專(zhuān)利名稱(chēng)：用于薄膜疊層式電池的器件以及快速熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及光伏材料及制造方法。更具體地，本發(fā)明提供一種用于制造 高效率薄膜光伏電池的方法以及結(jié)構(gòu)。僅作為實(shí)例，本方法和材料包括由二硫化銅銦、 硫化銅錫、二硫化鐵、或用于單結(jié)電池或多結(jié)電池的其他物質(zhì)構(gòu)成的吸收材料。
背景技術(shù)：
從開(kāi)始，人類(lèi)就面臨著尋找利用能源的途徑的挑戰(zhàn)。能源以諸如石化、水力發(fā) 電、核能、風(fēng)能、生物能、太陽(yáng)能的形式以及諸如木材和煤的更原始的形式存在。在過(guò) 去的世紀(jì)里，現(xiàn)代文明依賴(lài)于石化能作為重要的能源。石化能量包括天然氣和石油。天 然氣包括諸如丁烷和丙烷的更輕形態(tài)，其通常用于加熱室內(nèi)和用作烹飪用的燃料。天然 氣還包括汽油、柴油以及噴氣燃料，其通常用于運(yùn)輸目的。石化的更重形態(tài)在一些地方 還可用于室內(nèi)取暖。不幸地是，石化燃料的供給是有限的并且本質(zhì)上是一定的，主要基 于行星地球上可利用的量。此外，隨著越多的人使用石油產(chǎn)品的量在不斷增長(zhǎng)，其快速 地變?yōu)閰T乏資源，隨著時(shí)間的過(guò)去其將被耗盡。最近，人們期望清潔的環(huán)境和可再生能源。清潔能源的實(shí)例是水電發(fā)電。水電 發(fā)電來(lái)源于由通過(guò)水庫(kù)(如，內(nèi)華達(dá)州的Hoover水庫(kù))存儲(chǔ)的水的流動(dòng)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)。 所產(chǎn)生的電力用于為加利福尼亞州的洛杉磯城市的大部分供電。清潔可再生能源還包括 風(fēng)能、波能、生物能等。即，風(fēng)車(chē)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成能量的更有用的形式，如電力。清潔能 量的其他類(lèi)型包括太陽(yáng)能。太陽(yáng)能的具體細(xì)節(jié)可在本說(shuō)明書(shū)的通篇和以下更具體的說(shuō)明 中得到。太陽(yáng)能技術(shù)主要是將來(lái)自太陽(yáng)的電磁輻射轉(zhuǎn)化成其他有用的形式的能量。這些 其他形式的能量包括熱能和電力。對(duì)于電力的應(yīng)用，通常使用太陽(yáng)能電池。盡管太陽(yáng)能 使環(huán)境清潔，并且已經(jīng)在每一點(diǎn)上獲得成功，但是在其在全世界廣泛應(yīng)用之前仍有許多 局限性留待解決。作為實(shí)例，一種類(lèi)型的太陽(yáng)能電池使用來(lái)源于半導(dǎo)體材料錠的晶體材 料。這些晶體材料可用于制造光電器件，包括將電磁輻射轉(zhuǎn)化成電力的光伏器件和光電 二極管器件。然而，晶體材料通常比較昂貴并且難以大規(guī)模地制造。此外，由這樣的 晶體材料制成的器件通常具有形成用于將電磁輻射轉(zhuǎn)化成電力的光敏材料的薄膜的低技 術(shù)。類(lèi)似的局限性存在于制造太陽(yáng)能電池時(shí)薄膜技術(shù)的使用，即，效率通常較差。此 外，膜的可靠性通常較差，并且在普通的環(huán)境中應(yīng)用不能使用很長(zhǎng)時(shí)間。通常，薄膜難 以彼此機(jī)械地集成為一體。傳統(tǒng)技術(shù)的這些以及其他的局限性可在本說(shuō)明書(shū)的通篇以及 以下的更具體的說(shuō)明中得到。從以上可見(jiàn)，期望一種用于制造光伏材料的改進(jìn)技術(shù)以及最終的器件。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供了一種形成用于光伏應(yīng)用的薄膜半導(dǎo)體材料的方 法和結(jié)構(gòu)。更具體地，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種用于形成可在疊層式電池構(gòu)造
4中使用也可在其他的電池構(gòu)造中使用的薄膜光伏電池。僅作為實(shí)例，本方法和材料包括 由二硫化銅銦物質(zhì)、硫化銅錫、二硫化鐵等構(gòu)成的材料，以形成薄膜疊層式光伏電池。 但應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，光伏電池可具有其他構(gòu)造。在具體的實(shí)施方式中，提供了一種用于形成薄膜光伏器件的方法。該方法包括 提供包括表面區(qū)域的透明基板。該方法形成覆蓋透明基板的表面區(qū)域的第一透明電極 層。該第一透明電極層包括電極表面區(qū)域。在具體的實(shí)施方式中，該方法形成覆蓋該電 極表面區(qū)域的包括銅材料和銦材料的多層結(jié)構(gòu)。在具體的實(shí)施方式中，該方法對(duì)多層結(jié) 構(gòu)施加多個(gè)含硫物質(zhì)并對(duì)多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速熱處理。在含硫物質(zhì)的施加過(guò)程中，使用范 圍在約1攝氏度/秒 約50攝氏度/秒內(nèi)的斜率，以形成包括銅物質(zhì)、銦物質(zhì)、以及硫 物質(zhì)的吸收材料；并且保持第一透明電極層的片電阻率小于或等于約lOOhm/cm2、光透 射率在80%以上。通過(guò)本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)很多有益效果。例如，本發(fā)明使用商業(yè)上可利用的原始材料 來(lái)形成覆蓋合適的基板構(gòu)件之上的含半導(dǎo)體的材料的薄膜?？蓪?duì)含半導(dǎo)體的材料的薄膜 進(jìn)行進(jìn)一步地處理以形成具有期望特性(諸如原子化學(xué)計(jì)量、雜質(zhì)濃度、載流子濃度、 摻雜等)的半導(dǎo)體薄膜材料。在具體的實(shí)施方式中，最終的二硫化銅銦材料的帶隙為約 1.55eV。此外，本方法使用比其他薄膜光伏材料毒性更弱的環(huán)境友好材料。在優(yōu)選實(shí)施方式中，本方法和最終的器件包括適于上部電池的透明導(dǎo)電層。根 據(jù)具體的實(shí)施方式，該透明導(dǎo)電層具有90%以上的光透射率和約lOOhm/cm2以下的電阻 率。僅僅作為實(shí)例，本方法和材料包括由二硫化銅銦物質(zhì)、硫化銅錫、二硫化鐵、或用 于單結(jié)電池或多結(jié)電池的其他物質(zhì)構(gòu)成的吸收材料。根據(jù)實(shí)施方式，可實(shí)現(xiàn)一個(gè)以上的有益效果。在說(shuō)明書(shū)通篇和以下的具體的說(shuō) 明中將更詳細(xì)地描述這些以及其他的有益效果。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的疊層式光伏電池的簡(jiǎn)圖。圖2 圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于形成薄膜光伏器件的方法和結(jié)構(gòu) 的示意圖。圖10 圖17是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于形成覆板(superstrate)構(gòu)造的 薄膜光伏器件的方法和結(jié)構(gòu)的示意圖。圖18是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于形成薄膜光伏器件的熱處理工藝的溫 度曲線(xiàn)的簡(jiǎn)圖。圖19是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式執(zhí)行用于形成薄膜光伏器件的熱處理工藝的 裝置的簡(jiǎn)圖。圖20是示出了用于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的快速熱處理工藝的溫度曲線(xiàn)的簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供了一種形成用于光伏應(yīng)用的半導(dǎo)體材料的方法和 結(jié)構(gòu)。更具體地，本發(fā)明提供了一種用于制造可在疊層式電池構(gòu)造中使用也可在其他的 電池構(gòu)造中使用的薄膜光伏器件的方法。僅僅作為實(shí)例，本方法用于為高效率的太陽(yáng)能
5電池應(yīng)用提供二硫化銅銦薄膜材料。但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明具有更寬泛的應(yīng)用范圍，例 如，本發(fā)明的實(shí)施方式可用于形成其他的半導(dǎo)體薄膜或包括硫化鐵、硫化鈣、硒化鋅等 以及諸如氧化鋅、氧化鐵、氧化銅等的金屬氧化物的多層結(jié)構(gòu)。圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的疊層式光伏電池的簡(jiǎn)圖。圖示僅是示意性的， 并不過(guò)度地限制本文權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可意識(shí)到其他變化、修改 以及替換。作為實(shí)例，在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)第61/092,732、律師卷號(hào)為 026335003400US中也記載了疊層式光伏電池，將其通過(guò)引用結(jié)合于此作為參考。如圖所 示，提供了四端子疊層式光伏電池100。該四端子光伏電池包括下部電池103和可操作地 耦接至下部電池的上部電池101。術(shù)語(yǔ)“下部”和“上部”并不是為了進(jìn)行限定，而本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解為普通的含義。一般，上部電池比下部電池更接近于電磁 輻射源，下部電池在電磁輻射穿過(guò)上部電池之后接收該電磁輻射。當(dāng)然，可存在其他的 變化、修改和替換。在具體的實(shí)施方式中，下部電池包括下部玻璃基板材料119，如透明玻璃材料。 下部電池還包括覆蓋下部玻璃基板材料的下部電極層，該下部電極層由反射材料制成。 下部電池包括覆蓋下部電極層的下部吸收層。如圖所示，吸收層和電極層由參考標(biāo)號(hào)117 示出。在具體的實(shí)施方式中，吸收層由具有例如在約1.2eV 約2.2eV范圍(以及優(yōu)選 地，在約1.6eV 約1.9eV范圍內(nèi)，但可為其他的)的帶隙能量的半導(dǎo)體材料制成。在 具體的實(shí)施方式中，下部電池包括覆蓋下部吸收層的下部窗口層以及覆蓋下部窗口層的 下部透明導(dǎo)電氧化層115。在具體的實(shí)施方式中，上部電池包括覆蓋下部透明導(dǎo)電氧化層的ρ+型透明導(dǎo)電 層109。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，ρ+型透明導(dǎo)電層的特征在于小于或等于約lOOhm/cm2的 片電阻率(sheet resistance)和90%以上的光透射率。在具體的實(shí)施方式中，上部電池具 有覆蓋P+型透明導(dǎo)電層的上部ρ型吸收層。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，由半導(dǎo)體材料制成的 ρ型導(dǎo)電層具有例如在約1.2eV 約2.2eV范圍(以及優(yōu)選地，在約1.6eV 約1.9eV范 圍內(nèi)，但可為其他的)的帶隙能量。上部電池還具有覆蓋上部ρ型吸收層的上部η型窗 口層。再參考圖1，上部電池的窗口層和吸收層由參考標(biāo)號(hào)107表示。上部電池還具有 覆蓋上部η型窗口層的上部透明導(dǎo)電氧化層105和覆蓋上部透明導(dǎo)電氧化層的上部玻璃材 料(未示出)。當(dāng)然，可存在其他的變化、修改和替換。在具體的實(shí)施方式中，疊層式光伏電池包括四個(gè)端子。四個(gè)端子由參考標(biāo)號(hào) 111、113、121、和123表示?？商鎿Q地，疊層式光伏電池還可以包括三個(gè)端子，其共享 優(yōu)選接近于上部電池與下部電池之間的界面區(qū)域的公共電極。在其他的實(shí)施方式中，多 結(jié)電池還可以包括兩個(gè)端子，在其他的電池中取決于應(yīng)用。在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利 申請(qǐng)第61/092,383號(hào)、律師卷號(hào)026335-001600US中提供了其他電池構(gòu)造的實(shí)例，通過(guò) 引用將其結(jié)合于此作為參考。當(dāng)然，可存在其他的變化、修改和替換。四個(gè)端子的電池 的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)可在本說(shuō)明書(shū)的通篇以及以下更具體的說(shuō)明中找到。圖2 圖17是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于形成薄膜疊層式器件的上部電 池的方法的示意圖。這些圖示僅是實(shí)例，其不應(yīng)當(dāng)過(guò)度地限制本文的權(quán)利要求。本領(lǐng)域 的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識(shí)到其他變化、修改和替換。如圖2所示，提供了基板110。在實(shí)施 方式中，基板包括表面區(qū)域112并在處理階段保持在處理腔室(未示出)內(nèi)。在另一實(shí)施方式中，基板是光學(xué)透明固體材料。例如，基板可以是玻璃、石英、熔融石英、或塑 料、或金屬、或金屬箔、或半導(dǎo)體、或其他合成材料。根據(jù)實(shí)施方式，基板可以是單一 材料或者被層壓、復(fù)合或堆疊或其組合的多種材料等。當(dāng)然，可存在其他變化、修改和 替換。如圖3所示，該方法包括形成覆蓋基板的表面區(qū)域的第一電極層120?？墒褂弥T 如鉬或鎢的合適的金屬材料來(lái)形成第一電極層，而該金屬材料也可以是其他的。這些其 他金屬材料可以包括銅、鉻、鋁、鎳、鉬等。在具體的實(shí)施方式中，可使用諸如濺射、 蒸發(fā)(如，電子束)、電鍍、這些的組合等技術(shù)來(lái)沉積這種金屬材料。第一電極層的厚 度在約IOOnm 2μιη的范圍內(nèi)，但也可以是其他的。根據(jù)具體的實(shí)施方式，第一電極 層120優(yōu)選地以約lOOhm/cm2以下的電阻率為特征。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，由鉬提供電 極層。在具體的實(shí)施方式中，第一電極層可使用諸如In203:Sn(IT0)、ΖηΟ:Α1(ΑΖΟ) > SnO2IF(TFO)的透明導(dǎo)電氧化物(TCO)材料來(lái)提供，但該透明導(dǎo)電氧化物材料也可以是 其他的。當(dāng)然，可存在其他變化、修改和替換。參考圖4，用于形成薄膜光伏電池的該方法包括形成覆蓋所形成的電極層的銅層 130。在具體的實(shí)施方式中，可使用諸如DC磁控濺射處理的濺射處理來(lái)形成銅層?？?在約6.2mT0rr的沉積壓力下通過(guò)使用諸如氬氣的惰性氣體進(jìn)行控制來(lái)提供DC磁控濺射處 理。使用約32SCCm的氣體流量可達(dá)到這樣的氣壓?？稍诓患訜峄宓募s室溫下執(zhí)行該 濺射處理。當(dāng)然，由于在沉積過(guò)程中產(chǎn)生的等離子體會(huì)對(duì)基板產(chǎn)生微小的加熱。根據(jù)一 些實(shí)施方式，DC功率在100瓦特 150瓦特的范圍內(nèi)，優(yōu)選地根據(jù)實(shí)施方式可以使用約 115瓦特。對(duì)于330nm厚度的Cu層，沉積時(shí)間約為6分鐘以上。當(dāng)然，可根據(jù)具體的 實(shí)施方式改變和修改沉積條件。根據(jù)實(shí)施方式，該方法可形成覆蓋電極層的阻擋層125，以在電極層與銅層之間 形成界面區(qū)域。在具體的實(shí)施方式中，在之后的處理步驟中，界面區(qū)域基本保持不含具 有不同于二硫化銅銦材料的半導(dǎo)體特性的金屬二硫化物層。根據(jù)實(shí)施方式，阻擋層具有 合適的導(dǎo)電特性，并具有反射性以使電磁輻射反射回，或可以是透明的等。在具體的實(shí) 施方式中，阻擋層選自于鉬、鈦、鉬、或銀。當(dāng)然，可存在其他變化、修改和替換。如圖5所示，該方法包括設(shè)置覆蓋銅層的銦(In)層140。具體地，覆蓋銅層130 形成銦層140。使用濺射處理將銦層沉積在銅層上。在一個(gè)實(shí)例中，使用在與沉積Cu層 相同的工藝條件下的DC磁控濺射處理沉積銦層。銦層的沉積時(shí)間可以短于Cu層的沉積 時(shí)間。例如，根據(jù)具體的實(shí)施方式，2分鐘45秒足以沉積約410nm厚度的In層。根據(jù) 實(shí)施方式，也可使用諸如電鍍等的其他合適的沉積方法。在具體的實(shí)施方式中，銅層和銦層形成薄膜光伏電池的多層結(jié)構(gòu)。在具體的實(shí) 施方式中，以形成富含銅的材料的某種化學(xué)計(jì)量來(lái)設(shè)置銅層和銦層，該富含銅的材料具 有在約1.2 1 2.0 1的范圍內(nèi)的銅銦原子比。在可替換的實(shí)施方式中，銅銦原子 比在約1.35 1 約1.60 1的范圍內(nèi)。在另一實(shí)施方式中，所選擇的銅銦原子比為 1.55 1。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，銅銦原子比提供用于光伏電池的富含銅的薄膜。在另一具體實(shí)施方式
中，在沉積銅層之前，沉積覆蓋電極層的銦層。當(dāng)然，可存在其他變化、 修改和替換。如圖5所示，在含硫物210的環(huán)境下對(duì)至少包括銦層和銅層的多層結(jié)構(gòu)150進(jìn)行
7熱處理工藝200。在對(duì)多層結(jié)構(gòu)施加含硫物時(shí)，熱處理工藝使用快速熱處理。在實(shí)施方 式中，快速熱處理使用范圍在約1攝氏度/秒 約50攝氏度/秒的溫度傾斜上升率，直到 在約400攝氏度 約600攝氏度范圍內(nèi)的最終溫度。在具體的實(shí)施方式中，快速熱處理 使用范圍在約2攝氏度/秒 約4攝氏度/秒的溫度傾斜上升率，直到最終溫度在約400 攝氏度 約600攝氏度的范圍內(nèi)。在具體的實(shí)施方式中，快速熱處理進(jìn)一步以最終溫度 保持約1分鐘 約10分鐘范圍內(nèi)的停留時(shí)間(dwell time)。熱處理工藝還包括在惰性環(huán) 境下或其他合適的環(huán)境下的溫度傾斜下降。可使用諸如氮?dú)?、氬氣、氦氣等的氣體來(lái)提 供惰性環(huán)境，其阻止金屬材料與硫物質(zhì)形成合金的反應(yīng)。溫度傾斜處理的進(jìn)一步細(xì)節(jié)在 本說(shuō)明書(shū)的通篇以及以下更具體的說(shuō)明中進(jìn)行了描述。在具體的實(shí)施方式中，可使用合適的技術(shù)來(lái)施加含硫物。在實(shí)例中，含硫物是 液相的。作為實(shí)例，硫可提供在已經(jīng)溶解有Na2S、CS2> (NR4)2S、硫代硫酸鹽等的溶液 中。根據(jù)具體的實(shí)施方式，可以應(yīng)用這種基于流體的硫物質(zhì)，覆蓋多層銅/銦結(jié)構(gòu)的一 個(gè)或多個(gè)表面。在另一個(gè)實(shí)例中，含硫物210由硫化氫氣體或其他類(lèi)似氣體來(lái)提供。在 其他的實(shí)施方式中，硫可以以固相提供，例如，單質(zhì)硫(elemental sulfur)。在具體的實(shí)施 方式中，可以加熱單質(zhì)硫并使其蒸發(fā)成氣相，如Sn，并使其與銦/銅層反應(yīng)。還可以根據(jù) 實(shí)施方式使用其他含硫物。以采用硫化氫氣體為含硫物作為實(shí)例。使用控制進(jìn)入處理腔 室中的流量的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣閥來(lái)提供硫化氫氣體。還可以使用這些應(yīng)用技術(shù)以及技術(shù) 的其他組合中的任一種。處理腔室可配備有一個(gè)或多個(gè)泵以控制處理壓力。根據(jù)實(shí)施方 式，可以設(shè)置硫化材料層覆蓋包括銅層和銦層的多層結(jié)構(gòu)。在具體的實(shí)施方式中，硫化 材料層可以設(shè)置為圖案層。在其他的實(shí)施方式中，硫化材料可以以漿料、粉末、固體、 膏劑、氣體、這些的任意組合、或其他合適的形式來(lái)提供。當(dāng)然，可存在其他變化，修 改和替換。再來(lái)參照?qǐng)D6，熱處理工藝使得多層結(jié)構(gòu)中的銅銦材料與含硫物210之間發(fā)生反 應(yīng)，從而形成二硫化銅銦薄膜材料220的層。在一個(gè)實(shí)例中，通過(guò)使從含硫物蒸發(fā)或分 解的硫離子和/或原子與多層結(jié)構(gòu)相結(jié)合，形成二硫化銅銦材料，其中，銦原子和銅原 子在該多層結(jié)構(gòu)中互相擴(kuò)散。在具體的實(shí)施方式中，熱處理工藝導(dǎo)致覆蓋二硫化銅銦材 料的保護(hù)層(cap layer)的形成。保護(hù)層包括基本上沒(méi)有銦原子的基本上硫化銅材料221的 厚度。硫化銅材料221包括表面區(qū)域225。在具體的實(shí)施方式中，在含Cu-In的多層結(jié) 構(gòu)150富含Cu的條件下形成硫化銅保護(hù)層。根據(jù)該實(shí)施方式，根據(jù)該多層結(jié)構(gòu)，硫化銅 材料的厚度約為5nm IOnm以上的量級(jí)。在具體的實(shí)施方式中，熱處理工藝允許第一電 極層使用TCO材料，以在二硫化銅銦薄膜材料形成之后，保持小于或等于約lOOhm/cm2 的片電阻率(sheetresistance)，以及80%以上的光透射率。當(dāng)然，可以存在其他變化、修 改以及替換。 如圖7所示，對(duì)硫化銅材料221進(jìn)行浸漬處理300。硫化銅材料覆蓋二硫化銅銦 薄膜220。根據(jù)具體的實(shí)施方式，通過(guò)將硫化銅材料的表面區(qū)域暴露于包含約10% (按 重量計(jì))的氰化鉀310的溶液來(lái)執(zhí)行浸漬處理。根據(jù)具體的實(shí)施方式，氰化鉀溶液提供 蝕刻處理，以從暴露下層二硫化銅銦材料的表面區(qū)域228的二硫化銅銦材料表面選擇性 地去除硫化銅材料221。在優(yōu)選實(shí)施方式中，蝕刻處理具有硫化銅和二硫化銅銦之間的 約1 100以上的選擇性。可以根據(jù)實(shí)施方式使用其他蝕刻物質(zhì)。在具體的實(shí)施方式中，蝕刻物質(zhì)可以是過(guò)氧化氫。在其他實(shí)施例中，可以使用其他蝕刻技術(shù)包括電化學(xué)蝕 刻、等離子蝕刻、濺射蝕刻、或這些的任意組合。在具體的實(shí)施方式中，硫化銅材料可 以被機(jī)械地去除、化學(xué)地去除、電去除、或通過(guò)這些的任意組合等去除。在具體實(shí)施例 中，由二硫化銅銦制成的吸收層可以具有約1微米 10微米范圍內(nèi)的厚度，但是可以為 其他。當(dāng)然，可以存在其他變形、修改以及替換。在具體實(shí)施例中，二硫化銅銦膜具有ρ型雜質(zhì)的特性。在某些實(shí)施例中，二硫 化銅銦材料進(jìn)一步受到摻雜處理，以調(diào)整其中的P型雜質(zhì)的濃度，以便優(yōu)化高效率薄膜 光伏器件的I-V特性。例如，可以用鋁物質(zhì)摻雜二硫化銅銦材料。在另一個(gè)實(shí)例中，二 硫化銅銦材料可以與二硫化鋁銅銦材料相混合，以形成吸收層。當(dāng)然，可以存在其他變 化、修改以及替換。再來(lái)參照?qǐng)D8，該方法包括形成覆蓋二硫化銅銦材料的窗口層310，其具有ρ型 雜質(zhì)的性質(zhì)?？梢詮囊韵虏牧蠘?gòu)成的組中選擇窗口層硫化鎘(CdS)、硫化鋅(ZnS)、 硒化鋅(ZnSe)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎂鋅(ZnMgO)等。可以用合適的雜質(zhì)摻雜這些材 料，以提供η+型雜質(zhì)的性質(zhì)。窗口層和吸收層形成與光伏電池相關(guān)聯(lián)的PN結(jié)的界面區(qū) 域。重?fù)诫s窗口層，以形成η+型半導(dǎo)體層。在一個(gè)實(shí)例中，銦物質(zhì)用作CdS窗口層的 摻雜材料，以使得形成與窗口層相關(guān)聯(lián)的η+型特性。在某些實(shí)施方式中，ZnO可以用作 窗口層。可以用鋁物質(zhì)摻雜ΖηΟ，以提供η+雜質(zhì)的特性。根據(jù)所使用的材料，窗口層 可以在從約200nm至約500nm的范圍內(nèi)。當(dāng)然，可以存在其他變化、修改以及替換。如圖9所示，形成覆蓋窗口層的部分表面區(qū)域的導(dǎo)電層330。導(dǎo)電層330為 薄膜光伏電池提供上部電極層。在一個(gè)實(shí)施方式中，導(dǎo)電層330是透明導(dǎo)電氧化物 (TCO)。例如，可以從以下各項(xiàng)構(gòu)成的組中選擇透明導(dǎo)電氧化物In203:Sn(IT0)、 ZnO:Al(AZO) > Sn02:F(TFO),但是可以為其他。在具體實(shí)施方式
中，對(duì)TCO層進(jìn)行圖 案化，以使薄膜光伏器件的效率最大化。在某些實(shí)施例中，TCO層還可以起窗口層的作 用，這消除了單獨(dú)的窗口的需要。當(dāng)然，可以存在其他變化、修改以及替換。圖10至圖17是示出了根據(jù)本發(fā)明可選實(shí)施方式的用于薄膜疊層式光伏電池的覆 板(superstrate)構(gòu)造的光伏電池的方法的簡(jiǎn)圖。這些圖示僅是示意性的，并不過(guò)度地限制 本文權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意識(shí)到其他變化、修改以及替換。如圖10所 示，設(shè)置基板1010。在實(shí)施例中，該基板包括表面區(qū)域1012，并且在處理階段被保持在 處理室(未示出)內(nèi)。在具體的實(shí)施方式中，透明基板是光學(xué)透明固體材料。例如，光 學(xué)透明固體材料可以是玻璃、石英、熔融石英、或者高分子材料。諸如金屬、或箔、或 半導(dǎo)體、或其他復(fù)合物材料的其他材料也可以用于其它實(shí)施方式中。根據(jù)該實(shí)施方式， 基板可以是單一材料或者被層壓、復(fù)合、或堆疊的、包括這些的組合等的多重材料。當(dāng) 然，可以存在其他變化、修改以及替換。如圖11所示，該方法包括，形成包括覆蓋基板的表面區(qū)域的電極表面區(qū)域的 第一電極層1102。該第一電極層優(yōu)選地由透明導(dǎo)電氧化物制成，通常稱(chēng)為T(mén)CO。例 如，可以從以下各項(xiàng)構(gòu)成的組中選擇透明導(dǎo)電氧化物In203:Sn(ITO)、ΖηΟ:Α1(ΑΖΟ) > SnO2IF(TFO),但是可以為其他。在具體實(shí)施例中，對(duì)TCO層進(jìn)行圖案化，以使薄膜光 伏器件的效率最大化。電極層的厚度可以在從約IOOnm至2微米的范圍內(nèi)，但是可以為 其他。優(yōu)選地，根據(jù)具體的實(shí)施方式，優(yōu)選地，電極層1120的特征在于，電阻率在約100hm/cm2以下。當(dāng)然，可以存在其他變化、修改以及替換。在具體實(shí)施例中，該方法包括，如圖12所示，形成覆蓋第一電極層的窗口層 1202?？梢詮囊韵虏牧蠘?gòu)成的組中選擇透窗口層硫化鎘(CdS)、硫化鋅(ZnS)、硒化 鋅(AnSe)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎂鋅(ZnMgO)等?？梢杂煤线m的雜質(zhì)摻雜這些材料， 以提供η+型雜質(zhì)的性質(zhì)。在一個(gè)實(shí)例中，銦物質(zhì)用作CdS窗口層的摻雜材料，以使得 形成與窗口層相關(guān)聯(lián)的η+型特性。在某些實(shí)施方式中，ZnO可以用作窗口層。可以用 鋁物質(zhì)摻雜ΖηΟ，以提供η+雜質(zhì)的特性。根據(jù)所使用的材料，窗口層可以在從約200nm 至約500nm的范圍內(nèi)。當(dāng)然，可以存在其他變化、修改以及替換。參照?qǐng)D13，該方法包括，設(shè)置覆蓋該窗口層的銅層1302。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，可以使用諸如DC磁控濺射處理的濺射處理來(lái)形成銅層?？梢栽诩s6.2mT0rr的沉積 壓力下通過(guò)使用諸如氬氣的惰性氣體進(jìn)行控制來(lái)提供DC磁控濺射處理。使用約32SCCm 的氣體流量可以達(dá)到這樣的壓力?？梢栽诩s室溫下執(zhí)行濺射處理，而不加熱基板。當(dāng) 然，由于在沉積處理過(guò)程中產(chǎn)生的等離子體會(huì)對(duì)基板產(chǎn)生微小的加熱。根據(jù)某些實(shí)施方 式，DC功率在100瓦特 150瓦特的范圍內(nèi)，優(yōu)選地根據(jù)該實(shí)施方式可以使用約115瓦 特。僅作為實(shí)例，對(duì)于330nm厚度的Cu層，沉積時(shí)間可以為約6分鐘以上。當(dāng)然，可 以根據(jù)具體實(shí)施方式
改變和修改沉積條件。如圖14所示，該方法包括，設(shè)置覆蓋銅層的銦(In)層1402。在具體實(shí)施方式
中，使用濺射處理將銦層沉積在銅層上。在一個(gè)實(shí)例中，使用在與沉積Cu層相似的工 藝條件下的DC磁控濺射處理來(lái)沉積銦層。銦層的沉積時(shí)間可以短于Cu層的沉積時(shí)間。 例如，根據(jù)具體實(shí)施方式
，2分鐘45秒足以沉積約410nm厚度的銦層。根據(jù)實(shí)施方式， 也可以使用諸如電鍍或其他的其他合適的沉積方法。在具體實(shí)施例中，銅層和銦層形成薄膜光伏電池的多層結(jié)構(gòu)1404。在具體實(shí)施 方式中，以形成富含銅的材料的某種化學(xué)計(jì)量法來(lái)設(shè)置銅層和銦層。在具體實(shí)施例中， 富含銅的材料可以具有在約1.2 1 約2.0 1的范圍內(nèi)的銅銦原子比。在可替換實(shí)施 方式中，銅銦原子比在約1.35 1 約1.60 1的范圍內(nèi)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所選 擇的銅銦原子比為1.55 1。在優(yōu)選實(shí)施方式中，銅銦原子比提供用于光伏電池的富含銅 的薄膜。在另一個(gè)具體實(shí)施方式
中，在沉積銅層之前，沉積覆蓋電極層的銦層。當(dāng)然， 可以存在其他變化、修改以及替換。如圖15所示，在含硫物1504的環(huán)境下對(duì)至少包括銦層和銅層的多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱 處理工藝1502。在對(duì)多層結(jié)構(gòu)施加含硫物時(shí)，熱處理工藝使用快速熱處理。在具體實(shí)施 方式中，快速熱處理使用約1攝氏度/秒 約50攝氏度/秒范圍內(nèi)的溫度傾斜上升率，達(dá) 到在約400攝氏度 約600攝氏度范圍內(nèi)的最終溫度。在優(yōu)選實(shí)施例中，快速熱處理使 用約2攝氏度/秒 約4攝氏度/秒的范圍內(nèi)的溫度傾斜上升率，達(dá)到在約400攝氏度 約600攝氏度范圍內(nèi)的最終溫度。在具體實(shí)施方式
中，熱處理工藝進(jìn)一步以最終溫度保 持約1分鐘 約10分鐘范圍內(nèi)的停留時(shí)間，但是可以為其他。在具體實(shí)施例中，熱處理 工藝還包括在惰性環(huán)境或其他可以阻止形成合金材料的反應(yīng)的合適環(huán)境下的溫度傾斜下 降?？梢允褂弥T如氮?dú)狻鍤?、氦氣等氣體來(lái)提供惰性環(huán)境。溫度傾斜處理的進(jìn)一步細(xì) 節(jié)在本說(shuō)明書(shū)的通篇以及以下更具體的說(shuō)明中進(jìn)行了描述。在具體實(shí)施方式
中，可以使用合適的技術(shù)來(lái)施加含硫物。在實(shí)例中，含硫物處于液相。作為實(shí)例，硫可以提供已經(jīng)溶解有Na2S、CS2> (NR4)2S、硫代硫酸鹽等的溶液 中。根據(jù)具體實(shí)施方式
，可以應(yīng)用這種基于液體的硫物質(zhì)，覆蓋多層銅/銦結(jié)構(gòu)的一個(gè) 以上表面。在另一個(gè)實(shí)例中，通過(guò)硫化氫氣體或其他類(lèi)似氣體來(lái)提供含硫物210。在其 他實(shí)施方式中，硫可以以固相來(lái)提供，例如單質(zhì)硫。在具體實(shí)施方式
中，可以加熱單質(zhì) 硫，并且使其蒸發(fā)為氣相，例如Sn，并且使其與銦/銅層發(fā)生反應(yīng)。還可以根據(jù)實(shí)施方式 使用其他含硫物。以采用硫化氫氣體為含硫物作為實(shí)例。使用控制進(jìn)入處理腔室中的流 量的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣閥來(lái)提供硫化氫氣體。還可以使用這些應(yīng)用技術(shù)以及技術(shù)的其他組 合中的任一種。處理腔室可以裝備有一個(gè)以上泵，以控制處理壓力。根據(jù)實(shí)施方式，可 以設(shè)置硫化材料層，覆蓋包括銅層和銦層的多層結(jié)構(gòu)。在具體實(shí)施方式
中，可以將硫化 材料層設(shè)置為圖案層。在其他實(shí)施方式中，硫化材料可以以漿體、粉末、固體、膏體、 氣體、這些的任意組合、或其他合適的形式來(lái)提供。當(dāng)然，可以存在其他變化、修改以 及替換。在具體實(shí)施例中，熱處理工藝使吸收層保持基本上沒(méi)有從窗口層和/或透明導(dǎo) 電氧化物層擴(kuò)散的物質(zhì)。該方法還消除了以下情況，即，使用厚窗口層來(lái)保護(hù)透明導(dǎo)電 氧化物層，使其不會(huì)受到來(lái)自吸收層的物質(zhì)的擴(kuò)散的影響。該方法提供了一種可以具有 高于約8%或高于10%等的轉(zhuǎn)換效率的光伏電池。當(dāng)然，可以存在其他變化、修改以及替換。再來(lái)參照?qǐng)D15，熱處理工藝使得多層結(jié)構(gòu)中的銅銦材料與含硫物之間發(fā)生反 應(yīng)，從而形成二硫化銅銦薄膜材料1506的層。在一個(gè)實(shí)例中，通過(guò)使從含硫物蒸發(fā)或分 解的硫離子和/或原子與多層結(jié)構(gòu)相結(jié)合，形成二硫化銅銦薄膜材料，其中，銦原子和 銅原子在該多層結(jié)構(gòu)中互相擴(kuò)散。在具體實(shí)施方式
中，熱處理工藝導(dǎo)致覆蓋二硫化銅銦 材料的保護(hù)層的形成。保護(hù)層包括基本上沒(méi)有銦原子的基本上硫化銅材料1508的厚度。 硫化銅材料包括表面區(qū)域1510。在具體實(shí)施方式
中，在含Cu-In的多層結(jié)構(gòu)的富含Cu 的條件下形成硫化銅保護(hù)層。根據(jù)該實(shí)施方式，根據(jù)該多層結(jié)構(gòu)，硫化銅材料的厚度約 為5nm IOnm以上的量級(jí)。在具體的實(shí)施方式中，在形成二硫化銅銦薄膜材料之后， 熱處理工藝允許第一電極層保持小于或等于約lOOhm/cm2的片電阻率，以及80%以上的 光透射率。當(dāng)然，可以存在其他變化、修改以及替換。如圖16所示，對(duì)硫化銅材料進(jìn)行浸漬處理1602。根據(jù)具體實(shí)施方式
，通過(guò)將 硫化銅材料的表面區(qū)域暴露于包含約10% (按重量計(jì))濃度的氰化鉀作為蝕刻物質(zhì)的溶 液1604來(lái)執(zhí)行浸漬處理。根據(jù)具體實(shí)施方式
，氰化鉀溶液提供蝕刻處理，以從暴露下層 二硫化銅銦材料的表面區(qū)域1606的二硫化銅銦材料表面選擇性地去除硫化銅材料。在優(yōu) 選實(shí)施方式中，蝕刻處理具有硫化銅和二硫化銅銦之間的約1 100以上的選擇性?？?以根據(jù)實(shí)施方式使用其他蝕刻物質(zhì)。在具體實(shí)施例中，蝕刻物質(zhì)可以是過(guò)氧化氫。在其 他實(shí)施例中，可以使用其他蝕刻技術(shù)包括電化學(xué)蝕刻、等離子蝕刻、濺射蝕刻、或這些 的任意組合。在具體的實(shí)施方式中，硫化銅材料可以被機(jī)械地去除、化學(xué)地去除、電去 除、或通過(guò)這些的任意組合等去除。由二硫化銅銦制成的吸收層可以具有約1微米 約 10微米的范圍內(nèi)的厚度，但是可以為其他。當(dāng)然，可以存在其他變化、修改以及替換。在具體實(shí)施例中，二硫化銅銦膜具有ρ型雜質(zhì)的特性，并且為薄膜光伏電池的 吸收層提供該特性。在某些實(shí)施方式中，二硫化銅銦材料進(jìn)一步受到摻雜處理，以調(diào)整
11其中的ρ型雜質(zhì)的濃度，以便優(yōu)化高效率薄膜光伏器件的I-V特性。例如，可以用鋁物 質(zhì)摻雜二硫化銅銦材料。在另一個(gè)實(shí)例中，二硫化銅銦材料可以與二硫化鋁銅銦材料相 混合，以形成吸收層。窗口層和吸收層形成與光伏電池相關(guān)聯(lián)的PN結(jié)的界面區(qū)域。當(dāng) 然，可以存在其他變化、修改以及替換。如圖17所示，該方法形成覆蓋該吸收層的第二電極層1702。在具體實(shí)施方式
中，該第二電極層可以是透明導(dǎo)電氧化物(TCO)。例如，可以從以下各項(xiàng)構(gòu)成的組中選 擇透明導(dǎo)電氧化物In2O3:Sn(ITO)、ZnO:Al(AZO)、Sn02:F(TFO),但是可以為其他。
在某些實(shí)施例中，可以使用諸如鎢、金、銀、銅或其他的金屬材料來(lái)設(shè)置第二電極層。 在其他實(shí)施方式中，第二電極層能夠反射，以將電磁輻射反射回光伏電池，并且提高光 伏電池的轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)然，可以存在其他變化、修改以及替換。在具體實(shí)施例中，該方法包括耦合上部電池和下部電池，以形成如圖1所示的 薄膜疊層式電池。在具體實(shí)施例中，可以使用諸如醋酸乙烯乙酯(ethyl vinyl acetate)的 合適的光學(xué)透明材料來(lái)耦合上部電池和下部電池。當(dāng)然，可以存在其他變化、修改以及 替換。在具體實(shí)施例中，下面描述了其他基板結(jié)構(gòu)。圖18是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的熱處理工藝的溫度曲線(xiàn)1800的簡(jiǎn)圖。在具 體實(shí)施例中，熱處理工藝可以是快速熱處理。如圖所示，快速熱處理包括溫度傾斜上升 1802。在具體實(shí)施例中，溫度傾斜上升可以具有約1攝氏度每秒 約50攝氏度每秒范圍 內(nèi)的向上斜率，以達(dá)到約450攝氏度 約600攝氏度范圍內(nèi)的最終溫度?？焖贌崽幚戆?括停留期間1804。在具體實(shí)施方式
中，停留期間在最終溫度下具有約1分鐘 約10分鐘 范圍內(nèi)的停留時(shí)間。在溫度傾斜上升期間以及停留期間中，包括銅材料和銦材料的多層 結(jié)構(gòu)與硫物質(zhì)反應(yīng)，形成二硫化銅銦材料。如圖所示，快速熱處理包括傾斜下降1806。 優(yōu)選在由諸如氮?dú)?、氦氣、氬氣等惰性氣體提供的惰性環(huán)境下執(zhí)行該傾斜下降。在具體實(shí)施例中，本申請(qǐng)的快速熱處理實(shí)現(xiàn)了一種以上的有益效果。例如，熱 處理工藝防止由于從透明導(dǎo)電氧化層和/或窗口層進(jìn)入吸收層的物質(zhì)的擴(kuò)散引起的吸收 層中毒(poising)。此外，熱處理工藝還消除了使用厚窗口層來(lái)防止從吸收層進(jìn)入透明導(dǎo) 電氧化層的物質(zhì)的擴(kuò)散的需要。透明導(dǎo)電氧化層可以保持高于90%以及高于約95%的光 透射率。當(dāng)然，可以存在其他變化、修改以及替換。圖19是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例執(zhí)行用于形成吸收層的快速熱處理工藝的裝置 1900的簡(jiǎn)圖。如圖所示，該裝置包括處理腔室1902。該裝置包括一個(gè)以上容納在處理 室中的加熱裝置1904。可以使用能夠發(fā)出表征紅外的波長(zhǎng)范圍的光的光源來(lái)提供一個(gè)以 上加熱裝置。也可以根據(jù)應(yīng)用使用其他加熱裝置。這些其他加熱裝置可以使用設(shè)置在處 理室中的合適位置的一個(gè)以上加熱絲(heating filament)或一個(gè)以上加熱線(xiàn)圈，。在具體 實(shí)施方式中，加熱裝置使用一個(gè)以上能夠提供熱能的光源，以提供圖18中所示的溫度曲 線(xiàn)。該裝置還包括一個(gè)以上歧管(manifold) 1906，該歧管包括一個(gè)以上閥，以允許處理 氣體進(jìn)入處理腔室。該裝置包括一個(gè)以上泵1908，以保持用于給定反應(yīng)速率的期望處理 壓力。如圖所示，在反應(yīng)過(guò)程中，將基板1914保持在合適的支架1910上。此外，該裝 置可以包括裝載系統(tǒng)/卸載系統(tǒng)，以將基板移動(dòng)至處理腔室進(jìn)行反應(yīng)(例如，用于形成吸 收層的硫化反應(yīng))并且在反應(yīng)之后將基板移除。當(dāng)然，可以存在其他變化、修改以及替 換。
圖20是示出了用于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的快速熱處理工藝的溫度曲線(xiàn)2000的簡(jiǎn) 圖?？梢杂脠D19中所示的裝置1900來(lái)執(zhí)行處理吸收層的快速熱處理工藝。如圖所示， 快速熱處理工藝包括三個(gè)溫度傾斜上升階段。首先，熱處理裝置1900中的溫度T可以 以約10攝氏度每秒的范圍內(nèi)的上升斜率，傾斜上升至第一階段2002，以約250攝氏度 300攝氏度結(jié)束。在具有約2分鐘 3分鐘停留期間的第一階段2002處理吸收層。其 次，熱處理工藝包括，使溫度傾斜上升至第二階段2004，此處溫度T以約475攝氏度 500攝氏度結(jié)束。在第二階段，停留時(shí)間可以持續(xù)2 5分鐘。此外，快速熱處理工藝 包括另一個(gè)溫度傾斜上升，到達(dá)第三階段2006，此處以約1分鐘 5分鐘的停留時(shí)間、在 約525攝氏度 550攝氏度的溫度下處理吸收層。在第三階段溫度傾斜上升期間以及相 應(yīng)的停留時(shí)間期間中，吸收層(作為包括銅材料和銦(或鎵銦)材料的多層結(jié)構(gòu))與硫物 質(zhì)反應(yīng)，形成二硫化銅銦(或二硫化鎵銅銦)材料。此外，快速熱處理工藝以?xún)A斜下降 處理2008結(jié)束。優(yōu)選地，在由諸如氮?dú)?、氦氣、或氬氣等惰性氣體提供的惰性環(huán)境下執(zhí) 行傾斜下降。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，圖20中所示的快速熱處理工藝可以被包括一個(gè) 以上溫度傾斜上升階段的傳統(tǒng)的熱處理工藝(CTP)來(lái)代替。然而，傳統(tǒng)的熱處理工藝需 要比較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)執(zhí)行。CTP工藝的傾斜上升時(shí)間和停留時(shí)間都比圖20中所示的上述那 些更長(zhǎng)。在具體實(shí)施方式
中，將總處理時(shí)間控制在一小時(shí)以下，以便在耦合至吸收層的 透明電極層在其光學(xué)和電學(xué)性能方面不會(huì)受到任何損壞或劣化的同時(shí)，可以根據(jù)期望執(zhí) 行吸收層的硫化。當(dāng)然，可以存在其他變化、修改以及替換。盡管上文已經(jīng)根據(jù)具體實(shí)施方式
進(jìn)行了闡釋?zhuān)强梢源嬖谄渌兓?、修改?及替換。例如，該方法可以用于制造具有用高溫處理形成的吸收層的光伏電池。雖然上 面已經(jīng)在具體吸收材料方面進(jìn)行了描述，但是可以使用諸如Cu(InAl)S2、Cu(InGa)S2^ Cu2SnS> Cu2ZnSnS4^ SnS的其他吸收材料。應(yīng)該理解，本文描述的實(shí)例和實(shí)施方式僅用 于示例目的，并且暗示本領(lǐng)域技術(shù)人員，根據(jù)本發(fā)明的各種修改或變化包含在該申請(qǐng)和 所附權(quán)利要求的范圍的精神和保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于形成薄膜光伏器件的方法，所述方法包括 提供包括表面區(qū)域的透明基板；形成覆蓋所述透明基板的所述表面區(qū)域的第一透明電極層，所述第一透明電極層具 有電極表面區(qū)域；形成覆蓋所述電極表面區(qū)域的包括銅材料和銦材料的多層結(jié)構(gòu)； 對(duì)所述多層結(jié)構(gòu)施加多種含硫物質(zhì)；在所述含硫物質(zhì)的所述施加過(guò)程中，使用在約1攝氏度/秒 約50攝氏度/秒范圍 內(nèi)的斜率對(duì)所述多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速熱處理，以形成包括銅物質(zhì)、銦物質(zhì)以及硫物質(zhì)的吸 收材料；以及保持所述第一透明電極層的片電阻率小于或等于約10歐姆/厘米2、光透射率在80% 以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述含硫物質(zhì)的所述施加過(guò)程中，使用在約 2攝氏度/秒 約4攝氏度/秒范圍內(nèi)的斜率進(jìn)行快速熱處理，以形成包括銅物質(zhì)、銦物 質(zhì)以及硫物質(zhì)的吸收材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述吸收材料包括得自所述多層結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)至少 所述快速熱處理的二硫化銅銦材料，所述二硫化銅銦包括在約1.35 1 約1.60 1范 圍內(nèi)的銅銦原子比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述快速熱處理具有在范圍為約400攝氏度 約600攝氏度的最終溫度下約1分鐘 10分鐘的停留時(shí)間，并且在對(duì)所述吸收材料施加 氮?dú)饣驓鍤鈺r(shí)，進(jìn)一步包括從所述最終溫度至第二溫度的傾斜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述吸收材料的特征在于帶隙能量為約 1.6eV 約 1.9eV。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述銅材料先于所述銦材料設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將所述薄膜光伏器件耦合至第二薄膜光伏 器件，所述薄膜光伏器件是上部電池，所述第二薄膜光伏器件是下部電池。
8.—種用于形成薄膜光伏器件的方法，所述方法包括 提供包括表面區(qū)域的透明基板；形成覆蓋所述透明基板的所述表面區(qū)域的第一透明電極層，所述第一透明電極層具 有電極表面區(qū)域；形成覆蓋所述第一透明電極層的窗口層；形成覆蓋所述窗口層的包括銅材料和銦材料的多層結(jié)構(gòu)；對(duì)所述多層結(jié)構(gòu)施加多個(gè)含硫物質(zhì)；在所述含硫物質(zhì)的所述施加過(guò)程中，使用在約1攝氏度/秒 約50攝氏度/秒范圍 內(nèi)的斜率對(duì)所述多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速熱處理，以形成包括銅物質(zhì)、銦物質(zhì)以及硫物質(zhì)的吸 收材料；以及保持所述第一透明電極層的片電阻率小于或等于約10歐姆/厘米2、光透射率在80% 以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述吸收材料包括得自所述多層結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)至少 所述快速熱處理的二硫化銅銦材料，所述二硫化銅銦包括在約1.35 1 約1.60 1范圍內(nèi)的銅銦原子比。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述快速熱處理具有在范圍為約400攝氏 度 約600攝氏度的最終溫度下約1分鐘 10分鐘的停留時(shí)間，并且在對(duì)所述吸收材料 施加氮?dú)饣驓鍤鈺r(shí)，進(jìn)一步包括從所述最終溫度至第二溫度的斜坡。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述吸收材料的特征在于帶隙能量為約 1.6eV 約 1.9eV。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述窗口層選自于由硫化鈣、硫化鋅、硒化 鋅(ZnSe)、氧化鋅(ZnO)、或氧化鋅鎂(ZnMgO)組成的組中。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述銅材料先于所述銦材料設(shè)置。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括將所述薄膜光伏器件耦合至第二薄膜光 伏器件，所述薄膜光伏器件是上部電池，所述第二薄膜光伏器件是下部電池。
15.—種用于處理光伏薄膜的方法，所述方法包括 提供包括表面區(qū)域的透明基板；形成覆蓋所述表面區(qū)域的第一透明電極層，所述第一透明電極層具有電極表面區(qū)域；形成覆蓋所述第一透明電極層的窗口層；形成覆蓋所述窗口層的包括銅物質(zhì)和銦物質(zhì)的多層結(jié)構(gòu)；使用約2攝氏度/秒 4攝氏度/秒的斜率對(duì)所述多層結(jié)構(gòu)經(jīng)進(jìn)行熱處理加工，所 述斜率從室溫傾斜到約為240攝氏度 300攝氏度的第一階段、隨后到約為475攝氏度 500攝氏度的第二階段以及約525攝氏度 550攝氏度的第三階段，其中所述熱處理過(guò)程 是在用于將所述多層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成包括銅、銦以及硫物質(zhì)的光伏吸收材料的含硫環(huán)境中執(zhí) 行的；以及通過(guò)控制所述第一階段、所述第二階段以及所述第三階段中的每一個(gè)的停留時(shí)間， 來(lái)保持所述第一透明電極層的片電阻率小于約10歐姆/厘米2、光透射率在80%以上。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于薄膜疊層式電池的器件以及快速熱處理方法，該方法包括提供包括表面區(qū)域的透明基板。形成覆蓋所述表面區(qū)域的第一透明電極層。形成覆蓋所述電極表面區(qū)域的包括銅材料和銦材料的多層結(jié)構(gòu)。在快速熱處理過(guò)程中，對(duì)所述多層結(jié)構(gòu)施加多種含硫物，以形成包括銅物質(zhì)、銦物質(zhì)以及硫物質(zhì)的吸收材料。所述快速熱處理使用范圍在約1攝氏度/秒～約50攝氏度/秒的斜率。在具體的實(shí)施方式中，保持第一透明電極層的片電阻率小于或等于約10Ohm/cm2、光透射率在80％以上。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102024875SQ20101028679
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月11日
發(fā)明者霍華德·W·H·李 申請(qǐng)人:思陽(yáng)公司