的常用CIGS電池和只具有第二ZnO緩沖層的CIGS電池。從下面表2中列出的性能可看到，根據(jù)本發(fā)明的電池具有與使用CdS緩沖層的CIGS電池同等的性能。
表2

參考文獻(xiàn)[1]M Green，K Emery，D King，S Igari和W Warta，SolarCell Efficiency Tables(21版)，Prog.PhotovoltRes.Appl.2003；11，39-45頁(yè).
權(quán)利要求
1.一種薄膜太陽(yáng)能電池，包括在背面電極層上形成的p-型半導(dǎo)體Cu(In，Ga)(Se，S)2光吸收層(CIGS層)薄膜，在光吸收層上形成的透明導(dǎo)電金屬氧化物薄膜，其具有n-型導(dǎo)電性并用作窗口層和電極，和在窗口層和CIGS層之間的界面層，特征在于所述界面層包括在CIGS層上ALD生長(zhǎng)并提高太陽(yáng)能電池電性能的第一含硫緩沖層，和通過(guò)ALD沉積與第一緩沖層整體形成并包括ZnO的第二緩沖層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的薄膜太陽(yáng)能電池，特征在于第一緩沖層為ALD沉積的Zn(Ox，S1-x)，其中x在0和0.9之間變化，優(yōu)選在0.1和0.7之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的薄膜太陽(yáng)能電池，特征在于第一緩沖層還包括氫，由此鋅化合物還包括氫氧化鋅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的薄膜太陽(yáng)能電池，特征在于第一緩沖層為ALD沉積的In2S3。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的薄膜太陽(yáng)能電池，特征在于第一緩沖層的厚度大于約1nm和小于約30nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的薄膜太陽(yáng)能電池，特征在于存在第一緩沖層到第二緩沖層的漸變過(guò)渡，第一緩沖層的硫含量在其厚度方向上逐漸降低。
7.一種形成薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)中p-型半導(dǎo)體Cu(In，Ga)(Se，S)2光吸收層(CIGS層)薄膜和n-型導(dǎo)電窗口層薄膜之間界面層的方法，該方法包括使CIGS層達(dá)到預(yù)定溫度并送入到處理室的步驟，特征在于最初使用原子層沉積(ALD)在CIGS層表面上沉積第一含硫緩沖層和最后使用原子層沉積(ALD)在第一緩沖層頂上沉積第二ZnO層來(lái)提供所述界面層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，特征在于在一個(gè)相同的ALD處理室中形成第一和第二緩沖層。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，特征在于在分開(kāi)但連接的ALD處理室中形成第一和第二緩沖層。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，特征在于通過(guò)以下提供第一含硫緩沖層在ALD反應(yīng)室中使吸收層交替地暴露于有機(jī)金屬鋅化合物如例如二乙基鋅或二甲基鋅的脈沖形成含鋅單層和水與H2S的交替脈沖以便在鋅原子上生長(zhǎng)氧和硫，從而形成吸附在光吸收層頂部上的第一單層，重復(fù)所述步驟以在彼此上面生長(zhǎng)另外的含硫單層，并繼續(xù)該工藝直到得到具有第一預(yù)定厚度的第一含硫緩沖層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，特征在于以對(duì)水和H2S脈沖總數(shù)的10-100％的比例、優(yōu)選15-25％的比例和最優(yōu)選20％的比例提供H2S脈沖。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的方法，特征在于省去H2S脈沖以與第一緩沖層相同的方式提供第二ZnO緩沖層，通過(guò)在ALD反應(yīng)室中繼續(xù)交替地暴露第一緩沖層于有機(jī)金屬鋅化合物如例如二乙基鋅或二甲基鋅的氣體脈沖，和水的脈沖，直到得到具有第二預(yù)定厚度的第二ZnO緩沖層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，特征在于當(dāng)生長(zhǎng)所述另外的單層時(shí)連續(xù)降低所述硫比例，以便得到第一緩沖層到第二緩沖層的溫和過(guò)渡。
14.一種制造太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)線，其中太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)包括在背面電極層上形成的p-型半導(dǎo)體Cu(In，Ga)(Se，S)2光吸收層(CIGS層)薄膜，在光吸收層上形成的透明導(dǎo)電金屬氧化物薄膜，其具有n-型導(dǎo)電性并用作窗口層和電極，和在窗口層和CIGS層之間的界面層，所述生產(chǎn)線包括用于在襯底上真空沉積CIGS層的真空沉積室，特征在于通過(guò)首先使用ALD沉積在CIGS層表面上生長(zhǎng)第一含硫緩沖層和最后使用ALD沉積在第一緩沖層頂上生長(zhǎng)含ZnO的第二緩沖層來(lái)ALD沉積所述界面層的ALD處理室，和布置在真空沉積室和ALD處理室之間的傳送室，用于將太陽(yáng)能薄膜空白片從真空沉積室傳送到ALD沉積室和用于將太陽(yáng)能薄膜空白片從CIGS沉積溫度冷卻到ALD沉積溫度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的生產(chǎn)線，特征在于另外的ALD處理室連接到所述一個(gè)ALD處理室上，所述首次提到的ALD處理室用于ALD沉積第一緩沖層，所述另外的ALD處理室用于ALD沉積第二緩沖層。
全文摘要
本發(fā)明涉及CIGS型的薄膜太陽(yáng)能電池。本發(fā)明的特征在于使用兩個(gè)整體形成的緩沖層，在CIGS層(3)頂上形成的第一ALD Zn(O，S)緩沖層和在第一緩沖層(7)頂上形成的第二ALD ZnO緩沖層(8)。兩個(gè)緩沖層都在同一處理步驟中使用ALD(原子層沉積)來(lái)沉積。本發(fā)明還涉及生產(chǎn)電池的方法和制造電池結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)線。
文檔編號(hào)H01L31/072GK1820358SQ200480019693
公開(kāi)日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2004年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月8日
發(fā)明者C·普拉策爾比約爾克曼, J·凱斯萊, L·斯托爾特 申請(qǐng)人:索里布羅股份公司