用于光电应用的沉积方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种通过在衬底上沉积各种组分层并将所述组分转化为薄膜光电吸收材料来制造太阳能电池的方法。本发明专利技术的方法可用于在制造太阳能电池的过程中控制金属原子的化学计量以得到特定浓度，并提供金属原子浓度梯度。在使薄膜光电吸收材料退火的过程中可使用硒层。

Deposition method and apparatus for optoelectronic applications

The invention provides a method for manufacturing a solar cell by depositing a plurality of groups of layers on a substrate and converting the component into a thin film photoelectric absorption material. The method of the present invention can be used to control the stoichiometry of a metal atom in the process of manufacturing a solar cell to obtain a specific concentration and to provide a gradient of the metal atom concentration. The selenium layer can be used in the process of annealing the thin film photoelectric absorption material.

【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制备半导体、光电材料和包括薄膜太阳能电池的装置的方法和组合物。特别地，本专利技术涉及用于制备CIGS和其它太阳能电池的沉积方法和包含聚合前体的组合物。
技术介绍
—种制造太阳能电池产品的方法，涉及在衬底上沉积一层薄的、光吸收的被称作“CIGS”的铜铟镓二硒的固体层。具有薄膜CIGS层的太阳能电池可提供低至中效的光电转换。制造CIGS半导体通常需要使用几种包含CIGS所需原子的源化合物(sourcecompound)和/或单质。该源化合物和/或单质必须在衬底上形成或沉积一层薄的、均匀的层。例如，该CIGS源的沉积可通过共沉积或多步沉积的形式来进行。这些方法的难点包括CIGS层缺乏均勻性、纯度以及同质性(homogeneity),最终导致有限的光转换效率。例如，一些用于太阳能电池的方法记载于美国专利第5441897号、第5976614号、第6518086号、第5436204号、第5981868号、第7179677号、第7259322号、美国专利公开第2009/0280598号和PCT国际申请公开第W02008057119号和第W02008063190号。薄膜装置制备的其它缺点在于有限的通过工艺参数控制产品性能的能力，和商业方法的低产率。吸收层承受不同固相的外观，以及晶粒的缺陷，和大量的孔洞、裂隙及其它在层中的缺陷。通常，CIGS材料很复杂，且具有许多可能的固相。此外，由于涉及化学过程，因此CIGS以及相关薄膜太阳能电池的大规模制造方法会很困难。一般而言，由于难以控制众多涉及在衬底上形成具有适当质量的吸收层的化学和物理参数，以及既具有再现性又高产率地形成有效太阳能电池组的其它组件，因此大规模制造太阳能电池是无法预测的。例如，在用于太阳能电池的CIGS材料的制备中利用硒是常见需要。例如，在太阳能电池制造工艺中，退火时硒的存在和浓度应该是要控制的化学参数。在另一个实例中，在浓度控制下引入碱离子于CIGS基的太阳能电池组合物的各种层以及其组成尚未能用一般方式获得。传统的引入钠的方法不易提供均匀的浓度水平或钠在CIGS膜中位置的控制。在太阳能电池制造工艺中，碱离子在各种层中的存在和浓度应该是要控制的化学参数。一个重大的问题是通常无法精确地控制层中金属原子和第13族原子的化学计量t匕。由于必须应用几种源化合物和/或单质，因此需控制许多参数来制造和加工均匀层以实现特定化学计量。许多半导体和光电的应用依赖于材料中某些金属原子或第13族原子的比例。若不直接控制这些化学计量比，制造半导体和光电材料的方法会更低效而且更不易成功获得期望的组成和性质。例如，目前仍无已知的单一源化合物可用于制备具有任意化学计量的可制成CIGS材料的层或膜。长久以来，极需能实现此目标的化合物或组合物。极需制造用于光电层(特别是用于太阳能电池装置和其它产品的薄膜层)的材料的化合物、组合物和方法。专利技术概述本专利技术的实施方式包括如下:一种在衬底上制造薄膜太阳能电池的方法，其包括(a)提供涂布有电接触层的衬底；(b)在所述衬底的所述接触层上沉积第一油墨的初始层，其中所述第一油墨包含在量上富含第11族原子的第一聚合前体化合物；(C)加热所述初始层；(d)在所述初始层上沉积第二油墨的主要层，其中所述第二油墨包含在量上缺乏第11族原子的第二聚合前体化合物 '及(e)加热所述初始层和所述主要层。所述第二聚合前体化合物可为CIS或CIGS前体或包含银原子的CAIGS前体或包含铝原子的CAIGAS前体。所述初始层可由一层或多层第一油墨的单独层制成，且所述主要层可由一层或多层第二油墨的单独层制成。所述油墨可包含溶解于有机溶剂中的聚合前体化合物。所述加热工序可为包括将所述层在100°C至400°C的温度下转化，并且将所述层在450°C至650°C的温度下退火，或者将所述层在170°C至350°C的温度下转化，并且将所述层在450°C至575°C的温度下退火的工序。所述第一油墨或所述第二油墨可包含0.01至2.0原子百分比的钠离子。所述第一油墨或所述第二油墨可包含MalkMB (ER)4或Malk(ER)，其中Malk为L1、Na或K，Mb为In、Ga或Al,E为硫或硒,且R为烧基或芳基。所述第一油墨或所述第二油墨可包含NaIn (SenBu)4、NaIn (SesBu) 4、NaIn (Se1Bu) 4、NaIn (SenPr) 4、NaIn (Se 正己基)4、NaGa (SenBu) 4>NaGa (SesBu) 4、NaGa (Se1Bu) 4、NaGa (SenPr) 4、NaGa (Se 正己基)4、Na (SenBu)、Na (SesBu)、Na (Se1Bu)、Na (SenPr)、Na (Se 正己基)、Na (SenBu)、Na (SesBu)、Na (Se1Bu)、Na (SenPr)或 Na (Se 正己基)。在一些实施方式中，所述方法包括在步骤(e)之后沉积包含In(SsBu)3的油墨，和/或将所述主要层暴露于硫属元素蒸气(chalcogen vapor)中。在某些实施方式中，所述方法包括在衬底上沉积所述第二油墨之前，施加热、光或辐射，或者加入一种或多种化学试剂或交联剂于所述第一油墨或所述第二油墨中。所述初始层和所述主要层加热后的合并厚度可为I至3微米，其中加热后的所述初始层和所述主要层为光电吸收层。所述沉积可通喷洒、喷涂、喷雾沉积、喷雾热解、印刷、丝网印刷、喷墨印刷、气溶胶喷射印刷、油墨印刷、喷射印刷、冲压印刷(stamp printing)、转移印刷、移动印刷(padprinting)、柔性版印刷、凹版印刷、接触印刷、反转印刷、热敏印刷、平版印刷、电子照相印刷、电解沉积、电镀、化学镀、浴沉积、涂布、湿式涂布、浸涂旋涂、刮刀涂布、辊涂、棒涂、狭缝模具涂布、绕线棒涂布(meyerbar coating)、喷嘴直接涂布、毛细管涂布、液相沉积、溶液沉积、逐层沉积、旋浇铸、溶液浇铸、或任意上述的组合来完成。在某些实施方式中，所述衬底可为导电衬底。所述衬底可为半导体、掺杂半导体、硅、砷化镓、绝缘体、玻璃、钥玻璃、二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、氮化娃、金属、金属箔、钥、招、铍、镉、铺、铬、钴、铜、镓、金、铅、猛、钥、镍、钯、钼、铼、铑、银、不锈钢、钢、铁、锶、锡、钛、钨、锌、锆、金属合金、金属硅化物、金属碳化物、聚合物、塑料、导电聚合物、共聚物、聚合物共混物(a polymer blend)、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalates)、聚碳酸酯、聚酯、聚酯薄膜、迈拉(a mylar)、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚醚酮、聚酰亚胺、聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物、聚娃氧烧(a silicone)、环氧树脂(an epoxy)、纸、涂布纸、或任意上述的组合。本专利技术的实施方式可进一步提供在衬底上制造薄膜太阳能电池的方法，其包括(a)提供涂布有电接触层的衬底；(b)在所述衬底的所述接触层上沉积第一油墨的底层，其中所述第一油墨包含一种或多种聚合前体化合物；(C)加热所述底层；(d)在所述底层上沉积第二油墨的顶层，其中所述第二油墨包含一种或多种金属原子的硫属元素化物无机源化合本文档来自技高网...

【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：凯尔·L·富伊达拉，朱中亮，大卫·帕多维茨，保罗·R·马尔科夫·约翰逊，韦恩·A·乔米特兹，马修·C·库赫塔，
申请(专利权)人：普瑞凯瑟安质提克斯公司，
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