CN101884119B - 用于制备太阳能电池的方法 - Google Patents

用于制备太阳能电池的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101884119B
CN101884119B CN2008801187291A CN200880118729A CN101884119B CN 101884119 B CN101884119 B CN 101884119B CN 2008801187291 A CN2008801187291 A CN 2008801187291A CN 200880118729 A CN200880118729 A CN 200880118729A CN 101884119 B CN101884119 B CN 101884119B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
cadmium
supporter
telluride
target
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2008801187291A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101884119A (zh
Inventor
卡洛·塔利亚尼
彼得·诺扎尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
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 Individual filed Critical Individual
Publication of CN101884119A publication Critical patent/CN101884119A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101884119B publication Critical patent/CN101884119B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1828—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, CdTe
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0623—Sulfides, selenides or tellurides
    • C23C14/0629—Sulfides, selenides or tellurides of zinc, cadmium or mercury
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/28—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation
    • C23C14/30—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation by electron bombardment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02422—Non-crystalline insulating materials, e.g. glass, polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02425—Conductive materials, e.g. metallic silicides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02491—Conductive materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02551—Group 12/16 materials
    • H01L21/02557—Sulfides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02551—Group 12/16 materials
    • H01L21/02562—Tellurides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02623—Liquid deposition
    • H01L21/02628—Liquid deposition using solutions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02631—Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/543—Solar cells from Group II-VI materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于制备太阳能电池的方法，该太阳能电池包括支撑体、硫化镉(CdS)层、碲化镉(CdTe)层、透明导电氧化物(TCO)层、导电金属层和任选的缓冲材料层，CdS层和CdTe层通过脉冲等离子沉积(PPD)方法沉积。本发明还涉及一种能通过所述方法得到的太阳能电池。

Description

用于制备太阳能电池的方法
技术领域
本发明涉及一种制备基于薄层的硫化镉(CdS)和薄层碲化镉(CdTe)的太阳能电池的方法。
背景技术
碲化镉是一种光敏材料，其自身表现为特别适于制造太阳能电池，因为它的特征在于值为1.45eV的所谓的“能隙”，这十分有利。此外，厚度为几微米(μm)的CdTe的多晶层可以通过包括物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、近空间升华(CSS)、丝网印刷(screen-printing)、喷射法等的多种技术方便地沉积。然而，这些技术在沉积之后通常需要特定方式的处理以便优化电池的活性层的性能。
CdTe首先在二十世纪六十年代以及在二十世纪七十年代末用于制造太阳能电池，此种电池的效率值可达到9％。使用的生产工艺需要通过在材料沉积步骤中引入氧、在高温(560-580℃)下工作以掺杂CdTe。在氧气气氛中的沉积后处理(post-deposition treatment)也有助于进一步增加1-2％的效率。然而，这种工艺自身表现为极不实用，因为其几乎不可控制并且昂贵，特别是由于由该方法所需的耐热玻璃制成的基板的较高的成本而导致昂贵。
后来，在二十世纪八十年代，开发出一种用于近空间气相输送(CSVT)方式的CdTe沉积的方法。这种工艺利用耐热玻璃支撑件的温度可迅速加热至650℃的有利特性。因此CdTe通过在600℃下的加热源而沉积。
在二十世纪八十年代还开发了电解方式的沉积方法。在这种情况下，使用在90℃的温度下的CdSO4和Te2O3的水溶液。然而，这种电解法需要较长的时间来沉积，因为必须保持较小的沉积速率以防止CdTe层的化学计量发生波动。
丝网印刷技术改使用Cd和Te粉末的颗粒的悬液，该悬液沉积在支撑体上并且随后通过在高温(大于700℃)下的热处理而转化成相对较厚的CdTe层。在这种情况下，由于适用的基板的成本，这种方法也是昂贵的。
喷射方式的沉积方法使用组分包含Cd和Te的水溶液，该水溶液被喷成雾状(atomized)并且以微滴的形式沉积在被加热至400℃的支撑体上。由于沉积的CdTe层易于形成多孔结构，所以沉积必须形成厚层，这有助于防止构成待沉积层的材料在CdTe层的空穴内的后续渗透。这种方案由于在雾化步骤浪费大量材料使得喷射法比较麻烦。
因此，需要开发一种制备基于CdS和CdTe的太阳能电池的工艺，其中不过量使用低成本的前体并且使用较低的温度条件，该方法可以方便地应用在工业部门中，从而能够廉价地批量生产太阳能电池。
发明内容
本发明的目标在于，提供一种廉价的且简单地制备基于CdS和CdTe的太阳能电池的工艺。
在此目标的范围内，本发明的一个目的在于，提供一种可以方便地在工业领域内实现的工艺。
本发明的另一目的在于，提供一种十分可靠、相对易于实现且成本上有竞争力的工艺。
为了实现此目标以及上述和以下变得更加清楚的其他目的，提出一种用于制备太阳能电池的工艺，该太阳能电池包括支撑体、硫化镉(CdS)层、碲化镉(CdTe)层、透明导电氧化物(TCO)层、导电金属层以及任选的缓冲材料层，其特征在于，CdS层和CdTe层通过脉冲等离子沉积(PPD)方法沉积。
此外，为了实现本发明的这些目标和目的，还提出一种能根据本发明的工艺得到的太阳能电池。
附图说明
以下通过对附图中的非限制性实例所示出的根据本发明的工艺和太阳能电池的优选但并非排它的实施例的说明，使得本发明的其它特性和优点变得更加明显，其中：
图1a是适用于执行根据本发明的工艺的、根据PPD方法工作的装置的示意图；
图1b是在PPD装置的局部在标靶上发生的烧蚀和产生等离子的视图，其中可以注意到的是，玻璃毛细管中的电子脉冲的初级等离子和通过由于电子脉冲到达标靶表面而引起的微爆所形成的标靶材料的次级等离子；
图2是可以根据本发明的工艺的一个实施例得到的太阳能电池的示意图；
图3是可以根据本发明的工艺的一个实施例得到的太阳能电池的照片。
具体实施方式
在本发明的一个方案中，本发明涉及通过使用基于在高能量(高至25keV)下形成的电子脉冲来调节脉冲等离子沉积(PPD)技术和由工作气体(例如氧气、氩气或氮气)在低压(从10-6至10-2mbar)下形成的等离子而沉积光敏材料(CdS和CdTe)层和任选的缓冲材料层，其与适于产生所述脉冲的装置一起被公开在通过引用被并入本文中的专利文献EP1867221A2中。图1示出了所用的装置的示意图。这种装置包括：容纳气体的第一介电管(玻璃灯泡)；连接至第一介电管的中空的阴极；连接至阴极和沉积室的第二介电管(玻璃管)，在该沉积室中设置有至少一个标靶和支撑体；设置在第二介电管附近的阳极；和用于对阴极和阳极施加电压的装置(高压HV源和电容器组)。
施加适当的电压和/或气体压力使得在中空阴极附近产生电子和等离子。
随后通过中空阴极与阳极之间的电势差(最大25kV)移动(remove)并加速电子和等离子，并且电子和等离子在阳极与标靶之间的等电位区域中穿过第二介电管。通过加速的电子脉冲撞击在由待沉积的材料构成的标靶的表面上，脉冲的能量被传递到标靶的材料中并且使得其烧蚀，即其表面的爆炸为标靶材料的等离子的形式(也被称为“羽流(plume)”)，沿支撑体(基板，就是沉积的位置，如图1)的方向传播。
低压气体的离子传导性确保对于由电子产生的空间电荷的静电屏蔽。因此，自持束(self-sustained beams)可以以较大的能量密度和功率被加速并对着(directed against)保持为地电位的标靶的方向被导引，由此导致在标靶表面之下的爆炸，该爆炸导致材料从标靶(target proper)中放出(烧蚀或“爆炸升华(explosion sublimation)”过程)，从而形成垂直于标靶表面传播的羽流。
由束的能量密度、脉冲的持续时间、构成标靶材料的蒸发热和导热性以及标靶的密度决定烧蚀深度。
在羽流材料的路径在标靶表面与支撑体之间时，羽流材料与沉积室中的工作气体在低压(从10-6至10-2mbar)下相互作用并且可以是原样或添加有氧、添加有氩、氮或被掺杂。已经证明，只很小部分(约1％)的脉冲的电子通过阴极与阳极之间的全部电势差被加速。大多数电子的能量不超过500eV。材料的沉积速率(膜增长率)可以通过产生电子脉冲的速率(重复率)、阴极与阳极之间的电势差和相应的平均电流(约3-50mA)以及通过标靶与支撑体之间的距离来控制。
此外，可以通过选择和固定支撑体的适用温度，例如通过结合在支撑体的保持件中的加热器来优化膜的增长。
在根据本发明的工艺中，可以使用PPD方法制备基于CdS和CdTe材料的太阳能电池。该电池包括：支撑体(基板)，透明导电氧化物(TCO)层，导电金属层，CdS层和CdTe层，和任选的缓冲材料层，其中术语“缓冲材料”用于表示适用于与CdTe层实现欧姆接触的半导体材料并且因此其特征在于逸出功(work function)大于5.7eV。
构成电池的层的次序(顺序)可以是“常规的”或“相反的”。通常，对于根据常规次序的沉积，至今所使用的沉积技术始终需要刚性的基板，例如玻璃或其它无机透明耐热材料。这种需求是为了确保对在这种技术的热处理中所使用的高温的耐性。PPD方法改为使得可以与层沉积次序无关地使用刚性的或柔性的支撑体，在该支撑体上沉积构成电池的后续的层。适用的刚性支撑体例如是玻璃片、石英片或一般地说耐热且透明的刚性材料的片。而柔性支撑体例如由金属片或例如聚碳酸酯(PC)、聚四氟乙烯(PTFE)或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的固体有机物构成。
在根据本发明的工艺的一个实施例中，层以在此处称为“常规次序”的次序沉积。在用于制备根据“常规次序”的电池的工艺中，支撑体(例如玻璃片)首先由薄的透明导电氧化物(TCO)层覆盖，该透明导电氧化物例如是铟锡氧化物(ITO，In2O3和SnO2的混合物)或氧化锌(ZnO)。当支撑体由玻璃片构成时，其不仅用作用于太阳能电池结构的支撑体，还用作用于光入射的透明窗。TCO层构成透明的前接触层(front contact)。薄的CdS层沉积在TCO层上，与下面的TCO形成欧姆接触，同时形成用于隔开电荷的结构的“p-n”界面的“n”部，由于半导体的“p”部吸收光子而产生电荷。“p”型半导体由沉积在CdS层上的CdTe层构成。随后，缓冲材料层可以任选地沉积在CdTe层上。例如，缓冲材料可以是碲化锑(Sb2Te3)、碲化锌(ZnTe)、锑(Sb)、硒化钛(TiSe2)、铜硫化物(CuxS)、或磷化镍(Ni2P)。缓冲材料优选为Sb2Te3。通过沉积构成后接触层(rear contact)的金属层来完成结构。
然而，在制备根据常规次序的太阳能电池中采用刚性支撑体会导致在制造中的多种不利和限制：例如玻璃片的支撑体在用作光进入电池的入口的窗时实际上会导致沉积能量的实质上的损失；此外，该支撑体的刚性影响作为电池设计目的的可能的应用，阻止了必需具有柔性结构的应用。
通过使用PPD方法，根据本发明的工艺能够制备其中电池的层根据相对于常规次序相反的顺序沉积的太阳能电池。由此得到其结构以下称为“相反次序”的一种电池。为了实现这种电池，使用设有金属支撑体或导电金属层的材料。此种支撑体可以是柔性的(例如金属片或例如PC、PTFE或PET的固体有机物)或刚性的。在例如金属片的金属支撑体的情况下，其能够直接用作电触点。柔性支撑体的选择赋予电池柔性的结构并且能够更容易地进行处理。在于其上任选地可以沉积缓冲材料(优选Sb2Te3、ZnTe、Sb、TiSe2、CuxS或Ni2P，甚至更加优选Sb2Te3)层的支撑体上，通过PPD方法沉积CdTe层。随后，通过PPD方法沉积CdS层，最后沉积TCO层。特别地，TCO层可以是氧化锌(ZnO)，自身表现为特别适用于作为用于施加至太阳能电池的透明的氧化物的材料。通过使用氧化锌作为用于电池的透明窗，相对于其中TCO是ITO的电池可实现电池效率增加约25％；这是由于氧化锌对于在太阳光谱对应于红色和红外线的部分中的光透明度较高。此外，可以通过丝网印刷沉积电荷集电极(电触点)的精细金属筛。最后，可以沉积另一层薄的SiOx层作为保护层。
在根据本发明的工艺中，在制备具有常规结构的电池中和在制备具有相反结构的电池中，均可以通过使用压制(pressed)且未烧结的CdS标靶执行CdS层的沉积。此外，可以在200至550℃(优选300℃)的温度下、在包含0.1至30体积％的六氟化硫(SF6)和70至99.9体积％的氩(优选2体积％的SF6和98体积％的氩)的沉积气体的存在下、在1x10-3至1x10-2mbar(优选4x10-3至5x10-3mbar)的气体压力下、以6至18kV(优选8kV)的PPD方法的加速度(acceleration)来执行用于沉积CdS层的步骤。CdS层的厚度可以为40至150nm，优选80nm。
可以通过使用受压且未烧结的标靶执行CdTe层的沉积，该标靶包含50至100重量％(优选85重量％)的CdTe、0至40重量％(优选10重量％)的氯化碲(TeCl4)、和0至40重量％(优选5重量％)的氯化镉(CdCl2)。此外，可以在200至550℃(优选400℃)的温度下、在包含0至50体积％的氧和50至100体积％的氩(优选10体积％的氧和90体积％的氩)的沉积气体的存在下、在1x10-3至1x10-2mbar(优选4x10-3mbar)的气体压力下、以6至18kV(优选8kV)的PPD方法的加速度来执行用于沉积CdTe层的步骤。沉积的CdTe层的厚度可以为0.5至15μm，优选3至8μm，更优选6μm。
在CdS层和CdTe层沉积之后，则在400至650℃(优选500℃)的温度下、在1x10-7至1x10-5mbar(优选1x10-6mbar)的压力下执行加热1至60分钟，优选15分钟。此步骤使得CdS层再结晶，CdTe层再结晶，硫和碲在CdS与CdTe之间的接触区域中相互扩散，且CdTe层富集碲。
可以通过PPD方法执行任选的缓冲材料沉积，并且在200至550℃(优选300℃)的温度下、在包含100体积％的氩的沉积气体的存在下；在1x10-3至1x10-2mbar(优选3x10-3mbar)的气体压力下、通过6至18kV(优选8kV)的PPD方法的加速度执行任选的缓冲材料沉积。
可以通过沉积适当的金属(铜、钼)或导电碳或银镀层来设置金属导电层。
已经发现，PPD技术与所有上述沉积材料相容；材料在沉积工艺中从相应的标靶移动至支撑体不会发生化学计量、晶体结构和电子结构形状的变化。此外，已经注意到，通过PPD技术沉积的层之间的相互作用与在通过“传统”方法(激光烧蚀、近空间升华、磁控溅射)沉积的层之间存在的相互作用相当(comparable)。
特别地，已经注意到，支撑体在沉积期间的转动使得组分的厚度和层的连续性具有很高的均匀性。支撑体的转动实际上可本质上减小下面的层中针眼的存在，由此提高电池在短路方面的质量。
此外，使用“洁净室“工艺，即所有层的全部次序的沉积无需使单独的层的表面暴露在环境条件(特别是包含在大气中的湿气)中，使得可以进一步优化太阳能电池。特别地，可以通过使用能够被定位且含有对于制备电池所需的所有标靶的保持件来实现“洁净室”工艺。
通过使用ZnO作为TCO也有助于增加电池的效率。具有ZnO的电池与具有ITO的电池之间的对比显示出ZnO电池的效率相对于设有ITO的同样的电池高出25％。
实际上，已经发现根据本发明的工艺完全实现了设计目标，因为其可以快速地在非剧烈的运行条件下提供具有CdS活性层和CdTe活性层的太阳能电池，并且实现了可以在工业规模中应用的工序。
在所附权利要求的保护范围内，易于构思对于此工艺的多种变型和变化；所有细节还可以由其它技术上的等效物替换。
实际上，使用的材料以及尺寸可以根据要求和技术状态是任意的。本申请要求其优先权的意大利专利申请No.MI2007A001907中的说明书在此处通过引用结合在本发明中。

Claims (35)

1.一种用于制备太阳能电池的方法，该太阳能电池包括支撑体、硫化镉层、碲化镉层、透明导电氧化物层、导电金属层和任选的缓冲材料层，其特征在于，所述硫化镉层和所述碲化镉层通过脉冲等离子沉积方法沉积；
脉冲等离子沉积方法包括：施加适当的电压和/或气体压力使得在中空阴极附近产生电子和等离子；随后通过中空阴极与阳极之间的电势差移动并加速电子和等离子，并且电子和等离子在阳极与标靶之间的等电位区域中穿过第二介电管；通过加速的电子脉冲撞击在由待沉积的材料构成的标靶的表面上，脉冲的能量被传递到标靶的材料中并且使得其烧蚀，即其表面的爆炸为标靶材料的等离子的形式，沿支撑体的方向传播，所述等离子在支撑体上沉积；
所述脉冲等离子沉积的装置包括：容纳气体的第一介电管；连接至第一介电管的中空的阴极；连接至阴极和沉积室的第二介电管，在该沉积室中设置有至少一个标靶和支撑体；设置在第二介电管附近的阳极；和用于对阴极和阳极施加电压的装置。
2.如权利要求1所述的方法，包括以下步骤：
a）通过脉冲等离子沉积方法将硫化镉层沉积在由透明导电氧化物层覆盖的支撑体上；
b）通过脉冲等离子沉积方法将碲化镉层沉积在所述硫化镉层上；
c）在1x10-7至1x10-5mbar的压力下将先前沉积的材料的层加热至400~650℃的温度1至60分钟；
d）将导电金属层沉积在碲化镉层上。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤d）之前通过脉冲等离子沉积方法将缓冲材料层沉积在碲化镉层上。
4.如权利要求1所述的方法，包括以下步骤：
a）通过脉冲等离子沉积方法将碲化镉层沉积在金属支撑体上或由导电金属层覆盖的支撑体上；
b）通过脉冲等离子沉积方法将硫化镉层沉积在所述碲化镉层上；
c）在1x10-7至1x10-5mbar的压力下将先前沉积的材料的层加热至400~650℃的温度1至60分钟；
d）将透明导电氧化物层沉积在所述硫化镉层上。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤a）之前通过脉冲等离子沉积方法将缓冲材料层沉积在所述支撑体上。
6.如权利要求2或4所述的方法，其中所述支撑体是刚性的或柔性的。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述刚性的支撑体选自无机透明耐热材料。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述无机透明耐热材料选自由玻璃和石英组成的组。
9.如权利要求6所述的方法，其中所述柔性的支撑体选自由金属片和固体有机物组成的组。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述固体有机物选自由聚碳酸酯、聚四氟乙烯和聚对苯二甲酸乙二酯组成的组。
11.如权利要求2或4所述的方法，其中，在200~550℃的温度下、在包含0.1~30体积%的六氟化硫和70~99.9体积%的氩的沉积气体的存在下、在1x10-3~1x10-2mbar的气体压力下，以6~18kV的脉冲等离子沉积方法的加速度进行硫化镉层的沉积。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述温度是300℃。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述沉积气体包括2体积%的六氟化硫和98体积%的氩。
14.如权利要求11所述的方法，其中所述气体压力为4x10-3~5x10-3mbar。
15.如权利要求11所述的方法，其中所述脉冲等离子沉积方法的加速度是8kV。
16.如权利要求2或4所述的方法，其中，在200~550℃的温度下、在包含0~50体积%的氧和50~100%的氩的沉积气体的存在下、在1x10-3~1x10-2mbar的气体压力下，以6~18kV的脉冲等离子沉积方法的加速度进行碲化镉层的沉积。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述温度是400℃。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述沉积气体包括10体积%的氧和90体积%的氩。
19.如权利要求16所述的方法，其中所述气体压力是4x10-3mbar。
20.如权利要求16所述的方法，其中所述脉冲等离子沉积方法的加速度是8kV。
21.如权利要求3或5所述的方法，其中，在200~550℃的温度下、在包含100体积%的氩的沉积气体的存在下、在1x10-3～1x10-2mbar的气体压力下，以6~18kV的脉冲等离子沉积方法的加速度进行缓冲材料层的沉积。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述温度是300℃。
23.如权利要求21所述的方法，其中所述气体压力是3x10-3mbar。
24.如权利要求21所述的方法，其中所述脉冲等离子沉积方法的加速度是8kV。
25.如权利要求2或4所述的方法，其中所述沉积的硫化镉层的厚度为40至150nm。
26.如权利要求25所述的方法，其中所述硫化镉层的厚度是80nm。
27.如权利要求2或4所述的方法，其中所述沉积的碲化镉层的厚度是0.5~15μm。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述碲化镉层的厚度是6μm。
29.如权利要求2或4所述的方法，其中用压制且未烧结的标靶进行所述碲化镉层的沉积，该标靶包括50~100重量%的碲化镉、0~40重量%的氯化碲和0~40重量%的氯化镉。
30.如权利要求29所述的方法，其中所述标靶包括85重量%的碲化镉、10重量%的氯化碲和5重量%的氯化镉。
31.如权利要求2或4所述的方法，其中加热所述材料的层的步骤是在1x10-6mbar的压力下、在500℃的温度下进行15分钟。
32.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述透明导电氧化物选自由氧化铟锡和氧化锌组成的组。
33.如权利要求32所述的方法，其中所述透明导电氧化物是氧化锌。
34.如权利要求3或5所述的方法，其中，所述缓冲材料选自由碲化锑、碲化锌、锑、硒化钛、铜硫化物或磷化镍组成的组。
35.如权利要求34所述的方法，其中所述缓冲材料是碲化锑。
CN2008801187291A 2007-10-04 2008-09-17 用于制备太阳能电池的方法 Expired - Fee Related CN101884119B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ITMI2007A001907 2007-10-04
IT001907A ITMI20071907A1 (it) 2007-10-04 2007-10-04 Processo per la preparazione di una cella solare.
PCT/EP2008/062383 WO2009043725A2 (en) 2007-10-04 2008-09-17 Process for preparing a solar cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101884119A CN101884119A (zh) 2010-11-10
CN101884119B true CN101884119B (zh) 2013-09-25

Family

ID=40313770

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008801187291A Expired - Fee Related CN101884119B (zh) 2007-10-04 2008-09-17 用于制备太阳能电池的方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US8343797B2 (zh)
EP (1) EP2206163A2 (zh)
JP (1) JP2010541261A (zh)
KR (1) KR20100089838A (zh)
CN (1) CN101884119B (zh)
CA (1) CA2701874A1 (zh)
IT (1) ITMI20071907A1 (zh)
WO (1) WO2009043725A2 (zh)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1391802B1 (it) * 2008-11-21 2012-01-27 Consiglio Nazionale Ricerche Metodo di realizzazione di celle solari multistrato a film sottile
JP5878465B2 (ja) * 2009-07-13 2016-03-08 ファースト ソーラー インコーポレイテッド 太陽電池フロントコンタクトのドーピング
WO2011049933A1 (en) * 2009-10-19 2011-04-28 The University Of Toledo Back contact buffer layer for thin-film solar cells
CN103329245B (zh) * 2010-12-17 2016-09-07 第一太阳能有限公司 光伏装置
CH704654A1 (de) * 2011-03-16 2012-09-28 Von Roll Solar Ag Verfahren zur Herstellung einer Photovoltaikvorrichtung.
CN102931243A (zh) * 2011-08-10 2013-02-13 无锡尚德太阳能电力有限公司 碲化镉薄膜太阳电池及其制备方法
US8835212B2 (en) * 2011-09-19 2014-09-16 Intermolecular, Inc. Combinatorial methods for developing superstrate thin film solar cells
WO2013089872A2 (en) * 2011-09-22 2013-06-20 Rosestreet Labs, Llc Band structure engineering for improved efficiency of cdte based photovoltaics
ITBO20110669A1 (it) * 2011-11-23 2013-05-24 Organic Spintronics S R L Metodo per la deposizione di uno strato di un materiale su un substrato
US20130160810A1 (en) * 2011-12-22 2013-06-27 General Electric Company Photovoltaic device and method of making
US9806212B2 (en) 2012-08-10 2017-10-31 University Of Kansas Ultrathin group II-VI semiconductor layers, group II-VI semiconductor superlattice structures, photovoltaic devices incorporating the same, and related methods
US8728855B2 (en) 2012-09-28 2014-05-20 First Solar, Inc. Method of processing a semiconductor assembly
TWI542029B (zh) * 2012-12-03 2016-07-11 財團法人工業技術研究院 太陽能電池之製法
ITBO20120695A1 (it) * 2012-12-20 2014-06-21 Organic Spintronics S R L Dispositivo di deposizione a plasma impulsato
KR102303019B1 (ko) 2015-06-16 2021-09-16 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치용 패널, 표시 장치용 패널의 코드 판독 방법 및 표시 장치용 패널의 제조 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6137048A (en) * 1996-11-07 2000-10-24 Midwest Research Institute Process for fabricating polycrystalline semiconductor thin-film solar cells, and cells produced thereby
US6852614B1 (en) * 2000-03-24 2005-02-08 University Of Maine Method of manufacturing semiconductor having group II-group VI compounds doped with nitrogen
CN1703782A (zh) * 2002-09-30 2005-11-30 米亚索尔公司 薄膜太阳能电池大规模生产的制造装置与方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4764261A (en) * 1986-10-31 1988-08-16 Stemcor Corporation Method of making improved photovoltaic heterojunction structures
JPH06283748A (ja) * 1993-03-25 1994-10-07 Susumu Yoshitoku 化合物薄膜の形成方法及び化合物半導体太陽電池の製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6137048A (en) * 1996-11-07 2000-10-24 Midwest Research Institute Process for fabricating polycrystalline semiconductor thin-film solar cells, and cells produced thereby
US6852614B1 (en) * 2000-03-24 2005-02-08 University Of Maine Method of manufacturing semiconductor having group II-group VI compounds doped with nitrogen
CN1703782A (zh) * 2002-09-30 2005-11-30 米亚索尔公司 薄膜太阳能电池大规模生产的制造装置与方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010541261A (ja) 2010-12-24
CN101884119A (zh) 2010-11-10
WO2009043725A2 (en) 2009-04-09
US8343797B2 (en) 2013-01-01
US20100282319A1 (en) 2010-11-11
ITMI20071907A1 (it) 2009-04-05
KR20100089838A (ko) 2010-08-12
EP2206163A2 (en) 2010-07-14
WO2009043725A3 (en) 2009-06-11
CA2701874A1 (en) 2009-04-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101884119B (zh) 用于制备太阳能电池的方法
Tiwari et al. CdTe solar cell in a novel configuration
US8207009B2 (en) Methods of temporally varying the laser intensity during scribing a photovoltaic device
US20110240118A1 (en) Method and device for scribing a thin film photovoltaic cell
US20090014065A1 (en) Method for the production of a transparent conductive oxide coating
KR20090089944A (ko) 박막형 태양전지 및 그 제조방법
US20110308593A1 (en) Modified cadmium telluride layer, a method of modifying a cadmium telluride layer, and a thin film device having a cadmium telluride layer
CN102312194B (zh) 用于形成导电透明氧化物膜层的设备和方法
CN102208485A (zh) 基于碲化镉的薄膜光伏器件所用的导电透明氧化物膜层的形成方法
JP2009021607A (ja) 透明導電性酸化物コーティングの製造方法
KR101215624B1 (ko) Ｃｉｇｓ 화합물계 박막 태양전지 및 그 제조방법
CN102312190B (zh) 溅射用于基于碲化镉的光伏器件的rtb薄膜的方法
US20140110245A1 (en) Non-bonded rotatable targets and their methods of sputtering
CN102810597A (zh) 在基于碲化镉的薄膜光伏器件中形成窗口层的方法
KR100936487B1 (ko) ＣｄＳ／ＣｄＴｅ 박막 태양전지 제조 방법
CN108323212A (zh) 太阳能电池及其制备方法
JPH07106615A (ja) 透明導電膜および光電変換半導体装置の製造方法
EP2402994A1 (en) Method and system for forming photovoltaic cell and a photovoltaic cell
KR101227101B1 (ko) 박막태양전지 및 그 제조방법
RO128030B1 (ro) Metodă de obţinere a unui electrod transparent din zno pentru celule solare, prin arc termoionic
KR102614010B1 (ko) 시료와 간극이 있는 마스크를 이용한 투명전극의 증착 방법
KR101967275B1 (ko) 플렉시블 박막태양전지를 위한 Na 공급방법 및 그에 따라 제조된 태양전지
TWI536585B (zh) Thin film solar cells in the absorption layer of the production method and thin Production method of membrane solar cell
KR20150136721A (ko) 고품질 cigs 광흡수층을 포함하는 태양전지 및 이의 제조방법
WO2011148251A1 (en) Method of making solar cells

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130925

Termination date: 20160917