專利名稱：制造太陽能電池的靶材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造用于光伏應用中的半導體的靶材料。僅舉例來說，本發(fā)明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，本發(fā)明具有更廣泛的應用范圍。
背景技術(shù)：
利用光伏效應的太陽能電池將日光直接轉(zhuǎn)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(jīng)由形成P-η結(jié)以便驅(qū)動由光子激發(fā)的電子來構(gòu)建耗盡區(qū)的內(nèi)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(nèi)。所吸收的光的能量被轉(zhuǎn)移到半導體材料的原子中的電子上，這激發(fā)了電子并且使其與原子的結(jié)合松弛一些， 從而使其自由流動。經(jīng)由每一太陽能電池中跨p-n結(jié)的內(nèi)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(nèi)建電場相關(guān)的太陽能電池電壓定義了太陽能電池可以產(chǎn)生的功率。薄膜太陽能電池技術(shù)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(shù)。采用CIGS(S)光伏吸收體的現(xiàn)有技術(shù)CIGS技術(shù)已引起薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)具有接近20%的轉(zhuǎn)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(jié)在配置有由鑰材料制成的金屬后觸點的襯底上構(gòu)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(jié)。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(shù)已用于制造Cu(InGa)Se2光伏吸收體。一種常規(guī)方法是使用蒸發(fā)工藝，其包括沉積所有元素物質(zhì)。另一常規(guī)方法是兩階段工藝，其首先沉積包括Cu、In以及Ga元素物質(zhì)或其合金的薄膜前驅(qū)物，接著進行硒化和/或硫化熱退火工藝。然而，使用這些常規(guī)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(chǎn)率低或轉(zhuǎn)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(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明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，本發(fā)明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，本發(fā)明可以具有其它配置。在一個特定實施例中，本發(fā)明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(zhì)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，本發(fā)明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(zhì)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，本發(fā)明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?；蛘撸箅姌O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(qū)物層的堆疊。多個前驅(qū)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(qū)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，本發(fā)明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(qū)物層的堆疊。多個前驅(qū)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(qū)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。通過應用本發(fā)明的實施例可以實現(xiàn)很多益處。本發(fā)明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。本發(fā)明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)。本發(fā)明還提供一種使用濺射靶材形成具有實質(zhì)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(jié)構(gòu)的晶粒尺寸較大以及電池轉(zhuǎn)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(chǎn)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。


圖1是說明根據(jù)本發(fā)明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(tǒng)的簡化示意圖；圖1A是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的含 Sb復合材料的矩形濺射靶材的俯視圖的簡化圖2是根據(jù)本發(fā)明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(qū)物層的簡化橫截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明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(qū)物層形成的吸收體材料的簡化橫截面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的CIGS太陽能電池的簡化橫截面圖；圖5是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例制造CIGS太陽能電池的方法的簡化圖；圖6是說明根據(jù)本發(fā)明的另一實施例制造CIGS太陽能電池的方法的簡化圖；圖7是說明根據(jù)本發(fā)明的另一實施例制造CIGS太陽能電池的方法的簡化圖；圖8是說明根據(jù)本發(fā)明的另一實施例制造CIGS太陽能電池的方法的簡化圖；圖9是說明根據(jù)本發(fā)明的另一實施例制造CIGS太陽能電池的方法的簡化圖；圖10是說明根據(jù)本發(fā)明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(jù)本發(fā)明的另一替代實施例制造CIGS太陽能電池的方法的簡化圖。
具體實施例方式本發(fā)明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，本發(fā)明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，本發(fā)明可以具有其它配置?；诔Ｒ?guī)生成態(tài)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(nèi)的直接和可調(diào)能帶隙、高光學吸收系數(shù)，故這些膜已成為提供超過10%功率轉(zhuǎn)換效率的薄膜太陽能電池的光伏吸收體材料的主要候選物。添加其它元素作為額外成分(例如鎵)或作為摻雜物(例如鋁、鈉或硫等)，來提高P型導電性或開路電壓，并且又將基于銅銦鎵硒化物(硫化物)CIGS的薄膜太陽能電池在實驗室中的光電子轉(zhuǎn)化效率改進到高達20%。除調(diào)整吸收體膜的化學組成之外，人們已將注意力轉(zhuǎn)到最優(yōu)化如膜厚度和晶粒尺寸的其它參數(shù)。在基于CIGS的光伏吸收體形成期間，銻摻雜到膜中展示為引起實質(zhì)上缺陷減少和晶粒尺寸改進。在說明書通篇，提供本發(fā)明的實施例，其用于制造包含銻復合材料的濺射靶材和使用包含銻復合材料的濺射靶材來制造薄膜太陽能電池的基于CIGS的光伏吸收體材料。本發(fā)明的特定實施例包括制造包含銅銻復合材料的濺射靶材。在一個實施例中，CuSb濺射靶材包含0.8重量％的銻(Sb)和99.2重量％的銅(Cu)。通過混合0.8重量％銻粉末和99.2重量％銅粉末來制造CuSb濺射靶材。將Sb粉末和Cu粉末的混合物熱按壓在一起。然后，在熔爐中在接近銻熔融溫度的溫度下進行燒結(jié)工藝，從而使材料凝固為具有特定靶材支撐物形式的物品。進行額外熱處理以形成呈多種形狀的濺射靶材。在一個實例中，CuSb濺射靶材被制成矩形狀。其它形狀包括圓盤、圓柱、中空圓柱、半中空圓柱、圓環(huán)、正方形、正方形環(huán)、三角形以及更多形狀。靶材裝置可以包括含銻化合物(銻的金屬合金)代替使用純銻來與銅粉末混合。靶材裝置可以含有痕量其它雜質(zhì)，包括硒、鋁、硫或第VII族或第VIII族元素。圖1是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例通過使用含Sb復合材料的濺射靶材來制造太陽能電池的系統(tǒng)的簡化示意圖。此圖僅是一個實例，其不應過度限制本文中權(quán)利要求書的范圍。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應辨識其它變化、修改以及替代方案。如圖所示，提供薄膜沉積系統(tǒng)100來執(zhí)行覆在襯底101上的摻雜銻的薄膜從相對于襯底安置的含Sb靶材裝置110的濺射沉積。系統(tǒng)100是經(jīng)由泵裝置120提供的真空環(huán)境，并且將真空經(jīng)由入口 130用一種或一種以上惰性氣體填充以維持某一壓力，這作為濺射沉積條件之一。將襯底101(其可以取決于實施例而呈任何形狀)安置于系統(tǒng)中，并且施加DC或AC偏壓穿過襯底101和濺射靶材支撐物115，這作為另一濺射沉積條件。襯底與靶材之間的電磁場使惰性氣體(通常使用氬氣)電離并且進一步促進離子沖擊靶材裝置110的表面。靶材料的原子被濺射并且噴射出并且一些也電離。在沉積時間內(nèi)，來自靶材裝置Iio的這些電離的物質(zhì)落在襯底101的表面上形成薄膜。可以在整個濺射沉積工藝中將襯底101保持于接近室溫下，但有時可以使溫度升高到所要升高值(或所要溫度范圍)。在一個實施例中，濺射靶材110包含至少一種選自由以下組成的群組的金屬:銅、銦、鎵以及鑰。濺射靶材進一步包括混合于至少一種選自由銅、銦、鎵以及鑰組成的群組的金屬的基質(zhì)中的含銻化合物。濺射靶材包含0.1重量％到20重量％的銻和至少80重量％的至少一種金屬。舉例來說，濺射靶材中的金屬包括銅或銦。 在一個實施例中，使靶材110成形以適合于襯底形狀以便提供對襯底101的表面的實質(zhì)上完全覆蓋。作為一個實例，圖1A展示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的含Sb復合材料的矩形濺射靶材的俯視圖。如圖所示，靶材料110除了暴露表面(用于面向襯底)之外均充分封閉于平面矩形狀靶材支撐物115中。靶材支撐物115可以由不銹鋼或其它非磁性材料制造，并且可以包括嵌入管(圖中未示)以允許水冷卻用于靶材溫度控制。在一個替代實施例中，濺射靶材110包括與硫化鈉化合物和含銻化合物混合的一種或一種以上金屬元素或合金(包含銅、銦、鎵以及鑰材料)。將靶材裝置形成為固持于靶材支撐物中的塊狀物品。塊狀物品是從硫化鈉、銻以及至少一種來自銅、銦、鎵以及鑰的金屬元素的粉末燒結(jié)的，其組成范圍是0.1重量％到15重量％的鋪、0.1重量％到5重量％的硫化鈉以及80重量％到99.8重量％的至少一種金屬元素。靶材裝置的塊狀物品可以用如圖1A中所示的矩形狀制造，可以使用其它形狀(如圓盤狀、圓柱狀、中空圓柱狀、半中空圓柱狀、圓環(huán)狀、正方形狀或三角形狀)并且由相應形狀的靶材支撐物進行支撐。在另一替代實施例中，濺射靶材裝置110包括含鑰合金的基質(zhì)、硫化鈉化合物以及含銻化合物，其組成范圍是0.1重量％到15重量％的銻、0.1重量％到5重量％的硫化鈉以及80重量％到99.8重量％的鑰以及其它元素。可提供含銻化合物來制造含Sb靶材，前提條件是純銻粉末加少量硒、鋁、硫或第VII族或第VIII族元素可以作為雜質(zhì)存在，所述雜質(zhì)不實質(zhì)性影響或不會不利地影響通過濺射工藝沉積在襯底上的CIGS層的性能。本發(fā)明的另一特定實施例包括使用由含銻材料制造的濺射靶材在前驅(qū)物膜的形成工藝期間沉積摻雜銻的膜來制造基于CIGS的光伏吸收體材料。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于制造CIGS太陽能電池的在襯底上形成的多個前驅(qū)物層的堆疊的簡化橫截面圖。此圖僅是一個實例，其不應過度限制本文中權(quán)利要求書的范圍。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應辨識其它變化、修改以及替代方案。如圖所示，提供襯底201。首先形成覆在襯底201的表面上的后電極層202。在后電極層202上形成多個前驅(qū)物層的堆疊。形成覆在后電極層202上的第一厚度的第一前驅(qū)物材料203。此外，連續(xù)形成第二厚度的第二前驅(qū)物材料204、第三厚度的第三前驅(qū)物材料205、第四厚度的第四前驅(qū)物材料206以及第五厚度的第五前驅(qū)物材料207。在一個特定實施例中，多個前驅(qū)物層的堆疊中的至少一層包括摻雜銻的膜。所述膜通過使用由本發(fā)明的實施例制造的含銻濺射靶材裝置中的一者濺射沉積來形成。前驅(qū)物材料中的一些主要是通過電鍍形成的金屬材料。多個前驅(qū)物材料是以連續(xù)次序形成的，但所述次序可以被調(diào)整和切換。前驅(qū)物材料中的一者可以在前驅(qū)物材料中的另一者之前或之后形成。實質(zhì)上，多個前驅(qū)物材料的形成是在保持襯底201于室溫或至少低于100°C下進行的。當然，存在很多替代方案、變化以及修改。參考圖2，襯底201可以具備多種類型的材料，例如玻璃、鋼或塑料。在一個實施例中，后電極層202是通過濺射、蒸發(fā)、電鍍或印刷而沉積的厚度約Ιμπι的鑰材料的膜。在一個替代實施例中，后電極層202是由濺射沉積出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的靶材裝置而制造的鑰合金或復合材料。在一個實例中，靶材裝置由MoSb制造，其具有約1.0重量％到
10.0重量％的銻和90重量％到99重量％的鑰。在另一實例中，靶材裝置是由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86.0重量％到99.6重量％的鑰制造的MoSbNaS靶材。沉積系統(tǒng)100可以與所安裝的MoSb或MoSbNaS靶材裝置一起使用，并且在將系統(tǒng)抽汲到某一真空度之后提供氬氣達到預定壓力。用施加于靶材與襯底之間的DC偏壓進行沉積，從而形成覆在襯底201上的約I μ m厚的MoSb或MoSbNaS合金膜202。在此實施例中，銻有效摻雜到基于Mo的后電極層中。其中的銻和硫化鈉物質(zhì)可以擴散到上部前驅(qū)物層(稍后形成)中充當摻雜物，從而影響形成態(tài)CIGS光伏吸收體材料的結(jié)構(gòu)-化學-電性質(zhì)。當然，存在很多替代方案、變化以及修改。如圖2中所示，在后電極202上連續(xù)形成多個前驅(qū)物層的堆疊。在一個實施例中，后電極202是包含銻和/或硫化鈉的基于鑰的材料。然后，用第一厚度的銅層203、接著第二厚度的銦層204、接著第三 厚度的銅層205、接著第四厚度的鎵層206以及接著第五厚度的硒層207形成多個前驅(qū)物層的堆疊。在一個替代實施例中，后電極202僅是鑰材料。多個前驅(qū)物層的堆疊包括通過濺射靶材裝置而形成的至少一層，所述靶材裝置包含銻(和/或硫化鈉)和選自由以下組成的金屬材料的群組的另一金屬:銅、銦以及鎵。舉例來說，第一前驅(qū)物材料203包含由濺射靶材沉積的約0.25 μ m厚的銅-銻層，所述濺射靶材包含0.5重量％到9.0重量％的銻和91%原子到99.5原子％的銅。在本發(fā)明的一個特定實施例中，此靶材裝置根據(jù)本發(fā)明的一個實施例制造并且使用沉積系統(tǒng)100 (圖1)。在另一實例中，第三前驅(qū)物材料205是帶有0.5重量％到9.0重量％的銻的銅-銻層?；蛘咴谝粋€不同實施例中，第二前驅(qū)物材料204僅是通過濺射包含0.5重量％到9.0重量％的銻和91重量％到99.5重量％的銦的靶材裝置而形成的約0.35 μ m的銦-銻合金層。在另一實例中，第一前驅(qū)物材料203包括由靶材裝置沉積的0.25mm厚的銅-銻-硫化鈉膜，所述靶材裝置具有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86重量％到99.6重量％的銅。在另一實例中，第四前驅(qū)物材料206可以是覆在第三前驅(qū)物材料205的銅層上的約0.35 μ m厚的銦-銻膜。使用裝備有包含0.5重量％到9.0重量％的銻和91重量％到99.5重量％的銦的濺射靶材的沉積系統(tǒng)100形成銦-銻膜206。當然，存在很多替代方案、變化以及修改。在另一實施例中，以某些預定次序連續(xù)形成多個前驅(qū)物層的堆疊。舉例來說，多個前驅(qū)物層的堆疊包括第一前驅(qū)物層203，其可以選自銅層或銅-銻合金層或銅-銻-硫化鈉層?？梢酝ㄟ^濺射沉積或電鍍工藝或真空蒸發(fā)工藝來形成銅層?？梢允褂蒙衔乃峒暗陌胁难b置來分別形成銅-銻層和銅-銻-硫化鈉層。形成具有第一厚度(例如約0.25 μ m)的第一前驅(qū)物層203。另外，多個前驅(qū)物層的堆疊的第二前驅(qū)物材料204可以選自銦層或鎵層或銦-銻層，具有第二厚度，例如約0.35 μ m。當通過濺射根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的具有0.5重量％到9.0重量％的銻含量和91重量％的銦含量的靶材裝置來形成銦-銻層時，可以使用多種沉積方法。多個前驅(qū)物層的堆疊的第三前驅(qū)物層205包括選自銅和銅-銻合金的材料，其可以使用類似于形成第一前驅(qū)物層203的工藝來形成。此外，多個前驅(qū)物層的堆疊的第四前驅(qū)物層206包括選自鎵或銦或銦-銻的材料，其具有約0.35 μ m的第四厚度。最終，用約2 μ m第五厚度的硒材料形成覆在第四前驅(qū)物材料206上的第五前驅(qū)物層207，從而完成多個前驅(qū)物層的堆疊的形成。當然，存在很多替代方案、變化以及修改。舉例來說，多個前驅(qū)物層的堆疊中各層的厚度是工藝可變的，其可以被調(diào)整以至少部分地控制層的堆疊的化學計算量和堆疊中銻或硫化鈉的摻雜水平，所述堆疊被指定通過熱工藝轉(zhuǎn)化為光伏吸收體材料。在另一實施例中，第二前驅(qū)物材料204和第四前驅(qū)物層206可以交換次序。在一個實例中，銦材料或鎵材料任一者可以是第二或第四前驅(qū)物層的選擇，且第三前驅(qū)物層205是通過濺射包含0.5重量％到9.0重量％的銻和91原子％到99.5原子％的銅的靶材裝置而形成的銅-銻膜。在另一實施例中，第一前驅(qū)物材料203和第三前驅(qū)物材料205可以是銅或銅-銻膜任一者。通過濺射包含0.5重量％到9.0重量％的銻和91原子％到99.5原子％的銅的靶材裝置來形成銅-銻膜。當然，存在很多替代方案、變化以及修改。在后電極層202上形成所有前驅(qū)物材料之后，使其后形成的攜帶所有層(包括后電極層202、第一厚度的第一前驅(qū)物203、第二厚度的第二前驅(qū)物204、第三厚度的第三前驅(qū)物205、第四厚度的第四前驅(qū)物206以及第五厚度的第五前驅(qū)物207)的襯底201進行熱退火工藝。在一個特定實施例中，將包括之后形成的所有前驅(qū)物材料的襯底201裝入熔爐(圖中未示)中?？梢詫⑷蹱t抽汲到具有真空水平，然后用惰性氣體(例如氮氣)填充以便幫助實現(xiàn)溫度均一性；或按需 要與可以直接與前驅(qū)物反應或用于幫助前驅(qū)物轉(zhuǎn)化為光伏吸收體材料的某些反應氣體物質(zhì)混合。舉例來說，可以使用氮氣?？梢栽谕嘶鸸に嚻陂g使用反應性硒化氫(H2Se)氣體物質(zhì)或硫化氫(H2S)氣體物質(zhì)。在另一特定實施例中，熱退火工藝在預定溫度概況下進行，其中所提供的襯底201和相應前驅(qū)物材料在介于450°C與600°C之間的溫度下退火約10分鐘，隨后進行冷卻。熔爐溫度從室溫以每秒約10度到20度的速率逐漸上升。在此升高溫度(范圍)下，層203、204、205,206,207中的所有前驅(qū)物材料(包括后電極層202中的一些摻雜銻的物質(zhì))都被熱活化，在這期間物理擴散和化學反應都在多個前驅(qū)物層的堆疊中發(fā)生并且在后電極層中至少部分地發(fā)生。在一個實施例中，含有來自根據(jù)本發(fā)明的實施例制造的靶材的銻物質(zhì)的膜中的組成直接影響前驅(qū)物材料的堆疊的多層結(jié)構(gòu)內(nèi)的物理擴散過程，并且部分地影響自身包括銻物質(zhì)的后電極層中的物理擴散過程。在另一實施例中，分別選擇用于形成多個前驅(qū)物層中每一者的第一厚度、第二厚度、第三厚度、第四厚度以及第五厚度產(chǎn)生退火態(tài)材料的所要化學計算量，所述材料形成光伏吸收體材料。具體來說，根據(jù)上文所述的本發(fā)明的實施例的多個前驅(qū)物層的堆疊的銻含量以及選定厚度確定了吸收體材料的結(jié)構(gòu)特征，所述吸收體材料是通過以上退火工藝形成的多晶CIGS三元硫族化合物，其中CIGS晶粒尺寸接近于吸收體厚度，并且缺陷數(shù)目減少。相應地，基于具有適當化學計算量的這些CIGS吸收體材料，預期吸收體材料為太陽能電池提供提高的光伏轉(zhuǎn)化效率。在一個特定實施例中，CIGS硫族化物吸收體材料的化學計算量包括0.75到0.95范圍內(nèi)的第一銅/ (銦+鎵)比率、0.25到0.5范圍內(nèi)的第二鎵/(銦+鎵)比率以及約1.0的第三硒/(銅+銦+鎵)比率。當然，存在很多替代方案、修改以及變化。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于制造CIGS太陽能電池的由多個前驅(qū)物層的堆疊形成的吸收體材料的簡化橫截面圖。此圖僅是一個實例，其不應過度限制本文中權(quán)利要求書的范圍。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應辨識其它變化、修改以及替代方案。如圖所示，形成覆在后電極層202上的光伏吸收體208。實際上，光伏吸收體208是通過進行上文所述的熱退火工藝從根據(jù)本發(fā)明的實施例形成的前驅(qū)物材料203、204、205、206、207 (圖2)轉(zhuǎn)化的。取決于實施例，吸收體208是由多層前驅(qū)物材料轉(zhuǎn)化的基于CIGS的三元硫族化合物，所述多層前驅(qū)物材料具有特定第一厚度、第二厚度、第三厚度、第四厚度以及第五厚度的層以及通過這些前驅(qū)物材料中的至少一者適當摻雜的銻物質(zhì)。在一個實施例中，還由形成覆在襯底201上的基于MoSb或MoSbNaS的后電極層(202)來進行銻摻雜工藝(在那種情況下，可能不需要在多個前驅(qū)物層的堆疊中添加任何含銻層)。在另一實施例中，覆在后電極層202上形成的吸收體材料208特征在于為P型半導體。當然，存在很多替代方案、修改以及變化。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的CIGS太陽能電池的簡化橫截面圖。此圖僅是一個實例，其不應過度限制本文中權(quán)利要求書的范圍。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應辨識其它變化、修改以及替代方案。如圖所示，在P型吸收體材料208 (圖3)頂部形成η型半導體材料209。η型半導體是允許可見光通過并且到達P型吸收體材料208的寬帶隙材料。在一個實例中，η型半導體材料209是通過化學浴沉積工藝覆在以上根據(jù)本發(fā)明的實施例形成的CIGS吸收體材料208上形成 的硫化鎘(CdS)。在一個特定實施例中，在形成覆在基于CIGS的P型吸收體材料208上的η型半導體材料209之后，形成覆在η型半導體材料上的雙層氧化鋅材料(圖4)。雙層結(jié)構(gòu)包括首先覆在η型半導體CdS層209上形成的氧化鋅層210和接下來覆在先前氧化鋅層210上形成的鋁氧化鋅層211。雙層氧化鋅材料是光學透明材料并且還是良好電導體(也稱為窗口層)，其允許光子通過并且主要由吸收體吸收然后轉(zhuǎn)化為電子。導電氧化鋅材料還有助于收集這些由P-n結(jié)驅(qū)動的電子。在雙層氧化鋅材料210/211上，由金屬材料源進一步沉積前電極212，并且形成圖案化網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，從而完成太陽能電池的制造。前電極212用于輸送由太陽能電池產(chǎn)生的電流。本發(fā)明的一個或一個以上實施例提供了形成基于CIGS的薄膜太陽能電池的方法，其使用含銻濺射靶材裝置中的至少一者來形成至少一種前驅(qū)物材料，這有助于基于CIGS的光伏吸收體材料的形成。方法的細節(jié)可以見于本說明書通篇并且更尤其下文中。圖5是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例制造CIGS太陽能電池的方法的簡化圖。此圖僅是一個實例，其不應過度限制本文中權(quán)利要求書的范圍。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應辨識其它變化、修改以及替代方案。如圖所示，方法500包括提供襯底(步驟510)用于制造薄膜太陽能電池。方法500進一步包括形成覆在襯底上的鑰層的步驟515。這在圖2中說明為鑰層是覆在襯底201上形成的底部電極層202。在一個實例中，鑰層的厚度是約I μ m。另夕卜，方法500包括(步驟520)通過在填充有惰性氣體的系統(tǒng)中由CuSb靶材裝置濺射沉積來形成覆在鑰層上的第一厚度的銅銻膜，所述CuSb靶材裝置包含0.5重量％到9.0重量％的銻和91重量％到99.5重量％的銅。用于進行濺射沉積的系統(tǒng)實質(zhì)上是圖1中所示的沉積系統(tǒng)100，其中CuSb靶材裝置是預安裝的。在一個實例中，銅銻膜的第一厚度是約0.2 μ m。此外，方法500包括(步驟525)形成覆在第一厚度的銅銻膜上的第二厚度的銦層，接著(步驟530 )形成覆在銦層上的第三厚度的銅層。此外，形成(步驟535 )覆在第三厚度的銅層上的第四厚度的鎵層，接著(步驟540)形成覆在第四厚度的鎵層上的第五厚度的硒層。在一個實例中，使用電鍍技術(shù)分別沉積銦層、銅層、鎵層以及硒層，其中第二厚度是約0.35 μ m,第三厚度是約0.1 μ m，第四厚度是約0.12 μ m，并且第五厚度是約2 μ m。圖5進一步展示方法500具有步驟545:使包括在其上形成的所有層的襯底在介于450°C與600°C之間逐漸上升的溫度下進行熱退火工藝約10分鐘，從而形成吸收體材料。退火溫度從室溫以每秒約10度到20度的速率逐漸上升。退火工藝將多個前驅(qū)物層的堆疊轉(zhuǎn)化為吸收體材料。在這種情況下，其是銅-銦-鎵-二硒化物(CIGS)化合物，其中鑰層上形成的那些相應層的第一厚度、第二厚度、第三厚度、第四厚度以及第五厚度確定了 CIGS化合物的適當化學計算量。摻雜于第一厚度前驅(qū)物層中的銻有助于使吸收體材料成為P型半導體。另外，在退火工藝期間，通過第一厚度的銅-銻前驅(qū)物層摻雜的銻物質(zhì)進一步通過減少缺陷數(shù)目并且增大晶粒尺寸來影響吸收體材料的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，這些都促進光電電流產(chǎn)生。 方法500進一步包括(步驟550)形成覆在吸收體材料上的包含硫化鎘的η型半導體和(步驟555)形成覆在η型半導體上的雙層氧化鋅。雙層氧化鋅是光學透明并且導電的材料，其相繼包含氧化鋅層和摻雜鋁的氧化鋅層。具體來說，這些步驟形成窗口材料，其允許日光通過并且由CIGS吸收體材料吸收并且還被配置以收集ρ-η結(jié)中產(chǎn)生的光電子。此夕卜，方法500包括(步驟560)形成覆在雙層氧化鋅上的前電極以完成薄膜太陽能電池的制造。當然，存在很多工藝變化、替代方案以及修改。圖6是說明根據(jù)本發(fā)明的另一實施例制造CIGS太陽能電池的方法的簡化圖。此圖僅是一個實例，其不應過度限制本文中權(quán)利要求書的范圍。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應辨識其它變化、修改以及替代方案。如圖所示，方法600包括提供襯底(步驟610)用于制造薄膜太陽能電池。方法600進一步包括形成覆在襯底上的鑰層的步驟615。這在圖2中說明為鑰層是覆在襯底201上形成的后電極層202。在一個實例中，鑰層的厚度是約lym。另夕卜，方法600包括(步驟620)通過濺射沉積或蒸發(fā)來形成第一厚度的銅層。第一厚度是約0.2 μ m。接著，步驟630是通過濺射沉積來形成覆在第一厚度的銅層上的第二厚度的銦銻膜。使用包含0.5重量％到9重量％的銻和91重量％到99.5重量％的銦的靶材裝置進行濺射沉積。用于進行濺射沉積的系統(tǒng)與圖1中所示的沉積系統(tǒng)100實質(zhì)上相同，其中靶材裝置110是預安裝的。在一個實例中，銦銻膜的第二厚度是約0.35μπι。此外，方法600包括(步驟630 )形成覆在第二厚度的銦銻膜上的第三厚度的銅層，接著(步驟635 )形成覆在第三厚度的銅層上的第四厚度的鎵層，并且接著(步驟640)形成覆在第四厚度的鎵層上的第五厚度的硒層。在一個實例中，使用電鍍技術(shù)分別沉積銅層、鎵層以及硒層，其中第三厚度是約0.1 μ m，第四厚度是約0.12 μ m，并且第五厚度是約2 μ m。圖6進一步展示方法600具有步驟645:使包括鑰層和所有多個前驅(qū)物層的堆疊的襯底在介于450°C與600°C之間的退火溫度下進行熱退火工藝約10分鐘，從而形成吸收體材料。退火溫度從室溫以每秒約10度到20度的速率逐漸上升。形成態(tài)吸收體材料是銅銦鎵二硒化物(CIGS)化合物，其中鑰層上形成的多個前驅(qū)物層的堆疊的第一厚度、第二厚度、第三厚度、第四厚度以及第五厚度確定了 CIGS化合物的適當化學計算量。吸收體材料由于通過第二厚度的銦-銻前驅(qū)物層摻雜銻物質(zhì)而具有P型半導體特征。銻物質(zhì)就缺陷減少和晶粒尺寸增大來說進一步影響吸收體材料的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，從而促進光電電流產(chǎn)生。方法600進一步包括(步驟650)形成覆在吸收體材料上的包含硫化鎘的η型半導體和(步驟655)形成覆在η型半導體上的氧化鋅材料。氧化鋅材料是頂層摻雜鋁的氧化鋅在底層未被摻雜的氧化鋅上的導電透明雙層結(jié)構(gòu)。具體來說，這些步驟形成窗口材料，其允許日光通過并且由CIGS吸收體吸收并且進一步有助于收集其中產(chǎn)生的光電子。此外，方法600包括(步驟660 )形成覆在雙層氧化鋅上的前電極以完成薄膜太陽能電池的制造。圖7是說明根據(jù)本發(fā)明的另一實施例制造CIGS太陽能電池的方法的簡化圖。此圖僅是一個實例，其不應過度限制本文中權(quán)利要求書的范圍。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應辨識其它變化、修改以及替代方案。如圖所示，方法700包括提供襯底(步驟710)用于制造薄膜太陽能電池。方法700進一步包括形成覆在襯底上的鑰層作為后電極的步驟715。這在圖2中說明為覆在襯底201上形成的后電極202。在一個實例中，鑰層的厚度是約I μ m。另夕卜，方法700包括(步驟720)形成覆在鑰層上的第一厚度的銅層。然后，方法700包括(步驟725)形成覆在第一厚度的銅層上的第二厚度的銦層。銦層和銅層都可以使用電鍍工藝或蒸發(fā)工藝來形成。在一個實例中，第一厚度是約0.2μπι并且第二厚度是約0.35μπι。此夕卜，所述方法包括(步驟730)通過 由靶材濺射沉積來形成覆在第二厚度的銦層上的第三厚度的銅-銻膜，所述靶材包含0.5重量％到9重量％的銻和至少91重量％的銅。用于進行濺射沉積的系統(tǒng)與圖1中所示的沉積系統(tǒng)100實質(zhì)上相同，其中靶材110是預安裝的。在一個實例中，銅-銻膜的第三厚度是約0.1 μ m。方法700進一步包括(步驟735)形成覆在第三銅-銻膜上的第四厚度的鎵層，接著(步驟740)形成覆在第四厚度的鎵層上的第五厚度的硒層。在一個實例中，第四厚度是約0.12 μ m并且第五厚度是約2 μ m。圖7進一步展示方法700具有步驟745:使包括鑰層和多個前驅(qū)物層的堆疊的襯底進行在介于450°C與600°C之間的退火溫度下進行的熱退火工藝約10分鐘，從而形成吸收體材料。退火溫度從室溫以每秒約10度到20度的速率逐漸上升。形成態(tài)吸收體材料是銅銦鎵二硒化物(CIGS)化合物，其中鑰層上形成的那些層的第一厚度、第二厚度、第三厚度、第四厚度以及第五厚度確定了 CIGS化合物的適當化學計算量。CIGS吸收體材料具有由通過第三厚度的銅-銻層摻雜的銻物質(zhì)提供的P型半導體特征。銻物質(zhì)可以進一步通過減少缺陷數(shù)目并且增大晶粒尺寸來影響結(jié)構(gòu)性質(zhì)，從而促進光電電流產(chǎn)生。方法700進一步包括(步驟750)形成覆在吸收體材料上的包含硫化鎘的η型半導體和(步驟755)形成覆在η型半導體上的氧化鋅雙層。氧化鋅雙層相繼是未被摻雜的氧化鋅層和摻雜鋁的氧化鋅層。具體來說，這些步驟形成窗口材料，其允許日光通過并且由CIGS吸收體吸收并且進一步有助于收集其中產(chǎn)生的光電子。此外，方法700包括(步驟760)形成覆在氧化鋅雙層上的前電極以完成薄膜太陽能電池的制造。圖8是說明根據(jù)本發(fā)明的另一實施例制造CIGS太陽能電池的方法的簡化圖。此圖僅是一個實例，其不應過度限制本文中權(quán)利要求書的范圍。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應辨識其它變化、修改以及替代方案。如圖所示，方法800包括提供襯底(步驟810)用于制造薄膜太陽能電池。方法800進一步包括形成覆在襯底上的鑰層的步驟815。這在圖2中加以說明，其中鑰層形成覆在襯底201上的后電極202。在一個實例中，鑰層的厚度是約I μ m。另夕卜，方法800包括連續(xù)沉積工藝(步驟820到步驟840)以形成多個前驅(qū)物層的堆疊。這些步驟實質(zhì)上類似于步驟520到步驟540，但第四前驅(qū)物銦層被第四厚度的銦銻膜替換，所述第四厚度的銦銻膜通過濺射包含0.5重量％到9重量％的銻和91重量％到99.5重量％的銦的靶材而形成。然后使包括在其上形成的所有層的襯底進行在介于450°C與600°C之間的退火溫度下進行的熱退火工藝約10分鐘(步驟845)，從而形成吸收體材料。退火溫度從室溫以每秒約10度到20度的速率逐漸上升。多個前驅(qū)物層的相應層的厚度確定了為多晶銅-銦-鎵-二硒化物CIGS化合物的形成態(tài)吸收體材料的化學計算量。通過第四厚度的InSb膜提供的銻物質(zhì)有助于形成吸收體材料的P型特征，并且還可以通過減少其晶粒缺陷并且增大晶粒尺寸來影響CIGS化合物的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，從而促進光電電流產(chǎn)生。方法800進一步包括(步驟850)形成覆在吸收體材料上的包含硫化鎘的η型半導體和(步驟855)形成覆在η型半導體上的氧化鋅雙層。氧化鋅雙層相繼是未被摻雜的氧化鋅層和摻雜鋁的氧化鋅層。具體來說，這些步驟形成窗口材料，其允許日光通過并且由CIGS吸收體吸收并且進一步有助于收集其中產(chǎn)生的光電子。此外，方法800包括(步驟860)形成覆在氧化鋅雙層上的前電極以完成薄膜太陽能電池的制造。圖9是說明根據(jù)本發(fā)明的另一實施例制造CIGS太陽能電池的方法的簡化圖。此圖僅是一個實例，其不應過度限制本文中權(quán)利要求書的范圍。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應辨識其它變化、修改以及替代方案。如圖所示，方法900包括提供襯底(步驟910)用于制造薄膜太陽能電池。方法900進一步包括形成覆在襯底上的鑰層的步驟915。這在圖2中加以說明，其中鑰層形成覆在襯底201上的后電極202。在一個實例中，鑰層的厚度是約I μ m。另夕卜，方法900包括連續(xù)沉積工藝(步驟920到步驟940)以形成多個前驅(qū)物層的堆疊。這些步驟實質(zhì)上類似于步驟720到步驟740，但將第二前驅(qū)物層與第四前驅(qū)物層交換。多個前驅(qū)物層的此堆疊的第三層是通過濺射靶材裝置而沉積的約0.1 μ m的銅-銻膜，所述靶材裝置包含0.5重量％到9.0重量％的鋪和至少91重量％的銅。隨后,使包括在其上形成的所有層的襯底進行在介于450°C與600°C之間的退火溫度下進行的熱退火工藝約10分鐘(步驟945)，從而形成吸收體材料。退火溫度從室溫以每秒約10度到20度的速率逐漸上升。多個前驅(qū)物層的相應層的厚度確定了為多晶銅-銦-鎵-二硒化物CIGS化合物的形成態(tài)吸收體材料的化學計算量。在一個實施例中，CIGS光伏吸收體材料的優(yōu)選化學計算量包括
0.75到0.95范圍內(nèi)的第一銅/ (銦+鎵)比率、0.25到0.5范圍內(nèi)的第二鎵/ (銦+鎵)比率以及約1.0的第三硒/(銅+銦+鎵)比率。通過第三厚度的CuSb膜提供的銻物質(zhì)有助于形成吸收體材料的P型特征，并且還可以通過減少其晶粒缺陷并且增大晶粒尺寸來影響CIGS化合物的結(jié)構(gòu)性質(zhì) ，從而促進光電電流產(chǎn)生。方法900進一步包括(步驟950)形成覆在吸收體材料上的包含硫化鎘的η型半導體和(步驟955)形成覆在η型半導體上的氧化鋅雙層。氧化鋅雙層相繼是未被摻雜的氧化鋅層和摻雜鋁的氧化鋅層。具體來說，這些步驟形成窗口材料，其允許日光通過并且由CIGS吸收體吸收并且進一步有助于收集其中產(chǎn)生的光電子。此外，方法900包括(步驟960)形成覆在氧化鋅雙層上的前電極以完成薄膜太陽能電池的制造。
圖10是說明根據(jù)本發(fā)明的一個不同實施例制造CIGS太陽能電池的方法的簡化圖。此圖僅是一個實例，其不應過度限制本文中權(quán)利要求書的范圍。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應辨識其它變化、修改以及替代方案。如圖所示，方法1000包括提供襯底(步驟1010)用于制造薄膜太陽能電池。方法1000進一步包括形成覆在襯底上的鑰層的步驟1015。這在圖2中加以說明，其中鑰層形成覆在襯底201上的后電極202。在一個實例中，鑰層的厚度是約I μ m。另外，方法1000包括(步驟1020)通過由靶材濺射沉積來形成覆在鑰層上的第一厚度的銅-銻-硫化鈉(CuSbNaS)膜，所述靶材包含0.5重量％到9重量％的銻、0.1重量％到5重量％的硫化鈉以及至少86重量％的銅。用于進行濺射沉積的系統(tǒng)與圖1中所示的沉積系統(tǒng)100實質(zhì)上相同，其中靶材110是預安裝的。在一個實例中，銅-銻-硫化鈉膜的第一厚度是約0.2μ m。此外，方法1000包括其它沉積工藝(步驟1025到步驟1040)用于形成多個前驅(qū)物層的堆疊的其它層。這些步驟實質(zhì)上類似于步驟525到步驟540，包括使用電鍍技術(shù)或蒸發(fā)技術(shù)分別沉積的第二厚度的銦層、第三厚度的銅層、第四厚度的鎵層以及第五厚度的硒層。相對應地，在一個實例中，第二厚度是約0.35 μ m，第三厚度是約0.1 μ m，第四厚度是約0.12 μ m,并且第五厚度是約2 μ m。圖10進一步展示步驟1045，其中使包括在其上形成的所有層的襯底進行在介于450°C與600°C之間的退火溫度下進行的熱退火工藝約10分鐘，從而形成吸收體材料。退火溫度從室溫以每秒約10度到20度的速率逐漸上升。多個前驅(qū)物層的相應層的厚度確定了為多晶銅-銦-鎵-二硒化物CIGS化合物的形成態(tài)吸收體材料的化學計算量。在一個實施例中，CIGS光伏吸收體材料的優(yōu)選化學計算量包括0.75到0.95范圍內(nèi)的第一銅/(銦+鎵)比率、0.25到0.5范圍內(nèi)的第二鎵/(銦+鎵)比率以及約1.0的第三硒/(銅+銦+鎵)比率。通過第一厚度的CuSbNaS膜提供的銻物質(zhì)有助于形成吸收體材料的P型特征，并且還可以通過減少其晶粒缺陷并且增大晶粒尺寸來影響CIGS化合物的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，從而促進光電電流產(chǎn)生。方法1000進一步包括(步驟1050)形成覆在吸收體材料上的包含硫化鎘的η型半導體和(步驟1055)形成覆在η型半導體上的氧化鋅雙層。氧化鋅雙層相繼是未被摻雜的氧化鋅層和摻雜鋁的氧化鋅層。具體來說，這些步驟形成窗口材料，其允許日光通過并且由CIGS吸收體材料吸收并且進一步有助于收集其中產(chǎn)生的光電子。此外，方法1000包括(步驟1060)形成覆在氧化鋅雙層上的前電極以完成薄膜太陽能電池的制造。圖11是說明根據(jù)本發(fā)明的另一替代實施例制造CIGS太陽能電池的方法的簡化圖。此圖僅是一個實例，其不應過度限制本文中權(quán)利要求書的范圍。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應辨識其它變化、修改以及替代方案。如圖所示，方法1100包括提供襯底(步驟1110)用于制造薄膜太陽能電池。這在圖2中說明為提供襯底201。方法1100進一步包括通過由靶材濺射沉積來形成覆在襯底201上的鑰銻硫化鈉(MoSbNaS)膜的步驟1115，所述靶材包含
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重量％的鑰。用于進行濺射沉積的系統(tǒng)與圖1中所示的沉積系統(tǒng)100實質(zhì)上相同，其中靶材110是預安裝的。在一個實例中，MoSbNaS膜的厚度是約I μ m?；蛘撸四た梢允峭ㄟ^濺射具有0.5重量％到9.0重量％的銻含量和至少91%的鑰含量的靶材而形成的MoSb膜。這也在圖2中說明為MoSbNaS膜或MoSb充當摻雜銻的后電極層202。另外，方法1100包括一系列沉積工藝(步驟1020到步驟10 40)以形成多個前驅(qū)物層的堆疊，所述多個前驅(qū)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。在一個實例中，通過電鍍或蒸發(fā)技術(shù)形成的銅層的第一厚度是約0.2μπι。第二厚度是約0.35 μ m,第三厚度是約0.1 μ m，第四厚度是約0.12 μ m,并且第五厚度是約2 μ m。圖11進一步展示方法1100具有步驟1140:使包括作為后電極的MoSbNaS或MoSb膜加前驅(qū)物層的堆疊的襯底在介于450°C與600°C之間的退火溫度下進行熱退火工藝約10分鐘，從而形成吸收體材料。退火溫度從室溫以每秒約10度到20度的速率逐漸上升。多個前驅(qū)物層的相應層的厚度確定了為多晶銅-銦-鎵-二硒化物CIGS化合物的形成態(tài)吸收體材料的化學計算量。在一個實施例中，CIGS光伏吸收體材料的優(yōu)選化學計算量包括0.75到0.95范圍內(nèi)的第一銅/(銦+鎵)比率、0.25到0.5范圍內(nèi)的第二鎵/(銦+鎵)比率以及約1.0的第三硒/(銅+銦+鎵)比率。通過MoSbNaS后電極層提供的銻物質(zhì)擴散到多個前驅(qū)物層的堆疊中并且有助于形成吸收體材料的P型特征，并且還可以通過減少其晶粒缺陷并且增大晶粒尺寸來影響CIGS化合物的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，從而促進光電電流產(chǎn)生。方法1100進一步包括(步驟1150)形成覆在吸收體材料上的包含硫化鎘的η型半導體和(步驟1155)形成覆在η型半導體上的氧化鋅雙層。氧化鋅雙層相繼是未被摻雜的氧化鋅層和摻雜鋁的氧化鋅層。具體來說，這些步驟形成窗口材料，其允許日光通過并且由CIGS吸收體材料吸收并且進一步有助于收集其中產(chǎn)生的光電子。此外，方法1100包括(步驟1160)形成覆在氧化鋅雙層上的前電極以完成薄膜太陽能電池的制造。
還應了解，本文中所述的實例、圖式以及實施例僅為了說明性目的，并且根據(jù)其的各種修改或變化將由所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員提出并且包括在本申請案的精神和范圍以及所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于制造太陽能電池的濺射靶材裝置，其包含: 來自由銅、銦以及鑰組成的群組的金屬；和 混合于所述金屬的基質(zhì)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％的鋪和至少80重量％的所述金屬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濺射靶材裝置，其中所述靶材裝置包含0.5重量％到9.0重量％的銻和91.0重量％到99.5重量％的銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濺射靶材裝置，其中所述靶材裝置包含1.0重量％到10重量％的銻和90.0重量％到99.0重量％的銦。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濺射靶材裝置，其中所述靶材裝置包含1.0重量％到10重量％的銻和90.0重量％到99.0重量％的鑰。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濺射靶材裝置，其中所述靶材裝置包含通過在靶材支撐物中燒結(jié)所述金屬和所述含銻化合物的粉末混合物而形成的塊狀材料，所述塊狀材料特征在于選自矩形、圓盤、圓柱、中空圓柱、半中空圓柱、環(huán)、正方形以及三角形的形狀。
6.一種濺射靶材裝置，其包含: 至少一種選自銅、銦以及鑰的金屬； 硫化鈉化合物；以及 與所述硫化鈉化合物一起混合于所述至少此種金屬的基質(zhì)中的銻或含銻化合物，其中所述祀材裝置包含0.1重量％到15重量％的鋪、0.1重量％到5重量％的硫化鈉以及至少80重量％的所述至少此種金屬。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的靶材裝置，其中所述靶材裝置包含0.5重量％到9.0重量％的鋪、0.1重量％到5.0重量％的硫化鈉以及至少86重量％的銅。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的靶材裝置，其中所述靶材裝置包含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重量％的銦。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的靶材裝置，其中所述靶材裝置包含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重量％的鑰。
10.一種制造太陽能電池的方法，其包含: 提供襯底； 形成覆在所述襯底上的后電極層，其中所述后電極層是從包含0.1重量％到15.0重量％的銻和至少85重量％的鑰的濺射靶材生長的鑰-銻合金； 形成覆在所述后電極層上的多個前驅(qū)物層的堆疊，其中所述多個前驅(qū)物層的堆疊包含第一厚度的銅層、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； 使所述多個前驅(qū)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，從而形成具有鋪作為摻雜物的吸收體材料； 形成覆在所述吸收體材料上的包含硫化鎘的η型半導體； 形成覆在所述η型半導體上的氧化鋅層，接著在所述氧化鋅層上形成摻雜鋁的氧化鋅層；以及 形成覆在所述摻雜鋁的氧化鋅層上的前電極。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述吸收體材料包含銅-銦-鎵-硒化物化合物，所述銅-銦-鎵-硒化物化合物具有由相應前驅(qū)物層的所述第一厚度、所述第二厚度、所述第三厚度、所述第四厚度以及所述第五厚度確定的化學計算量，所述銅-銦-鎵-硒化物化合物包含經(jīng)由所述后電極層摻雜的銻。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述化學計算量包含0.75到0.95范圍內(nèi)的第一銅/(銦+鎵)比率、0.25到0.5范圍內(nèi)的第二鎵/(銦+鎵)比率以及約1.0的第三硒/(銅+銦+鎵)比率。
13.—種制造太陽能電池的方法，其包含: 提供襯底； 形成覆在所述襯底上的鑰層作為后電極；形成依序覆在所述后電極上的包含銅、銦、鎵以及硒的多個前驅(qū)物層的堆疊，其中所述多個前驅(qū)物層中的一者是通過由靶材裝置濺鍍來形成的，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；使包括所述鑰層和所述多個前驅(qū)物層的堆疊的所述襯底在介于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； 形成覆在所述吸收體材料上的包含硫化鎘的η型半導體； 形成覆在所述η型半導體上的氧化鋅層，接著在所述氧化鋅層上形成摻雜鋁的氧化鋅層；以及 形成覆在所述摻雜鋁的氧化鋅層上的前電極。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述多個前驅(qū)物層的堆疊包含: 由濺射包含0.5重量％到9.0重量％的銻和至少91重量％的銅的靶材裝置形成的第一厚度的銅-銻層； 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。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述多個前驅(qū)物層的堆疊包含: 第一厚度的銅層； 由濺射包含0.5重量％到9.0重量％的銻和至少91重量％的銦的靶材裝置形成的第二厚度的銦-銻層； 第三厚度的銅層； 第四厚度的鎵層；以及 第五厚度的硒層。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述多個前驅(qū)物層的堆疊包含: 第一厚度的銅層； 第二厚度的銦層； 由濺射包含0.5重量％到9.0重量％的銻和至少91重量％的銅的靶材裝置形成的第三厚度的銅-銻層； 第四厚度的鎵層；以及 第五厚度的硒層。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述多個前驅(qū)物層的堆疊包含: 第一厚度的銅層； 第二厚度的鎵層； 第三厚度的銅層； 由濺射包含0.5重量％到9.0重量％的銻和至少91重量％的銦的靶材裝置形成的第四厚度的銦-銻層；以及 第五厚度的硒層。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述多個前驅(qū)物層的堆疊包含: 第一厚度的銅層； 第二厚度的鎵層； 由濺射包含0.5重量％到9.0重量％的銻和至少91重量％的銅的靶材裝置形成的第三厚度的銅-銻層； 第四厚度的銦層；以及 第五厚度的硒層。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述吸收體材料包含銅-銦-鎵-硒化物化合物，所述銅-銦-鎵-硒化物化合物具有由包括至少一個摻雜銻的層的所述多個前驅(qū)物層的相應厚度確定的化學計算量。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述化學計算量包含0.75到0.95范圍內(nèi)的第一銅/(銦+鎵)比率、0. 25到0.5范圍內(nèi)的第二鎵/(銦+鎵)比率以及約1.0的第三硒/(銅+銦+鎵)比率。
全文摘要
本發(fā)明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(zhì)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(tǒng)中，用于形成摻雜銻的后電極或形成在多個前驅(qū)物層的堆疊中摻雜銻的至少一個前驅(qū)物層，以便形成半導體光伏吸收體材料。
文檔編號H01L31/032GK103194722SQ20131010488
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者李德林 申請人:深圳首創(chuàng)光伏有限公司