行。
[0050] 在第一步、第二步和第四步在稀释气体（或与氢气一起）的存在下进行的情形中， 缓冲层可以包括Ti02作为Ti化合物；而在第一步、第二步和第四步在注入水蒸气（H20)、H 2S 气体或其组合的同时进行的情形中，缓冲层可以包括!1(0!1)4、11(5!1)2、1105、115(0!1) 2或其 组合作为Ti化合物。
[0051] 第一步可以进行约0. 3秒~约5秒，第二步可以进行约10秒~约20秒，第三步可 以进行约3秒~约5秒，而第四步可以进行约10秒~约20秒。此外，反应温度可以为约 100。。~约 300。。。
[0052] 在第三步中，氧化反应可以通过利用如氧气、H20或03等气体形成等离子体来进 行。
[0053] 将第一步~第四步设定为1次循环，且通过根据沉积厚度和沉积速率来重复该循 环而执行原子层沉积，至厚度为约l〇〇nm以下。沉积速率可以为约0. lnm/循环~约0. 2nm/ 循环。原子层沉积厚度可以为约50nm~约100nm。
[0054] (：13(&111^62)的晶体结构示于图2&中，而(：163((：11(111，6 &)362)的晶体结构示于 图2b中。如图2a和2b所示，CIS和CIGS具有四方结构，但取决于Ga和In的比率，CIS和 CIGS可以具有正交结构。此外，如图3所示，1102是具有各种晶体结构的材料。
[0055] 因此，由于通过原子层沉积法在光吸收层的表面上形成包含Ti化合物的缓冲层， 因而通过吸附反应可使包含Ti化合物的缓冲层逐层地依次形成在光吸收层表面的原子层 之上。因此，可以形成与光吸收层表面的原子排列相匹配的薄膜层。此外，由于可以沿光吸 收层的表面生长具有四方或正交晶体结构（其与构成光吸收层的材料表面的晶体结构具 有最为相似的晶格尺寸和位置）的薄膜，界面处缺陷的出现可以得到抑制，并且薄膜的物 理性质可以得到改善。
[0056] 实施例
[0057] 下文将描述本发明的实施例和比较例。然而，以下实例仅呈现用于对本发明举例 说明，而本发明并不受此所限制。
[0058] 实施例1
[0059] 利用四（二甲基氨基）钛（TDMAT)作为Ti前体材料，通过原子层沉积工艺在由 CIGS类半导体Cu (In, Ga) Se2形成的光吸收层上形成缓冲层。
[0060] 利用具有闪烁体前体材料入口、Ti前体材料入口和氧气入口的反应器进行原子层 沉积工艺，其以4步进行。
[0061] 在原子层沉积工艺中，闪烁体前体材料和气氛条件如图4所示。在图4中，X轴上 的2s、15s、4s和15s分别表示第一步、第二步、第三步和第四步的实施时间，Y轴上的Ti前 体材料和第二Ar代表注入闪烁体前体材料入口的材料，而02和第四Ar代表注入氧气入口 的材料。
[0062] 作为图4中所示条件，在第一步~第四步中，即在整个原子层沉积工艺期间，作为 稀释气体的Ar气以200标准立方厘米/分钟（seem, cm3/min)的速率注入Ti前体材料入 口。因此，Ar气可以充当在第二步~第四步中用于除去反应气体和Ti前体材料中的副产 物的吹扫气。
[0063] 02在第三步注入氧气入口，且通过施加100W的射频功率而产生氧等离子体。此时， 氧气的注入速率为200sccm。
[0064] 此外，在除第三步以外的第一步、第二步和第四步中，作为稀释气体的Ar气以 200sCCm的速率注入氧气入口，且在此情况下，Ar气可以充当用于除去反应气体和氧气入 口中的副产物的吹扫气。
[0065] 在第一步中，作为Ti前体材料的四（二甲基氨基）钛（TDMAT)以及作为载气的Ar 以lOOseem的速率注入Ti前体材料入口，以使Ti前体材料在300°C在基板上吸附2秒。
[0066] 随后，在300°C进行15秒的除去反应气体和副产物的吹扫过程（第二步）。如图 4所示，由于在整个工艺中注入Ar气，Ar气可以在第一步中用作稀释气体并可在其它步骤 用作吹扫气。
[0067] 随后，如图4所示，通过以200sccm的速率将氧气注入氧气入口内并通过施加 100W的射频功率来产生等离子体而进行4秒的氧化反应（第三步）。如图4所示，Ar气以 200sccm的速率通过氧气入口连续注入，但在注入氧气的第三步中，停止Ar气注入并进行 氧化反应。在第三步中，氧气与此前吸附的Ti原子层反应而形成1102反应层。
[0068] 在第四步中，再次将作为稀释气体的Ar气以200sccm的速率注入15秒，以除去反 应气体和副产物。
[0069] 将第一步~第四步设定为1次循环，并进行300次循环以在基板上形成约30nm厚 的1102缓冲层。
[0070] 实施例2
[0071 ] 依次形成钠钙玻璃基板、设置在基板上的Mo背电极和Cu (In，Ga) Se2 (作为CIGS类 半导体）光吸收层。随后，利用四（二甲基氨基）钛（TDMAT)作为Ti前体材料，通过原子 层沉积工艺在光吸收层上形成缓冲层。
[0072] 利用具有闪烁体前体材料入口、Ti前体材料入口和氧气入口的反应器进行原子层 沉积工艺，其以4步进行。
[0073] 在原子层沉积工艺中，闪烁体前体材料和气氛条件如图5所示。在图5中，X轴上 的ls、l〇S、4s和5s分别表示第一步、第二步、第三步和第四步的实施时间，Y轴上的Ti前 体材料和第二Ar代表注入闪烁体前体材料入口的材料，而02和第四Ar代表注入氧气入口 的材料。
[0074] 作为图5中所示条件，在第一步~第四步中，即在整个原子层沉积工艺期间，作为 稀释气体的Ar气以50标准立方厘米/分钟（seem, cm3/min)的速率注入Ti前体材料入口。 因此，Ar气可以充当在第二步~第四步中用于除去反应气体和Ti前体材料中的副产物的 吹扫气。
[0075] 02在第三步注入氧气入口，且通过施加100W的射频功率而产生氧等离子体。此时， 注入速率为50sccm且注入过程进行4秒。
[0076] 此外，在除第三步以外的第一步、第二步和第四步中，作为稀释气体的Ar气以 5〇SCCm的速率注入氧气入口，且在此情况下，Ar气可以充当用于除去反应气体和氧气入口 中的副产物的吹扫气。
[0077] 在第一步中，作为Ti前体材料的四（二甲基氨基）钛（TDMAT)以及作为载气的Ar 以5〇SCCm的速率注入Ti前体材料入口，以使Ti前体材料在200°C在基板上吸附1秒。
[0078] 随后，在200°C进行10秒的除去反应气体和副产物的吹扫过程（第二步）。由于 在整个工艺中注入Ar气，Ar气可以在第一步中用作稀释气体并可在其它步骤用作吹扫气。
[0079] 随后，如图5所示，通过在以50sccm的速率将氧气注入氧气入口的同时施加100W 的射频功率来产生等离子体而进行4秒的氧化反应（第三步）。如图5所示，Ar气以50sccm 的速率通过氧气入口连续注入，但在注入氧气的第三步中，停止Ar气注入并进行氧化反 应。在第三步中，氧气与此前吸附的Ti前体材料反应而形成1102反应层。
[0080] 在第四步中，再次将作为吹扫气体的Ar气以50sccm的速率注入5秒，以除去反应 气体和副产物。
[0081] 将第一步~第四步设定为1次循环，并进行500次循环以在基板上形成约50nm厚 的1102缓冲层。
[0082] 将ΙΤ0(第一电极）和A1栅格（第二电极）作为前透明电极依次形成于缓冲层上， 以制备CIGS太阳能电池。
[0083] 所制备的太阳能电池的截面结构的电子显微镜图像示于图6。
[0084] 测定了根据实施例2制备的CIGS太阳能电池的开路电压（VJ、短路电流（IJ、短 路电流密度（JJ、填充因子（FF)和效率，且其结果如下表1中所示。
[0087] 从表1所示结果中可见，由于根据实施例2制备的形成有1102缓冲层的CIGS太 阳能电池的短路电流（光电流）与常见太阳能电池（25mA/cm2~30mA/cm2)相比增大，且 FF高于常见值60 %~75 %，可以估计有效电阻较低。此外，可以理解，根据实施例2制备的 CIGS太阳能电池的效率与常见效率值15%~19%相比提高。
[0088] 虽然上文已描述了本发明的优选实施方式，但本发明的范围不受这些实施方式的 限制。在不背离本发明如所附权利要求限定的主旨和范围的情况下可以进行实施方式的各 种变化，且这些变化方式包括在本发明的范围内。
【主权项】
1. 一种太阳能电池，其包含： 基板； 背电极； 光吸收层； 缓冲层；和 前透明电极， 其中，所述缓冲层包含钛（Ti)化合物。2. 如权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述缓冲层的厚度为lOOnm以下。3. 如权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述缓冲层的厚度为30nm~lOOnm。4. 如权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述缓冲层通过原子层沉积法形成。5. 如权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述光吸收层包含由Μ\M2、M3及其组合构 成的化合物，其中，Μ1是铜（Cu)、银（Ag)或其组合，Μ2是铟（In)、镓（Ga)、铝（Α1)、锌（Ζη)、 锡（Sn)或其组合，且Μ3是硒（Se)、硫（S)或其组合。6. 如权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述Ti化合物包括Ti02、Ti(0H)4、Ti(SH)2、 Ti0S、TiS(0H)2 或其组合。7. -种制造太阳能电池的方法，所述太阳能电池包含基板、背电极、光吸收层、缓冲层 和前透明电极， 其中，使用钛（Ti)前体材料通过原子层沉积法形成所述缓冲层。8. 如权利要求7所述的方法，其中，所述Ti前体材料包括四（二甲基氨基）钛、四（二 乙基氨基）钛、四（乙基甲基氨基）钛、四异丙醇化物或其组合。9. 如权利要求7所述的方法，其中，所述原子层沉积法包括： 第一步，将Ti前体材料吸附于所述光吸收层上； 第二步，从所述光吸收层除去副产物； 第三步，通过利用化学反应将吸附于已除去副产物的所述光吸收层上的所述Ti前体 材料转化为Ti化合物，从而在所述光吸收层上形成缓冲层；和 第四步，使副产物从所述缓冲层脱附。10. 如权利要求9所述的方法，其中，所述化学反应是氧化反应。
【专利摘要】本发明涉及CIGS太阳能电池及其制造方法，并且该CIGS太阳能电池包括基板、背电极、光吸收层、缓冲层和前透明电极，其中，所述缓冲层包括Ti化合物。
【IPC分类】H01L31/0749
【公开号】CN105378947
【申请号】CN201480032391
【发明人】田永权
【申请人】田永权
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2014年3月18日
【公告号】CA2914234A1, EP3007236A1, US20160126379, WO2014196728A1