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LU504697B1 - Thin film solar cell and corresponding production method - Google Patents

Thin film solar cell and corresponding production method Download PDF

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LU504697B1
LU504697B1 LU504697A LU504697A LU504697B1 LU 504697 B1 LU504697 B1 LU 504697B1 LU 504697 A LU504697 A LU 504697A LU 504697 A LU504697 A LU 504697A LU 504697 B1 LU504697 B1 LU 504697B1
Authority
LU
Luxembourg
Prior art keywords
layer
hole transport
thin film
stabilizing
solar cell
Prior art date
Application number
LU504697A
Other languages
English (en)
Inventor
Taowen Wang
Longfei Song
Original Assignee
Univ Luxembourg
Luxembourg Inst Science & Tech List
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univ Luxembourg, Luxembourg Inst Science & Tech List filed Critical Univ Luxembourg
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Priority to PCT/EP2024/068999 priority patent/WO2025012117A1/fr
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/10Semiconductor bodies
    • H10F77/12Active materials
    • H10F77/126Active materials comprising only Group I-III-VI chalcopyrite materials, e.g. CuInSe2, CuGaSe2 or CuInGaSe2 [CIGS]
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/16Photovoltaic cells having only PN heterojunction potential barriers
    • H10F10/167Photovoltaic cells having only PN heterojunction potential barriers comprising Group I-III-VI materials, e.g. CdS/CuInSe2 [CIS] heterojunction photovoltaic cells
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10F77/00Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/10Semiconductor bodies
    • H10F77/16Material structures, e.g. crystalline structures, film structures or crystal plane orientations
    • H10F77/169Thin semiconductor films on metallic or insulating substrates
    • H10F77/1694Thin semiconductor films on metallic or insulating substrates the films including Group I-III-VI materials, e.g. CIS or CIGS
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/541CuInSe2 material PV cells

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Claims (25)

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d’une cellule solaire à couche mince comprenant les étapes consistant à : fournir un substrat (12) ; former une couche d’électrode arrière (14) sur ledit substrat ; former une structure de transport de trous (20) sur ladite couche d’électrode arrière, ladite structure de transport de trous comprenant une couche de transport de trous (16) comprenant un matériau conducteur de type p sur ladite couche d’électrode arrière et une couche stabilisante (18) sur ladite couche de transport de trous, ladite couche stabilisante comprenant un oxyde métallique et/ou un nitrure métallique ; et former une couche absorbante semi-conductrice (22) sur ladite structure de transport de trous, ladite couche absorbante comprenant un matériau chalcogéniure.
2 Procédé tel que revendiqué selon la revendication 1, dans lequel ladite couche stabilisante comprend des oxydes métalliques et/ou des nitrures métalliques d’un ou plusieurs métaux sélectionnés dans le groupe comprenant Si, Mo, Al, Ga, In, Ti et Hf.
3. Procédé tel que revendiqué selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite couche stabilisante est déposée sous la forme d’un oxyde métallique sélectionné dans le groupe comprenant Al2Os, Ga203, In203, TiO2, MoO», et leurs mélanges.
4 Procédé tel que revendiqué selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la couche stabilisante a une épaisseur comprise entre 10 et 100 nm.
5. Procédé tel que revendiqué selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un minimum de bande de conduction de la couche
© LU504697 stabilisante est supérieur a celui de la couche absorbante, préférablement d’au moins 0,3 eV.
6. Procédé tel que revendiqué selon l’une quelconque des revendications _ précédentes, dans lequel la couche de transport de trous comprend un matériau chalcogéniure de type p.
7. Procédé tel que revendiqué selon la revendication 6, dans lequel la couche de transport de trous comprend un matériau sélectionné dans le groupe constitué de Cu(ln,Ga)Sez, Cu(In,Ga)(Se,S)2, CulnSez, CuGaSez, CulnSa, Cu(In, Ga)Sz et de leurs mélanges.
8. Procédé tel que revendiqué selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche de transport de trous a une épaisseur comprise entre 30 et 200 nm.
9. Procédé tel que revendiqué selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche absorbante comprend, de préférence est constituée de, un matériau sélectionné dans le groupe constitué de Cu(In,Ga)Se2, Cu(In,Ga)(Se,S)a, CulnSez, CuGaSez, CulnS», Cu(In,Ga)S> et de leurs mélanges.
10. Procédé tel que revendiqué selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche absorbante a une épaisseur de 0,1 à 3 um.
11. Procédé tel que revendiqué selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la formation de ladite structure de transport de trous inclut la formation d’une couche de cuivre (21) adjacente à ladite couche stabilisante.
12. Procédé tel que revendiqué selon la revendication 11, comprenant l’'hybridation de la pile de couches avec ladite couche de cuivre (21) sur le
° LU504697 sommet à une température comprise entre 400 et 600°C, préférablement entre 450°C et 550°C, en particulier d’environ 500°C, sur une durée comprise entre 5 et 30 min, en particulier entre 10 et 20 min.
13. Procédé tel que revendiqué selon la revendication 11 ou 12, dans lequel ladite couche de cuivre a une épaisseur semblable à ladite couche stabilisante.
14. Procédé tel que revendiqué selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant le dépôt d’une couche de sodium entre la couche de transport de trous et la couche stabilisante.
15. Procédé tel que revendiqué selon la revendication précédente, comprenant en outre les étapes consistant à : - former une couche de transport d'électrons au-dessus de la couche absorbante ; et - former une couche d’électrode supérieure au-dessus de la couche de transport d’électrons.
16. Cellule solaire a couche mince comprenant : un substrat (12) ; une couche d’électrode arrière (14) sur ledit substrat ; une structure de transport de trous (20) sur ladite couche d’électrode arrière, ladite structure de transport de trous incluant une couche de transport de trous (16) comprenant un matériau conducteur de type p ; une couche absorbante semi-conductrice (22) sur ladite structure de transport de trous, ladite couche absorbante comprenant un matériau chalcogéniure ; une couche de transport d’électrons (24) sur la couche absorbante semi- conductrice ; et une couche d’électrode supérieure (26) sur la couche de transport d’électrons,
P-UNILU-010/LU LU504697 ladite structure de transport de trous (20) comprenant en outre une couche stabilisante (18) sur ladite couche de transport de trous (16), ladite couche stabilisante comprenant un oxyde métallique et/ou un nitrure métallique.
17. Cellule solaire à couche mince telle que revendiquée selon la revendication 16, dans laquelle ladite couche stabilisante comprend des oxydes métalliques et/ou des nitrures métalliques d’un ou plusieurs métaux sélectionnés dans le groupe comprenant Si, Mo, Al, Ga, In, Ti et Hf.
18. Cellule solaire à couche mince telle que revendiquée selon la revendication 16 ou 17, dans laquelle la couche stabilisante a une épaisseur comprise entre 10 et 100 nm.
19. Cellule solaire à couche mince telle que revendiquée selon l’une quelconque des revendications 16 à 18, dans laquelle un minimum de bande de conduction de la couche stabilisante est supérieur à celui de la couche absorbante, préférablement d’au moins 0,3 eV.
20. Cellule solaire à couche mince telle que revendiquée selon l’une quelconque des revendications 16 à 19, dans laquelle la couche stabilisante est une couche hybridée en cuivre.
21. Cellule solaire à couche mince telle que revendiquée selon l’une quelconque des revendications 16 à 20, dans laquelle la couche de transport de trous comprend un matériau chalcogéniure de type p.
22. Cellule solaire à couche mince telle que revendiquée selon la revendication 21, dans laquelle la couche absorbante comprend un matériau sélectionné dans le groupe constitué de Cu(ln,Ga)Sez, Cu(In,Ga)(Se,S)a, CulnSez, CuGaSez, CulnS», Cu(In,Ga)S2 et de leurs mélanges.
P-UNILU-010/LU LU504697
23. Cellule solaire à couche mince telle que revendiquée selon l’une quelconque des revendications 16 à 22, dans laquelle la couche absorbante a une épaisseur comprise entre 0,1 um à 3 um. 5
24. Cellule solaire à couche mince telle que revendiquée selon l’une quelconque des revendications 16 à 23, dans laquelle la couche d’électrode arrière est une couche métallique, préférablement une couche de Mo, ou une couche d'oxyde conducteur transparent.
25. Module solaire a couche mince comprenant une multiplicité de cellules solaires à couche mince selon l’une quelconque des revendications 16 à 24.
LU504697A 2023-07-07 2023-07-07 Thin film solar cell and corresponding production method LU504697B1 (en)

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