CN101351894B - 光电有源半导体材料以及光电池 - Google Patents

光电有源半导体材料以及光电池 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光电有源半导体材料与一种包括光电有源半导体材料的光电池，其中该光电有源半导体材料包含由碲化锌构成的晶格，并且在碲化锌晶格中，ZnTe被0.01至10摩尔％的CoTe、0至10摩尔％的Cu2Te、Cu3Te或CuTe、以及0至30摩尔％的选自MgTe与MnTe的至少一种化合物所取代，以及其中，在碲化锌晶格中，Te被0.1至30摩尔％的氧所取代。该光电池还具有背接触，该背接触由与碲形成金属碲化物的背接触材料构成。

Description

光电有源半导体材料以及光电池
技术领域
本发明涉及光电池(photovoltaic cell)以及包括在其中的光电有源(photovoltaically active)半导体材料。
背景技术
光电有源材料是将光转换为电能的半导体。这种转换的基本原理长期以来已经是公知的并且在工业上得到应用。工业应用的太阳能电池大部分基于晶体硅(单晶或多晶)。在p与n导电硅之间的边界层中，入射光子激发半导体的电子，以致电子从禁带提升至导带中。
价带与导带之间的能隙高度限制了太阳能电池的最大可能效率。在采用硅的情形中，对于日光照射，该效率大约为30％。另一方面，由于部分载流子通过各种过程进行复合，实际中得到的效率大约为15％，因此不能得到应用。
DE 102 23 744 A1公开了可替换的光电有源材料与包含这些材料的光电池，其显示出达到一个降低的程度的效率降低损失机制。
硅的能隙为约1.1eV，从而具有非常良好的应用价值。尽管降低能隙的大小会导致更多的载流子被传送到导带中，电池电压却变低了。相应地，尽管在大能隙下获得较高的电池电压，却可得到较低的可用电流，这是因为存在较少的用于激发的光子。
为了获得较高的效率，提出了许多配置，例如在串联电池中将具有不同能隙的半导体串联的配置。然而，由于其复杂的结构，很难经济地实现。
一种新的构思包括在能隙内产生中间能级(向上转换(up-conversion))。在例如Proceedings of the 14th Workshop on QuantumSolar Energy Conversion-Quantasol 2002，March，17-23，2002，Rauris，Salzburg，Austria，“Improving solar cells efficiencies by theup-conversion”，TI.Trupke，M.A.Green，P.Würfel中或“Increasing theEfficiency of Ideal Solar Cells by Photon Induced Transitions atintermediate Levels”，A.Luque and A.Marti，Phys.Rev.Letters，Vol.78，No.26，June 1997，5014-5017中描述了这种构思。1.995eV的带隙与0.713eV的中间能级的能量给出了63.17％的计算最大效率。
例如，对于Cd1-yMnyOxTe1-x或Zn1-xMnxOyTe1-y系统，已经利用光谱方法确认了这样的中间能级。这在“Band anticrossing in group II-Ox VI1-xhighly mismatched alloys：Cd1-yMnyOxTe1-x quaternaries synthesized by Oion implantation”，W.Walukiewicz et al.，Appl.Phys.Letters，Vol.80，No.9，March 2002，1571-1573中以及“Synthesis and optical properties ofII-O-VI highly mismatched alloys”，W.Walukiewicz et al.，J.Appl.Phys.Vol.95，No.11，June 2004，6232-6238中有所描述。在这些研究中，通过用负电性显著较强的氧离子取代阴离子晶格中的部分碲阴离子，提高带隙中希望的中间能级。在这种情况下，通过薄膜中的离子注入，使得碲被氧取代。这类物质的显著缺点是氧在半导体中的溶解度极低。在Appl.Phys.Letters，Vol.80中的上述公开中，给出了1017O/cm3的值。结果，例如其中y大于0.0001的化合物Zn1-xMnxTe1-yOy是热力学不稳定的。
因此，相应的专利申请WO 2005/055285A2提出了用O+离子轰击薄膜层且随后用脉冲KrF激光在38ns内熔解氧，以使氧“锚定(anchor)”在晶格中(脉冲激光熔解)。成分为Zn0.88Mn0.12Te的碲化物在那里被注入有3.3原子％的O+。利用该方法获得的材料最终在最高达350℃下稳定。
然而，WO 2005/055285 A2没有示出O+离子注入的化学过程。根据
Zn0.88Mn0.12Te+O+→Zn0.88Mn0.12Te1-xOx+Te+，
应释放出(正)Te离子，从化学观点看，这几乎是不可能的。没有陈述碲是否被释放以及其在哪里保持。仅仅陈述了由于Mn浓度应促进氧的注入而使部分ZnTe被MnTe取代。实际上，所给出的说明是不完整的，即使能达到具有中间带的更有效光电池的目的，也很难达到该目的。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于具有高效率与高性能的光电池的光电有源半导体材料。特别地，本发明另一个目的是提供一种可替换的热力学稳定的光电有源半导体材料，该光电有源半导体材料在能隙中包括中间能级。
根据本发明，该目的是通过一种包括碲化锌晶格的光电有源半导体材料实现的，其中碲化锌晶格中的ZnTe被0.01-10摩尔％，优选0.1-10摩尔％，特别优选0.03-5摩尔％，更特别优选0.5-3摩尔％的CoTe取代，从而在碲化锌晶格中，Te被0.01-30摩尔％，优选0.5-10摩尔％的氧所取代。
非常出乎意料地，发现如果碲化锌晶格中包括碲化钴，则氧被结合到碲化锌晶格中。从而，碲化锌中的钴量优选为0.01至10原子％，更优选为0.5至3原子％。具有相应钴量的碲化锌包含分子氧，从而根据式(I)释放单质碲。
Zn1-xCoxTe+y/2O2→Zn1-xCoxTe1-yOy+yTe    (I)
因而，不形成氧化锌。
通过与碲一起形成金属碲化物的材料的金属层，促进该反应，半导体材料与该金属碲化物接触，从而，该金属层的材料与在被氧取代时在半导体材料中释放的碲化物一起，形成碲化物。例如，该金属层可以是光电池的金属背接触，从而该背接触的金属与所释放的碲一起在中间层中形成碲化物。作为在金属层中，特别是在背接触中的金属，特别优选Ag、Zn、Mo、W、Cr、Cu、Co或Ni。更优选地，使用包含锌的金属层。
考虑到光电池的背接触的该附加功能，为了不显著增大电池电阻，所形成的碲化物提供高导电性(金属或p导电)是重要的。根据由在金属边界层处的反应所产生的浓度梯度，碲在背接触的方向上在半导体材料中扩散。由于0.2eV的低带隙，单质碲实际上吸收所有入射光，这会使得光电池不可使用，因此，需要碲在背接触的方向上在半导体材料中扩散。
根据其性质以形成对碲的引流(drain)，金属层的种类，特别是背接触的种类，对于在碲化锌晶格中氧的结合是重要的。在给定的沉积温度或氧化温度下，金属层的(例如背接触的)金属相对于单质碲活性越强，在碲化锌晶格中就结合越多的氧。这样，金属层(背接触)的种类决定在带隙中中间带的形成和排列。
如下设置根据式(I)的反应所处的优选温度。优选温度在室温至400℃的范围内，特别优选在250℃至350℃的范围内。氧气的分压可以在0.001Pa至105Pa的范围内。这样，例如，可以使用105Pa下的空气。反应时间优选为0.1至100分钟，更优选为1至20分钟。
根据本发明的一个实施例，根据本发明的光电有源半导体材料的晶格中的碲化锌中的ZnTe被0至30摩尔％的选自MgTe和MnTe的至少一种化合物所取代。
在本发明的上下文中，在一组中两种或多种化合物的情况下，选自该组的至少一种化合物的x至y摩尔％(例如，其中x＝0且y＝10)的式中，可以包括x至y摩尔％的这些化合物中的每一种。
通过将镁和/或锰结合到ZnTe晶格中，总带宽增大。该增大分别为约0.1eV/10摩尔％的MgTe和约0.043eV/10摩尔％的MnTe。ZnTe的带宽具有约2.25eV的值。其中50摩尔％被MgTe或MnTe所取代的碲化锌半导体分别提供约2.8eV或约2.47eV的带隙宽度。对于根据本发明的半导体材料，通过镁或锰对带隙的增大是可能的。然而，根据本发明的光电有源半导体材料优选不具有带隙增大(0摩尔％的ZnTe被MgTe和MnTe所取代)。
根据本发明的一个优选实施例，光电有源半导体材料的碲化锌晶格中的ZnTe被0至10摩尔％，优选0.5至10摩尔％的Cu2Te、Cu3Te或CuTe所取代。根据本发明的一个更优选实施例，光电有源半导体材料的碲化锌晶格中的Te被0至10摩尔％，优选0.5至10摩尔％的N和/或P所取代。通过用铜、磷或氮掺杂，提高碲化锌的电导率。这也应用于根据本发明的光电有源半导体材料。电活性的提高对于在光电池中光电有源半导体材料的使用是有利的。
此外，本发明涉及一种具有碲化锌晶格的半导体材料，其中所述碲化锌晶格中的ZnTe被下列物质所取代：
·0.1至10摩尔％的CoTe，
·0至10摩尔％的Cu2Te、Cu3Te或CuTe，以及
·0至30摩尔％的选自MgTe和MnTe的至少一种化合物。
在该半导体材料中，碲可以被0至30摩尔％的氧所取代，以制造根据本发明的光电有源半导体材料。
本发明还涉及一种包括根据本发明的光电有源半导体材料的光电池。优选地，提供具有光电有源半导体材料的光电池，其中所述光电有源半导体材料包括碲化锌晶格，所述碲化锌晶格中的ZnTe被下列物质所取代：
·0.01至10摩尔％，优选0.1至10摩尔％，更优选0.3至5摩尔％，特别更优选0.5至3摩尔％的CoTe，
·0至10摩尔％的Cu2Te、Cu3Te或CuTe，以及
·0至30摩尔％的选自MgTe和MnTe的至少一种化合物，
其中Te被下列物质所取代：
·0.1至30摩尔％，优选0.5至10摩尔％的氧，
其中所述光电池还包括由与碲形成金属碲化物的背接触材料构成的背接触。上面描述了背接触的功能。
本发明的光电池具有这样的优点，即所使用的本发明的光电有源半导体材料在最高达400℃下是稳定的。此外，由于在光电有源半导体材料的能隙中产生了中间能级，本发明的光电池具有大于15％的高效率。在没有中间能级的情况下，则只有具有至少能隙的能量的光子、电子或载流子才可以从价带上升到导带中。较高能量的光子也对效率有贡献，其中超过带隙的能量的超出量作为热量而损失。在有存在于本发明所使用的半导体材料中的中间能级且该中间能级可以被部分占据的情况下，更多的光子可以有助于激发。
本发明的光电池优选具有这样的结构，该结构包括由本发明的光电有源半导体材料构成的p导电吸收器层，该吸收器层位于背接触的材料上。p导电半导体材料的该吸收器层邻接实质上不吸收入射光的作为窗口的n导电接触层，优选n导电透明层，该n导电透明层包含选自氧化铟锡、掺氟的氧化锡、掺锑、掺镓、掺铟、或掺铝的氧化锌的至少一种半导体材料。入射光在p导电半导体层中产生正电荷与负电荷。空穴在p区中扩散到背接触。在根据本发明的p导电吸收器与背接触之间的界面处，这些空穴与离开背接触的电子复合。电子扩散通过n导电窗口层至漏极(drain)，通过电路，然后进入背接触。
其上设置有吸收器层的背接触的材料优选包含选自Cu、Ag、Zn、Cr、Mo、W、Co和Ni的至少一种元素，更优选Zn。已知特别是掺铝的氧化锌非常适合作为碲化锌的窗口层(“Studies of sputtered ZnTe films asinterlayer for the CdTe thin film solar cell”，B.
Figure G2006800503324D00061
J.Fritsche，F.A.Klein，W.Jaegermann，Thin Solid Films 480-481(2005)204至207)。
在本发明的一个优选实施例中，根据本发明的光电池被设置作为具有中间带的光电池，其中根据合成物Zn1-x-zCoxMezTe1-yOy来设置所述吸收器，其中x＝0.001至0.05；z＝0至0.4；y＝0.001至0.3，以及Me＝Mg、Mn和/或Cu。
在本发明的光电池的一个优选实施例中，光电池包括导电衬底、由厚度为0.1至20μm、优选0.1至10μm、特别优选0.3至3μm的本发明的光电有源半导体材料构成的p层，以及由厚度为0.1至20μm、优选0.1至10μm、特别优选0.3至3μm的n导电半导体材料构成的n层。衬底优选为涂有导电材料的玻璃片(sheet)、柔性金属箔或柔性金属片。柔性衬底与薄光电有源层的结合的优点是不必使用复杂且因此而昂贵的支撑(support)来安装包括本发明的光电池的太阳能模块。这种柔性使得弯曲成为可能，从而可以使用非常简单和廉价的、不必是刚性的且抗弯曲的支撑结构。作为优选的柔性衬底，在本发明中可以使用不锈钢片。
本发明还提供一种包含碲化锌半导体材料的溅射靶，其中ZnTe被下列物质取代：
·0.01至10摩尔％，优选0.1至10摩尔％，更优选0.3至5摩尔％，最优选0.5至3摩尔％的CoTe，
·0至10摩尔％的Cu2Te、Cu3Te或CuTe，以及
·0至30摩尔％的选自MgTe和MnTe的至少一种化合物。
该溅射靶可用于溅射由本发明的光电半导体材料构成的半导体材料层，其中例如由于包含在溅射靶中的元素的不同挥发性，该层的组分能够偏离溅射靶的组分。此外，可以将另外的溅射靶，例如由铜构成的共溅射靶，用于使用本发明的溅射靶的溅射中，和/或可以通过反应溅射将另外的元素引入所溅射的层中。
本发明还提供一种制造本发明的光电有源半导体材料和/或根据本发明的光电池的方法，其中本发明的光电有源半导体材料层通过选自溅射、电化学沉积、无电沉积、物理气相沉积(蒸镀)、化学气相沉积和激光烧蚀的至少一种沉积工艺在与碲一起形成金属碲化物的材料的层上制成。通常，可以使用本领域技术人员已知的制造光电有源半导体材料的每一种方法。
优选地，根据用于在含氧气氛中用氧来取代半导体材料的晶格中的碲的本发明方法，使用光电有源半导体材料的层。
优选地，所产生的光电有源半导体材料层的厚度为0.1至20μm、优选0.1至10μm、特别优选0.3至3μm。该层通过选自溅射、电化学沉积、无电沉积、物理气相沉积、化学气相沉积或激光烧蚀的至少一种沉积方法制成。
术语“溅射”指一种工艺，其中包含约10至10000个原子的簇通过加速离子而被撞击出作为电极的溅射靶，且撞击出来的材料沉积在衬底上。通过本发明的方法制成的本发明的光电有源半导体材料的层特别优选通过溅射制成，这是因为溅射形成的层的质量较好。然而，也可以在合适的衬底上进行锌和钴，以及如果合适，Mg和/或Mn和/或Cu的沉积，并随后在低于400℃的温度下在存在氢气的条件下与Te蒸气反应。此外，电化学沉积ZnTe以形成一层并随后用钴掺杂该层以制造根据本发明的光电有源半导体材料也是合适的。
特别优选的是在被抽空的融凝石英容器中合成碲化锌期间引入钴。这里，锌、碲、以及钴、或者钛和钴的混合物、以及如果合适，镁和/或锰和/或铜被引入融凝石英容器中，融凝石英容器被抽空并在真空下火焰密封。然后在炉中首先将融凝石英容器快速加热至约400℃，这是因为在Zn和Te的熔点以下不发生反应。然后以20至100℃/h的速率将温度较缓慢地升高到800至1300℃，优选1100至1200℃。在该温度下形成固态微结构。为此所需的时间是1至100小时，优选5至50小时。然后进行冷却。在不存在湿气的条件下，将融凝石英容器的内容物破碎成0.1至1mm的颗粒尺寸，然后例如在球磨机中将这些颗粒粉碎成1至30μm、优选2至20μm的颗粒尺寸。溅射靶由所得到的粉末通过在300至1200℃、优选400至700℃的温度和5至500MPa、优选20至200MPa的压力下热压制成。加压时间为0.2至10小时，优选1至3小时。
在本发明的方法的一个优选实施例中，光电有源半导体材料通过使用包含光电有源半导体材料的溅射靶进行溅射制成，该溅射靶的光电有源半导体材料包含碲化锌晶格，在碲化锌晶格中，ZnTe被下列物质取代：
·0.01至10摩尔％，优选0.1至10摩尔％，更优选0.3至5摩尔％，最优选0.5至3摩尔％的CoTe，
·0至10摩尔％的Cu2Te、Cu3Te或CuTe，以及
·0至30摩尔％的选自MgTe和MnTe的至少一种化合物。
在本发明的方法的另一优选实施例中，通过在含氮、含氨或含磷化氢的溅射气氛中进行的反应溅射，将氮或磷引入光电有源半导体材料的层中。氮或磷(为了增大本发明的光电有源半导体材料的电导率)的比例由溅射参数确定。特别优选地，通过反应溅射，将氮引入光电有源材料的层中。(R.G.et.al：RF sputtered films of Cu-doped and N-doped ZnTe，1994，IEEE，Vol.1，page 354-356)。
在本发明的方法的一个实施例中，通过共溅射铜靶与包含本发明的光电有源半导体材料的靶，将铜引入光电有源半导体材料的层中。可以通过在与Co掺杂的ZnTe溅射的同时共溅射铜靶来施加铜，例如该铜的0.5至10摩尔％的含量能够增大本发明的光电有源半导体材料的电导率。在共溅射的情况下，铜的比例也是由溅射参数确定的。然而，铜也可以在开始时被引入靶组分。这里，例如，溅射靶中0.5至10摩尔％的锌被铜取代。
在制造本发明的光电有源半导体材料和/或根据本发明的光电池的本发明的方法的一个优选实施例中，通过以下步骤a)、b)、c)来制造溅射靶，该溅射靶包含碲化锌晶格，在碲化锌晶格中，ZnTe被下列物质取代：
·0.01至10摩尔％，优选0.1至10摩尔％，更优选0.3至5摩尔％，最优选0.5至3摩尔％的CoTe，
·0至10摩尔％的Cu2Te、Cu3Te和CuTe，以及
·0至30摩尔％的选自MgTe和MnTe的至少一种化合物，
a)在被抽空的融凝石英管中，在800℃至1300℃、优选1100至1200℃的温度下，使Zn、Te与Co、以及如果合适，选自Mg和Mn的至少一种元素、以及如果合适，Cu进行反应，持续1至100小时、优选5-50小时的时间，以提供一材料，
b)在基本上不包含氧和水的条件下冷却之后，研磨该材料，以提供其颗粒尺寸为1μm至30μm、优选2至20μm的粉末，以及
c)在300℃至1200℃、优选400℃至700℃的温度下，在5至500MPa、优选20至200MPa的压力下，热压该粉末，持续0.2至10小时、优选1至3小时的加压时间，以提供溅射靶。
然后，将这样制成的溅射靶用于溅射由本发明的光电有源半导体材料构成的层，或者在该层中用O来取代Te，以制造本发明的光电有源半导体材料，从而该层可以在根据本发明的光电池中用作吸收器层。
根据本发明，可以以不同的方式提供在具有碲化锌晶格的半导体材料中用O对Te的取代，在该碲化锌晶格中，ZnTe被0.01至10摩尔％，优选0.1至10摩尔％，更优选0.3至5摩尔％，最优选0.5至3摩尔％的CoTe所取代。
根据本发明的一个优选实施例，制造具有碲化锌晶格的半导体材料的层，在该碲化锌晶格中，ZnTe被0.01至10摩尔％的CoTe、0至10摩尔％的Cu2Te、Cu3Te或CuTe，以及0至30摩尔％的选自MgTe和MnTe的化合物所取代。在0.01Pa至105Pa的氧气分压下，使该层保持在室温至400℃之间、优选250至350℃之间的温度下，持续0.1至100分钟之间的时间，以使半导体材料的晶格中的碲被0.1至30摩尔％的氧所取代。
根据本发明的方法的另一实施例，通过在含氧的溅射气氛中的溅射，将氧引入根据本发明的光电有源半导体材料的层中。
为了加热半导体材料以用O取代Te，例如，可以通过与被加热表面的热接触或者通过从背面加热，在空气中加热包括衬底、背接触和吸收器的配置，或者可以通过例如利用卤素灯的热辐射在希望的温度下设置该配置。温度是反应参数即温度、氧气分压和持续时间中最关键的参数。温度应在室温至400℃之间、优选在250至350℃的范围内。在这些温度下，用氧对碲的交换快速进行。实质上，持续时间是为提供单质碲经过ZnTe层扩散到金属层，例如扩散到背接触所必需的。这可以通过在惰性气体，优选氩中短暂化学反应之后加热所述配置而提供。这样，阻止了最终不希望的高程度的取代。根据本发明方法的一个实施例，在发生用氧取代半导体材料的晶格中的碲所处的反应条件之后，随后在惰性气氛中，将光电有源半导体材料的层设置在250至350℃之间的温度，持续时间为0.1至10分钟之间，以实现在半导体材料中的碲向与碲一起形成金属碲化物的材料的扩散。
然而，例如通过在溅射工艺期间向溅射气氛中添加少量氧气，在施加半导体材料(吸收器层)期间已实现取代反应也是可以的，其中溅射气氛通常为在约1Pa的压力下的氩。相对于氩，所添加的氧气量优选在0.01至5％之间，更优选在0.1至1％。由于省略了一个工艺步骤，该“反应溅射工艺”比单独的氧化更经济。通常，在施加半导体材料期间，衬底被加热到200至350℃的温度，以沉积尽可能为晶体的吸收器层。该温度用于取代反应。
也可以通过本领域技术人员已知的方法施加该半导体层(吸收器层)，并且在施加窗口层之前，可以将该半导体层(吸收器层)暴露于含氧的气氛中，以提供取代反应。这是非常有利的，因为通常在含氧气氛中施加通常为氧化物的窗口层，以防止在窗口层中氧的任何损失。
附图说明
通过使用附图来示例本发明。
图1示出根据本发明的光电池的一个实施例的结构，其包括由根据本发明的光电有源半导体材料构成的吸收器层。
具体实施方式
图1中所示的光电池包括多个层，所述多个层设置在例如由玻璃制成的衬底1上。在所示的实施例中，背层2位于衬底1上。该背接触2包括背接触材料，该背接触材料可与碲一起形成金属碲化物。例如，背接触2是由与锌层叠的钼形成的背接触。在背接触2上，设置由根据本发明的光电有源半导体材料构成的p导电吸收器层。在吸收器层3的半导体材料的碲化锌晶格中，ZnTe被0.01至10摩尔％的CoTe取代，并且Te被0.1至30摩尔％的氧取代。在p导电吸收器层3上，设置n导电透明层4，该n导电透明层4包含氧化铟锡、掺氟的氧化锡、掺锑的氧化锌、掺镓的氧化锌、或掺铝的氧化锌。n导电透明层4通过负载5连接到背接触2，如图中示意示出的。
在制造p导电吸收器层的过程中，所使用的半导体材料的碲化锌晶格中的碲被氧所取代。所释放的碲在吸收器层3中朝向背接触2的方向扩散。背接触2的金属与碲一起在中间层6中形成碲化物。这样，防止了单质碲对入射光的吸收。
入射光子7在p-n结8的区域中产生自由载流子(电子空穴对9)。在不同方向上在空间电荷区中这些自由载流子被电场加速。负载5可以使用由此产生的电流。
实例
执行这些实例，其中组分为Zn0.99Co0.01Te。
为此，将纯度超过99.99％的每一种元素称重放入融凝石英管中，通过在减压下加热而去除残余湿气，并且在减压下火焰密封该管。
在倾斜的管式炉中，将该管在60小时的时间内从室温加热至1200℃，并且在1200℃的温度下保持10小时。然后关掉该炉并使其冷却。
冷却后，在氩气中打开石英管，并且在玛瑙研钵中将所产生的碲化物研磨成约1mm至5mm的碎片(piece)。
最后，将研磨后的材料放入行星式球磨机(planet sphere mill)的研磨罐中。通过n-辛烷灌注该粉末体，随后添加直径为20mm的稳定二氧化锆的研磨球。研磨球的体积份(volume portion)为约60％。研磨罐在氩气中被封闭，并且该批料(batch)被研磨24小时，从而将碲化物研磨成2至30μm的颗粒尺寸。
分离研磨球，并且在最高达180℃的温度下在氩气中将n-辛烷从碲化物粉末中蒸馏出来。
将干燥后的碲化物粉末放入内径为2英寸(约51mm)的热压的石墨基质(matrix)中。附接活塞(piston)，将该材料加热至600℃，随后施加5000牛顿/cm2的压力。在冷却后，得到具有3mm厚度的灰色圆盘，其具有红色光泽。
使用铟将由此获得的溅射靶接合到由铜制成的支撑板上，从而提供实际的溅射靶。
为了制造不同的背接触，将层厚度为约1μm的金属Cu、Ag、Zn、Cr、Mo、W、Co或Ni溅射到玻璃板上。
在各自的背接触上，使用如上所述设置的靶，溅射层厚度为约1μm的组分为Zn0.99Co0.01Te的层。
为了用氧取代碲，将如上制成的层结构的玻璃背面放在加热板上，该加热板已经在空气中持续5分钟被加热到350℃，并且，通过红外温度计控制表面温度。在约20秒之后，达到约320至330℃。
以相同的方式处理不具有背接触的坯料(blank)样品。红色坯料样品的颜色几乎立即改变为黑色，并且在XRD分析中，除了ZnTe之外，还检测到单质碲。
使用反射-IR-谱测量法测量带隙的位置，并提供以下数值：
  背接触金属   中间带的位置(eV)   主带隙(eV)
  Cu   1.6   2.2
  Ag   1.5   2.3
  Zn   1.4   2.3
  Cr   1.8   2.3
  Mo   1.6   2.3
  W   1.6   2.3
  Co   1.6   2.3
参考标号
1    衬底
2    背接触
3p   导电吸收器层
4n   导电层
5    负载
6    中间层
7    光子
8    p-n结
9    电子空穴对

Claims (20)

1.一种光电有源半导体材料，包括碲化锌晶格，其中，所述碲化锌晶格中的ZnTe被下列物质取代：
·0.01至10摩尔％的CoTe，
·0至10摩尔％的Cu2Te、Cu3Te或CuTe，以及
·0至30摩尔％的选自MgTe和MnTe的至少一种化合物，
其中Te被下列物质取代：
·0.1至30摩尔％的氧。
2.根据权利要求1的光电有源半导体材料，其中，所述碲化锌晶格中的Te被0至10摩尔％的选自N和P的至少一种元素所取代。
3.一种光电池，包括光电有源半导体材料，所述光电有源半导体材料包括碲化锌晶格，其中，所述碲化锌晶格中的ZnTe被下列物质取代：
·0.01至10摩尔％的CoTe，
·0至10摩尔％的Cu2Te、Cu3Te或CuTe，以及
·0至30摩尔％的选自MgTe和MnTe的至少一种化合物，
其中Te被下列物质取代：
·0.1至30摩尔％的氧，
其中所述光电池还包括由背接触材料构成的背接触，所述背接触材料与碲一起形成金属碲化物。
4.根据权利要求3的光电池，其中，所述背接触材料包含选自Cu、Ag、Zn、Cr、Mo、W、Co和Ni的至少一种元素。
5.根据权利要求3的光电池，其中，所述碲化锌晶格中的Te被0至10摩尔％的选自N和P的至少一种元素所取代。
6.根据权利要求3的光电池，包括由所述光电有源半导体材料构成的至少一个p导电吸收器层，其中所述吸收器层设置在所述背接触材料上。
7.根据权利要求3的光电池，包括n导电透明层，所述n导电透明层包含选自氧化铟锡、掺氟的氧化锡、掺锑的氧化锌、掺镓的氧化锌以及掺铝的氧化锌的至少一种半导体材料。
8.根据权利要求3的光电池，包括由所述光电有源半导体材料构成的至少一个p导电层、至少一个n导电层以及一衬底，所述衬底是涂有导电材料的玻璃片、柔性金属箔或柔性金属片。
9.一种用于制造根据权利要求1或2的光电有源半导体材料或者根据权利要求3至8中任一项的光电池的方法，其中，通过选自溅射、电化学沉积、无电沉积、物理气相沉积、化学气相沉积和激光烧蚀的至少一种沉积方法，制造所述光电有源半导体材料的层，其中所述光电有源半导体材料的材料与碲一起形成金属碲化物。
10.根据权利要求9的方法，其中，为了用氧来取代所述光电有源半导体材料的晶格中的碲，在含氧气氛中进行所述光电有源半导体材料的层的制造。
11.根据权利要求9的方法，其中，将包含光电有源半导体材料的溅射靶用于溅射，其中所述光电有源半导体材料包括碲化锌晶格，所述碲化锌晶格中的ZnTe被下列物质取代：
·0.01至10摩尔％的CoTe，
·0至10摩尔％的Cu2Te、Cu3Te或CuTe，以及
·0至30摩尔％的选自MgTe和MnTe的至少一种化合物。
12.根据权利要求9的方法，其中，通过在含氧气氛中的溅射，将氧引入所述光电有源半导体材料的层中。
13.根据权利要求9的方法，其中，通过在含氮、含氨或含磷化氢的溅射气氛中的反应溅射，将氮或磷引入所述光电有源半导体材料的层中。
14.根据权利要求9的方法，其中，通过共溅射铜靶与包含所述光电有源半导体材料的靶，将铜引入所述光电有源半导体材料的层中。
15.根据权利要求9的方法，其中，制造厚度为0.1μm至20μm的所述光电有源半导体材料的层。
16.根据权利要求9至15中任一项的方法，其中，通过以下步骤a)、b)和c)来制造溅射靶，所述溅射靶包括碲化锌晶格，所述碲化锌晶格中的ZnTe被0.01至10摩尔％的CoTe取代，
a)在被抽空的融凝石英管中，在800℃至1300℃的温度下，使Zn、Te和Co进行反应，持续1至100小时的时间，以提供一材料，
b)在基本上不包含氧和水的条件下在冷却之后，研磨所述材料，以提供颗粒尺寸为1μm至30μm的粉末，以及
c)在300℃至100℃的温度和5至500MPa的压力下，热压所述粉末，持续0.2至10小时的加压时间，以提供所述溅射靶。
17.根据权利要求9至15中任一项的方法，其中，通过以下步骤a)、b)和c)来制造溅射靶，所述溅射靶包括碲化锌晶格，所述碲化锌晶格中的ZnTe被0至10摩尔％的Cu2Te、Cu3Te或CuTe取代，
a)在被抽空的融凝石英管中，在800℃至1300℃的温度下，使Zn、Te和Cu进行反应，持续1至100小时的时间，以提供一材料，
b)在基本上不包含氧和水的条件下在冷却之后，研磨所述材料，以提供颗粒尺寸为1μm至30μm的粉末，以及
c)在300℃至100℃的温度和5至500MPa的压力下，热压所述粉末，持续0.2至10小时的加压时间，以提供所述溅射靶。
18.根据权利要求9至15中任一项的方法，其中，通过以下步骤a)、b)和c)来制造溅射靶，所述溅射靶包括碲化锌晶格，所述碲化锌晶格中的ZnTe被0至30摩尔％的选自MgTe和MnTe的至少一种化合物取代，
a)在被抽空的融凝石英管中，在800℃至1300℃的温度下，使Zn、Te以及选自Mg和Mn的至少一种元素进行反应，持续1至100小时的时间，以提供一材料，
b)在基本上不包含氧和水的条件下在冷却之后，研磨所述材料，以提供颗粒尺寸为1μm至30μm的粉末，以及
c)在300℃至100℃的温度和5至500MPa的压力下，热压所述粉末，持续0.2至10小时的加压时间，以提供所述溅射靶。
19.根据权利要求9的方法，包括以下步骤：
·制造光电有源半导体材料的层，所述光电有源半导体材料包括碲化锌晶格，其中所述碲化锌晶格中的ZnTe被下列物质取代：0.01至10摩尔％的CoTe、0至10摩尔％的Cu2Te、Cu3Te或CuTe、以及0至30摩尔％的选自MgTe和MnTe的至少一种化合物，以及
·在室温至400℃之间的温度下，在0.01Pa至105Pa的氧分压下，保持所述层，持续时间为0.1至100分钟，以用0.1至30摩尔％的氧取代所述光电有源半导体材料的晶格中的碲。
20.根据权利要求9的方法，其中，在使得发生所述半导体材料的晶格中的碲被氧取代的反应条件之后，在250至350℃之间的温度下，在惰性气氛中，保持所述光电有源半导体材料的层，持续时间为0.1至10分钟，以实现在所述半导体材料中碲的扩散，其中所述半导体材料与碲一起形成金属碲化物。
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