使半導(dǎo)體窗口層退火的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供制造半導(dǎo)體組件的方法。該制造方法包括：熱處理第一半導(dǎo)體組件，其包括設(shè)置在第一支承上的第一半導(dǎo)體層；和熱處理第二半導(dǎo)體組件，其包括設(shè)置在第二支承上的第二半導(dǎo)體層。第一和第二半導(dǎo)體組件同時(shí)被熱處理，并且布置第一和第二半導(dǎo)體組件使得第一半導(dǎo)體層在熱處理期間面向第二半導(dǎo)體層。
【專利說(shuō)明】使半導(dǎo)體窗口層退火的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明大體上涉及用于使半導(dǎo)體層退火的方法，并且更特定地涉及用于為了光伏 (PV)器件的制造而使半導(dǎo)體層退火的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] PV (或太陽(yáng)）電池用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能。薄膜PV器件可包括設(shè)置在透明支承 上的許多半導(dǎo)體層，其中一個(gè)半導(dǎo)體層充當(dāng)窗口層，并且第二半導(dǎo)體層充當(dāng)吸收層。太陽(yáng)輻 射經(jīng)過(guò)窗口層到吸收層，其中光能轉(zhuǎn)換成可用的電能。常常采用附加層來(lái)提高PV器件的轉(zhuǎn) 換效率。
[0003] 有多種PV電池的候選材料系統(tǒng)，其中的每個(gè)具有某些優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。碲化鎘/硫化 鎘（CdTe/CdS)基于異質(zhì)結(jié)的光伏電池是薄膜太陽(yáng)電池的一個(gè)這樣的示例。
[0004] 薄膜太陽(yáng)電池制造典型地需要明顯數(shù)量的處理步驟以在襯底上形成多個(gè)層。因?yàn)?大量處理步驟、層和界面，薄膜太陽(yáng)電池制造起來(lái)可能昂貴且耗時(shí)。研究人員正不斷努力提 高效率并且降低薄膜PV電池的生產(chǎn)成本。
[0005] 典型的多晶薄膜PV電池具有非常薄（典型地小于0. 12微米）的層，稱作"窗口" 層。該窗口層的作用是結(jié)合吸收層形成異質(zhì)結(jié)。窗口層可取地足夠薄并且具有足夠?qū)挼膸?隙（2. 4eV或以上）以將大部分可用光傳送通過(guò)吸收層。對(duì)于銅銦鎵硒（CIGS)和CdTe型太 陽(yáng)電池，對(duì)于窗口層的最常見(jiàn)材料是硫化鎘（CdS)，其是直接帶隙半導(dǎo)體。各種方法可用于 沉積CdS薄膜，例如化學(xué)浴沉積、溶膠-凝膠、電化學(xué)沉積、熱蒸發(fā)、濺射和噴涂。
[0006] CIGS和CdTe光伏器件可以由于在窗口層處失去光子和/或p-n結(jié)處的差的電荷 收集而經(jīng)受降低的性能。從而，通過(guò)提高窗口層的質(zhì)量來(lái)增加窗口層的光傳送和/或提高 結(jié)性能，這將是可取的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的一個(gè)方面在于制造半導(dǎo)體組件的方法。該制造方法包括：熱處理第一半 導(dǎo)體組件，其包括設(shè)置在第一支承上的第一半導(dǎo)體層；和熱處理第二半導(dǎo)體組件，其包括設(shè) 置在第二支承上的第二半導(dǎo)體層。該第一和第二半導(dǎo)體組件同時(shí)被熱處理，并且布置第一 和第二半導(dǎo)體組件使得第一半導(dǎo)體層在熱處理期間面向第二半導(dǎo)體層。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008] 當(dāng)下列詳細(xì)說(shuō)明參考附圖（其中類似的符號(hào)在整個(gè)附圖中代表類似的部件）閱讀 時(shí)，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)勢(shì)將變得更好理解，其中： 圖1采用橫截面視圖示意地描繪根據(jù)本發(fā)明的方面的熱處理的相鄰面對(duì)面布置中的 第一和第二半導(dǎo)體組件； 圖2采用橫截面視圖示意地描繪根據(jù)本發(fā)明的方面的熱處理的相鄰面對(duì)面布置中的 第一第二半導(dǎo)體組件(其使用間隔件分離一定間隙）； 圖3采用橫截面視圖示意地描繪具有設(shè)置在半導(dǎo)體層與支承之間的氧化鎘錫層的半 導(dǎo)體組件； 圖4采用橫截面視圖示意地描繪具有設(shè)置在圖3的氧化鎘錫層與半導(dǎo)體層之間的傳導(dǎo) 層的半導(dǎo)體組件； 圖5采用橫截面視圖示意地描繪具有設(shè)置在圖4的傳導(dǎo)層與半導(dǎo)體層之間的阻性、透 明緩沖層的半導(dǎo)體組件； 圖6采用橫截面視圖示意地描繪具有設(shè)置在圖4-6的氧化鎘錫層與半導(dǎo)體層之間的緩 沖層的半導(dǎo)體組件； 圖7采用橫截面視圖示意地描繪根據(jù)本發(fā)明的方面在熱處理的相鄰面對(duì)面布置中具 有圖6中示出的配置的第一和第二半導(dǎo)體組件； 圖8采用橫截面視圖示意地描繪具有圖6中示出的窗口層配置的示例光伏器件； 圖9是作為三個(gè)退火樣本和未退火的一個(gè)樣本的入射角的函數(shù)的掠入射X射線衍射強(qiáng) 度的曲線圖； 圖10是作為面對(duì)面退火和未退火充氧CdS樣本的波長(zhǎng)的函數(shù)的外量子效率的曲線 圖； 圖11是使用經(jīng)歷面對(duì)面退火或未被退火的CdS的電池效率的盒形圖； 圖12是使用經(jīng)歷面對(duì)面退火或未被退火的CdS的開(kāi)路電壓V%的盒形圖； 圖13是使用經(jīng)歷面對(duì)面退火或未被退火的CdS的短路電流Js。的盒形圖； 圖14是使用經(jīng)歷面對(duì)面退火或未被退火的CdS的填充因子FF的盒形圖。

【具體實(shí)施方式】
[0009] 術(shù)語(yǔ)"第一"、"第二"及類似物在本文不指示任何順序、數(shù)量或重要性，而是用于使 要素互相區(qū)別開(kāi)。術(shù)語(yǔ)"一"在本文不表示數(shù)量限制，而是只是存在引用項(xiàng)目中的至少一個(gè)。 連同數(shù)量使用的修飾語(yǔ)"大約"包括陳述的值的并且具有由上下文指定的含義(例如，包括 與特定數(shù)量的測(cè)量關(guān)聯(lián)的誤差度)。另外，術(shù)語(yǔ)"組合"包括摻雜物、混合物、合金、反應(yīng)產(chǎn)物 及類似物。
[0010] 此外，后綴"（S)"意在包括其所修飾的單數(shù)個(gè)和復(fù)數(shù)個(gè)項(xiàng)兩者，由此包括該項(xiàng)的中 的一個(gè)或多個(gè)。整個(gè)說(shuō)明書(shū)中對(duì)"一個(gè)實(shí)施例"或"另一個(gè)實(shí)施例"、"實(shí)施例"等的引用意 指連同該實(shí)施例描述的特別要素(例如，特征、結(jié)構(gòu)和/或特性)包括在本文描述的至少一個(gè) 實(shí)施例中，并且可或不可存在于其他實(shí)施例中。相似地，對(duì)"特定配置"的引用意指結(jié)合該 配置描述的特定要素(例如，特征、結(jié)構(gòu)和/或特性）包括在本文描述的至少一個(gè)配置中，并 且可或不可存在于其他配置中。另外，要理解描述的發(fā)明性特征可采用任何適合的方式在 各種實(shí)施例和配置中組合。
[0011] 另外，如在本文在整個(gè)說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中使用的近似語(yǔ)言可應(yīng)用于修飾任何定 量表示，其可以獲準(zhǔn)地改變而不引起它與之有關(guān)的基本功能中的變化。因此，由例如"大約" 等術(shù)語(yǔ)修飾的值不限于規(guī)定的精確值。在一些實(shí)例中，該近似語(yǔ)言可對(duì)應(yīng)于用于測(cè)量該值 的儀器的精確度。
[0012] 此外，如本文使用的術(shù)語(yǔ)"透明區(qū)"、"透明層"和"透明電極"指具有在從大約300nm 至大約850nm的范圍中的波長(zhǎng)的入射電磁輻射至少80%的平均透射的區(qū)、層或物品。如本 文使用的，術(shù)語(yǔ)"設(shè)置在…上"指層直接互相接觸設(shè)置或通過(guò)在其之間具有插入層而間接設(shè) 置。
[0013] 參考圖1-8描述制造許多半導(dǎo)體組件100、200的方法。該制造方法包括：熱處理 第一半導(dǎo)體組件1〇〇,其包括設(shè)置在第一支承120上的第一半導(dǎo)體層110 ;和熱處理第二半 導(dǎo)體組件200,其包括設(shè)置在第二支承220上的第二半導(dǎo)體層210。如指示的，例如在圖1和 2中，第一和第二半導(dǎo)體組件100、200同時(shí)被熱處理，并且布置第一和第二半導(dǎo)體組件100、 200使得第一半導(dǎo)體層110在熱處理期間面向第二半導(dǎo)體層210。如本文使用的，術(shù)語(yǔ)"面 向"應(yīng)理解為包括鄰近彼此(彼此直接接觸地）設(shè)置或備選地彼此分離(例如利用設(shè)置在兩 個(gè)層之間的間隔件而分離）的層。
[0014] 對(duì)于特定配置，第一和第二半導(dǎo)體層110、210包括從由硫化鎘（CdS)、硫化 銦（III) (In2S3)、硫化鋅（ZnS)、碲化鋅（ZnTe)、硒化鋅（ZnSe)、硒化鎘（CdSe)、硒化鎘 錳（Cd xMni_xSe )、充氧硫化鎘（CdS: 0 )、氧化亞銅（Cu20 )、非晶或微晶硅和Zn (0, H)、CdO、 Cd(0, Η)以及其組合選擇的材料。這些材料還應(yīng)理解為包括其合金。對(duì)于特定配置，第一和 第二半導(dǎo)體層110、210可包括金屬硒化物或金屬硫化物。對(duì)于更特定的配置，第一和第二 半導(dǎo)體層110、210可包括硫化鎘（CdS)或充氧硫化鎘（CdS:0)。對(duì)于特定工藝，第一和第二 半導(dǎo)體層110、210可包括充氧硫化鎘（CdS:0)，其中氧含量在大約兩個(gè)原子百分比（2%)至 大約二十五個(gè)原子百分比（25%)的范圍內(nèi)。值得注意的是上文提到的半導(dǎo)體材料可單獨(dú)或 結(jié)合使用。此外，這些材料可在超過(guò)一個(gè)層中存在，每個(gè)層具有不同類型的材料或具有獨(dú)立 層中材料的組合。
[0015] 對(duì)于特定布置，熱處理的半導(dǎo)體層110、210層充當(dāng)對(duì)于光伏器件的結(jié)形成層。對(duì) 于特定配置，半導(dǎo)體層110、210可包括CdS并且具有在大約50-100nm范圍內(nèi)的厚度。對(duì)于 某些配置，硫化鎘中鎘的原子百分比可在大約45-55的原子百分比的范圍內(nèi)，并且更特定 地，在大約48-52原子百分比的范圍內(nèi)。
[0016] 制造方法可進(jìn)一步可選地包括將第一半導(dǎo)體層110設(shè)置在第一支承120上并且將 第二半導(dǎo)體層210設(shè)置在第二支承220上的步驟，其中第一和第二半導(dǎo)體層110、210在進(jìn) 行熱處理之前設(shè)置。如上文指出的，術(shù)語(yǔ)"設(shè)置在…上"指彼此直接接觸或通過(guò)在其之間具 有介入層而間接接觸地設(shè)置的層。對(duì)于特定工藝，第一和第二半導(dǎo)體層110、210可使用低 襯底溫度沉積技術(shù)來(lái)設(shè)置。如本文使用的，"襯底"應(yīng)理解為意指支承120、220。半導(dǎo)體層 可例如在室溫沉積。示例低溫沉積技術(shù)無(wú)限制地包括濺射、蒸發(fā)、原子層沉積（ALD)、化學(xué)浴 沉積（CBD)和電化學(xué)沉積（E⑶）。對(duì)于其他工藝，層可使用例如化學(xué)氣相沉積（CVD)或近空 間升華（CSS)等技術(shù)以相關(guān)較高的溫度沉積。在一些實(shí)施例中，濺射還可與高溫襯底一起 使用。
[0017] 支承120、220在這樣的波長(zhǎng)范圍內(nèi)可被透射，對(duì)其期望通過(guò)相應(yīng)支承120、220的 傳送。對(duì)于特定配置，支承120、220對(duì)于具有在大約400-1000nm范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的可見(jiàn)光可 被透射。可選擇對(duì)于支承120、220的材料使得支承120、220的熱膨脹系數(shù)接近相鄰層(例 如，圖3中的透明傳導(dǎo)層130、230)的熱膨脹系數(shù)來(lái)防止熱處理期間相鄰層的開(kāi)裂或卷曲。 對(duì)于某些配置，支承120、220可包括能夠經(jīng)受大于大約600的熱處理溫度的材料，例如硅或 硼硅酸鹽玻璃。
[0018] 對(duì)于在圖1中示出的示例配置，布置第一和第二半導(dǎo)體組件100、200使得第一和 第二半導(dǎo)體層110、210在熱處理期間相鄰。例如，第一和第二半導(dǎo)體組件100、200可夾鉗在 一起或上層組件（圖1中的200)可承重以在熱處理期間使兩個(gè)傳導(dǎo)層110、210維持接觸。 對(duì)于這些"相鄰"配置，制造方法可進(jìn)一步包括在組裝兩個(gè)組件100、200用于熱處理之前凈 化第一和第二半導(dǎo)體層110、210的相對(duì)表面。例如，凈化可包括在使兩個(gè)半導(dǎo)體層接觸之 前使高純度惰性氣體跨第一和第二半導(dǎo)體層110、210的相對(duì)表面流動(dòng)。不受任何理論的束 縛，認(rèn)為第一和第二半導(dǎo)體層110、210的凈化可去除半導(dǎo)體層的相對(duì)表面上吸附的殘留氧 或水分。
[0019] 對(duì)于在圖2中示出的示例配置，布置第一和第二半導(dǎo)體組件100、200使得第一和 第二半導(dǎo)體層110、210在熱處理期間彼此間隔開(kāi)。對(duì)于特定配置，第一和第二半導(dǎo)體層 110、210包括材料(例如，CdS:0)，并且在材料、材料的組分或其組合的氣相的過(guò)壓的條件下 進(jìn)行熱處理。還應(yīng)注意，對(duì)于某些實(shí)施例，僅一個(gè)組件可在材料、材料的組分或其組合的氣 相的過(guò)壓的條件下來(lái)熱處理。未明確示出該直接退火配置。即，組件可在材料的氣相的過(guò) 壓的條件下直接（即，未采用面對(duì)面布置)熱處理。對(duì)于某些工藝，第一與第二半導(dǎo)體層110、 210之間的間隔可隨位置而改變。例如，對(duì)于某些制造工藝，組件可具有相對(duì)大的面積(例 如，約lm 2)但是相對(duì)薄的(約1_)，因此第一與第二半導(dǎo)體層110、210之間的任何間隙將可 能改變?nèi)狈Φ奶囟üこ袒夹g(shù)方案來(lái)維持跨半導(dǎo)體層110、210的整個(gè)區(qū)域的一致間隙。
[0020] 更特定地，第一和第二半導(dǎo)體層110、210可在熱處理期間彼此間隔開(kāi)大約6_的 最大距離。對(duì)于特定配置，在熱處理期間第一和第二半導(dǎo)體層110、210可彼此間隔開(kāi)小于 或等于大約2mm，并且更特定地小于或等于1. 2mm，并且再更特定地，小于或等于0. 7mm。對(duì) 于在圖2中示出的示例配置，制造方法進(jìn)一步包括在第一與第二半導(dǎo)體層110、210之間設(shè) 置至少一個(gè)間隔件10,使得第一和第二半導(dǎo)體層110、210在熱處理期間彼此間隔開(kāi)。一般 而言，具有需要的能夠經(jīng)受熱處理?xiàng)l件(如稍后描述的）的結(jié)構(gòu)特性的任何適合的間隔件可 用于使第一組件100與第二組件200分離并且用于維持這兩個(gè)組件之間期望的間隙。然而， 對(duì)于特定配置，間隔件10包括設(shè)置在第一半導(dǎo)體層110的至少一部分上、第二半導(dǎo)體層210 的至少一部分上或第一和第二半導(dǎo)體層110、210兩者的至少一部分上的顆粒材料。
[0021] 對(duì)于特定工藝，顆粒材料可通過(guò)機(jī)械攤鋪、振動(dòng)機(jī)械攤鋪、靜電噴涂、氣相傳輸沉 積或其組合而設(shè)置。顆粒材料可具有多種形狀和橫截面幾何形狀，例如球、桿、管、片、纖維、 板、線、立方體、塊體或須體。對(duì)于顆粒材料的示例橫截面幾何形狀包括圓形、橢圓形、三角 形、矩形和多邊形中的一個(gè)或多個(gè)。對(duì)于特定配置，顆粒材料可包括球形或非球形粒子并且 在形狀上可是規(guī)則或不規(guī)則的。
[0022] -般，顆粒材料可部分根據(jù)顆粒材料化學(xué)性質(zhì)、沉積條件和兩個(gè)組件之間期望的 間隙中的一個(gè)或多個(gè)而具有適合的厚度和形狀。對(duì)于特定配置，顆粒材料可具有在從大約 0. 10毫米至大約6毫米的范圍內(nèi)的平均厚度。如本文使用的術(shù)語(yǔ)"厚度"指第一半導(dǎo)體層 110與第二半導(dǎo)體層210之間的間隔件的尺寸，并且可根據(jù)對(duì)于間隔件的特定幾何形狀而 指間隔件的直徑或間隔件的高度。
[0023] 對(duì)于特定配置，第一和第二半導(dǎo)體層110、210可包括金屬元素組分，并且顆粒材 料包括相同的金屬元素組分。例如，金屬元素組分可包括鎘。更特定地，顆粒材料可進(jìn)一步 包括還原劑。如本文使用的術(shù)語(yǔ)"還原劑"指能夠通過(guò)消耗氧或增加氫而帶來(lái)還原的材料， 在其他材料中通過(guò)化學(xué)反應(yīng)中的自身氧化。對(duì)于特定配置，還原劑可包括硫。例如，第一和 第二半導(dǎo)體層110、210可包括CdS，并且對(duì)于間隔件10的顆粒材料還可包括CdS。對(duì)于特 定工藝，顆粒材料可包括硫化鎘粉末。
[0024] 對(duì)于特定配置，顆粒材料可在第一半導(dǎo)體層110上、第二半導(dǎo)體層上或兩者上形 成大致上不連續(xù)的硫化鎘層。即，顆粒材料將不與半導(dǎo)體層110U20同延。不受任何理論的 束縛，顆粒材料可有利地提供粗糙表面并且從而有助于防止第一組件100和第二組件200 彼此粘住并且提供熱處理后兩個(gè)組件的容易分離，特別在真空熱處理時(shí)的情況下。
[0025] 如上文指出的，第一和第二半導(dǎo)體組件100、200采用面對(duì)面布置同時(shí)被熱處理。 對(duì)于特定工藝，組件100、200通過(guò)在真空條件下在室溫并且持續(xù)足以實(shí)現(xiàn)對(duì)于熱處理半導(dǎo) 體層的期望電和光性質(zhì)的持續(xù)時(shí)間加熱組件100、200而同時(shí)被熱處理。半導(dǎo)體層110、210 中的一個(gè)或兩個(gè)的構(gòu)成、厚度、形態(tài)、電性質(zhì)和光性質(zhì)可通過(guò)改變處理溫度、熱處理持續(xù)時(shí) 間和在熱處理期間采用的真空條件中的一個(gè)或多個(gè)而有利地控制。
[0026] 對(duì)于特定工藝，熱處理包括在大約500°C至大約700°C的范圍內(nèi)（更特定地，在大 約550°C至大約660°C的范圍內(nèi)）的溫度加熱第一和第二半導(dǎo)體層110、210。在一個(gè)非限制 性示例中，在大約630°C的溫度持續(xù)大約15分鐘地加熱設(shè)置在硼硅酸鹽玻璃上的CdS層。 如本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，退火溫度的上限可部分取決于用于支承120、220的玻璃 的類型。
[0027] 對(duì)于特定工藝，熱處理包括持續(xù)大約1-60分鐘并且更特定地持續(xù)大約10-40分鐘 地加熱第一和第二半導(dǎo)體層110、210。熱處理(退火)的持續(xù)時(shí)間指半導(dǎo)體層110、210在退 火爐中經(jīng)受退火溫度所持續(xù)的時(shí)間。對(duì)于退火的持續(xù)時(shí)間不包括半導(dǎo)體層110、210爬升到 退火溫度所在的初始爬升期。
[0028] 熱處理工藝可通過(guò)改變?cè)跓崽幚砥陂g采用的壓力條件而進(jìn)一步控制。對(duì)于某些工 藝，熱退火可在真空條件(在下文限定為大氣壓以下的壓力條件)下實(shí)施。對(duì)于某些工藝，熱 處理可在存在惰性氣體(例如氬氣或氮?dú)猓┑那闆r下以恒定的壓力實(shí)施。對(duì)于某些工藝，熱 處理可通過(guò)抽吸氣體并且使其流動(dòng)而在動(dòng)態(tài)壓力下實(shí)施。不受任何特定理論的束縛，對(duì)于 某些工藝，更高的壓力對(duì)于防止來(lái)自襯底的材料升華可是可取的。在其他工藝中，更低的壓 力對(duì)于更好地去除雜質(zhì)氣體可是可取的。如本文使用的"壓力條件"指在退火工藝期間樣 本的實(shí)際壓力(靜態(tài)或動(dòng)態(tài))。
[0029] 如上文指出的，組件100、200的同時(shí)熱處理使半導(dǎo)體層110、210退火。從而，本發(fā) 明的方法的某些實(shí)施例通過(guò)使用一個(gè)熱處理步驟使兩個(gè)半導(dǎo)體層退火而有利地提供更高 的吞吐量和減少的制造成本?；旧希ㄟ^(guò)采用面對(duì)面布置熱處理CdS層110、210,可以在 兩個(gè)CdS膜110、210的表面附近維持CdS的蒸氣壓力，并且從而CdS升華可以減少。從而， 上文的面對(duì)面熱處理促進(jìn)以更高的溫度處理CdS膜110、210?？扇〉?，相對(duì)高溫的退火可 更好地使CdS膜110、210再結(jié)晶、修改它們的晶粒結(jié)構(gòu)并且提高窗口層的光傳送。另外并 且不受任何特定理論的束縛，認(rèn)為所得的CdS膜110、210的更高的結(jié)晶度(如在下文參考圖 9論述)對(duì)于隨后沉積的CdTe吸收層生長(zhǎng)提供更好的成核點(diǎn)。因此，具有更高短路電流、更 高開(kāi)路電壓和更高填充因子的更高效率的PV電池可憑借CdS窗口層110、210的熱處理而 獲得，如在下文參考圖10-14論述的。
[0030] 現(xiàn)在參考圖3-7,制造方法可進(jìn)一步可選地包括在設(shè)置第一半導(dǎo)體層110之前將 至少一個(gè)中間層130、140、150、160設(shè)置在第一支承120上，使得該中間層130、140、150、160 設(shè)置在第一支承120與第一半導(dǎo)體層110之間。相似地，制造方法可進(jìn)一步可選地包括在 設(shè)置第二半導(dǎo)體層210之前將至少一個(gè)中間層230、240、250、260設(shè)置在第二支承220上， 使得該至少一個(gè)中間層230、240、250、260設(shè)置在第二支承220與第二半導(dǎo)體層210之間。 對(duì)于特定配置，制造方法可選地包括在分別設(shè)置第一和第二半導(dǎo)體層之前將中間層設(shè)置在 第一和第二支承上。
[0031] 對(duì)于在圖3中示出的示例配置，透明傳導(dǎo)層130、230設(shè)置在相應(yīng)的半導(dǎo)體層與支 承之間。例如，透明傳導(dǎo)層130、230可包括透明傳導(dǎo)材料，例如氧化鎘錫（CT0)、氧化銦錫 (ΙΤ0)或氟化氧化錫（FT0)等透明傳導(dǎo)氧化物。應(yīng)注意初始沉積的透明傳導(dǎo)層130、230根 據(jù)使用的特定材料在熱處理之前可是不透明且非傳導(dǎo)的。例如，CT0需要退火。初始沉積的 氧化鎘錫層典型地是非傳導(dǎo)、半透明和非晶的。在從熱處理結(jié)晶后，CT0變得導(dǎo)電，并且在光 學(xué)上更加透明。盡管FT0-般不需要退火，F(xiàn)T0可以承受退火。根據(jù)之前的處理，ΙΤ0可從 退火獲益。此外，透明傳導(dǎo)層130、230可直接設(shè)置在相應(yīng)的支承上(如在圖3中指示的)，或 一個(gè)或多個(gè)介入層可設(shè)置在透明傳導(dǎo)層130、230與相應(yīng)的支承之間，如在下文參考圖6-8 論述的。
[0032] 對(duì)于特定配置，透明傳導(dǎo)層130、230包括CT0。如本文使用的，術(shù)語(yǔ)"氧化鎘錫"指 鎘、錫和氧的構(gòu)成。對(duì)于某些配置，氧化鎘錫可包括鎘和錫的化學(xué)計(jì)量構(gòu)成，其中例如鎘與 錫的原子比是大約2:1。對(duì)于其他配置，氧化鎘錫可包括鎘和錫的非化學(xué)計(jì)量構(gòu)成，其中例 如鎘與錫的原子比在小于大約2:1或大于大約2:1的范圍內(nèi)。如本文使用的，術(shù)語(yǔ)"氧化鎘 錫"和"CT0"可能互換地使用。氧化鎘錫可進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)摻雜劑，例如銅、鋅、鈣、 釔、鋯、鉿、釩、錫、釕、鎂、銦、鋅、鈀、銠、鈦或其組合。如本文使用的"大致上非晶氧化鎘錫" 指不具有如由X射線衍射（XRD)觀察的截然不同的結(jié)晶模式的氧化鎘錫層。CT0層130、230 將典型地作為大致上非晶CT0層沉積，如下文論述的。
[0033] 氧化鎘錫可起到透明傳導(dǎo)氧化物（TC0)的作用。氧化鎘錫作為TC0的使用具有許 多優(yōu)勢(shì)，其在與氧化錫、氧化銦、氧化銦錫和其他透明傳導(dǎo)氧化物比較時(shí)包括較好的電、光、 表面和機(jī)械性質(zhì)以及在提升的溫度的增加的穩(wěn)定性。氧化鎘錫的電性質(zhì)可部分取決于氧 化鎘錫的構(gòu)成，其在一些實(shí)施例中由鎘和錫的原子濃度表征，或備選地在一些其他實(shí)施例 中由氧化鎘錫中鎘與鋅的原子比表征。如本文使用的，鎘與錫的原子比指氧化鎘錫中鎘與 錫的原子濃度的比。鎘和錫的原子濃度和對(duì)應(yīng)的原子比通常使用例如X射線光電子光譜 (XPS)測(cè)量。對(duì)于特定配置，CT0層130、230中鎘與錫的原子比在從大約1. 2:1至大約3:1 的范圍內(nèi)，并且更特定地，在從大約1. 5:1至大約2. 5:1的范圍內(nèi)，并且再更特定地，在從大 約1. 7:1至大約2. 15:1的范圍內(nèi)。對(duì)于特定配置，CT0層130、230中鎘與錫的原子比在大 約1. 4:1至大約2:1的范圍內(nèi)。
[0034] 對(duì)于特定配置，CT0層130、230中鎘的原子濃度可在CT0的總原子含量的大約 20-40%的范圍內(nèi)，并且更特定地，在CT0的總原子含量的大約25-35%的范圍內(nèi)，并且再更特 定地，CT0的總原子含量的大約28-32%。對(duì)于特定配置，CT0層130、230中錫的原子濃度可 在CT0的總原子含量的大約10-30%的范圍內(nèi)，并且更特定地，在CT0的總原子含量的大約 15-28%的范圍內(nèi)，并且再更特定地，在CT0的總原子含量的大約18-24%的范圍內(nèi)。對(duì)于特 定配置，CT0層130、230中氧的原子濃度可在CT0的總原子濃度的大約30-70%的范圍內(nèi)， 并且更特定地，在CT0的總原子含量的大約40-60%的范圍內(nèi)，并且再更特定地，在CT0的總 原子含量的大約44-50%的范圍內(nèi)。
[0035] CT0層130、230可通過(guò)任何適合的技術(shù)設(shè)置在相應(yīng)的支承120、220上，例如濺射 (例如，射頻（RF )濺射、直流（DC )濺射或在氧存在下的反應(yīng)濺射)、化學(xué)氣相沉積、旋涂、噴涂 或浸涂。
[0036] 透明傳導(dǎo)層130、230的厚度可通過(guò)改變沉積工藝參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)而控制。例 如，透明傳導(dǎo)氧化物層130、230的厚度可設(shè)計(jì)成在大約50-600nm的范圍內(nèi)，并且更特定地， 在大約100_500nm的范圍內(nèi)，并且再更特定地，在大約150-400nm的范圍內(nèi)。
[0037] 對(duì)于在半導(dǎo)體層110、210的沉積和隨后的熱處理之前使層130、230退火所在的工 藝，組件100、200可進(jìn)一步可選地包括減少或"吸收劑"（"getter")層140、240,如例如在 圖4、7和8中指示的。更特定地，在沉積半導(dǎo)體層110、210之前，可采用吸收劑層140、240 以在退火期間保護(hù)CT0層130、230。對(duì)于特定工藝，吸收劑層140、240可在使相應(yīng)的CT0層 130、230退火之前設(shè)置在相應(yīng)的CT0層130、230上，使得相應(yīng)的吸收劑層140、240在退火期 間氧化，從而變成光學(xué)上透明的金屬氧化物層140、240。吸收劑層140、240的示例材料無(wú) 限制地包括錫、錯(cuò)、鎳、鉭、鈦、銦、fL、锫、鋅、氧化銦、氧化錫和氧化鈦以及其組合或合金。從 而，在退火后，錫層140、240將包括例如氧化錫層（也由標(biāo)號(hào)140、240指示)。其他材料將相 似地被氧化，從而使得它們?cè)诠鈱W(xué)上是透明的。對(duì)于特定配置，吸收劑層包括錫。對(duì)于特定 配置，吸收劑層140、240在厚度上小于大約30nm，并且更特定地，具有在大約3-30nm范圍內(nèi) 的厚度，并且再更特定地，具有在大約7-15nm范圍內(nèi)的厚度。在一個(gè)非限制性示例中，十納 米（10nm)厚的錫層140、240可設(shè)置在CT0層130、230上。然而，為吸收劑層140、240選擇 的特定厚度將根據(jù)相應(yīng)CT0層130、230的厚度而改變。有益地，吸收劑層140、240因?yàn)樗?防止氧滲透進(jìn)入相應(yīng)的CT0層130、230內(nèi)而充當(dāng)"吸收劑"層。然而，對(duì)于許多工藝配置， 將不采用吸收劑層。
[0038] 對(duì)于在圖5-8中示出的配置，組件100、200進(jìn)一步可選地包括阻性、透明緩沖層 150、250。對(duì)于在圖5和6中示出的配置，阻性、透明緩沖層150、250設(shè)置在相應(yīng)的透明傳導(dǎo) 層130、230上。對(duì)于阻性、透明緩沖層150、250的示例材料包括氧化鋅錫、氧化錫、氧化鋅、 氧化鎵、氧化鋁、氧化硅和其組合。對(duì)于在圖7和8中示出的布置，阻性、透明緩沖層150、 250設(shè)置在吸收劑層140、240上。
[0039] 對(duì)于在圖6-8中示出的配置，組件100、200進(jìn)一步可選地包括設(shè)置在相應(yīng)支承120 與相應(yīng)透明傳導(dǎo)層130、230之間的緩沖層160、260。此外，如在圖7和8中指示的，在那些 層中的相應(yīng)層之間可存在介入層。對(duì)于緩沖層的非限制性示例包括二氧化硅（Si0 2)、氮化 硅（Si3N4)、氧化鋁（A120 3)、氧氮化硅（SiOxNy)，以及例如Si02/Si 3N4等多層結(jié)構(gòu)。此外，與 A1203或A1摻雜的Si02和Si3N 4材料可作為緩沖層材料而采用。
[0040] 對(duì)于在圖1、2和7中示出的布置，第一和第二半導(dǎo)體組件100、200具有相同的層 結(jié)構(gòu)。更特定地，第一和第二半導(dǎo)體組件100、200可具有相同的層結(jié)構(gòu)并且第一和第二半 導(dǎo)體層110、210可包括相同的材料。例如，組件100、200中的每個(gè)可包括設(shè)置在相應(yīng)的支 承與半導(dǎo)體層110、210之間的緩沖層160、260和透明傳導(dǎo)層130、230。對(duì)于其他配置(未明 確示出），第一和第二半導(dǎo)體組件100、200可具有不同的層結(jié)構(gòu)。例如，組件100、200中的 一個(gè)可僅由玻璃上的CdS (或CdS:0)層組成，而其他組件200U00可另外包括緩沖和透明 傳導(dǎo)層。然而，甚至對(duì)于兩個(gè)組件具有不同的層結(jié)構(gòu)所針對(duì)的配置，熱處理的兩個(gè)相對(duì)層將 仍然是半導(dǎo)體層110、210。
[0041] 示例 1 為了評(píng)估對(duì)充氧CdS進(jìn)行面對(duì)面退火的效應(yīng)，面對(duì)面退火用CdS層210和充氧CdS層 110 (CdS:0 (5% 0))進(jìn)行。在氮?dú)猸h(huán)境中在400°C、500°C和600°C持續(xù)15分鐘地以200托 進(jìn)行退火。所得的退火CdS:0 (5% 0)樣本然后使用掠入射X射線衍射來(lái)檢查，并且強(qiáng)度對(duì) 衍射角2 Θ的曲線圖在圖9中示出。如在圖9中指示的，衍射峰對(duì)于600°C退火樣本是最尖 銳的并且對(duì)于未退火的樣本是最弱的，這指示晶粒大小在使用的溫度范圍內(nèi)隨著退火溫度 而增加。
[0042] 示例 2 為了進(jìn)一步評(píng)估對(duì)充氧CdS進(jìn)行面對(duì)面退火的效應(yīng)，面對(duì)面退火用充氧CdS層210 (CdS:0 (5% 0))和充氧CdS層110 (CdS:0 (5% 0))進(jìn)行。在氮?dú)猸h(huán)境中在600°C持續(xù)15 分鐘地以200托進(jìn)行退火。圖10示出對(duì)于所得的退火CdS:0 (5% 0)樣本以及對(duì)于非退火 樣本的外量子效率。如在圖10中示出的，對(duì)于退火樣本的量子效率要高于未退火樣本的。 圖11示出對(duì)于具有面對(duì)面退火CdS的電池的電池效率超出具有未退火的CdS的電池的那 些。相似地，圖12、13和14示出相對(duì)于具有未退火CdS的電池，開(kāi)路電壓、短路電流J s。 和填充因子FF中的每個(gè)對(duì)于具有面對(duì)面退火CdS的電池增加。
[0043] 有益地，通過(guò)采用面對(duì)面布置熱處理CdS層110、210, CdS的蒸氣壓力可以在兩個(gè) CdS膜110、210的表面附近維持，并且從而CdS升華可以減少。從而，上文的面對(duì)面熱處理 促進(jìn)以更高的溫度處理CdS膜110、210。這些相對(duì)高溫的熱退火可更好地使CdS膜再結(jié)晶。 不受特定理論的束縛，認(rèn)為上文描述的熱處理可修改CdS膜110、210的微觀結(jié)構(gòu)和光傳送， 以及修改CdS與隨后沉積的CdTe (吸收）層之間的界面。如在上文參考圖9-14論述的，熱 處理的半導(dǎo)體層110、210可導(dǎo)致具有相對(duì)高的短路電流、開(kāi)路電壓和/或填充因子的相對(duì) 高效率的電池。
[〇〇44] 盡管僅本發(fā)明的某些特征已經(jīng)在本文中圖示和描述，許多修改和改變將被本領(lǐng)域 內(nèi)技術(shù)人員想到。因此，要理解附上的權(quán)利要求意在涵蓋所有這樣的修改和改變，它們落入 本發(fā)明的真正精神內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種制造多個(gè)半導(dǎo)體組件的方法，所述制造方法包括： 熱處理第一半導(dǎo)體組件，其包括設(shè)置在第一支承上的第一半導(dǎo)體層；和 熱處理第二半導(dǎo)體組件，其包括設(shè)置在第二支承上的第二半導(dǎo)體層， 其中所述第一和第二半導(dǎo)體組件同時(shí)被熱處理，并且其中布置所述第一和第二半導(dǎo)體 組件使得所述第一半導(dǎo)體層在所述熱處理期間面向所述第二半導(dǎo)體層。
2. 如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中布置所述第一和第二半導(dǎo)體組件使得所述第一 和所述第二半導(dǎo)體層在所述熱處理期間相鄰。
3. 如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中布置所述第一和第二半導(dǎo)體組件使得所述第一 和所述第二半導(dǎo)體層在所述熱處理期間彼此間隔開(kāi)，其中所述第一和所述第二半導(dǎo)體層包 括材料，并且其中所述熱處理在所述材料、所述材料的組分或其組合的氣相的過(guò)壓的條件 下進(jìn)行。
4. 如權(quán)利要求3所述的制造方法，其中所述第一和第二半導(dǎo)體組件在所述熱處理期間 彼此間隔開(kāi)大約2mm的最大距離。
5. 如權(quán)利要求4所述的制造方法，其中所述第一和第二半導(dǎo)體組件在所述熱處理期間 彼此間隔開(kāi)大約0. 7mm的最大距離。
6. 如權(quán)利要求3所述的制造方法，其進(jìn)一步包括在所述第一與所述第二半導(dǎo)體層之間 設(shè)置至少一個(gè)間隔件，使得所述第一和所述第二半導(dǎo)體層在所述熱處理期間彼此間隔開(kāi)。
7. 如權(quán)利要求6所述的制造方法，其中所述至少一個(gè)間隔件包括設(shè)置在所述第一半導(dǎo) 體層的至少一部分上、所述第二半導(dǎo)體層的至少一部分上或所述第一和所述第二半導(dǎo)體層 兩者的至少一部分上的顆粒材料。
8. 如權(quán)利要求7所述的制造方法，其中所述第一和所述第二半導(dǎo)體層包括金屬元素組 分，并且其中所述顆粒材料包括所述金屬元素組分。
9. 如權(quán)利要求8所述的制造方法，其中所述顆粒材料進(jìn)一步包括還原劑。
10. 如權(quán)利要求8所述的制造方法，其中所述金屬元素組分包括鎘。
11. 如權(quán)利要求8所述的制造方法，其中所述第一和所述第二半導(dǎo)體層進(jìn)一步包括硫， 并且其中所述顆粒材料包括硫。
12. 如權(quán)利要求8所述的制造方法，其中所述第一和所述第二半導(dǎo)體層包括硫化鎘 (CdS )或充氧硫化鎘（CdS: 0)，并且其中所述顆粒材料包括CdS或充氧硫化鎘（CdS: 0)。
13. 如權(quán)利要求1所述的制造方法，其進(jìn)一步包括： 將所述第一半導(dǎo)體層設(shè)置在所述第一支承上；以及 將所述第二半導(dǎo)體層設(shè)置在所述第二支承上， 其中所述第一和第二半導(dǎo)體層在進(jìn)行所述熱處理之前設(shè)置。
14. 如權(quán)利要求13所述的制造方法，其中所述第一和所述第二半導(dǎo)體層使用低襯底溫 度沉積技術(shù)來(lái)設(shè)置。
15. 如權(quán)利要求13所述的制造方法，其進(jìn)一步包括在設(shè)置所述第一半導(dǎo)體層之前將至 少一個(gè)中間層設(shè)置在所述第一支承上，使得所述至少一個(gè)中間層設(shè)置在所述第一支承與所 述第一半導(dǎo)體層之間。
16. 如權(quán)利要求13所述的制造方法，其進(jìn)一步包括在設(shè)置所述第二半導(dǎo)體層之前將至 少一個(gè)中間層設(shè)置在所述第二支承上，使得所述至少一個(gè)中間層設(shè)置在所述第二支承與所 述第二半導(dǎo)體層之間。
17. 如權(quán)利要求13所述的制造方法，其進(jìn)一步包括： 在設(shè)置所述第一半導(dǎo)體層之前將至少一個(gè)中間層設(shè)置在所述第一支承上，使得所述至 少一個(gè)中間層設(shè)置在所述第一支承與所述第一半導(dǎo)體層之間；以及 在設(shè)置所述第二半導(dǎo)體層之前將至少一個(gè)中間層設(shè)置在所述第二支承上，使得所述至 少一個(gè)中間層設(shè)置在所述第二支承與所述第二半導(dǎo)體層之間。
18. 如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中所述第一和第二半導(dǎo)體組件具有相同的層結(jié) 構(gòu)。
19. 如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中所述第一和第二半導(dǎo)體組件具有不同的層結(jié) 構(gòu)，并且其中所述第一和第二半導(dǎo)體層包括相同的材料。
20. 如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中所述熱處理包括在大約500°C至大約700°C的 范圍內(nèi)的溫度加熱所述第一和第二半導(dǎo)體層。
21. 如權(quán)利要求20所述的制造方法，其中所述熱處理包括在大約550°C至大約660°C的 范圍內(nèi)的溫度加熱所述第一和第二半導(dǎo)體層。
22. 如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中所述熱處理花費(fèi)大約1-40分鐘來(lái)完成。
23. 如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中所述第一和所述第二半導(dǎo)體層包括從由硫 化鎘（CdS)、硫化銦（III) (In2S3)、硫化鋅（ZnS)、碲化鋅（ZnTe)、硒化鋅（ZnSe)、硒化鎘 (CdSe )、硒化鎘錳（CdxMni_xSe )、充氧硫化鎘（CdS: 0 )、氧化亞銅（Cu20 )、非晶或微晶硅和 Ζη(0，Η)以及其組合組成的組中選擇的材料。
24. 如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中所述第一和所述第二半導(dǎo)體層包括金屬硒化 物或金屬硫化物。
25. 如權(quán)利要求24所述的制造方法，其中所述第一和所述第二半導(dǎo)體層包括從由硫 化鎘（CdS)、硫化銦（III) (In2S3)、硫化鋅（ZnS)、硒化鋅（ZnSe)、硒化鎘（CdSe)、硒化鎘錳 (Cd xMni_xSe )、充氧硫化鎘（CdS: 0)和其組合組成的組中選擇的材料。
26. 如權(quán)利要求25所述的制造方法，其中所述第一和所述第二半導(dǎo)體層包括硫化鎘 (CdS)或充氧硫化鎘（CdS:0)。
27. 如權(quán)利要求26所述的制造方法，其中所述第一和所述第二半導(dǎo)體層包括具有在大 約兩個(gè)原子百分比（2%)至大約二十五個(gè)原子百分比（25%)的范圍內(nèi)的氧含量的充氧硫化 鎘（CdS:0)。
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK104115289SQ201280070113
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月19日
【發(fā)明者】J.曹, J.C.羅霍, G.T.達(dá)拉科斯, A.亞基莫夫, D.鐘, B.A.科雷瓦爾, S.D.費(fèi)爾德曼-皮博迪 申請(qǐng)人:通用電氣公司