CN101807620B

CN101807620B - 用于薄膜光伏的吸收层及由其制成的太阳能电池

Info

Publication number: CN101807620B
Application number: CN200910007358.6A
Authority: CN
Inventors: S·K·拉马塞沙; S·库马; M·纳亚克; A·萨哈; H·N·艾耶
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2009-02-17
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2029-02-17
Also published as: CN101807620A

Abstract

本发明公开一种用于薄膜光伏的吸收层及由其制成的太阳能电池。一种方法，在某些实施例中，包括提供金属合金，对金属合金进行退火，以及把金属合金与硒或硫或其混合物的蒸汽接触。具有在退火时而形成的均匀的第一总体组成与第一表面组成的金属合金提供了退火的金属合金，所述退火的金属合金具有在与硒或硫或其混合物的蒸汽接触时而形成的非均匀的第二总体组成与第二表面组成，生成了硒化的或硫化的金属合金。该金属合金还可以具有经由扩散而不是顺序沉积和共蒸发来从该金属合金内的低熔点金属所就地形成的层。

Description

用于薄膜光伏的吸收层及由其制成的太阳能电池

相关申请

根据美国法典第35篇第119条此申请要求2007年11月29日提交的印度专利申请2813/CHE/2007的优先权的权益，其全部内容在此引入以供参考。

技术领域

本发明总体上涉及光伏(photovoltaics)领域。具体讲，本发明涉及一种制备用在太阳能电池(solar cell)中的吸收层(absorber layer)的方法，以及由所述吸收层制成的太阳能电池。

背景技术

在世界许多地区太阳能整年都是充足的。不幸地，太阳能却未能有效地用来发电。太阳能电池及其生成的电的成本通常非常高。例如，典型的薄膜太阳能电池的能量转换效率低于百分之二十。典型地，太阳能电池包括在衬底(substrate)上形成的多个层。不幸地，这些太阳能电池的效率却随着层数和相关联的界面(interface)的增加而降低，这能够导致更多的电损耗机会。现有的制造技术也是低效率的。例如，太阳能电池制造典型地需要相当多数目的处理步骤。结果，高数目的处理步骤、层、界面和复杂性增加了制造这些太阳能电池所需要花费的时间和金钱的量。

发明内容

在一个实施例中，方法包括提供金属合金，对金属合金进行退火，将金属合金与硒或硫或其混合物的蒸汽相接触，以产生出硒化的(selenized)或硫化的金属合金。

在另一实施例中，方法包括提供具有均匀的第一总体组成和第一表面组成的金属合金，其中该金属合金包括IB族金属或IIIA族金属或其混合物中的两个或多个，对该金色合金进行退火以改变第一总体组成和第一表面组成，从而提供具有非均匀第二总体组成和第二表面组成的退火的金属合金，以及将该退伙的金属合金与硒或硫或其混合物的蒸汽相接触，以生产硒化的或硫化的金属合金。

在另一实施例中，方法包括将金属合金中较低熔点的金属扩散到该金属合金的表面，以限定太阳能电池的一部分。

在另一实施例中，方法包括在不顺序沉积和共蒸发的情况下提供具有太阳能电池的多个层的金属合金，其中该金属合金包括IB族金属或IIIA族金属或其混合物中的两种或多种。

在另一实施例中，方法包括太阳能电池，该太阳能电池包括具有经由扩散而不是顺序沉积和共蒸发来从低熔点金属所就地形成的层的金属合金，其中该金属合金包括IB族金属或IIIA族金属或其混合物中的两种或多种。

附图说明

当参照附图阅读如下的详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在所有这些附图中相同的字符代表相同的部分，其中：

图1是根据本发明某些实施例所构造的薄膜太阳能电池的一个部分的截面图；

图2是图示被配置为使用于太阳能电池的金属合金硒化或硫化的硒化或硫化系统的实施例的示图；

图3是图示使用于太阳能电池的金属合金上表面硒化的制造过程的实施例的示图；

图4是图示用于制作太阳能电池的制造过程的实施例的示图；

图5是用于制作太阳能电池的制造过程的另一实施例的示图；

图6是图示用于太阳能电池的硒化的金属合金的实施例的强度与峰值位置(2θ)的X射线衍射(XRD)图案的曲线图；

图7是图示用于太阳能电池的硒化的金属合金的实施例的电压与电流的曲线图；

图8是图示用于太阳能电池的硒化的金属合金的实施例的反射率与带隙的曲线图；

图9是图示用于太阳能电池的硒化金属合金的实施例的强度与峰值位置(2θ)的X射线衍射(XRD)图案的曲线图。

具体实施方式

下面将描述本发明的一个或多个具体实施例。力争以简洁的方式来描述这些实施例，并未在本说明书中对实际实现方式的所有特征都予以描述。应当理解，在任何这样的实际实现方式的开发中，如在任何工程和设计项目中，必须做出众多的实现方式特定的决定以达到开发者的目的，诸如顺应系统相关的限制与商业相关的限制，所述限制从一个实现方式到另一个实现方式可能变化。而且，应当理解，这样的开发精力可能是复杂的且费时的，但对于受益于本公开内容的那些技术人员不过是设计、制作和制造的日常事务。

当介绍本发明的各实施例的元素时，冠词“一(a)”、“一(an)”、“该”和“所述”，意指意味有一个或多个元素。术语“包括”、“包含”和“具有”意指是包括的，并且意味着除了所列出的元素之外可能有其它元素。此外，“顶”，“底”，“之上”，“之下”，及这些术语的变体的使用，只是出于方便起见，并不要求任何特定的组件方位。如在这里所使用的，术语“固定于”，“布置在...上”，“沉积在...上”，“布置于...之间”，指直接地接触和通过在其之间具有介入层而间接地接触这二者固定或放置。

如下面详细地论述的，本技术的实施例提供了简单的一步制造过程、较少的层和相关联的界面，以及其它简化，来增加转换效率并降低与太阳能电池相关联的成本。例如，在某些实施例中，制造过程开始于贱合金(base alloy)(不用多步的沉积)，并在该贱合金上生长(grow)吸收层。IB族(group)、IIIA族和VIA族半导体是用于低成本光伏应用(photovoltaic application)的重要的候选材料。例如，贱合金可能包括铜铟镓(CuInGa或CIG)，而吸收层可能包括硒化物或硫。例如，制造过程的实施例可以包括将CIG合金暴露于硒化物蒸汽，从而致使在CIG合金上就地生长硒化物层。在此单个步骤中，该制造过程会产生铜铟镓联硒化物(CuInGaSe₂或CIGS)。另一合适的贱合金可能包括铜铟铝，其在单个步骤中在硒化时可能产生铜铟铝联硒化物(CuInAlSe₂)。在其它实施例中，硫可以被用于吸收层，并且可以在贱合金上就地得以生长。在这些实施例中，贱合金可能结实到足以在没有任何附加衬底的情况下用作背接触(backcontact)，因此潜在地除去了太阳能电池中另一材料层。

如上所概括以及下面更详细地论述的，通过对比，所公开的实施例与通过利用多个步骤在衬底上沉积层是不同的。例如，与下面所公开的实施例形成对比，CIGS薄膜太阳能电池可以通过下列来生产：首先在诸如玻璃或不锈钢之类的衬底上沉积钼基电接触层。在该钼层上又可以沉积相对厚的CIGS层。例如，金属(例如，Cu，In，和Ga)依照一系列制造步骤可以被沉积在衬底上，随后，能够把诸如在温度变化高达大约600摄氏度的硒化氢(H₂Se)之类的含硒气体(selenium bearing gas)，应用到该金属以生成CIGS。可替换地，CIGS所有的成分(constituent)从单独的热蒸发源被共蒸发(co-evaporate)到热衬底上。虽然对于热蒸发而言沉积率是相对高的，但是该源难于达到在衬底的大面积上的所要求的化学计量(stoichiometry)和厚度均匀性这二者。再如下面所详细地论述的，所公开的实施例基本上使制造过程和部件(part)数简化了，从而增高了效率且降低了与太阳能电池相关联的成本。

图1是根据本发明的某些实施例所构造的薄膜太阳能电池的一个部分(portion)10的截面图。如下所详细论述的，部分10包括第一层12和第二层14。例如，第一层12可以是背接触层(例如，CIG)，而第二层14可以是吸收层(例如硒化CIG(CIGselenide)，或硫化CIG(CIGsulfur))。如下面所详细论述的，吸收层14可以在背接触层12的表面上就地生长。在背接触层12上就地生长吸收层14，可以导致降低太阳能电池部分10中的热应力的概率(possibility)。

图2是图示根据本发明的某些实施例的采用用于构造太阳能电池部分10的方法和设备的系统16。如下面所详细论述的，在一个实施例中，该方法包括步骤：提供贱金属合金(base metal alloy)18；对该贱金属合金18进行退火；以及将该退火的贱金属合金18与硒或硫或其混合物(combination)的蒸汽接触。该方法可以在惰性气氛(atmosphere)下实施。该方法可以导致贱金属合金18的组成(composition)的逐步改变。换句话说，贱金属合金18退火前与退火后，其总体组成(bulk composition)和/或表面组成可能改变。例如，如所提供的贱金属合金18，可以具有均匀的总体组成和表面组成，例如，被用来制成贱金属合金18的不同的金属均匀地分布在该合金18中。贱金属合金18可以包括至少两种金属，使得一种金属的熔点低于另一种金属的熔点。对该贱金属合金18进行退火可以导致贱金属合金18中的具有相对较低熔点的金属扩散到贱金属合金18的表面。因此，在经历退火步骤时，贱金属合金18表面组成可能不同于该金属的总体组成，从而导致了在贱金属合金18表面中具有相对较低熔点的金属的原子百分比的增加。

如图2所示，系统16被用于贱金属合金18的硒化或硫化。然而，系统16也可被用于在贱金属合金18上就地生长另一吸收层。可以把贱金属合金18放在硒或硫或其混合物(例如形成吸收层的源材料20)上，放在容器(container)22中。然后将容器22放入管式炉(tubular furnace)24内，通过让惰性气体26通过管式炉24来让容器22保持在惰性气氛下。将管式炉24加热到硒或硫(或用于形成吸收层的另一源材料20)的熔点之上的温度，从而导致硒或硫的汽化(vaporization)。蒸汽(vapor)来与贱金属合金18接触，这可以导致形成硒化的或硫化的金属合金，例如，形成太阳能电池的部分10。此技术可以用于各种各样的贱金属合金18和用于要在该贱金属合金上就地形成的吸收层的源材料20。例如，层12可以对应于贱金属合金18的第一部分，而层14可以对应于贱金属合金18的第二部分。第二部分可能是该合金18中的较低熔点材料上升到表面，并且在该表面较低熔点材料又被硒化或硫化而形成的。换言之，层12和14层是对贱金属合金18进行退火，以及还对该贱金属合金18进行硒化或硫化的产物。

图3是在太阳能电池部分10的形成中，步骤28的截面图。使用上面图2所述的设备来从贱金属合金18形成部分10。如图3所示，贱金属合金18在管式炉24内被加热时得以退火。上述的退火可导致贱金属合金18至少两层的就地形成，例如表层19和总体层(bulk layer)21，该表层19具有相对较高原子百分比的、具有较低熔点的金属，而该总体层21具有相对较低原子百分比的、具有较低熔点的金属。在有硒或硫的情况下，已退火的金属合金的表层19会被硒化或硫化，从而把贱金属合金18转变为部分10(见图1)，该部分10包括第一层12和第二层14，分别对应于层21和通过源材料与层19的交互所形成的吸收层。在此特定实施例中，层12和层14可以对应于CIG贱金属合金18和从该贱金属合金18和源材料20所就地生长的硒化CIG或硫化CIG吸收层。背接触层12可以具有CIG组成，当与贱金属合金18中的In和Ca的原子百分比相对较时，该CIG组成具有相对较低原子百分比的In和Ca。

在各实施例中，上述硒化或硫化步骤可以以单步或两步来实现。例如，当以单步来实现硒化时，贱金属合金18可以被放在盛有硒块20的容器22中。随着炉24内温度的升高，贱金属合金18被退火(例如，形成表面层19和总体层21)，与此同时硒或硫20熔化并形成蒸汽。因此，贱金属合金18的被退火的表面层19与硒或硫或其混合物(例如，源材料20)的蒸汽相接触。当该方法以两步来实现时，例如以顺序方式，贱金属合金18首先被退火(步骤一)，以形成表面层19和总体层21，然后再将其与硒或硫或其混合物(它们能够被单独地熔化)的蒸汽相接触(步骤2)。硒的熔点为大约217摄氏度，硫的熔点约115摄氏度。在退火步骤期间，通过控制炉24的温度使贱金属合金18加热到大于或等于摄氏200度的温度。

管式炉24可以被加热到高于摄氏200度的温度，从而导致贱金属合金18的退火以及硒或硫20的熔化和随后的汽化。在一个实施例中，可以把炉24加热到从大约200摄氏度到大约600摄氏度的范围中的温度，或者从大约250摄氏度到大约550摄氏度的范围中，或者从大约300摄氏度到大约500摄氏度的范围中。

在某些实施例中，惰性气氛26包括氮或氩。在一个实施例中，在惰性气氛26是氮。在各实施例中，贱金属合金18可以包括IB族金属或IIIA族金属或其混合物中的两种或多种。IB族金属的合适的非限制性示例包括铜(Cu)，银(Ag)，和金(Au)。IIIA族金属的合适的非限制性示例(例如，低熔点金属)包括铟(In)，镓(Ga)和铝(Al)。

在一个实施例，贱金属合金18可包括铜(Cu)，铟(In)，镓(Ga)，铝(Al)，或其混合物。金属合金18的合适的非限制性示例可包括CuInGa、CuIn、CuGa和CuInAl。硒化的或硫化的金属合金的合适的非限制性示例包括CuInGaSe₂、CuInSe₂、CuGaSe₂、CuInAlSe₂、CuInGaS、CuInS、CuGaS和CuInAlS。然而，任何其他合适的材料也可以被用于层12和层14，例如，合金18和用于吸收层的源材料20。

在一个实施例中，当贱金属合金18包含CuInGa时，铜可以在从大约90至大约99原子百分比的范围中，或者从大约92到大约97原子百分比的范围中，或者从大约93到大约96原子百分比的范围中。在此实施例中，In可以在从大约7至大约0.1原子百分比的范围中，或者从大约6到大约0.2原子百分比的范围中，或者从大约5到大约0.3原子百分比的范围中。在此相同实施例中，Ga可在从大约3到大约0.75原子百分比的范围中，或者从大约2到大约0.65原子百分比的范围中，或者从大约1到大约0.55原子百分比的范围中。

在某些实施例中，太阳能电池部分10的厚度可小于或等于大约3毫米。在一些实施例中，部分10的厚度可在大约0.5毫米到大约3毫米的范围中，或者从大约0.7毫米到大约2.5毫米的范围中，或者从大约0.8毫米到大约2.2毫米的范围中。在某些实施例中，太阳能电池吸收层14的厚度可以小于或等于5微米。在一些实施例中，吸收层14的厚度可以在大约1微米到大约5微米的范围中，或者从大约1.5微米到大约4.5微米的范围中，或者在大约2微米到大约4微米的范围中。

在一个实施例中，容器22可以由把惰性气体保持(remain)在管式炉24中的条件下的任何材料来制成。能够被用来制造容器22的材料的合适的非限制性示例包括氧化铝、氧化锆、氧化镁、石墨和二氧化硅(silica)。在一个实施例中，容器22是氧化铝船(例如形状为船、杯或凹形)。

图4图示了用于制作太阳能电池32的逐步的制造过程30的实施例，并且图示了使用这些步骤所构造的薄膜太阳能电池的截面图。如下所详细论述的，太阳能电池32包括第一部分，其从背接触层12和吸收层14形成，如图1所示。太阳能电池32还包括缓冲层34和前接触层36。

缓冲层34和前接触层36可包括通过各种方法所沉积的各种材料。在CIGS型太阳能电池的制造中，缓冲层34可被用作为n型导电层。缓冲层34可包括一层或多层透明(transparent)材料，所述透明材料通常被用在太阳能电池中。能够被用于缓冲层34的合适的非限制性示例包括半导体，诸如硫化镉(cadmium sulfide)CdS，镉硫化锌(cadmium zinc sulfide)CdZnS，硒化锌ZnSe，硒化镉CdSe和它们的合金。在一个实施例中，缓冲层为CdS。

前接触层36由透明材料制成，该透明材料允许进入辐射(incoming radiation)到达太阳能电池32的吸收层14。前接触层36包括一层或多层透明导电氧化物。透明导电氧化物主要起到在增强进入辐射到达太阳能电池32吸收层14(例如，进入太阳能电池的有效(active)区域)的传输的同时提供必要的导电性。能够被用于前接触层36的材料的合适的非限制性示例包括铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)，锡氧化物(tinoxide，TO)，氧化锌(zinc oxide，ZnO)，氧化镉(cadmium oxide，CdO)与砷化镉(cadmium stannate，CdSn)。在一个实施例中，前接触层是ITO。在各实施例中，可以被采用以作为缓冲层34层和前接触层36的材料的混合物包括CdZnS/ZnO，CdZnS/ITO，和CdZnS/ZnO/ITO。

在一些实施例中，缓冲层34的厚度范围在从大约20纳米到大约100纳米，或者从大约30纳米到大约90纳米，或者从大约40纳米到大约80纳米。在某些实施例中，前接触层36的厚度范围在从大约100纳米到大约300纳米，或者从大约120纳米到大约280纳米，或者从大约150纳米到大约250纳米。被用于形成缓冲层34和前接触层36的材料可以通过各种技术来加以沉积，所述技术诸如蒸发，溅射，电沉积和喷雾。

图5图示了用于制作太阳能电池42的逐步制造过程38的实施例，以及图示了使用这些步骤所构建的薄膜太阳能电池的截面图。图5中所略述的制造过程与图4中所略述的制造过程相似，除了太阳能电池42的制造开始于把图1中所论述的部分10固定在衬底40的表面上。

衬底40能够由与用于沉积太阳能电池的不同的层的处理条件兼容的任何合适的刚性或柔性材料制成，无论是绝缘性或导电性的。总的来说，可以选择使得其不对太阳能电池结构中所使用的其余层产生不良影响的衬底40。衬底40材料的合适的非限制性示例可以包括但不限于玻璃或氧化铝片(sheet)，诸如钼(molybdenum，Mo)、钨(tungsten，W)、钽(tantalum，Ta)、钛(titanium，Ta)、金(gold，Au)和不锈钢之类的金属片或金属箔(foil)。其余层，例如缓冲层34和前接触层36可以以与如图4所论述的相同方式来沉积。可以使用粘合剂把部分10固定在衬底上。

在一个实施例中，方法包括提供硒化的或硫化的金属合金，例如部分10。该方法包括提供具有均匀的第一总体组成和第一表面组成的金属合金(例如18)，对金属合金(例如18)进行退火以改变第一总体组成和第一表面组成，从而提供具有不均匀的第二总体组成21与第二表面组成19的退火的金属合金，以及将该退火的金属合金与硒或硫或其混合物(例如20)的蒸汽相接触，由此提供了硒化的或硫化的金属合金(例如10，其包含层12和层14)。在一个实施例中，提供该金属合金(例如18)包括混合IB族金属或IIIA族金属或其混合物中的两种或两种以上，如上所述。在一个实施例中，提供金属合金(例如18)并不包括对IB族金属、或IIIA族金属或其混合物中的两种或两种以上的顺序沉积的过程。在另一实施例中，提供金属合金(例如18)不包括对IB族金属或IIIA族金属或其混合物中的两种或两种以上的共蒸发(co-evaporation)。

在一个实施例中，方法包括把金属合金(例如18)中的低熔点金属扩散到贱金属合金18的表面层19以限定太阳能电池的部分(例如10)。如上所述，贱金属合金包括IB族金属、IIIA族金属和其混合物中的两种或两种以上。该方法还包括把贱金属合金(例如18)的表面层(例如19)暴露给硒或硫或者其混合物(例如20)的蒸汽。此外，该方法包括把缓冲层(例如34)布置在硒化的或硫化的金属合金的表面上，然后在缓冲层的表面上布置前接触层(例如36)。

在一个实施例中，方法包括在不顺序沉积和共蒸发的情况下提供具有太阳能电池的多个层的金属合金(例如18)，其中金属合金(例如18)包括IB族金属或IIIA族金属或其混合物中的两种或多种。提供金属合金(例如18)的步骤包括对贱金属合金(例如18)进行退火以把低熔化温度金属扩散到金属合金的表面(例如19)。该方法还包括把该金属合金(例如18)的表面(例如19)暴露于硒或硫或者其混合物(例如20)的蒸汽，以形成太阳能电池的部分10，该部分10包括吸收层14和背接触层12。此外，该方法包括把缓冲层(例如34)布置在硒化的或硫化的金属合金的表面上，然后再在缓冲层的表面上布置前接触层(例如36)。

在一个实施例中，系统包括太阳能电池，该太阳能电池由金属合金(例如18)组成，金属合金具有在该合金内经由扩散而不是顺序沉积和/或共蒸发，从低熔点金属所就地形成的表面层(例如19)，其中金属合金包括IB族金属或IIIA族金属或其混合物中的两种或多种。如上所述，金属合金(例如18)可以选自下列族：CuInGa、CuIn、CuGa、和CuInAl以及其混合物。在一个实施例中，低熔点金属包括铟(In)，镓(Ga)，铝(Al)和铊(Tl)，或其混合物。该方法还包括把从金属合金(例如18)内低熔点金属所就地形成的表面层(例如19)暴露于硒或硫或其混合物(例如20)的蒸汽。此外，该方法包括把缓冲层(例如34)布置在硒化的或硫化的金属合金(例如，10)的表面上，然后再在缓冲层的表面上布置前接触层(例如36)。示例

实例1提供了用于金属合金的硒化的方法。步骤A：金属合金的制备

使用铜、铟和镓来制备合金(例如18)。合金通过电弧熔炼(arcmelting)Cu(纯度99.99％，从Sigma Aldrich公司获得)、In(纯度99.99％，从Sigma Aldrich公司获得)和Ga(纯度99.999％从Sigma Aldrich公司获得)来制备。然后把如此形成的金属合金滚压成片，然后将所述片切成三段(piece)，例如样品1、样品2和样品3。样品的长度、宽度和厚度使用微米来计量。长度，宽度和厚度在下表1中予以提供。表1

在大约500摄氏度的温度对合金(例如18)进行退火以研究该金属合金的受热效应。发现在对该合金(例如，18)退火时，铟和镓从金属的总体(例如21)扩散到该金属的表面(例如19)。样品4在氮气气氛中24小时被加热到大约500摄氏度时，其表面层(例如19)的组成是Cu∶In∶Ga＝68∶29∶3，而退火之前其组成是Cu∶In∶Ga＝90∶7∶3。在这样的合金(例如18)中的In和Ga的扩散可以由它们的相对较低熔点(当与铜的熔点相比时)来驱动。退火后的表面层(例如19)的组成取决于退火的时间与温度，以及原合金的组成。铜铟镓(CIG)合金块在退火前(例如18)和退火后的表面组成使用电感耦合等离子体原子发射光谱法(inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy，ICP-AES)技术来确定，该技术使用ICP Ciros仪器，所述值提供在下表2中。表2步骤B：硒化的合金的制备

此合金的硒化(例如，18，经退火并转变为层19和层21)在水平管式炉(来自班加罗尔(Bangalore)的V.K.技术公司)中实施。起初用氮气预吹清洁(purge)该炉，然后在硒化过程期间保持在氮气气氛下。把硒块(chunk)(纯度99.999％，从Sigma-Aldrich公司获得)放置在氧化铝船(25毫升)中。上面制备的样品1和样品2(退火前)和样品4(在500摄氏度下进行退火之后)单独地被放在装载在氧化铝船中的硒块上。然后，把氧化铝船装入炉中，且将炉腔用氮气预吹清洁。氮气预吹清洁约30分钟后，然后将炉温加热到大约250摄氏度，升温速率约为每分钟2度。在保持氮气气体的流动的情况下，在大约250摄氏度，实施硒化约12小时。使用产自荷兰的PANalytical公司的X射线衍射仪来表征该硒化的CIG合金(例如部分10的层14)。测出了该硒化的CIG合金的相图(phaseformation)、电特性与带隙(band gap)，电特性包括电阻率(resistivity)和反射率(reflectance)。表3

样本	以欧姆-厘米的电阻率	以eV的带隙
			1	181	未测
2	70	1.36
			3	未测	1.5

图6提供了表1中所提供的样品2的X射线衍射(X-raydiffraction，XRD)图。XRD图显示出吸收层的峰值(peak)和金属合金的峰值，例如，吸收层例如在金属合金的表面上所形成的硒化的CIG膜(film)。由于硒化的CIG膜的厚度小于X射线束的穿透深度，所以可观察到两组峰值。XRD图中所有的峰值能够被表征(index)为四面体CIGS相(phase)，其中，该组成接近于大约CuIn_0.7Ga_0.3Se₂，具有两个峰值，一个在约44度(2θ)，第二个在约50度2θ，其属于铜合金。入射光从硒化的CIG膜被衍射所在的角度称为θ角，使用度来计量。由于实践原因，X射线衍射仪测得的角度为两倍θ角，被称为‘2θ’。再者，2θ度是晶体材料中的平面间间距(inter-planar spacing)的量度，并且是晶格(crystalline lattice)类型和该组成的特性。根据XRD，显然的是，CIGS相的组成可以在CuIn_0.4Ga_0.6Se₂和CuIn_0.8Ga_0.2Se₂之间的任何地方，这取决于原始合金组成。因此，图6所提供的XRD图表明CIGS膜的形成。

图7提供了表2所示样品2的电阻率。该电阻率是通过使用从美国俄亥俄州(Ohio)克里夫兰市(Cleveland)的Keithley仪器公司获得的电阻率测量仪所测得的电压-电流曲线来测量的。电阻率为大约70欧姆厘米。电阻率值落在CIG膜的值的典型范围内，例如，从大约10欧姆厘米到大约1000欧姆厘米的范围中。

图8提供了表2所示的硒化的样品2的带隙。硒化的样品的带隙是以反射模式使用(扩增仪(Perkin-Elmer)，UV分光光度计)来测量的。反射率的百分比被绘制成以电子伏特(eV)的能量的函数，如图8所示。如图8所示，该带隙能够通过把边缘推断(extrapolate)到能量轴来加以计算的。发现从反射率数据测得的带隙约为1.36电子伏特。会对应于此带隙的CIGS组成可能接近CuIn_0.5Ga_0.5Se₂。该带隙值落在针对CIGS膜所报告的数值范围中，例如，从大约1.04eV到大约1.67eV的范围中。

图9提供了表2中所提供的样品3的X射线衍射(XRD)图。样品3在与硒或硫蒸汽相接触之前，在真空中在500摄氏度经36小时的预退火。样品3是用于形成太阳能电池部分10的两步方法的实例。XRD图表明，所形成的硒化的合金与从上述样品2所获得的硒化的合金类似，因此表明对于硒化过程而言不管我们采用如样本2的情况中的一步法还是采用如样本3的两步法，我们都可获得CIGS。

然而，在任一情况中，所公开的实施例减少了制造步骤，降低了成本，减轻了重量，提高了太阳能电池的效率。应该相信，使用上述部分10所制备的太阳能电池通过较佳的电流汇集而具有改善的效率。由于层数的减少，而减少了每个单独的太阳能电池的大小，因此导致紧凑和高效的太阳能电池，所以由于在给定体积内能够堆更多数目的太阳能电池所以电流汇集可以增加。也因为吸收层在金属合金上就地生长，所以可以使太阳能电池的热应力的概率最小化。

虽然在此已经图示和描述了本发明的仅仅某些特征，但是本领域技术人员将想到许多修改与变化。因此，应当理解，所附权利要求意在覆盖落在本发明的真正精神之内的所有这样的改变与变化。

Claims

1.一种制备用于太阳能电池的材料的方法，包括：

加热金属合金与源材料，所述金属合金具有均匀的总体组成和表面组成，所述的源材料为硒或硫或其混合物，所述的加热包括：

对所述金属合金进行退火以重新分布金属合金内的材料并生成多个层，所述的多个层包括表面层和背接触层，其中所述的表面层在背接触层的一侧；

加热源材料以生成硒或硫或其混合物的蒸汽；

使金属合金和硒或硫或其混合物的蒸汽相接触从而硒化或硫化金属合金的表面层；

其中所述多个层中的背接触层没有任何附加衬底。

2.如权利请求1所述的方法，其中，所述金属合金包括IB族金属或IIIA族金属或其混合物中的两种或多种。

3. 如权利请求1所述的方法，其中，退火包括，把所述金属合金中的较低熔点金属扩散到所述金属合金的表面，从而导致所述金属合金的所述表面中所述较低熔点金属的原子百分比的增加。

4. 如权利请求1所述的方法，其中，接触包括，对硒或硫或其混合物进行加热，以形成接触所述金属合金的蒸汽。

5. 如权利请求1所述的方法，包括在所述硒化的或硫化的金属合金的表面上布置缓冲层，或者在所述硒化的或硫化的金属合金的表面上布置前接触层，或者其组合。

6. 如权利请求1所述的方法，包括把所述金属合金耦合到衬底。

7. 一种制备用于太阳能电池的吸收层的方法，包括：

加热金属合金与源材料,所述金属合金包括IB族金属或IIIA族金属或其混合物中的两种或多种，所述金属合金具有均匀的总体组成和表面组成；所述的源材料为硒或硫或其混合物，所述的加热包括：

对所述金属合金进行退火以使得未分层的金属合金构成变为具有多个层的构成，所述的多个层包括吸收层和背接触层，其中所述的吸收层在背接触层的一侧；

使金属合金和硒或硫或其混合物的蒸汽相接触从而对金属合金的吸收层进行处理以硒化或硫化金属合金的表面层；

其中所述多个层中的背接触层没有任何附加衬底。

8. 一种用于制备太阳能电池的方法，包括：

在膛室内采用单步来加热金属合金和源材料，所述金属合金具有均匀的总体组成和表面组成，其中所述的源材料为硒或硫或其混合物，其中加热包括：

将金属合金内的相对较低熔点金属扩散到金属合金的表面，从而生成包括表面层和背接触层的多个层，其中所述的表面层在所述的背接触层的一侧，其中所述多个层中的背接触层没有任何附加衬底；

使用源材料对表面层进行处理以硒化或硫化金属合金的表面层，从而生成处理过的表面层，所述处理过的表面层包括硒或硫中的至少一个。

9. 一种制备用于太阳能电池的金属合金的方法，包括：

在膛室内采用单步来加热金属合金和源材料，其中所述的源材料为硒或硫或其混合物，所述金属合金包括IB族金属或IIIA族金属或其混合物中的两种或多种，所述金属合金具有均匀的总体组成和表面组成，其中加热包括：

加热金属合金以生成包括表面层和背接触层的多个层，其中所述的表面层在所述的背接触层的一侧，其中所述多个层中的背接触层没有任何附加衬底；