Method for fabricating chalcopyrite thin-film tandem solar cells based on flash lamp annealing technology

Abstract

The present invention discloses a method for fabricating chalcopyrite thin-film tandem solar cells based on flash lamp annealing technology, which includes the following steps: A low bandgap absorber is used in a bottom cell; an intermediate layer is used on top of the bottom cell; and a top high bandgap layer is deposited on the intermediate layer, where a fabrication process for the top high bandgap layer includes the following steps: A metal layer is deposited on top of the intermediate layer; a metal chalcogenide layer is deposited on top of the metal layer, forming a stacked layer structure including the low bandgap cell, the intermediate layer, the metal layer, and the metal chalcogenide layer; and the whole stacked layer structure is annealed by flash lamp annealing (FLA) technology, forming a two-terminal tandem structure cell. The two-terminal tandem structure thin-film solar cell according to the present invention can form a top high bandgap absorber without damaging a bottom low bandgap absorber.

Description

METHOD FOR FABRICATING CHALCOPYRITE THIN-FILM TANDEM SOLAR CELLS BASED ON FLASH LAMP ANNEALING TECHNOLOGYTECHNICAL FIELD

[0001] The present invention relates to the technical field of thin-film tandem solar cell fabrication, and in particular, to a method for fabricating chalcopyrite thin-film tandem solar cells based on flash lamp annealing technology.BACKGROUND

[0002] At present, there is an increasing demand for providing cheap and efficient solar cells which can surpass the state-of-the-art single-junction solar cell technology. One way to achieve this objective is to use tandem solar cells. By optimizing a top high bandgap module on top of an optimized bottom low bandgap module, tandem or multi-junction solar cells have the potential to achieve an efficiency of more than 30%. Thin films represent the second generation of photovoltaic technology, providing a wide range of potential applications and opportunities to further reduce the cost of solar cells. Therefore, thin-film tandem cells provide a promising method to achieve high efficiency at low cost. For thin film tandem cells, different technologies were used focusing on integrating high bandgap solar cells above standard thin film low bandgap technologies.

[0003] At present, potential high bandgap absorber materials include amorphous silicon (a-Si) , cadmium telluride (CdTe) , perovskite, CI (G) S thin films, etc. Among these high bandgap materials:

[0004] 1. Amorphous silicon (a-Si) is one of the earliest materials used as high bandgap absorber in tandem applications, but its efficiency is limited. The theoretical efficiency of a-Si solar cells is limited to about 15%, which is mainly affected by the low hole mobility of a-Si material as a result of different physical aspects, such as the presence of dangling bonds, floating bonds and bond reconstruction.

[0005] 2. Although cadmium telluride has achieved relatively high efficiencies of 22.3%and 19%at the cell and module levels respectively, the bandgap of this material is limited to about 1.5 eV, and it contains the harmful substance Cd which is toxic to the environment.

[0006] 3. Although perovskite solar cells have achieved high efficiency, the level of stability is very low, which makes them not ideal candidates for industrial tandem technology at present.

[0007] 4. Cu (In, Ga) (SSe) 2 (CIGS) is the most promising cost-effective technology for thin-film solar cells at present. A CIGS compound is a thin-film technology based on CuIn (S, Se) 2 (CIS) and CuGa (S, Se) 2 (CGS) , with a bandgap varying from about 1.0 eV (CIS) to about 2.4 eV (CGS) . A CIGSSe absorber has a high potential to be applied in tandem technology due to their flexible bandgap, relatively high efficiency and high stability.

[0008] On the other hand, as described above, tandem technology has attracted attention in recent years as a mean to surpass the Schockley-Queisser efficiency limit for single junction. Tandem technology stacks modules together based on different absorption bandgap characteristics of the modules. Tandem technology can realize the stacking of two or more layers. A tandem structure is formed by stacking a high bandgap absorber (as a top cell) on a low bandgap absorber (as a bottom cell) .

[0009] Tandem photovoltaic (PV) modules may be combined in the following ways:

[0010] (1) mechanical stacking: The top module and the bottom module are processed separately and then combined together in a lamination process step; or

[0011] (2) monolithic stacking: A top cell material is directly applied to a bottom cell material.

[0012] The mechanical stacking (4-terminal (4T) or 2-terminal (2T) voltage matching) method is based on the mechanical connection of two separate tandem modules (top and bottom modules) , with each module having its own two terminals, resulting in four terminals or two terminals in a full tandem structure respectively. The 4T method can usually achieve the highest tandem efficiency (because the top and bottom modules are electrically independent of each other in the 4T method, no loss will be caused due to current or voltage mismatch) . However, on the other hand, the 4T mechanical stacking method is considered to be economically infeasible, because using two separate modules will double the cost; each module has a complete layer structure, and the cost of the module is doubled, because two junction boxes and cable connections are needed.

[0013] The monolithic stacking method is based on the fabrication of a top high bandgap module on top of a bottom low bandgap module in a 2-terminal (2T) current-matched monolithic structure. This method is the most cost-effective method among all other tandem structures. Using this method, several process steps may be omitted, instead of doubling them like the mechanical stacking method.

[0014] Although monolithic 2T is the most cost-effective method, it is the most difficult to develop, because the processing steps for the top module will also be experienced by the bottom module and it is necessary to develop an intermediate layer connecting the two cells. This is even more challenging when a thin film requiring high annealing temperature (such as CI (G) S chalcogenide) is used as a top high bandgap absorber. The biggest challenge is related to an absorber formation process, which requires high thermal budget (high temperature for a long time) . Using high temperature in 2T monolithic stacking to form such a thin-film top high bandgap absorber means that the bottom low bandgap stack will be destroyed. The bottom low bandgap absorber will be exposed to high temperature for a long time, which will lead to the deterioration of a semiconductor phase, where the semiconductor phase of the bottom low bandgap module will be affected by high thermal budget in the presence of the upper layer, leading to the potential internal diffusion of the upper layer in the semiconductor phase of the bottom low bandgap absorber, causing undesired dopants or diffusion outside the top CIGS absorber.

[0015] The bottom low bandgap absorber may be a thin film, Si, or other related absorber materials.

[0016] The challenge of high thermal budget (required in the absorber formation process) is a big obstacle to the formation of high bandgap chalcogenide in the 2T monolithic tandem method, such as CIGS-CIGS or Si-CIGS or other related monolithic tandem structures.SUMMARY

[0017] Aiming at the aforementioned problems existing in the prior art, the present invention provides a method for fabricating chalcopyrite thin-film tandem solar cells based on flash lamp annealing technology. The technical solution is as follows:

[0018] In a first aspect, the method for fabricating chalcopyrite thin-film tandem solar cells based on flash lamp annealing technology provided includes:

[0019] using a low bandgap absorber in a bottom cell;

[0020] depositing an intermediate layer on top of the bottom cell; and

[0021] depositing a top high bandgap layer on the intermediate layer, where a fabrication process for the top high bandgap layer includes:

[0022] depositing a metal layer on top of the intermediate layer;

[0023] depositing a metal chalcogenide layer on top of the metal layer, forming a stacked layer structure including the low bandgap cell, the intermediate layer, the metal layer, and the metal chalcogenide layer; and

[0024] annealing, by rapid annealing technology, the whole stacked layer structure to form a high bandgap thin film absorber layer, forming a two-terminal tandem structure cell in which the low bandgap cell and the top high bandgap cell are interconnected through the intermediate layer.

[0025] In some embodiments, wherein an annealing duration is less than 1 second, avoltage is higher than 1 kV, and an energy density is higher than 10 J / cm2.

[0026] In some embodiments, wherein the annealing duration is 20 milliseconds, the voltage is 3 kV, and the energy density is 50-60 J / cm2.

[0027] In some embodiments, wherein the rapid annealing adopts a flash lamp or a vertical-cavity surface emitting laser (VCSEL) .

[0028] In some embodiments, wherein the annealing technology can be applied on both bottom and top absorber formation processes in tandem structures.

[0029] In some embodiments, the low bandgap absorber is a Si or a CIGS.

[0030] In some embodiments, 700 nm indium hydroxide (IOH) is deposited as an intermediate layer on top of the bottom cell.

[0031] In some embodiments, a 500 nm copper (Cu) layer is deposited on top of the intermediate layer.

[0032] In some embodiments, a 2200 nm indium sulfide (In2S3) layer is deposited on top of the copper layer.

[0033] In some embodiments, an annealing duration is less than 1 second, a voltage is higher than 1 kV, and an energy density is higher than 10 J / cm2.

[0034] In some embodiments, the annealing duration is 20 milliseconds, the voltage is 3 kV, and the energy density is 50-60 J / cm2.

[0035] In some embodiments, the chalcogenide components in the precursor structure of the top layer exist in the form of elements or gases, metal selenides or metal chalcogenide targets, or other potential forms.

[0036] In some embodiments, the rapid annealing adopts a flash lamp or a vertical-cavity surface emitting laser (VCSEL) .

[0037] The method for fabricating chalcopyrite thin-film tandem solar cells based on flash lamp annealing technology has the following beneficial effect: The method according to the present invention has a significantly shorter annealing duration, helping to reduce thermal budget and confine the effect of thermal budget on the top cell stack layer, thus forming a top high bandgap CIS absorber without affecting the bottom low bandgap absorber structure, and thereby, a practical method is provided for a monolithic 2T industrialization concept using high bandgap chalcogenide.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

[0038] Fig. 1 is a structure (left) prior to annealing of a "Si-tandem" structure and a structure (right) subsequent to annealing of the "Si-tandem" structure according to the present invention;

[0039] Fig. 2 is a structure (left) prior to annealing of a "CIGS-tandem" structure and a structure (right) subsequent to annealing of the "CIGS-tandem" structure according to the present invention;

[0040] Fig. 3 is a schematic comparison graph between Raman measurement results of a "Si-tandem" stack (green curve) formed by flash lamp annealing and a Si reference wafer (black curve) according to the present invention;

[0041] Fig. 4 is top-view scanning electron microscope (SEM) images of a) the Si reference and b) the "Si-tandem" structure;

[0042] in Fig. 5, Fig. 5a) is a cross-sectional scanning electron microscope (SEM) image of the Si reference, Fig. 5b) is a cross-sectional scanning electron microscope (SEM) image of the "Si-tandem" stack, and Fig. 5c) is representations of elements identified by EDX mapping of a "Si-tandem" sample;

[0043] Fig. 6 is a schematic diagram of photoluminescence (PL) measurement results of the reference Si wafer and the "Si-tandem" structure formed by flash lamp annealing;

[0044] Fig. 7 is a schematic graph of reflection measurement results of the "CIGS-tandem" structure formed by flash lamp annealing according to the present invention;

[0045] Fig. 8 is a schematic graph of Raman measurement results of the "CIGS-tandem" structure formed by flash lamp annealing according to the present invention;

[0046] Fig. 9 is a schematic graph of X-ray diffraction (XRD) measurement results of the "CIGS-tandem" structure formed by flash lamp annealing according to the present invention; and

[0047] Fig. 10 is a schematic flowchart of the steps of a method for fabricating chalcopyrite thin-film tandem solar cells based on flash lamp annealing technology according to the present invention.DESCRIPTION OF EMBODIMENTS

[0048] It should be understood that the specific embodiments described herein are only used to explain the present invention rather than to limit the present invention.

[0049] The present invention provides a method for fabricating chalcopyrite thin-film tandem solar cells based on flash lamp annealing technology provided, which includes the following steps:

[0050] At Step 1, a low bandgap absorber is used in a bottom cell;

[0051] at Step 2, an intermediate layer is deposited on top of the bottom cell (specifically, 700 nm indium hydroxide (IOH) is deposited as an intermediate layer on top of the bottom cell) ; and

[0052] at Step 3, a top high bandgap layer is deposited on the intermediate layer, where a fabrication process for the top high bandgap layer includes the following steps:

[0053] At Step 31, a metal layer is deposited on top of the intermediate layer (specifically, a 500 nm copper (Cu) layer is deposited on top of the intermediate layer) ;

[0054] at Step 32, a metal chalcogenide layer is deposited on top of the metal layer (specifically, a 2200 nm indium sulfide In2S3 layer is deposited on top of the copper layer) , forming a stacked layer structure including the low bandgap cell, the intermediate layer, the copper layer, and the indium sulfide layer; and

[0055] at Step 33, the whole stacked layer structure is annealed by rapid annealing technology to form a high bandgap CIS absorber layer, forming a two-terminal tandem structure cell in which the low bandgap cell and the top high bandgap cell are interconnected through the intermediate layer. In one embodiment, at Step 33 mentioned above, an annealing duration is less than 1 second, a voltage is higher than 1 kV, and an energy density is higher than 10 J / cm2. In a more preferred embodiment, the annealing duration is 20 milliseconds, the voltage is 3 kV, and the energy density is 50-60 J / cm2. The rapid annealing technology can be Flash Lamp Annealing (FLA) or LASER or any other relevant light technology, For example, the rapid annealing adopts a flash lamp or a vertical-cavity surface emitting laser (VCSEL) ;

[0056] The annealing process according to the present invention is applicable to all chalcogen materials in tandem structures employing sputtering, evaporation or any other deposition techniques, including Se, S or other chalcogen atmospheres in elemental, gas or other phases, regardless of being used before, within or after the precursor or annealing process, including the use of a target formed by a metal selenide or a metal chalcogenide or similar targets.

[0057] The present invention is applicable to the formation of any high bandgap material in tandem structures structures, regardless of the deposition process.

[0058] The top layer of the present invention can be any relevant high bandgap material, including but not limited to chalcogenides, chalcopyrite, cassiterite CdTe、 Thin film, III-V group, organic, new materials, doped absorbers.

[0059] The present invention does not limit the materials of the intermediate layer in step 2, the metal layer and the metal chalcogenide layer in step 3, and can use intermediate layers, metal layers, and metal chalcogenide layers already disclosed in this technical field. For example, the intermediate layer in step 2 can use indium hydroxide (IOH) or any other relevant intermediate layers, the metal layer in step 3 can use copper (Cu) , and the metal chalcogenide layer can use indium sulfide (In2S3) .

[0060] In addition, the thickness of the intermediate layer in step 2, as well as the thickness of the metal layer and metal chalcogenide layer in step 3, are not limited by the present invention and can be determined according to actual application scenarios. For example, in an alternative implementation, the thickness of the intermediate layer in step 2 is 700 nm, and the thickness of the metal layer and metal chalcogenide layer in step 3 is 500 nm and 2200 nm,respectively.

[0061] The present invention does not limit the material of the bottom low bandgap absorber and can be any bottom absorber used in a series structure. The low bandgap absorbers includes Si wafer or CIGS or thin films, chalcogenides, chalcopyrites, kesterites, perovskites, III-V, organic, novel materials, doped absorbers or any other relevant bottom absorbers.

[0062] In one embodiment, the low bandgap absorber is a Si absorber. Referring to Fig. 1 and Fig. 10, in the present embodiment, specifically, the method for fabricating chalcopyrite thin-film tandem solar cells based on flash lamp annealing technology includes the following steps:

[0063] At Step A1, a low bandgap Si absorber is used in a Si bottom cell;

[0064] at Step A2, 700 nm indium hydroxide (IOH) is deposited as an intermediate layer on top of the bottom cell;

[0065] at Step A3, a 500 nm copper (Cu) layer is deposited on top of the intermediate layer;

[0066] at Step A4, a 2200 nm indium sulfide In2S3 layer is deposited on top of the copper layer, forming a stacked layer structure including the low bandgap cell, the intermediate layer, the copper layer, and the indium sulfide layer; and

[0067] at Step A5, the whole stacked layer structure is annealed by flash lamp annealing (FLA) technology to form a high bandgap CIS absorber layer, forming a two-terminal tandem structure cell (denoted as "Si-tandem" structure) in which the low bandgap cell and the top high bandgap cell are interconnected through the intermediate layer.

[0068] In another embodiment, the low bandgap absorber is a CIGS absorber. Referring to Fig. 2 and Fig. 10, in the present embodiment, specifically, the method for fabricating chalcopyrite thin-film tandem solar cells based on flash lamp annealing technology includes the following steps:

[0069] At Step B1, a low bandgap CIGS absorber is used in a CIGS bottom cell;

[0070] at Step B2, 700 nm indium hydroxide (IOH) is deposited as an intermediate layer on top of the bottom cell;

[0071] at Step B3, a 500 nm copper (Cu) layer is deposited on top of the intermediate layer;

[0072] at Step B4, a 2200 nm indium sulfide In2S3 layer is deposited on top of the copper layer, forming a stacked layer structure including the low bandgap cell, the intermediate layer, the copper layer, and the indium sulfide layer; and

[0073] at Step B5, the whole stacked layer structure is annealed by flash lamp annealing (FLA) technology to form a high bandgap CIS absorber layer, forming a two-terminal tandem structure cell (denoted as "CIGS-tandem" structure) in which the low bandgap cell and the top high bandgap cell are interconnected through the intermediate layer.

[0074] The "Si-tandem" structure and the "CIGS-tandem" structure in the two embodiments mentioned above were analyzed below by using different characterization techniques, proving that both tandem stacks (the "Si-tandem" stack and the "CIGS-tandem" stack) form high bandgap chalcogenide (CIS) absorption phases under the presence of low bandgap phases (Si and CIGS) .

[0075] 1. For the "Si-tandem" structure:

[0076] Raman measurement was adopted to compare a Si reference sample with the "Si-tandem" stack, where the latter consisted of a Si bottom cell (similar to the Si reference sample) and a top CIS absorber layer, as shown in Fig. 1. Raman measurement was performed as surface measurement to analyze the surface of the formed "Si-tandem" stack structure and confirm that a high bandgap CIS phase was formed on top of the Si wafer. Fig. 3 shows Raman measurement results of the "Si-tandem" stack structure and the reference Si wafer (the black curve of the Si reference has been rescaled in Fig. 3) . For the Si reference wafer (black curve in Fig. 3) , a Si signal is detected at 521 cm-1. For the "Si-tandem" stack (green curve in Fig. 3) , a high bandgap CIS phase can be clearly detected, where the relatively high intensity dominates at 290 cm-1, corresponding to a peak ofhigh bandgap CIS, and there is no main Si signal. It can be confirmed by Raman measurement that the "Si-tandem" stack forms a high bandgap CIS absorber layer.

[0077] It is very important to prove that there is a bottom low bandgap Si layer in the Si-tandem stack after it has been proved that the high bandgap CIS phase has been formed on the surface of the Si-tandem stack. In order to truly prove that there was such a Si layer under the high bandgap CIS layer, scanning electron microscope (SEM) measurement was performed. Both the Si reference sample and the "Si-tandem" stack underwent SEM measurement. Both samples underwent SEM measurement in terms of top view (observed surface) and cross section, which is shown in Figs. 4 and 5 respectively.

[0078] Fig. 4 shows the comparison between top images of the Si reference wafer (Fig. 4a) and the "Si-tandem" stack (Fig. 4b) , which clearly shows the change of the Si surface when the CIS layer is deposited on top. Fig. 5 shows cross-sectional images of the Si reference wafer (Fig. 5a) and the "Si-tandem" stack (Fig. 5b) , which supports this conclusion. Fig. 5a only shows a thick layer (corresponding to Si) , while Fig. 5b clearly shows a stacked layer composed of three layers deposited together. These three layers are the bottom low bandgap Si layer, a layer connecting the bottom layer with the top layer (called "intermediate layer" ) , and the top high bandgap CIS layer. In order to further prove that the three layers of the "Si-tandem" sample in Fig. 5b correspond to the bottom Si layer, the intermediate IOH layer and the top CIS layer respectively, energy dispersive X-ray (EDX) measurement was performed on the "Si-tandem" sample, which is shown in Fig. 5c. Fig. 5c shows the EDX mapping of elements in the cross section of the "Si-tandem" sample from top to bottom, where Cu (pink) , indium (light blue) and sulfur (yellow) can be seen at the top, indicating the formation of a top high bandgap CIS phase. Then, indium (light blue) and oxygen (blue) can be seen in the middle part, indicating that an indium oxide compound (IOH compound) exists as an interconnection layer between the bottom cell and the top cell. Then, a layer of Si (red) can be seen at the bottom of the "Si-tandem" sample, indicating the existence of a Si wafer. It can be clearly seen and quantified from Fig. 5 that the top high bandgap CIS phase had been formed on top of the bottom low bandgap Si layer, with IOH as the interconnection layer in between.

[0079] In order to further provide additional evidence that the high bandgap CIS phase had been formed on top of the Si wafer, photoluminescence (PL) measurement was performed. Fig. 6 provides PL measurement results of the Si reference sample and the "Si-tandem" stack. The PL measurement of the Si reference sample (black curve in Fig. 6) shows that there is a peak around 1.1 eV, which corresponds to the bandgap of Si. The PL measurement of the "Si-tandem" stack (green curve) shows that there is a clear peak at a bandgap of about 1.5 eV, and this peak only exists in the "Si-tandem" stack (green curve) but not in the Si reference sample (black curve) . This 1.5eV peak corresponds to the bandgap of the CIS semiconductor phase.

[0080] From the aforementioned Raman, SEM, EDX and PL measurements, it can be clearly concluded that the high bandgap CIS semiconductor phase had been formed on top of the bottom low bandgap Si wafer, with the Si semiconductor phase not damaged.

[0081] 2. For the "CIGS-tandem" structure:

[0082] Through reflection measurement, the optical bandgap of an absorber formed by flash lamp annealing technology can be deduced. The optical bandgap is calculated by absorption according to a reflection measurement result. The absorptance is calculated directly according to a reflection measurement result, because there is an adhesive layer which contains a back Mo metal layer, which is expected to serve as a light reflector on the back absorber surface, so transmittance is not assumed. Fig. 7 shows reflectivity values of the "CIGS-tandem" stack. The optical bandgap slope of the "CIGS-tandem" stack approximates 1.5 eV (a wavelength range is between 800 nm and 900 nm) , indicating the formation of a top high bandgap CIS phase (the red arrow in Fig. 7, i.e. the arrow below) . Another slope with a wavelength higher than 1000 nm can be seen in Fig. 7, which may be attributed to a bottom low bandgap CIGS phase (the black arrow in Fig. 7, i.e. the arrow above) .

[0083] In addition to reflection measurement, Raman measurement was also performed on the "CIGS-tandem" stack formed by flash lamp annealing, in order to further prove that a high bandgap CIS phase had been formed on the surface of the "CIGS-tandem" stack. Raman measurement showed that the high bandgap CIS phase had been formed, with a peak at 290 cm-1, as shown in Fig. 8.

[0084] In addition, another evidence that the high bandgap CIS phase had been formed in the "CIGS-tandem" stack can be observed from X-ray diffraction (XRD) measurement. As shown in Fig. 9, XRD measurement was performed on the "CIGS-tandem" stack formed by flash lamp annealing. XRD measurement showed that a CuInS2 chalcopyrite semiconductor phase had been formed. In addition, XRD measurement revealed the existence of the adhesive layer indicated in a Mo signal.

[0085] According to the aforementioned reflection, Raman and XRD measurements, it can be concluded that the high bandgap CIS phase had been formed on top of the bottom CIGS cell stack.

[0086] The present invention is not limited to the aforementioned specific embodiments, and various changes which are made by those of ordinary skill in the art from the above idea without creative labor shall fall within the protection scope of the present invention.

[0087] The aforementioned Raman, reflection, XRD, PL and SEM measurement techniques will be briefly described below.

[0088] a. XRD: X-ray diffraction measurement was performed in aθ-2θBragg-Brentano geometric structure by using a diffractometer with Cu-Kα radiation at a scanning angle between 10°and 60°and a step / time of 0.02° / 0.5s under static conditions. X-ray voltage / current=40 kV / 40 mA.

[0089] b. Raman: An HeNe laser with a wavelength of 633 nm was used as an excitation source. The same acquisition parameters were used for all measurements, i.e., neutral filter, grating, slit width, objective and monochromator. For each absorber layer, 9 different points were measured at a relative distance of about 50μm, two acquisitions for each point.

[0090] c. Photoluminescence (PL) : PL measurement was performed at room temperature by using a CW diode laser with an emission wavelength of 660 nm. The power of the laser had been adjusted, so that the exciting photon flux density matched the solar flux density of the absorber layer with a bandgap EG=1.0 eV. Spectral correction had been applied to all measured spectra, so as to correct the quantum efficiency of the detection system.

[0091] d. Reflection: Reflection measurement was performed by using a spectrophotometer Lambda950 from PerkinElmer. The pectrophotometer is equipped with a 150 mm integrating sphere and a calibrated reflecting surface, with two reflecting ports for measuring the samples. Reference data were acquired within a wavelength range of interest, and a beam was completely turned on and then completely shielded, so as to map reflected signals of 100%and 0%reflected light at each wavelength. Then, the corresponding thin films were analyzed by employing a beam splitting technique, which allowed the comparison between a reference 100%beam hitting a 100%reflecting surface and the actual beams reflected from the analyzed samples. This helps to compensate for any real-time optical instability caused by the background noise of the light source or detector. Then, for the sample with the opaque metal back reflector, the absorptance was calculated as (100%-reflection) , where it was assumed that the transmittance was ignored, or the absorptance was calculated as (100%-reflection-transmission) in the absence of such a back reflector layer.

[0092] e. Cross-sectional scanning electron microscopy (SEM) : Cross-sectional SEM measurement was performed by using SEMHitachi (field emission gun) at 7 kV and different magnifications.

Claims

1.A method for fabricating chalcopyrite thin-film tandem solar cells based on flash lamp annealing technology, comprising:using a low bandgap absorber in a bottom cell;depositing an intermediate layer on top of the bottom cell; anddepositing a top high bandgap layer on the intermediate layer, where a fabrication process for the top high bandgap layer comprises:depositing a metal layer on top of the intermediate layer;depositing a metal chalcogenide layer on top of the metal layer; forming a stacked layer structure comprising the low bandgap cell, the intermediate layer, the metal layer, and the metal chalcogenide layer; andannealing, by rapid annealing technology, the whole stacked layer structure to form a high bandgap thin film absorber layer, forming a two-terminal tandem structure cell in which the low bandgap cell and the top high bandgap cell are interconnected through the intermediate layer.2.The method for fabricating chalcopyrite thin-film tandem solar cells according to claim 1, wherein the low bandgap absorber is a Si or a CIGS absorber or thin film, chalcogenides, chalcopyrites, kesterites, perovskites, III-V, organic, novel materials, doped absorbers .3.The method for fabricating chalcopyrite thin-film tandem solar cells according to claim 1, wherein the top high bandgap material . includes but not limited to chalcogenides, chalcopyrites, kesterites, CdTe, thin film, III-V, organic, novel materials, doped absorbers.4.The method for fabricating chalcopyrite thin-film tandem solar cells according to claim 1, wherein indium hydroxide (IOH) is used as an intermediate layer to deposit on the top of the bottom cell.5.The method for fabricating chalcopyrite thin-film tandem solar cells according to claim 1, wherein the metal layer is made of copper.6.The method for fabricating chalcopyrite thin-film tandem solar cells according to claim 1, wherein the metal chalcogenide layer is made of In2S3.7.The method for fabricating chalcopyrite thin-film tandem solar cells according to claim 1, wherein the thickness of the intermediate layer is 700 nm, the thickness of the metal layer is 500 nm, and the thickness of the metal chalcogenide is 2200 nm.8.The method for fabricating chalcopyrite thin-film tandem solar cells according to claim 1, wherein an annealing duration is less than 1 second, a voltage is higher than 1 kV, and an energy density is higher than 10 J / cm2.9.The method for fabricating chalcopyrite thin-film tandem solar cells according to claim 8, wherein the annealing duration is 20 milliseconds, the voltage is 3 kV, and the energy density is 50-60 J / cm2.10.The method for fabricating chalcopyrite thin-film tandem solar cells according to claim 9, wherein the rapid annealing adopts a flash lamp or a vertical-cavity surface emitting laser .11.The method for fabricating chalcopyrite thin-film tandem solar cells according to claim 8-10, wherein the annealing technology can be applied on both bottom and top absorber formation processes in tandem structures.

Images