制造光伏器件的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種制造光伏器件的方法。該方法包括將覆蓋層設(shè)置在透明導(dǎo)電氧化物層上，其中覆蓋層包括元素鎂、鎂合金、二元鎂氧化物或它們的組合。該方法還包括將窗口層設(shè)置在覆蓋層上以及在透明導(dǎo)電氧化物層和窗口層之間形成層間層，其中層間層包括鎂。
【專(zhuān)利說(shuō)明】制造光伏器件的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及制造光伏器件的方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及制造包括層間層的光伏器件的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]薄膜太陽(yáng)能電池或光伏(PV)器件通常包括設(shè)置在透明襯底上的多個(gè)半導(dǎo)體層，其中一個(gè)層用作窗口層，第二層用作吸收層。窗口層允許太陽(yáng)輻射穿透到吸收層，在吸收層光能轉(zhuǎn)換為可用的電能。窗口層還用于與吸引層組合形成異質(zhì)結(jié)(p-n結(jié))?；陧诨k/硫化鎘(CdTe/CdS)異質(zhì)結(jié)的光伏電池是這樣的薄膜太陽(yáng)能電池的一個(gè)示例，其中CdS起窗口層的作用。
[0003]然而，薄膜太陽(yáng)能電池具有低的轉(zhuǎn)換效率。因此，在光伏器件領(lǐng)域中的主要焦點(diǎn)之一是提高轉(zhuǎn)換效率。窗口層對(duì)光的吸收是限制PV器件的轉(zhuǎn)換效率的現(xiàn)象之一。因此，希望使窗口層盡可能薄，以利于減少由吸收引起的光學(xué)損失。然而，對(duì)于大部分薄膜PV器件，如果窗口層太薄，則會(huì)觀察到由低開(kāi)路電壓(Vre)和填充因數(shù)(FF)引起的性能下降。還希望的是，薄窗口層在隨后的器件制造步驟期間維持其結(jié)構(gòu)完整性，使得吸收層和窗口層之間的界面包含可忽略的界面缺陷態(tài)。
[0004]因此，需要改進(jìn)薄膜光伏器件的構(gòu)造，并且需要制造這些光伏器件構(gòu)造的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]所包括的本發(fā)明的實(shí)施例可以滿足這些及其它需求。一個(gè)實(shí)施例是一種方法。該方法包括將覆蓋層設(shè)置在透明導(dǎo)電氧化物層上，其中覆蓋層包括元素鎂、鎂合金、二元鎂氧化物或它們的組合。該方法還包括將窗口層設(shè)置在覆蓋層上，以及在透明導(dǎo)電氧化物層和窗口層之間形成層間層，其中層間層包括鎂。一個(gè)實(shí)施例是一種方法。該方法包括將覆蓋層設(shè)置在透明導(dǎo)電氧化物層上，其中覆蓋層包括元素鎂、鎂合金、二元鎂氧化物或它們的組合。該方法還包括將窗口層設(shè)置在覆蓋層上，其中窗口層包括鎘和硫。該方法還包括在透明導(dǎo)電氧化物層和窗口層之間形成層間層，其中層間層包括鎂。
[0006]一個(gè)實(shí)施例是一種方法。該方法包括將覆蓋層設(shè)置在緩沖層上，該緩沖層位于透明導(dǎo)電氧化物層上，其中覆蓋層包括二元鎂氧化物。該方法還包括將窗口層設(shè)置在覆蓋層上，其中窗口層包括鎘和硫。該方法還包括在透明導(dǎo)電氧化物層和窗口層之間形成層間層，其中層間層包括鎂。該方法還包括將吸收層設(shè)置在窗口層上。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]當(dāng)參考附圖閱讀下面的詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其它特征、方面及優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更好理解，在附圖中:
[0008]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的層堆疊的示意圖；
[0009]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的層堆疊的示意圖；
[0010]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的層堆疊的示意圖；
[0011]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的光伏器件的示意圖；
[0012]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的光伏器件的示意圖；
[0013]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的光伏器件的示意圖；
[0014]圖7是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的光伏器件的示意圖；
[0015]圖8是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的光伏器件的示意圖；
[0016]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的光伏器件的性能參數(shù)；
[0017]圖1OA示出了根據(jù)比較示例的光伏器件的X射線光電子能譜(XPS)深度分布；
[0018]圖1OB示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的光伏器件的X射線光電子能譜(XPS)深度分布；
[0019]圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的光伏器件的性能參數(shù)。

【具體實(shí)施方式】
[0020]如下詳細(xì)所述，本發(fā)明的一些實(shí)施例包括制造光伏器件的方法，該光伏器件包括設(shè)置在透明導(dǎo)電氧化物層和窗口層之間的層間層。在一些實(shí)施例中，該層間層設(shè)置在緩沖層和窗口層之間。在一些實(shí)施例中，該層間層設(shè)置在透明導(dǎo)電氧化物層和緩沖層之間。
[0021]正如這里貫穿說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求所使用的，近似類(lèi)的語(yǔ)言可以用于修飾可變化的任何數(shù)量表示，而不導(dǎo)致與數(shù)量表示有關(guān)的基本功能的改變。因此，由比如“大約”和“大致”的術(shù)語(yǔ)(term)或術(shù)語(yǔ)們(terms)修飾的值并不局限于具體說(shuō)明的精確值。在一些情況下，近似類(lèi)的語(yǔ)言可與用于測(cè)量值的儀器的精度相對(duì)應(yīng)。這里，貫穿說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求，范圍限制可以組合和/或互換，這樣的范圍被確定并包括所有包含在其中的子范圍，除非上下文或語(yǔ)言另外說(shuō)明。
[0022]在下面的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中，單數(shù)形式的“一(a，an和the)”包括復(fù)數(shù)個(gè)所指目標(biāo)，除非上下文另外清楚地說(shuō)明。正如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“或者(or)”并不意味著排他，而是指存在提及部件(例如層)中的至少一個(gè)，并且包括提及部件的組合可以存在的情況，除非上下文另外清楚地說(shuō)明。
[0023]這里使用的術(shù)語(yǔ)“透明區(qū)域”和“透明導(dǎo)電氧化物層”指的是允許平均透射一入射電磁福射的至少70%的區(qū)域或?qū)?該入射電磁福射具有在約350nm至約850nm的范圍內(nèi)的波長(zhǎng)。
[0024]這里使用的術(shù)語(yǔ)“層(layer)”指的是以連續(xù)或斷續(xù)方式設(shè)置在下層表面的至少一部分上的材料。此外，術(shù)語(yǔ)“層”并非必然意味著所設(shè)置的材料的厚度均勻，所設(shè)置的材料可具有均勻或可變的厚度。這里使用的術(shù)語(yǔ)“設(shè)置在…上(disposed on)”指的是層直接彼此接觸地設(shè)置或通過(guò)在層之間具有中間層而間接地設(shè)置，除非另外明確地說(shuō)明。這里使用的術(shù)語(yǔ)“鄰近的(adjacent)”意味著兩個(gè)層接觸地設(shè)置，并彼此直接接觸。
[0025] 在本公開(kāi)中，當(dāng)層被描述為“在另一個(gè)層或襯底上或者被描述為“在另一個(gè)層或襯底之間”時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解的是，所述層可彼此直接接觸或在所述層之間具有一個(gè)(或多個(gè))層或特征。此外，術(shù)語(yǔ)“在…上(on)”表示層彼此之間的相對(duì)位置，而并非必然意味著“在…頂部(on top of)”，因?yàn)橄鄬?duì)位置上面或下面取決于器件相對(duì)于觀察者的方位。而且，使用“頂部(top)”、“底部(bottom)”、“上面(above)”、“下面(below)”及這些術(shù)語(yǔ)的變體是為了方便，并不要求部件的任何特定方位，除非另外聲明。
[0026]如下詳細(xì)所述，本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及制造包括層間層的光伏器件的方法。圖1-6示出了制造根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的光伏器件100的方法。如圖1-3所示，該方法包括將覆蓋層152設(shè)置在透明導(dǎo)電氧化物層120上以形成層堆疊155。該方法還包括將窗口層140設(shè)置在覆蓋層152上，如圖1-3所示。該方法還包括在透明導(dǎo)電氧化物層120和窗口層140之間形成層間層150，如圖4-6所示。
[0027]這里使用的術(shù)語(yǔ)“覆蓋層(capping layer)”指的是處于其沉積時(shí)的狀態(tài)的層，該層未經(jīng)受隨后的處理步驟。覆蓋層152包括元素鎂、二元鎂化合物、鎂合金或它們的組合。在某些實(shí)施例中，覆蓋層152包括元素鎂、二元鎂氧化物、鎂合金或它們的組合。
[0028]這里使用的術(shù)語(yǔ)“化合物(compound)”指的是由確定比例并位于確定晶格位置的兩種或多種不同元素的原子或離子構(gòu)成的宏觀均質(zhì)材料(物質(zhì))。例如，鎂、錫和氧在氧化鎂錫化合物的晶體結(jié)構(gòu)中具有確定的晶格位置，而作為對(duì)比，在摻錫的氧化鎂中錫可以是以替位方式插在鎂位置且不屬于化合物晶格的一部分的摻雜劑。這里使用的術(shù)語(yǔ)“二元鎂化合物”指的是包括鎂和另一種元素的化合物。這里使用的術(shù)語(yǔ)“二元鎂氧化物”指的是包括鎂和氧的化合物。然而，應(yīng)當(dāng)注意的是，化合物可以進(jìn)一步被摻雜一種或多種摻雜劑。由此，舉例來(lái)說(shuō)，可使用合適的摻雜劑來(lái)進(jìn)一步摻雜二元鎂氧化物(MgO)。
[0029]在一些實(shí)施例中，覆蓋層152的厚度在約0.2納米至約200納米的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，覆蓋層152的厚度在約0.2納米至約100納米的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，覆蓋層152的厚度在約I納米至約20納米的范圍內(nèi)。
[0030]這里使用的術(shù)語(yǔ)“透明導(dǎo)電氧化物層(transparent conductive oxide layer)”指的是能夠用作前集電器的基本透明的層。在一些實(shí)施例中，透明導(dǎo)電氧化物層120包括透明導(dǎo)電氧化物(TC0)。透明導(dǎo)電氧化物的非限制性示例包括氧化鎘錫(Cd2SnO4或CT0)、氧化銦錫(ITO)、摻氟氧化錫(SnO: F或FTO)、摻銦氧化鎘、摻雜氧化鋅(ZnO)或它們的組合，摻雜氧化鋅比如為摻鋁氧化鋅(ZnO:Al或ΑΖ0)、氧化銦鋅(IZO)和氧化鋅錫(ZnSnOx)。根據(jù)采用的具體TCO及其薄層電阻，在一個(gè)實(shí)施例中，透明導(dǎo)電氧化物層120的厚度在約50nm至約600nm的范圍內(nèi)。
[0031]這里使用的術(shù)語(yǔ)“窗口層(window layer)”指的是基本透明并與吸收層160 (如圖7所示)形成異質(zhì)結(jié)的半導(dǎo)體層。用于窗口層140的非限制示例性材料包括硫化鎘(CdS)、硫化銦III (In2S3)、硫化鋅(ZnS)、碲化鋅(ZnTe)、硒化鋅(ZnSe)、硒化鎘(CdSe)、氧合硫化鎘(oxygenated cadmium sulfide, CdS:0)、氧化銅(Cu20)、鋅氫氧化物(Ζη0:Η)或它們的組合。在某些實(shí)施例中，窗口層140包括硫化鎘(CdS)。在某些實(shí)施例中，窗口層140包括氧合硫化鎘(CdS: 0)。
[0032]在一些實(shí)施例中，如圖1和2所示，所述方法包括將覆蓋層152設(shè)置成與透明導(dǎo)電氧化物層120直接接觸。而且，在這樣的情況下，所述方法可包括將窗口層140設(shè)置成與覆蓋層152直接接觸(如圖1所示)，或者備選地，將緩沖層130設(shè)置在覆蓋層上，然后將窗口層設(shè)置在緩沖層130上(如圖2所示)。
[0033]這里使用的術(shù)語(yǔ)“緩沖層(buffer layer)”指的是插入透明導(dǎo)電氧化物層120和窗口層140之間的層，其中層130的薄層電阻比透明導(dǎo)電氧化物層120的薄層電阻高。在本領(lǐng)域中，緩沖層130有時(shí)被稱為“高電阻透明導(dǎo)電氧化物層”或“HRT層”。用于緩沖層130的合適材料的非限制性示例包括二氧化錫(Sn02)、氧化鋅錫(錫酸鋅(ZTO))、摻鋅氧化錫(SnO2: Zn )、氧化鋅(ZnO )、氧化銦(In2O3)、氧化鈦(T12)或它們的組合。在一些實(shí)施例中，緩沖層130的厚度在約50nm至約200nm范圍內(nèi)。
[0034]在一些其它實(shí)施例中，如圖3所示，所述方法還包括將緩沖層130設(shè)置在透明導(dǎo)電氧化物層120上。在這樣的情況下，所述方法還包括將覆蓋層152設(shè)置在緩沖層130上。而且，在這樣的情況下，覆蓋層152可設(shè)置成與緩沖層130直接接觸(如圖3所示)，或者備選地，覆蓋層152可設(shè)置在居間層(實(shí)施例中未示出)上，繼而居間層設(shè)置在緩沖層130上。如前所述，所述方法還包括將窗口層140設(shè)置在覆蓋層152上，如圖3所示。
[0035]所述方法還包括在透明導(dǎo)電氧化物層120和窗口層140之間形成層間層150，如圖4-6所示。層間層150包括鎂。上下文中使用的術(shù)語(yǔ)“鎂”指的是元素鎂、鎂離子或它們的組合。
[0036]可在將窗口層140設(shè)置在覆蓋層152上的步驟之前、同時(shí)或之后實(shí)施形成層間層150的步驟。在一些實(shí)施例中，可在設(shè)置窗口層140的步驟之前形成層間層150。在這樣的情況下，所述方法還可包括熱處理層堆疊155的步驟。熱處理的步驟可包括例如使層堆疊155退火。
[0037]在一些實(shí)施例中，可與設(shè)置窗口層140的步驟同時(shí)形成層間層150。在一些實(shí)施例中，可在設(shè)置窗口層140的步驟之后，例如在高溫吸收層(CdTe)沉積步驟期間、氯化鎘處理步驟期間、P+型層形成步驟期間、后接觸形成步驟期間或它們的組合期間形成層間層150。
[0038]在一些實(shí)施例中，形成層間層150的步驟還可包括使覆蓋層152中的至少一部分鎂與至少一部分透明導(dǎo)電氧化物層120材料、或者至少一部分緩沖層130材料或上述兩者相混合。不被任何理論所束縛，認(rèn)為在窗口層沉積步驟期間或沉積后的處理步驟期間，在覆蓋層152中會(huì)發(fā)生再結(jié)晶和化學(xué)變化中的一者或兩者，金屬化合物或金屬合金可形成在所得到的層間層150中。
[0039]在一些情況下，在層間層150形成期間，所述方法還可導(dǎo)致形成鎂及在透明導(dǎo)電氧化物層120或緩沖層130中存在的一種或多種金屬物質(zhì)的氧化物。在一些情況下，在層間層150形成期間，所述方法可導(dǎo)致形成包括鎂、錫和氧的金屬化合物，例如氧化鎂錫。在一些情況下，在層間層150形成期間，所述方法可導(dǎo)致形成包括鎂、鋅、錫和氧的金屬化合物，例如鎂鋅錫氧化物。
[0040]在一些實(shí)施例中，至少一部分鎂以化合物的形式存在在層間層150中，該化合物包括鎂和至少一種金屬物質(zhì)。金屬物質(zhì)的合適的非限制性示例包括錫、銦、鈦或它們的組合。在一些實(shí)施例中，所述化合物還包括氧、硫、硒、締或它們的組合。在一些實(shí)施例中，所述化合物還包括鋅、鎘或它們的組合。在某些實(shí)施例中，層間層包括含鎂、錫和氧的化合物。在某些實(shí)施例中，層間層150包括含鎂、鋅、錫和氧的化合物。
[0041]在一些實(shí)施例中，至少一部分鎂以三元鎂化合物、四元鎂化合物或它們的組合的形式存在在層間層150中。這里使用的術(shù)語(yǔ)“三元鎂化合物”指的是包括鎂和另外兩種不同元素的化合物。由此，舉例來(lái)說(shuō)，在某些實(shí)施例中，層間層150包括氧化鎂錫、硫化鎂錫、硒化鎂錫、碲化鎂錫、氧化鎂鈦、硫化鎂鈦、硒化鎂鈦、碲化鎂鈦、氧化鎂銦、硫化鎂銦、硒化鎂銦、碲化鎂銦或它們的混合物。在某些實(shí)施例中，層間層150/250包括錫酸鎂。
[0042]這里使用的術(shù)語(yǔ)“四元鎂化合物”指的是包括鎂和另外三種不同元素的化合物。在一些實(shí)施例中，層間層150包括鎂和至少一種金屬物質(zhì)的四元化合物。由此，舉例來(lái)說(shuō)，在某些實(shí)施例中，層間層150包括鎂鋅錫氧化物、鎂鋅錫硫化物、鎂鋅錫硒化物或它們的混合物。在某些實(shí)施例中，層間層150/250包括鎂鋅錫氧化物。
[0043]在某些實(shí)施例中，層間層150包括氧化鎂錫(有時(shí)還稱為錫酸鎂)相。不被任何理論所束縛，認(rèn)為包含鎂、錫和氧的化合物(例如，氧化鎂錫或鎂鋅錫氧化物)的形成可防止有害物質(zhì)從透明導(dǎo)電氧化物層120、緩沖層130或它們兩者擴(kuò)散到結(jié)形成層。
[0044]在一些實(shí)施例中，至少一部分鎂以金屬合金的形式存在在層間層中。在一些實(shí)施例中，層間層150包括鎂與錫、鋅和鎘之一的金屬合金。在某些實(shí)施例中，層間層包括鋅鎂合金，例如ZnxMgh,其中X是大于O且小于I的數(shù)。
[0045]層間層150還可由鎂在層間層150中的濃度來(lái)表征。在一些實(shí)施例中，鎂在層間層150中的原子濃度在層間層150的厚度范圍內(nèi)基本不變。這里使用的術(shù)語(yǔ)“基本不變”意味著在層間層150的厚度范圍內(nèi)鎂濃度的變化小于約5%。在一些其它實(shí)施例中，在層間層150的厚度范圍內(nèi)鎂的成分可漸變。
[0046]在一些實(shí)施例中，鎂在層間層150中的平均原子濃度大于約10%。在一些實(shí)施例中，鎂在層間層150中的平均原子濃度大于約50%。在一些實(shí)施例中，鎂在層間層150中的平均原子濃度在約10%至約99%的范圍內(nèi)。這里使用的術(shù)語(yǔ)“原子濃度”指的是每單位體積內(nèi)的平均原子數(shù)。如前所述，層間層150還可包括鎘、硫、錫、氧、氟或它們的組合。
[0047]層間層150還可由厚度來(lái)表征。在一些實(shí)施例中，層間層150的厚度在約0.2納米至約200納米的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，層間層150的厚度在約0.2納米至約100納米的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，層間層150的厚度在約I納米至約20納米的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，希望具有薄的層間層，使得在層間層150中由于吸收引起的光學(xué)損失最小。
[0048]如前所述，通常希望窗口層140的厚度在光伏器件中最小，以獲得高的效率。當(dāng)層間層150存在時(shí)，窗口層140 (例如，CdS層)的厚度可以被減小，以提高光伏器件的性能。而且，由于使用了較少量的CdS，光伏器件可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本的降低。
[0049]如前所述，提出了一種制造光伏器件的方法。在一些實(shí)施例中，光伏器件包括各層“在上(superstrate)”的構(gòu)造。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的光伏器件的示例性實(shí)施例?，F(xiàn)在參見(jiàn)圖7，光伏器件100還包括支撐件110，透明導(dǎo)電氧化物層120(在本領(lǐng)域中有時(shí)稱為前接觸層)設(shè)置在支撐件110上。如圖7進(jìn)一步所示，在這樣的實(shí)施例中，太陽(yáng)輻射10從支撐件110進(jìn)入，在穿過(guò)透明導(dǎo)電氧化物層120、緩沖層130 (如果存在的話)、層間層150和窗口層140之后,進(jìn)入吸收層160,在吸收層160入射光(例如,太陽(yáng)光)的電磁能轉(zhuǎn)換為電子-空穴對(duì)(即，自由電荷)。光伏器件還可包括P+型半導(dǎo)體層170和后接觸層180，如圖7所示。
[0050]前面已描述了透明導(dǎo)電氧化物層120、緩沖層130、窗口層140和層間層150的成分。支撐件110在期望透過(guò)支撐件110的波長(zhǎng)的范圍內(nèi)是透明的。在一些實(shí)施例中，支撐件I1包括二氧化硅、硼硅酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃、聚酰亞胺或它們的組合。在一些實(shí)施例中，某些其它層可設(shè)置在透明導(dǎo)電氧化物層120和支撐件110之間，例如抗反射層或阻擋層層(未示出)。
[0051]這里使用的術(shù)語(yǔ)“吸收層”指的是其中吸收太陽(yáng)輻射的半導(dǎo)體層。在一些實(shí)施例中，吸收層160包括P型半導(dǎo)體材料。在一些實(shí)施例中，光敏材料用于形成吸收層160。合適的光敏材料包括碲化鎘(CdTe)、碲化鎘鋅(CdZnTe)、碲化鎘鎂(CdMgTe)、碲化鎘錳(CdMnTe )、碲化鎘硫(CdSTe )、碲化鎘硒(CdSeTe )、碲化鋅(ZnTe )、銅銦二硫化物(CIS)、銅銦二硒化物(CISe)、銅銦鎵硫化物(CIGS)、銅銦鎵二硒化物(CIGSe)、銅銦鎵硫硒(CIGSSe)、銅銦鎵鋁硫硒(Cu (In，Ga，Al) (S，Se) 2)、銅鋅錫硫化物(CZTS)或它們的組合。上述光敏半導(dǎo)體材料可單獨(dú)使用或組合使用。此外，這些材料可以多于一個(gè)的層存在，每個(gè)層具有不同類(lèi)型的光敏材料或者在各層中具有材料的組合。在某些實(shí)施例中，吸收層160包括碲化鎘(CdTe)。在某些實(shí)施例中，吸收層160包括P型碲化鎘(CdTe)。
[0052]在一些實(shí)施例中，窗口層140、吸收層160或這兩個(gè)層可包含氧。不被任何理論所束縛，認(rèn)為將氧引入窗口層140 (例如，CdS層)會(huì)獲得提高的器件性能。在一些實(shí)施例中，氧的量低于約20原子百分比。在一些情況下，氧的量在約I原子百分比至約10原子百分比之間。在一些情況下，例如在吸收層160中，氧的量低于約I原子百分比。此外，氧濃度在窗口層140中、吸收層160中或這兩個(gè)層中可基本不變或可在各層的厚度范圍內(nèi)成分漸變。
[0053]在一些實(shí)施例中，窗口層140和吸收層160可摻雜有P型摻雜劑或η型摻雜劑，以形成異質(zhì)結(jié)。如本文中所使用的，異質(zhì)結(jié)是由不同半導(dǎo)體材料的層組成的半導(dǎo)體結(jié)。這些材料通常具有不相等的帶隙。作為示例，異質(zhì)結(jié)可通過(guò)一個(gè)導(dǎo)電類(lèi)型的層或區(qū)域與相反導(dǎo)電類(lèi)型的層或區(qū)域之間的接觸而形成，例如“P-n”結(jié)。
[0054]在一些實(shí)施例中，窗口層140包括η型半導(dǎo)體材料。在這樣的情況下，吸收層160可摻雜成P型，窗口層140和吸收層160可形成“η-ρ”異質(zhì)結(jié)。在一些實(shí)施例中，窗口層140可摻雜成η型，并可將吸收層160摻雜為利用吸收層160背側(cè)的ρ+半導(dǎo)體層而有效地形成n-1-p構(gòu)造。
[0055]這里使用的術(shù)語(yǔ)“ρ+型半導(dǎo)體層”指的是與吸收層160中的ρ型電荷載流子或空穴密度相比具有額外可移動(dòng)的P型載流子或空穴密度的半導(dǎo)體層。在一些實(shí)施例中，P+型半導(dǎo)體層的P型載流子密度在高于每立方厘米約IX116的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，P+型半導(dǎo)體層170可用作吸收層160和后接觸層180之間的界面。
[0056]在一些實(shí)施例中，ρ+型半導(dǎo)體層170包括重?fù)诫s的ρ型材料，該重?fù)诫s的P型材料包括非晶Si = HjhaH SiC:H、晶體S1、微晶S1:H、微晶SiGe:H、非晶SiGe:H、非晶Ge、微晶Ge、GaAs、BaCuSF、BaCuSeF、BaCuTeF、LaCuOS、LaCuOSe、LaCuOTe、LaSrCuOS、LaCuOSe0 6Te0_ 4、BiCu0Se、BiCaCu0Se、PrCu0Se、NdCu0S、Sr2Cu2Zn02S2、Sr2CuGa03S、(Zn，Co，Ni) Ox 或它們的組合。在另一個(gè)實(shí)施例中，P+型半導(dǎo)體層170包括P+摻雜材料，該P(yáng)+摻雜材料包括碲化鋅、締化鎂、締化猛、締化鈹、締化萊、締化砷、締化鋪、締化銅或它們的組合。在一些實(shí)施例中，P+摻雜材料還具有包括銅、金、氮、磷、鋪、砷、銀、秘、硫、鈉或它們的組合的摻雜劑。
[0057]在一些實(shí)施例中，光伏器件100還包括后接觸層180，如圖7所示。在一些實(shí)施例中，后接觸層180直接設(shè)置在吸收層160上(實(shí)施例未示出)。在一些其它實(shí)施例中，后接觸層180設(shè)置在位于吸收層160上的ρ+型半導(dǎo)體層170上，如圖7所示。
[0058]在一些實(shí)施例中，后接觸層180包括金、怕、鑰、鶴、組、欽、鈕、招、絡(luò)、鎮(zhèn)、銀、石墨或它們的組合。后接觸層180可包括多個(gè)層，這些層一起用作后接觸。
[0059]在一些實(shí)施例中，例如鋁的另外的金屬層(未示出)可設(shè)置在后接觸層180上，以提供到外部電路的橫向?qū)?。在某些?shí)施例中，多個(gè)金屬層(未示出)，例如鋁和鉻，可設(shè)置在后接觸層180上，以提供到外部電路的橫向?qū)āＴ谀承?shí)施例中，后接觸層180可包括沉積在吸收層160上的碳(比如石墨)層，接著是一個(gè)或多個(gè)金屬(比如上述金屬)層。
[0060]在替代實(shí)施例中，如圖8所示，示出了制造光伏器件200的方法，該光伏器件200包括各層“在下(substrate)”的構(gòu)造。光伏器件200包括設(shè)置在支撐件290上的后接觸層280。此外，吸收層260設(shè)置在后接觸層280上。窗口層240設(shè)置在吸收層260上，層間層250設(shè)置在窗口層240上。透明導(dǎo)電氧化物層220進(jìn)一步設(shè)置在層間層250上，如圖8所示。如圖8所示，在這樣的實(shí)施例中，太陽(yáng)輻射10從透明導(dǎo)電氧化物層220進(jìn)入，在穿過(guò)層間層250和窗口層240之后,進(jìn)入吸收層260,在吸收層260入射光(例如，太陽(yáng)光)的電磁能轉(zhuǎn)換為電子-空穴對(duì)(即，自由電荷)。
[0061]在一些實(shí)施例中，圖8所示各層(比如襯底210、透明導(dǎo)電氧化物層220、窗口層240、層間層250、吸收層260和后接觸層280)的成分與上面圖7所示的用于在上構(gòu)造的成分相同。
[0062]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，設(shè)置各層或整個(gè)器件的順序取決于所期望的構(gòu)造，例如取決于器件的“在下”或“在上”構(gòu)造。而且，設(shè)置各層的順序取決于器件構(gòu)造。在某些實(shí)施例中，描述了制造處于在上構(gòu)造的光伏器件100的方法，其中所述器件構(gòu)造包括透明導(dǎo)電氧化物層、緩沖層和層間層堆疊。
[0063]再次參見(jiàn)圖7，在一些實(shí)施例中，所述方法包括利用任何合適的技術(shù)將透明導(dǎo)電氧化物層120設(shè)置在支撐件110上，這些合適的技術(shù)比如為濺射、化學(xué)氣相沉積、旋涂、噴涂或浸涂。在一些實(shí)施例中，可使用濺射將緩沖層130沉積在透明導(dǎo)電氧化物層120上，如圖7所示。
[0064]如前所述，參見(jiàn)圖3，所述方法還包括將覆蓋層152設(shè)置在緩沖層130上?？墒褂煤线m的沉積技術(shù)來(lái)設(shè)置覆蓋層152，這些合適的沉積技術(shù)比如為濺射、原子層沉積或它們的組合。在某些實(shí)施例中，所述方法包括使用原子層沉積(ALD)來(lái)設(shè)置覆蓋層152。在某些實(shí)施例中，所述方法包括使用濺射來(lái)設(shè)置覆蓋層152。
[0065]所述方法還包括將窗口層140設(shè)置在覆蓋層152上,如圖3所不。用于窗口層140的沉積方法的非限制性示例包括近距離升華(CSS)、氣相輸運(yùn)沉積(VTD)、濺射(例如，直流脈沖濺射(DCP))、電化學(xué)沉積(EOT)以及化學(xué)浴沉積(CBD)中的一種或多種。所述方法還包括在緩沖層130和窗口層140之間形成層間層150，如圖7所示。層間層的成分和構(gòu)造如前所述。
[0066]所述方法還包括將吸收層160設(shè)置在窗口層140上。在一些實(shí)施例中，可使用合適的方法沉積吸收層160，這些合適的方法比如為近距離升華(CSS)、氣相輸運(yùn)沉積(VTD)、離子輔助物理氣相沉積(IAPVD)、射頻或脈沖磁控濺射(RFS或PMS)、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PEV⑶)或電化學(xué)沉積(E⑶)。
[0067]在一些實(shí)施例中，一系列形成后的處理可進(jìn)一步施加到吸收層160的暴露表面。這些處理可調(diào)整(tailor)吸收層160的功能性，并準(zhǔn)備吸收層的表面以用于隨后粘合到后接觸層180。例如，可在高溫下對(duì)吸收層160進(jìn)行足夠時(shí)間的退火，以產(chǎn)生高質(zhì)量的ρ型層。而且，可使用鈍化劑(例如，氯化鎘)和碲富化劑(例如，碘或碘化物)來(lái)處理吸收層160，以在吸收層160中形成富碲區(qū)域。此外，銅可添加至吸收層160，以實(shí)現(xiàn)吸收層160和后接觸層180之間的低電阻接觸。
[0068]在一些實(shí)施例中，還可通過(guò)使用任何合適的技術(shù)(例如PECVD或?yàn)R射)沉積ρ+型材料而將P+型半導(dǎo)體層170設(shè)置在吸收層160上。在替代實(shí)施例中，如前所述，通過(guò)化學(xué)處理吸收層160而使ρ+型半導(dǎo)體區(qū)域形成在吸收層160中，以增加吸收層160背側(cè)(與金屬層接觸且與窗口層相反的一側(cè))的載流子密度(例如，利用碘和銅)。在一些實(shí)施例中，后接觸層180，例如石墨層，可沉積在ρ+型半導(dǎo)體層170上，或直接沉積在吸收層160上(實(shí)施例未示出)。多個(gè)金屬層還可沉積在后接觸層180上。
[0069]窗口層140、吸收層160、后接觸層180或ρ+型層170 (可選)中的一種或多種在沉積之后，可進(jìn)一步被加熱或隨后處理(例如，退火)，以制造光伏器件100。
[0070]示例
[0071]比較示例1:制造不具有層間層的碲化鎘光伏器件的方法
[0072]通過(guò)將幾個(gè)層沉積在涂覆有氧化鎘錫(CTO)透明導(dǎo)電氧化物(TCO)的襯底上而制成碲化鎘光伏器件。該襯底是1.4毫米厚的PVN++玻璃，其涂覆有CTO透明導(dǎo)電氧化物層和薄的高阻透明氧化鋅錫(ZTO)緩沖層。包含硫化鎘(CdS:0，在CdS層中有5摩爾百分比的氧)的窗口層隨后通過(guò)DC濺射而沉積在ZTO層上，然后在550°C下沉積碲化鎘(CdTe)，并形成后接觸。
[0073]示例1:制造碲化鎘光伏器件的方法，該碲化鎘光伏器件包括位于緩沖層和CdS層之間的層間層
[0074]制造該光伏器件的方法與比較示例I類(lèi)似，除了在沉積CdS層之前，通過(guò)濺射將3納米厚或6納米厚的鎂(Mg)覆蓋層沉積在ZTO緩沖層上。包括鎂的層間層形成在緩沖層和CdS層之間。
[0075]示例2:制造碲化鎘光伏器件的方法，該碲化鎘光伏器件包括位于TCO層和CdS層之間的層間層
[0076]制造該光伏器件的方法與比較示例I類(lèi)似，除了在沉積CdS層之前，通過(guò)濺射將3納米厚的元素鎂(Mg)覆蓋層沉積在CTO層上。包括鎂的層間層形成在CTO層和CdS層之間。在該示例中，沒(méi)有沉積ZTO緩沖層。
[0077]圖9示出了具有和不具有層間層的器件的器件性能參數(shù)(相對(duì)于比較示例I標(biāo)準(zhǔn)化)。如圖9所示，當(dāng)與不具有層間層的器件(比較示例I)相比時(shí)，具有層間層的器件(示例O的器件性能參數(shù)得到了提高。
[0078]圖1OA示出了不具有層間層的光伏器件(比較示例I)的X射線光電子能譜(XPS)深度分布。圖1OB示出了具有層間層的光伏器件(示例I)的X射線光電子能譜(XPS)深度分布。如圖1OB所示，XPS深度分布表示在示例I中層間層形成在了 ZTO和CdS之間，其中層間層包括鎂、錫和氧。XPS分布還表明在層間層中存在鋅和鎘。
[0079]圖11示出了具有和不具有層間層的器件的器件性能參數(shù)(相對(duì)于比較示例I標(biāo)準(zhǔn)化)。如圖11所示，當(dāng)與不具有層間層的器件(比較示例I)相比時(shí)，具有層間層的器件(示例I和2)的器件性能參數(shù)得到了提高。而且，當(dāng)與層間層沉積在CTO層上的器件(示例2)相比時(shí)，層間層沉積在緩沖層上的器件(示例I)的性能參數(shù)得到了提高。
[0080]所附權(quán)利要求意在如所構(gòu)想般廣泛地保護(hù)本發(fā)明，在這里呈現(xiàn)的示例是對(duì)從多方面所有可能實(shí)施例中選擇出的實(shí)施例的說(shuō)明。因此，作為 申請(qǐng)人:的發(fā)明的所附權(quán)利要求不受用于說(shuō)明本發(fā)明特征的選擇性示例的限制。如權(quán)利要求中所使用，詞“包括(comprises)”及其語(yǔ)法變體邏輯上還包含變化和改變程度的詞語(yǔ)，比如但并不局限于“本質(zhì)上由…組成”和“由…組成”。必要時(shí)，可以提供范圍；這些范圍包括在其間的所有子范圍。期望的是，這些范圍中的變體對(duì)具有本領(lǐng)域一般技術(shù)的從業(yè)者而言是清楚的，在還未貢獻(xiàn)給公眾的情況下，這些變體應(yīng)當(dāng)由所附權(quán)利要求涵蓋。還希望科學(xué)技術(shù)的發(fā)展會(huì)使由于語(yǔ)言的不嚴(yán)密而現(xiàn)在沒(méi)有周密考慮的等同物和替代物成為可能，這些變體也應(yīng)當(dāng)由所附權(quán)利要求涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種方法，包括: (a)將覆蓋層設(shè)置在透明導(dǎo)電氧化物層上，其中所述覆蓋層包括元素鎂、鎂合金、二元鎂氧化物或它們的組合； (b)在所述覆蓋層上設(shè)置窗口層；以及 (C)在所述透明導(dǎo)電氧化物層和所述窗口層之間形成層間層，其中所述層間層包括鎂。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(a)包括將所述覆蓋層設(shè)置成與所述透明導(dǎo)電氧化物層直接接觸。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括在步驟(b)之前在所述覆蓋層上設(shè)置緩沖層。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述透明導(dǎo)電氧化物層上設(shè)置緩沖層，并且其中步驟(a)包括將所述覆蓋層設(shè)置在所述緩沖層上。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述透明導(dǎo)電氧化物層包括氧化鎘錫、氧化鋅錫、氧化銦錫、摻氟氧化錫、摻銦氧化鎘、摻雜氧化鋅或它們的組合。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述緩沖層包括二氧化錫、氧化鋅、氧化銦、氧化鋅錫或它們的組合。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述窗口層包括硫化鎘、氧合硫化鎘、硫化鋅、硫化鎘鋅、硒化鎘、硒 化銦、硫化銦或它們的組合。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述窗口層上設(shè)置吸收層。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述吸收層包括碲化鎘、碲化鎘鋅、碲化鎘硫、碲化鎘硒、碲化鎘錳、碲化鎘鎂、硫化銅銦、銅銦鎵硒化物、銅銦鎵硫化物或它們的組合。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述覆蓋層的厚度在約0.2納米至約200納米的范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述覆蓋層的步驟包括蒸發(fā)、原子層沉積、濺射或它們的組合。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中同時(shí)實(shí)施步驟(b)和(C)。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中順次地實(shí)施步驟(b)和(C)。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述層間層還包括錫、硫、氧、鋅、鎘或它們的組合。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述層間層包括鎂合金、含鎂和錫的化合物或它們的組合。
16.—種方法,包括: (a)將覆蓋層設(shè)置在透明導(dǎo)電氧化物層上，其中所述覆蓋層包括元素鎂、鎂合金、二元鎂化物或它們的組合； (b)在所述覆蓋層上設(shè)置窗口層，其中所述窗口層包括鎘和硫；以及 (C)在所述透明導(dǎo)電氧化物層和所述窗口層之間形成層間層，其中所述層間層包括鎂。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(a)包括將所述覆蓋層設(shè)置成與所述透明導(dǎo)電氧化物層直接接觸。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述透明導(dǎo)電氧化物層上設(shè)置緩沖層，并且其中步驟(a)包括將所述覆蓋層設(shè)置在所述緩沖層上。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述層間層包括鎂合金、含鎂和錫的化合物或它們的組合。
20.—種方法,包括: (a)將覆蓋層設(shè)置在位于透明導(dǎo)電氧化物層上的緩沖層上，其中所述覆蓋層包括二元鎂氧化物； (b)在所述覆蓋層上設(shè)置窗口層，其中所述窗口層包括鎘和硫； (c)在所述透明導(dǎo)電氧化物層和所述窗口層之間形成層間層，其中所述層間層包括鎂；以及 (d)在所述窗 口層上設(shè)置吸收層。
【文檔編號(hào)】H01L31/073GK104051565SQ201310081875
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月14日
【發(fā)明者】曹金波, 威廉.H.胡貝爾, 梁勇, 徐晟
申請(qǐng)人:通用電氣公司