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DE102012109339B4 - CIGS Solarzellenstruktur und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

CIGS Solarzellenstruktur und Verfahren zu deren Herstellung Download PDF

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DE102012109339B4
DE102012109339B4 DE102012109339.3A DE102012109339A DE102012109339B4 DE 102012109339 B4 DE102012109339 B4 DE 102012109339B4 DE 102012109339 A DE102012109339 A DE 102012109339A DE 102012109339 B4 DE102012109339 B4 DE 102012109339B4
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Li-Huan Zhu
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Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen einer photovoltaischen Dünnfilmeinheit mit den folgenden Schritten:
(a) Bilden einer rückwärtigen Kontaktschicht (20) auf einem Substrat (10);
(b) Bilden einer Se-reichen Schicht (30) auf der rückwärtigen Kontaktschicht (20);
(c) Bilden einer Precursorschicht (40) auf der Se-reichen Schicht (30) durch Ablagern von Kupfer, Gallium und Indium, was zu einer ersten Interimstruktur (A) führt,
(d) Glühen der ersten Interimstruktur (A), wodurch Cu/Se, Ga/Se oder CIGS-Verbindungen (31) entlang der Schnittstelle zwischen der rückwärtigen Kontaktschicht (20) und der Precursorschicht (40) unter Bildung einer zweiten Interimstruktur (B) gebildet werden; und
(e) Selenisieren der zweiten Interimstruktur (B), wodurch die Precursorschicht (40) in eine CIGS-Absorberschicht auf der rückwärtigen Kontaktschicht (20) gewandelt wird, wobei eine Se-Konzentration an einer Schnittstelle zwischen der rückwärtigen Kontaktschicht (20) und der CIGS-Absorberschicht größer ist als eine Se-Konzentration an einer oberen Oberfläche der CIGS-Absorberschicht.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Offenbarung betrifft allgemein eine Kupfer/Indium/Gallium/Selen-Solarzellenstruktur und ein Verfahren zu deren Herstellung.
  • Hintergrund
  • Bei der üblichen Architektur einer Kupfer/Indium/Gallium/Selen („CIGS“) Dünnfilmschicht-Solarzelle besteht der Dünnschichtstapel im Allgemeinen aus einem Substrat, einer Molybden („Mo“) Dünnfilmschicht als eine rückwärtige Kontaktschicht (a.k.a. rückwärtige Elektrode) und einer CIGS-Dünnfilmschicht als Absorberschicht. Die Struktur weist weiter eine Pufferschicht aus beispielsweise CdS auf, gefolgt durch eine obere Dünnfilmschicht. Ein solcher üblicher Aufbau wird durch anfängliches Ablagern der Molybden-Dünnfilmschicht über das Substrat gebildet. Die CIGS Dünnfilmabsorberschicht wird sodann durch die Ablagerung eines Cu/In/Ga (CIG) Zwischenmetallprecursorschicht auf der Mo Dünnfilmschicht gefolgt von einer Selenisierung und optional Sulfurisierung des CIG-Precursors in einem Ofen gebildet, wobei die CIG Precursorschicht in die endliche CIGS/S-Schicht gewandelt wird. Derartige Verfahren sind in der US 2010/0029036 A1 beschrieben. Die sich ergebende CIGS/S-Schicht, die auf der Molybden-Dünnfilmschicht gebildet wird, zeigt jedoch häufig Fehlstellen an der Schnittstelle zwischen der CIGS/S-Schicht und der Molybdenschicht begleitet von einer Delamination oder einem Abpellen der CIGS/S-Schicht.
  • Cu/Ga intermetallische Verbindungen können an der Mo/Precursor-Schnittstelle gebildet werden. Diese intermetallischen Verbindungen führen zu einer Fehlstellenbildung an der Schnittstelle. Diese Fehlstellen zwischen der CIGS-Absorberschicht und der rückwärtigen Kontaktschicht sind unerwünscht, da sie die Schnittstelle zwischen der rückwärtigen Mo-Kontaktschicht und der CIGS-Absorberschicht schwächen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilm-photovoltaischen-Einheit nach dem unabhängigen Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen 2 - 5 definiert.
  • Die vorliegende Erfindung schafft weiter ein Verfahren zum Herstellen einer Dünnfilmphotovoltaischen Einheit nach dem unabhängigen Anspruch 6. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen 7 - 9 definiert.
  • Die vorliegende Erfindung schafft weiter eine CIGS-Solarzellenstruktur mit:
    • einem Substrat;
    • einer rückwärtigen Kontaktschicht, die auf dem Substrat ausgebildet ist;
    • einer CIGS-Absorberschicht, die auf der rückwärtigen Kontaktschicht ausgebildet ist, wobei die CIGS-Absorberschicht eine Se-Konzentration von 30 - 60 Atom% entlang seiner Schnittstelle mit der rückwärtigen Kontaktschicht hat.
    • Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Substrat ein Glassubstrat oder ein flexibles Metallsubstrat.
    • Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die rückwärtige Kontaktschicht eine Molybden-Filmschicht.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
    • 1 zeigt den CIGS-Vorgang nach der vorliegenden Erfindung.
    • 2 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens nach der vorliegenden Offenbarung.
    • 3 zeigt das Tiefenprofil von Se in der CIGS-Schicht.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Alle Zeichnungen sind schematisch und nicht maßstabsgerecht und sollen die tatsächlichen Dimensionen nicht zeigen.
  • Diese Beschreibung beispielhafter Ausführungen sollen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen werden, die als Teil der gesamten schriftlichen Beschreibung verstanden werden sollen. In der Beschreibung sollten relative Begriffe wie „unterer“, „oberer“, „horizontal“, „vertikal“, „über“, „unter“, „hoch“, „runter“, „Oberseite“, und „Unterseite“ als auch Ableitungen daraus, beispielsweise „horizontal“, „nach unten“, „nach oben“, usw. verstanden werden als die Ausrichtung, wie sie beschrieben worden ist oder in den diskutierten Zeichnungen wiedergegeben ist. Diese relativen Ausdrücke dienen zum besseren Verständnis der Beschreibung und bedeuten nicht, dass die Vorrichtung in einer bestimmten Ausrichtung konstruiert oder betrieben werden muss.
  • Ausdrücke bezüglich der Anbringung, Kupplung und dergleichen wie „verbunden“ oder „ineinander verbunden“ beziehen sich auf eine Beziehung, bei der die Strukturen aneinander gesichert sind oder aneinander angebracht sind, entweder direkt oder indirekt durch dazwischen liegende Strukturen als auch das beide beweglich sind oder feste Anbringungen oder Verhältnisse, wenn dies nicht ausdrücklich anders beschrieben worden ist.
  • CIGS-Dünnfilmsolarzellen sind ein Typ kostengünstiger Solarzellen. Kupfer/Indium/Gallium/ Selen/(CuIn1-xGaxSe2 oder CIGS) ist ein direkter Bandspalten-Halbleiter, der nützlich ist für die Herstellung von Solarzellen. Da das Material erheblich Sonnenlicht absorbiert, ist ein viel dünnerer Film erforderlich als bei anderen Halbleitermaterialien. Der CIGS-Absorber wird üblicherweise auf einem Substrat als Trägermaterial ausgebildet, gemeinsam mit Elektroden zum Sammeln des Stroms. Das Substrat ist im Allgemeinen ein Glassubstrat oder ein flexibles Metallsubstrat oder ein flexibles Metallsubstrat. Der Absorptionskoeffizient von CIGS ist höher als derjenige anderer Halbleiter, der für Solarmodule verwendet wird. Ein dünner Film einer Molybdenschicht wird aufgebracht durch Aufsprühen, was als rückwärtiger Kontakt und zum Reflektieren des meisten nicht absorbierten Lichts zurück in den CIGS-Absorber dient. Nachfolgend an die Molybdenablagerung wird eine CIGS-Absorberschicht vom p-Typ durch eine von mehreren einzigartigen Methoden aufgebracht, die die Bildung von CIGS Durchselenierung des CIGS Precursors in H2Se einschließt. Eine dünne Passivierungsschicht eines Materials vom n-Typ wird im Allgemeinen auf der Oberseite der CIGS-Absorberschicht gebildet. Die Passivierungsschicht kann CdS abgelagert sein über eine chemische Badablagerung nach dem Selenisierungsschritt. Bei manchen Prozessen wird die Passivierung erreicht ohne die Verwendung von Cd durch Ausführen einer Selenisierung in H2Se gefolgt durch eine Sulfurisation in H2S. Der Sulfurisierungsschritt soll die Passivierung der Fläche in einer Weise ähnlich zu dem H2S bewirken, ohne die Toxizität und die Umwelteffekte von Cd. Im Allgemeinen wird die Passivierungsschicht sodann mit einer dünnen intrinsischen ZnO-Schicht abgedeckt, die von einer dickeren, mit Al dotierten ZnO-Schicht abgeschlossen wird. Die ZnO und Al-dotierte ZnO bildet eine transparente Kontaktschicht (d. h., eine Elektrode) auf der Vorderseite der Solarzelle. Die Vorderseite bezieht sich auf die Seite, die sich auf auftreffende magnetische Wellen wie dem Sonnenlicht weist.
  • Die vorliegende Offenbarung schlägt ein Verfahren zum Bilden der Se-reichen Schicht an der Schnittstelle der CIGS-Precursorschicht und der rückwärtigen Kontaktschicht in einer CIGS-Dünnfilmsolarzelle vor, die die CIGS-Absorberschicht-Filmqualität und die Adhäsion zwischen der rückwärtigen Kontaktschicht und der CIGS-Absorberschicht verbessert. Das Verfahren schließt eine rückwärtige Kontaktschicht auf einem Substrat, Bilden einer Se-reichen Schicht auf der rückwärtigen Kontaktschicht, Bilden einer Precursorschicht auf der Se-reichen Schicht durch Ablagern von Kupfer, Gallium und Indium vor, die zu einer ersten Interemstruktur führt, Glühen oder Selenieren der ersten Interimstruktur, wodurch C/Se, Ga/Se oder CIGS-Verbindungen entlang der Schnittstelle zwischen der rückwärtigen Kontaktschicht und der Precursorschicht gebildet werden, was zu einer zweiten Interimstruktur führt und Selenisierung der zweiten Interemstruktur, wobei die Precursorschicht in eine CIGS-Absorberschicht auf der rückwärtigen Kontaktschicht gewandelt wird.
  • Es wird jetzt auf 1 Bezug genommen. Bei einem Verfahren der Herstellung einer CIGS-Dünnfilmsolarzelle nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine rückwärtige Kontaktschicht 20 auf einem Substrat 10 abgelagert. Die rückwärtige Kontaktschicht 20 ist eine Molybdenschicht und wird im Allgemeinen durch Aufsprühen abgelagert. Die rückwärtige Kontaktschicht reflektiert das meiste nicht absorbierte Licht zurück in die CIGS-Absorberschicht. Eine Se-reiche Schicht 30 wird sodann über der rückwärtigen Kontaktschicht 20 abgelagert. Die Se-reiche Schicht 30 kann eine Schicht von Se-Elementen oder einen Film aus MoSe2, In2Se3, CuSe oder GaSe-Verbindungen wie MoSe2 oder In2Se3 sein.
  • Eine CIG-Precursorschicht 40 aus Cu/In/Ga wird über der Se-reichen Schciht 30 abgelagert, was zu einer ersten Zwischenstruktur A führt. Die CIG-Precursorschicht 40 wird durch Synchronisieren einer Dampfablagerung oder eines Selenisierungsprozesses abgelagert. Dies schließt im Allgemeinen das Ablagern wenigstens eines Klasse IB-Elements (beispielsweise Kupfer) wenigstens eines Klasse IIIA-Elements (beispielsweise Indium und Gallium) und wenigstens eines Klasse VIA-Elements (beispielsweise Selen) auf die Se-reiche Schicht 30 ein. Der CIG-Precursorablagerungsvorgang ist dem Fachmann gut bekannt.
  • Nachfolgend wird die erste Zwischenstruktur A selenisiert in einer H2Se oder anderen gasförmigen Se-reichen Umgebung bei einigen Ausführungsbeispielen selenisiert. Dieser Verfahrensschritt wird durch den Pfeil 101A repräsentiert. Während des Selenisierungsschritts 101A reagiert das Se aus dem Selenisierungsgas und der Se-reichen Schicht 30 mit dem CIG-Precursor 40 und bildet Cu/Se, Ga/Se oder CIGS-Verbindungen 31 entlang der Schnittstelle der rückwärtigen Kontaktschicht 20 und der CIG-Precursorschicht 40. Da die Se-reiche Schicht 30 als Kristallisierungspunkt für die Bildung von Cu/Se, Ga/Se oder CIGS-Verbindungen wirkt, sind die Verbindungen im Allgemeinen gleichförmig über die Schnittstelle des rückwärtigen Kontakts 20 und der CIG-Precursorschicht 40 verteilt. Weiter unterdrückt die Vorsehung einer Se-reichen Schicht 30 die Bildung der unerwünschten Cu/Ga-intermetallischen Verbindung an der Mo/CIG-Schnittstelle. Das Ergebnis ist die zweite Interimstruktur B.
  • Wenn ein ausreichende Menge Se durch die Se-reiche Schicht 30 bereitgestellt wird, ist eine zusätzliche Se-Quelle zur Bildung von Cu/Se, Ga/Se oder CIGS-Verbindungen entlang der Schnittstelle zwischen dem rückwärtigen Kontakt 20 und dem CIGS-Precursors 40 während der Transformation der ersten Interimstruktur 20 in die zweite Interimstruktur B nicht erforderlich. Mit anderen Worten, die erste Interimstruktur A kann verarbeitet werden durch ein Glühen (Schritt 101B), anders also als durch den Selenisierungsschritt 101 A.
  • Der Betrag von Se aus der Se-reichen Schicht 30, der ausreichend wäre, um auf den Selenisierungsschritt 101A auszukommen, ist abhängig von der Menge des Cu, In und Ga in dem CIGS-Precursors 40. Der Bereich der Menge von Se kann von 0,5 bis 1,2 des Se/(Cu+In+Ga) Verhältnisses sein. Der Glühschritt 101 kann ausgeführt werden bei einer Temperatur in dem Bereich von 300 °C bis 600 °C Für die Se-reiche Schicht ist ein Material wie MoSe2 geeignet, vorzugsweise ist die Se-reiche Schicht 30 vorzugsweise nicht zu dick, da Mo die Zusammensetzung der sich ergebenden CIGS ändern kann und auch die Adhäsion zwischen der sich ergebenden CIGS-Schicht 50 und der rückwärtigen Kontaktschicht 20 beeinflussen kann.
  • Das Se-reiche Material kann unter Verwendung jeder bekannten Technik wie Evaporation, Aufsprühen oder Ablagern in einem reaktiven Gas von H2Se erfolgen. Die Se-reiche Schicht kann mehrere hundert Nanometer haben, wenn In2Se3 oder Se verwendet wird, da diese Materialien mit dem Precursormaterialien (Cu/In/Ga) für die CIGS-Absorptionsschicht kompatibel sind.
  • Nach einem Ausführungsbeispiel kann das Se-reiche Material 30 am Ende der Mo-Ablagerung für die rückwärtige Kontaktschicht 20 in derselben Sprühkammer abgelagert werden. Dies kann erreicht werden unter Verwendung einer Mehrziel-Aufsprühkammer, wobei das Zielobjekt Mo ein anderes Zielobjekt das Se-reiche Material ist. Zum Abschluss des Mo-Aufsprühens kann das Se-reiche Material 30 auf die Mo-Schicht aufgesprüht werden. In ähnlicher Weise kann das Se-reiche Material 30 abgelagert werde zum Beginn der CIG-Precursorschichtablagerung in derselben Sprühkammer. Auf diese Weise wird eine Mehrzielobjektkammer versehen mit einem Se-reichen Materialzielobjekt zusätzlich zu den Zielobjekten für die CIG-Precursormaterialien. Das Se-reiche Material 30 wird zunächst zum Ablagern einer Schicht des Se-reichen Materials auf der Mo-rückwärtigen Kontaktschicht aufgesprüht. Sodann werden die CIG-Precursormaterialien abgelagert.
  • Nachfolgend wird die zweite Interimstruktur B verarbeitet durch einen ersten Selenisierungsvorgang 102 und Wandeln der CIGS-Precursorschicht 40 in eine CIGS-Absorberschicht 50. Der zweite Selenisierungsvorgangsschritt 102 kann auch mit einem optionalen Sulfursisierungsprozess 103 kombiniert werden, um die Bildung der CIGS-Absorberschicht weiter zu vergrößern. Im Allgemeinen ist die Zusammensetzung der CIGS-Absorberschicht 50 CuyIn(1- x)GaxSe22, wobei y=0,75~1,0 und x=0,15~0,35.
  • Die sich ergebende Struktur Cm die in 1 gezeigt ist, repräsentiert die CIGS-Solarzellenstruktur nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie oben erwähnt, ist der Nutzen der Vorsehung der Se-reichen Schicht 30 zwischen der rückwärtigen Kontaktschicht 20 und dem CIG-Precursor 40 die Unterdrückung der Bildung von unerwünschten Cu/Ga, In/Ga oder Cu/In intermetallischen Verbindungen an der Schnittstelle der rückwärtigen Kontaktschicht 20 und dem CIG-Precursor 40 in Abwesenheit einer derartigen Se-reichen Schicht 30 während des Glühprozesses (dem oben erwähnten Schritt 240). Die Elimination der Cu/Ga, In/Ga oder Cu/In intermetallischen Verbindungen an der Schnittstelle zwischen der rückwärtigen Kontaktschicht und der CIG-Precursorschicht verhindert die Bildung von Fehlerstellen während der nachfolgenden Selenisierung oder optimalen Selenisierungs- und Sulfrurisierungsprozessschritte (die oben erwähnten Schritte 250 oder 255).
  • 2 zeigt diesen Vorgang in einem Flussdiagramm 200. In dem Schritt 210 wird eine rückwärtige Kontaktschicht auf einem Substrat geformt, beispielsweise wird eine Mo-rückwärtige Kontaktschicht 20 auf dem Glassubstrat 10 gebildet. In Schritt 220 wird eine Se-reiche Schicht auf der rückwärtigen Kontaktschicht gebildet, beispielsweise die Se-reiche Schicht 30 auf der rückwärtigen Kontaktschicht 20. In dem Schritt 230 wird eine CIG-Precursorschicht auf der Se-reichen Schicht zur Bildung einer ersten Interimstruktur gebildet. Als ein Beispiel wird die CIG-Precursorschicht 40 auf der Se-reichen Schicht durch Ablagern von Cu, Ga und In gebildet, was zu der ersten Interimstruktur A, die in 1 gezeigt ist, führt. In Schritt 240 wird die erste Interimstruktur selenisiert oder geglüht unter Bildung einer zweiten Interimstruktur. Die erste Interimstruktur A von 1 wird selenisiert (Selenisierungsschritt 101A) oder geglüht (Glühschritt 101B) abhängig von der Menge von Se, das von der Se-reichen Schicht 30 geliefert wird und Bildung der zweiten Interimstruktur B. In Schritt 250 wird die zweite Interimstruktur B selenisiert (zweiter Selenisierungsschritt 102) unter Bildung der CIGS-Absorberschicht 50 auf der rückwärtigen Mo-Kontaktschicht 20. Alternativ kann in dem Schritt 255 die zweite Interimstruktur B selenisiert werden (zweiter Selenisierungsschritt 102) und sulfurisiert (Sulfurisierungsvorgang 103) so zur Bildung einer CuInGa(SSe)2 („CIGSS”) Absorptionsschicht 50 auf der rückwärtigen Mo Kontaktschicht 20.
  • Wie oben beschrieben, nehmen die Erfinder an, dass ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, bei dem übrigen CIGS-Vorgang das Se in die CIG-Precursorschicht von der äußeren Fläche diffundiert, da H2Se Gas oder S auf der Oberseite des CIG-Precursors der einzigen Quelle von Se ist. Infolgedessen ist der unterseitige Bereich der CIG-Precursorschicht Se-arm (d. h., eine geringe Konzentration von Se hat), was die Bildung von Cu/Ga, In/Ga oder Cu/In intermetallischen Verbindungen an der Schnittstelle zwischen dem CIG-Precursor und der rückwärtigen Kontaktschicht fördert. Die Vorsehung der Se-reichen Schicht nach der vorliegenden Erfindung liefert Se zu der CIG-Precursorschicht von der Unterseite des CIG-Precursors und unterdrückt die Bildung von Cu/G, In/Ga oder Cu/In intermetallischen Verbindungen. Zunächst wird die Interimstruktur selenisiert unter Bildung einer CIGS-Absorberschicht auf der rückwärtigen Kontaktschicht. Alternativ kann in dem Schritt 255 die Interimstruktur selenisiert und sulfurisiert werden. Wie oben beschrieben, schafft der Sulfurisierungsschritt eine Option zur Bildung einer CD-freien Passivierungsschicht vom n-Typ auf der Oberseite der CIGS-Absorberschicht. Die Passivierungsschicht kann sodann mit einer transparenten Kontaktschicht abgedeckt sein zur Bildung der vorderen Seite der Solarzelle. Eine transparente Kontaktschicht weist im Allgemeinen eine dünne intrinsische ZnO-Schicht auf, die mit einem dickeren, mit Al dotierten ZnO-Schicht abgeschlossen ist.
  • 3 zeigt einen Vergleich der berechneten Tiefenprofilen von Se in einer CIGS-Absorberschicht, die gebildet wird unter Verwendung eines üblichen Prozesses und einer zweiten CIGS-Absorberschicht 50, die unter Verwendung des Prozesses nach der vorliegenden Erfindung gebildet ist. Der Prozess nach der vorliegenden Erfindung erhöht, wie gezeigt, die Konzentration von Se nahe der rückwärtigen Kontaktseite der CIGS-Absorberschicht. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Konzentration von Se in der CIGS-Absorberschicht an der rückwärtigen Kontaktfläche von 30 bis 60 Atom%.
  • Nach einem Ausführungsbeispiel weist ein Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Dünnfilmeinrichtung die Schritte des Bereitstellen eines Substrats, Bilden einer rückwärtigen Kontaktschicht auf dem Substrat, Bilden einer Se-reichen Schicht auf der rückwärtigen Kontaktschicht, Bilden einer Precursorschicht auf der Se-reichen Schicht durch Ablagern von Kupfer, Gallium oder Indium unter Gewinnung einer Interimstruktur, Glühen der Interimstruktur und Selenisieren der Interimstruktur auf, wodurch eine CIGS-Absorberschicht auf der rückwärtigen Kontaktschicht gebildet wird.
  • Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Herstellen einer photovoltaischen Blindfilmeinnrichtung geschaffen unter Bereitstellen eines Substrats, Bilden einer rückwärtigen Kontaktschicht auf dem Substrat, Bilden einer Se-reichen Schicht auf der rückwärtigen Kontaktschicht, Bilden einer Precursorschicht auf der Se-reichen Schicht durch Ablagern von Kupfer, Gallium und Indium, was zu einer Interimstruktur führt, Selenisierung und Glühen der Interimstruktur und Sulfurisieren der Interimstruktur unter Bildung einer CIGS-Absorberschicht auf der rückwärtigen Kontaktschicht.
  • Wie erwähnt, wird das Glühen bei einer Temperatur in einem Bereich zwischen 300 °C und 600 °C durchgeführt.
  • Die Vorteile, des hier beschriebenen Verfahrens sind die Unterdrückung der Bildung von Cu/Ga intermetallischen Verbindungen, Fehlstellen, die durch Cu/Ga intermetallischen Verbindungen, die in dem Film erzeugt werden, können reduziert oder eliminiert werden. Weiter kann das Se, das an dem Boden des Precursors vorgesehen ist, Cu/Se und GalSe Verbindungen bilden, was die CIGS-Syntheserate erhöht, die begrenzt ist durch die Se Diffusionsrate bei dem üblichen SAS-Vorgang.
  • Obwohl vorliegend Ausführungsbeispiele beschrieben sind, ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt. Die anhängenden Ansprüche sollten breit interpretiert werden, so dass andere Varianten und Ausführungsbeispiele, die dem Fachmann deutlich sind, eingeschlossen sind.

Claims (10)

  1. Ein Verfahren zum Herstellen einer photovoltaischen Dünnfilmeinheit mit den folgenden Schritten: (a) Bilden einer rückwärtigen Kontaktschicht (20) auf einem Substrat (10); (b) Bilden einer Se-reichen Schicht (30) auf der rückwärtigen Kontaktschicht (20); (c) Bilden einer Precursorschicht (40) auf der Se-reichen Schicht (30) durch Ablagern von Kupfer, Gallium und Indium, was zu einer ersten Interimstruktur (A) führt, (d) Glühen der ersten Interimstruktur (A), wodurch Cu/Se, Ga/Se oder CIGS-Verbindungen (31) entlang der Schnittstelle zwischen der rückwärtigen Kontaktschicht (20) und der Precursorschicht (40) unter Bildung einer zweiten Interimstruktur (B) gebildet werden; und (e) Selenisieren der zweiten Interimstruktur (B), wodurch die Precursorschicht (40) in eine CIGS-Absorberschicht auf der rückwärtigen Kontaktschicht (20) gewandelt wird, wobei eine Se-Konzentration an einer Schnittstelle zwischen der rückwärtigen Kontaktschicht (20) und der CIGS-Absorberschicht größer ist als eine Se-Konzentration an einer oberen Oberfläche der CIGS-Absorberschicht.
  2. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (e) weiter das Sulfurisieren der zweiten Interimstruktur (B) gemeinsam mit dem Selenisierungsschritt aufweist.
  3. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bilden der Se-reichen Schicht (30) das Ablagern eines Films von Se, MoSe-Verbindung, InSe-Verbindung, CuSe-Verbindung oder GaSe-Verbindung aufweist.
  4. Das Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Glühen bei einer Temperatur von 300 °C und 600 °C erfolgt.
  5. Das Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die CIGS-Absorberschicht eine Se Konzentration von 30 bis 60 Atom% entlang seiner Schnittstelle mit der rückwärtigen Kontaktschicht (20) aufweist.
  6. Ein Verfahren zum Herstellen einer photovoltaischen Dünnfilmeinheit mit den folgenden Schritten: (a) Bilden einer rückwärtigen Kontaktschicht (20) auf einem Substrat (10); (b) Bilden einer Se-reichen Schicht (30) auf der rückwärtigen Kontaktschicht (20); (c) Bilden einer Precursorschicht (40) auf der Se-reichen Schicht (30) durch Ablagern von Kupfer, Gallium und Indium, was zu einer ersten Interimstruktur (A) führt, (d) Selenisierung der ersten Interimstruktur (A), wodurch Cu/Se, Ga/Se oder CIGS-Verbindungen (31) entlang der Schnittstelle zwischen der rückwärtigen Kontaktschicht (20) und der Precursorschicht (40) unter Bildung einer zweiten Interimstruktur (B) gebildet werden; und (e) Selenisieren der zweiten Interimstruktur (B), wodurch die Precursorschicht (40) in eine CIGS-Absorberschicht auf der rückwärtigen Kontaktschicht (20) gewandelt wird, wobei eine Se-Konzentration an einer Schnittstelle zwischen der rückwärtigen Kontaktschicht (20) und der CIGS-Absorberschicht größer ist als eine Se-Konzentration an einer oberen Oberfläche der CIGS-Absorberschicht.
  7. Das Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt (e) weiter das Sulfurisieren der zweiten Interimstruktur (B) gemeinsam mit dem Selenisierungsschritt aufweist.
  8. Das Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Bilden der Se-reichen Schicht (30) das Ablagern eines Films von Se aufweist.
  9. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 6-8, wobei die CIGS-Absorberschicht eine Se Konzentration von 30 bis 60 Atom% entlang seiner Schnittstelle mit der rückwärtigen Kontaktschicht (20) aufweist.
  10. Eine CIGS-Solarzellenstruktur mit: einem Substrat (10); einer rückwärtigen Kontaktschicht (20), die auf dem Substrat (10) angeordnet ist; einer CIGS-Absorberschicht, die auf der rückwärtigen Kontaktschicht (20) angeordnet ist, wobei die CIGS-Absorberschicht eine Se Konzentration von 30 bis 60 Atom% entlang seiner Schnittstelle mit der rückwärtigen Kontaktschicht (20) hat, wobei die Se-Konzentration an der Schnittstelle zwischen der rückwärtigen Kontaktschicht (20) und der CIGS-Absorberschicht größer ist als eine Se-Konzentration an einer oberen Oberfläche der CIGS-Absorberschicht.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8993370B2 (en) * 2012-04-20 2015-03-31 Zetta Research and Development LLC—AQT Series Reverse stack structures for thin-film photovoltaic cells
US9368659B2 (en) * 2013-10-24 2016-06-14 Tsmc Solar Ltd. Back contact design for solar cell, and method of fabricating same
WO2015114356A1 (en) * 2014-01-31 2015-08-06 Nanoco Technologies Ltd H2s reactive anneal to reduce carbon in nanoparticle-derived thin films
EP2947682A1 (de) * 2014-05-20 2015-11-25 IMEC vzw Verfahren zur herstellung von chalcogenidschichten
CN105977317B (zh) * 2016-07-13 2018-04-03 上海交通大学 一种铜铟镓硒太阳电池吸收层的制备方法
KR101867310B1 (ko) * 2017-08-25 2018-07-17 주식회사 메카로 칼코파이라이트계 박막 태양전지의 제조 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100029036A1 (en) 2006-06-12 2010-02-04 Robinson Matthew R Thin-film devices formed from solid group iiia particles

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5730852A (en) * 1995-09-25 1998-03-24 Davis, Joseph & Negley Preparation of cuxinygazsen (X=0-2, Y=0-2, Z=0-2, N=0-3) precursor films by electrodeposition for fabricating high efficiency solar cells
US6258620B1 (en) 1997-10-15 2001-07-10 University Of South Florida Method of manufacturing CIGS photovoltaic devices
US20090050208A1 (en) * 2006-10-19 2009-02-26 Basol Bulent M Method and structures for controlling the group iiia material profile through a group ibiiiavia compound layer
US20110192463A1 (en) 2009-03-19 2011-08-11 Chuan-Lung Chuang Cigs solar cell structure and method for fabricating the same
US20100236616A1 (en) 2009-03-19 2010-09-23 Jenn Feng Industrial Co., Ltd. Cigs solar cell having thermal expansion buffer layer and method for fabricating the same
US20100236629A1 (en) 2009-03-19 2010-09-23 Chuan-Lung Chuang CIGS Solar Cell Structure And Method For Fabricating The Same
US20110017289A1 (en) 2009-07-24 2011-01-27 Electronics And Telecommunications Research Institute Cigs solar cell and method of fabricating the same
EP2548218A1 (de) * 2010-03-17 2013-01-23 Dow Global Technologies LLC Auf chalcogenid basierende materialien und verbesserte verfahren zur herstellung derartiger materialien
JP5918218B2 (ja) * 2010-04-30 2016-05-18 ダウ グローバル テクノロジーズ エルエルシー カルコゲン化物系光起電力電池の製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100029036A1 (en) 2006-06-12 2010-02-04 Robinson Matthew R Thin-film devices formed from solid group iiia particles

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