控制光生伏打薄膜成分的方法技术

本发明专利技术涉及一种在退火工艺期间降低光生伏打薄膜结构的元素损失的方法，包括：在衬底上沉积薄膜，其中薄膜包括单一化学元素或化合物；使用保护层涂覆薄膜以形成经涂覆的薄膜结构，其中保护层防止单一化学元素的一部分或化合物的一部分在退火工艺期间逸出；以及将经涂覆的薄膜结构退火以形成经涂覆的光生伏打薄膜结构，其中经涂覆的光生伏打薄膜保留有在退火期间由保护层防止逸出的单一化学元素的一部分或化合物的一部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于。
技术介绍
用于生成光生伏打薄膜电池的现有方法利用在空气或含硒、碲或硫的氛围中退火。图1示出了用于生成含碲、硒或硫的化合物半导体薄膜的现有方法的一部分，该化合物半导体薄膜诸如碲化镉(CdTe)、硒化镉(CdSe)、硫化镉(CdS)、硫化锌(ZnS)、四硫化锡(SnS4)、二硒化铜铟(CuInSe2)、二硫化铜铟(CuInS2)、二硒化铜镓(CuGaSe2)、二硫化铜镓 (CuGaS2)、硫化铜铋(Cu3BiS3)、铜锌锡四硫化物(Cu2ZnSnS4)、二硒化铜铟镓(CuInGaSe2)或二硫化铜铟镓(CuInGaS2)光生伏打薄膜电池。如图1所示，该方法包括在硫或硒氛围中的退火步骤。二硒化铜铟(CuInSe2)或二硒化铜铟镓(CuInGaSe》光生伏打薄膜在退火期间可能损失诸如硒或硫之类的轻元素。尽管损失的硒可以在退火后通过进行额外工艺步骤补偿，但是这增加了形成光生伏打薄膜电池的时间、成本及复杂性。US7026258公开了快速退火的替代，从而使得处理的动力学足够的快以限制硒在退火步骤期间的向外扩散，并且还公开了使用氯化钠、氟化钠或氟化钾作为保护层以进一步限制向外扩散。
技术实现思路
根据本专利技术的一个示例性实施例，提供一种在退火工艺期间降低光生伏打薄膜的元素损失的方法。通过使用保护层涂覆薄膜来实现元素损失的降低，该保护层包括能够在生成光生伏打薄膜的退火工艺期间防止薄膜的元素逸出的共价化合物。该方法可以用于生成光生伏打薄膜电池。因此，该方法可以使生成光生伏打薄膜电池的时间、成本及复杂性降低。根据本专利技术的一个示例性实施例，在退火工艺期间降低光生伏打薄膜结构的元素损失的方法包括在衬底上沉积薄膜，其中薄膜包括单一化学元素或化合物；使用包括共价化合物或金属或非金属的保护层涂覆薄膜以形成经涂覆的薄膜结构，其中保护层防止单一化学元素的一部分或化合物的一部分在退火工艺期间逸出；以及将经涂覆的薄膜结构退火以形成经涂覆光生伏打薄膜结构，其中经涂覆光生伏打薄膜保留有在退火期间由保护层防止逸出的单一化学元素的一部分或化合物的一部分。根据本专利技术的一个示例性实施例，光生伏打薄膜电池包括衬底；安置于衬底上的光生伏打薄膜；涂覆光生伏打薄膜的、包括共价化合物的保护层，其中该保护层包括选自以下组的化合物氮化硅(SiN)、二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、五氧化二钽(Ta2O5)、氧化铝(Al2O3)、氧化锌(ZnO)、二氧化锡(SnO2)、氧化铟锡(ITO)、氮化钛(TiN)、硅化物(Si)、 氧化锡(SnO)、氧化铟(In2O3)、氧化镉(CdO)、氮化钽(TaN)、硫化锌(ZnS)及硫化镉(CdS)； 安置于保护层上的接触栅格；安置于接触栅格上的防反射涂层；及安置于防反射涂层上的玻璃罩。根据本专利技术的一个示例性实施例，光生伏打薄膜电池包括衬底；安置于衬底上的光生伏打薄膜；涂覆光生伏打薄膜、包括共价化合物的保护层；安置于保护层上的接触栅格；安置于接触栅格上的防反射涂层；以及安置于防反射涂层上的玻璃罩。根据本专利技术的一个示例性实施例，形成光生伏打薄膜电池的方法包括在衬底上安置薄膜，其中薄膜包括单一化学元素或化合物；使用包括共价化合物或金属或非金属的保护层涂覆薄膜以形成第一经涂覆的薄膜结构，其中保护层防止单一化学元素的一部分或化合物的一部分在退火工艺期间逸出；将经涂覆的薄膜结构退火以形成经涂覆光生伏打薄膜结构，其中经涂覆的光生伏打薄膜保留有在退火期间由保护层防止逸出的单一化学元素的一部分或化合物的一部分；从经涂覆的光生伏打薄膜结构移除保护层以形成未经涂覆的光生伏打薄膜结构；在未经涂覆的光生伏打薄膜结构上安置接触栅格；涂覆在接触栅格上安置防反射涂层；及在防反射涂层上安置玻璃罩以形成光生伏打薄膜电池。上述特征为代表性实施例并且被提供用于帮助理解本专利技术。应理解，该特征并不旨在视为对由权利要求书限定的本专利技术的限制，或对权利要求书的等同范围的限制。因此， 特征的概括不应视作确定等同范围的决定性因素。本专利技术的其它特征将通过以下描述、附图及权利要求书而显而易见。附图说明图1示出了用于生成光生伏打薄膜电池的现有方法的一部分；以及图2示出了用于根据本专利技术的一个示例性实施例生成光生伏打薄膜电池的方法。具体实施例方式根据本专利技术的示例性实施例，本文公开了生成光生伏打薄膜电池的新颖方法。该方法含有在退火工艺期间降低光生伏打薄膜的元素损失的另一新颖方法。两种方法将在下文中参照图2进行详细描述。图2说明用于根据本专利技术的一种示例性实施例生成光生伏打薄膜电池的方法。在图2的(a)中，衬底具有在其上沉积的薄膜。在此阶段，薄膜可以为光生伏打薄膜或不为光生伏打薄膜。应理解，衬底可以由非晶硅(a-Si或a-Si:H)、原生晶硅、纳米晶硅 (nc-Si或nc-Si:H)或黑硅制成。薄膜可以例如由二硒化铜铟镓(CuInGaSe》、二硫化铜铟镓(CuInGaS2)、二硒化铜镓(CuGaSe2)、二硫化铜镓(CuGaS2)、二硒化铜铟(CuInSe2)、二硫化铜铟(CuInS2)或任何含有铜、铟、硒、硫、镓、碲、镉、锌、锡或铋的材料制成。在图2的(b)中，使用包括共价化合物的保护层涂覆该薄膜以形成经涂覆的薄膜结构。保护层可以由在诸如热退火之类的退火工艺期间防止薄膜的元素逸出的任何材料制成。构成保护层的材料可以例如包括氮化硅(SiN)、二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、五氧化二钽(Ta2O5)、氧化铝(Al2O3)、氧化锌(ZnO)、二氧化锡(SnO2)、氧化铟锡(ITO)、聚合物溶液、碳纳米管、金属或非金属(诸如硫或硒)。可以例如通过旋涂、喷涂、阳极氧化、电附着或气相沉积技术涂覆保护层。应理解，可以使用包括将扩散至薄膜中的杂质的其它保护层。以此方式，保护层可以充当将允许使用特定元素掺杂光生伏打薄膜或形成特定界面的预期掺杂剂载体。此处给出的一些实例为掺杂有过量钠、硫、磷或硼的保护层或具有n+-p+-i界面的保护层。举例而5言，包括硫的保护层可以在退火期间使部分硫扩散至薄膜中，而另一部分硫仍保留于保护层中。可以使用通过旋涂、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、化学气相沉积(CVD)、 原子层沉积(ALD)或阳极氧化进行沉积或形成的其它共价电介质作为保护层。一些实例为二氧化钛(TiO2)、氮化钛(TiN)、硅化物(Si)、氧化铟锡(ITO)、氧化锡(SnO)、氧化铟 (In2O3)、氧化镉(CdO)、氮化钽(TaN)、五氧化二钽(Ta2O5)、氧化铝(Al2O3)、氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)及硫化镉(CdS)。在图2的(C)中，将经涂覆的薄膜结构退火以形成经涂覆的光生伏打薄膜结构。 换言之，薄膜的退火将其转化成光生伏打薄膜。举例而言，如果薄膜包括诸如Cu/In/Ga 之类的金属和硫，则在退火后，所得光生伏打薄膜为黄铜矿(Chalchopyrite)材料，诸如 CuInGaS20此外，如果薄膜包括二元合金(诸如CuIn2和CuGa2)并且经硒涂覆，则在退火后， 所得光生伏打薄膜可以为CUInGaSe2。退火的温度范围可以为约100°C至约900°C。一般而言，基于薄膜及涂层，将经涂覆的薄膜结构退火至约300°C至约600°C的温度。因为图2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·维德雅纳桑，H·德利雅尼，H·J·霍维尔，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：