制造太阳能电池的靶材料制造技术

本发明专利技术提供一种用于制造太阳能电池的溅射靶材装置。所述靶材装置包括选自由铜、铟以及钼组成的金属或者合金，并且进一步包括混合于所述金属的基质中的锑或含锑化合物。所述靶材装置包含0.1重量%到20重量%的锑和至少80重量%的所述金属。所述靶材装置被安装于沉积系统中，用于形成掺杂锑的后电极或形成在多个前驱物层的堆叠中掺杂锑的至少一个前驱物层，以便形成半导体光伏吸收体材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制造用于光伏应用中的半导体的靶材料。仅举例来说，本专利技术应用于制造用于制造太阳能电池的薄膜光伏材料的溅射靶材，但应认识到，本专利技术具有更广泛的应用范围。
技术介绍
利用光伏效应的太阳能电池将日光直接转化成电力。其由半导体材料制成，所述半导体材料被特别功能化，从而通常经由形成P-η结以便驱动由光子激发的电子来构建耗尽区的内部电场。基本上，当日光照在太阳能电池上时，日光的特定部分被吸收于半导体材料内。所吸收的光的能量被转移到半导体材料的原子中的电子上，这激发了电子并且使其与原子的结合松弛一些， 从而使其自由流动。经由每一太阳能电池中跨p-n结的内建电场，形成电压以迫使通过光吸收释放的那些电子在某一方向上流动。这一电子流动是电流，其可以通过在太阳能电池的顶部和底部上放置金属触点来收集。此电流以及与内建电场相关的太阳能电池电压定义了太阳能电池可以产生的功率。薄膜太阳能电池技术之一是由铜铟镓二硒化物(硫化物)CIGS(S)化合物半导体形成光伏吸收体，所述半导体包括至少铜(Cu)、铟(In)、镓(Ga)、硒(Se)和/或硫(S)材料。其称为CIGS技术。采用CIGS(S)光伏吸收体的现有技术CIGS技术已引起薄膜太阳能电池结构具有接近20%的转化效率。在一个实例中，用P型Cu (InGa) Se2吸收体和η型CdS收集体的结在配置有由钥材料制成的金属后触点的衬底上构筑CIGS薄膜太阳能电池。在钥材料上形成Cu (InGa) Se2薄膜吸收体并且在CIGS吸收体上形成η型CdS或ZnS材料之后，在Cu(InGa) Se2与CdS或ZnS层之间形成p-η结。然后,在CdS层上依序沉积透明导电层和前触点层以形成太阳能电池。多种技术已用于制造Cu(InGa)Se2光伏吸收体。一种常规方法是使用蒸发工艺，其包括沉积所有元素物质。另一常规方法是两阶段工艺，其首先沉积包括Cu、In以及Ga元素物质或其合金的薄膜前驱物，接着进行硒化和/或硫化热退火工艺。然而，使用这些常规方法(包括溅射沉积)形成的Cu(InGa)Se2吸收体材料存在许多缺陷，其导致太阳能电池的产率低或转化效率低。从上文可看到，需要制造光伏吸收体材料和所得太阳能电池的改进技术。
技术实现思路
本专利技术涉及用于制造光伏吸收体的溅射薄膜的靶材料。仅举例来说，本专利技术应用于使用这些溅射靶材制造用于制造太阳能电池的薄膜光伏材料，但应认识到，本专利技术可以具有其它配置。在一个特定实施例中，本专利技术提供一种用于制造太阳能电池的溅射靶材。溅射靶材包括选自由以下组成的群组的金属元素:铜、铟、镓以及钥金属。溅射靶材进一步包括混合于金属元素基质中的锑或含锑化合物。溅射靶材包含0.1重量％到20重量％的锑和至少80重量％的金属。在另一特定实施例中，本专利技术提供一种溅射靶材装置，其包含至少一种选自以下项的金属元素:铜、铟、镓以及钥。溅射靶材装置进一步包括混合于至少金属元素基质中的硫化钠化合物和锑或含锑化合物，其中所述靶材装置具有0.1重量％到15重量％的锑含量，0.1重量％到5重量％的硫化钠含量以及至少80重量％的金属(选自铜、铟、镓以及钥)含量。在一个替代实施例中，本专利技术提供一种形成太阳能电池的方法。所述方法包括提供衬底并且形成覆在衬底上的后电极层。后电极层是从溅射靶材生长的钥-锑合金，所述溅射靶材包含0.1重量％到15.0重量％的锑和至少85重量％的钥。或者，后电极层是从溅射靶材形成的钥-锑-硫化钠，所述溅射靶材包含0.5重量％到9.0重量％的锑、0.1重量％到5.0重量％的硫化钠以及至少86%的钥。另外，所述方法包括形成覆在后电极层上的多个前驱物层的堆叠。多个前驱物层的堆叠依序包括第一厚度的铜层、第二厚度的铟层、第三厚度的铜层、第四厚度的镓层以及第五厚度的硒层。所述方法进一步包括使多个前驱物层的堆叠在介于450°C与600°C之间的温度下进行热退火工艺约10分钟，从而形成具有锑作为掺杂物的吸收体材料。此外，所述方法包括形成覆在吸收体材料上的包含硫化镉的η型半导体。此外，所述方法包括形成覆在η型半导体上的氧化锌层，接着在氧化锌层上形成掺杂铝的氧化锌层，并且形成覆在掺杂铝的氧化锌层上的前电极。在另一替代实施例中，本专利技术提供一种形成太阳能电池的方法。所述方法包括提供衬底并且形成钥层作为覆在衬底上的后电极。另外，所述方法包括形成依序覆在后电极上的包含铜、铟、镓以及硒的多个前驱物层的堆叠。多个前驱物层中的一者是通过由靶材装置溅射来形成的，所述靶材装置包含0.1重量％到20重量％的锑和至少80重量％的选自由铜、铟以及镓组成的金属材料的群组的金属元素。所述方法进一步包括使包括钥层和多个前驱物层的堆叠的衬底在介于450°C与600°C之间的温度下进行热退火工艺约10分钟，从而形成具有至少锑作为掺杂物的吸收体材料。此外，所述方法包括形成覆在吸收体材料上的包含硫化镉的η型半导体。此外，所述方法包括形成覆在η型半导体上的氧化锌层，接着在氧化锌层上形成掺杂铝的氧化锌层，并且形成覆在掺杂铝的氧化锌层上的前电极。通过应用本专利技术的实施例可以实现很多益处。本专利技术提供用于制造用于光伏电池应用的薄膜半导体材料的新颖溅射靶材。本专利技术的实施例包括由选自以下项的成分制造溅射靶材:锑(Sb)或锑化合物和至少一种选自由铜(Cu)、铟(In)、镓(Ga)、硒(Se)以及钥(Mo)组成的群组的金属和/或硫化钠(NaS)。本专利技术还提供一种使用溅射靶材形成具有实质上减少的缺陷的薄膜光伏吸收体材料的方法，其引起CIGS(S)光伏吸收体的黄铜矿晶体结构的晶粒尺寸较大以及电池转化效率改进。使用这些溅射靶材简化了制造工艺，从而引起生产成本显著降低。这些和其它益处可以在本说明书通篇并且更尤其在下文描述。附图说明图1是说明根据本专利技术的一个实施例通过使用含Sb复合材料的溅射靶材制造太阳能电池的系统的简化示意图；图1A是根据本专利技术的一个实施例的含 Sb复合材料的矩形溅射靶材的俯视图的简化图2是根据本专利技术的一个实施例用于制造CIGS太阳能电池的在衬底上形成的前驱物层的简化横截面图；图3是根据本专利技术的一个实施例用于制造CIGS太阳能电池的由图2中所描绘的前驱物层形成的吸收体材料的简化横截面图；图4是根据本专利技术的一个实施例的CIGS太阳能电池的简化横截面图；图5是说明根据本专利技术的一个实施例制造CIGS太阳能电池的方法的简化图；图6是说明根据本专利技术的另一实施例制造CIGS太阳能电池的方法的简化图；图7是说明根据本专利技术的另一实施例制造CIGS太阳能电池的方法的简化图；图8是说明根据本专利技术的另一实施例制造CIGS太阳能电池的方法的简化图；图9是说明根据本专利技术的另一实施例制造CIGS太阳能电池的方法的简化图；图10是说明根据本专利技术的一个替代实施例制造CIGS太阳能电池的方法的简化图；以及图11是说明根据本专利技术的另一替代实施例制造CIGS太阳能电池的方法的简化图。具体实施例方式本专利技术涉及用于制造光伏吸收体的溅射薄膜的靶材料。仅举例来说，本专利技术应用于使用这些溅射靶材制造用于制 造太阳能电池的薄膜光伏材料，但应认识到，本专利技术可以具有其它配置。基于常规生成态铜铟二硒化物(CIS)的膜包含具有固有P型半导体特征的三元硫族化合物。由于其在可见到近红外光谱范围内的直接和可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造太阳能电池的溅射靶材装置，其包含：来自由铜、铟以及钼组成的群组的金属；和混合于所述金属的基质中的锑或含锑化合物，其中所述靶材装置包含0.1重量%与20重量%的锑和至少80重量%的所述金属。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李德林，
申请(专利权)人：深圳首创光伏有限公司，
类型：发明
国别省市：