CN102130207A

CN102130207A - 碲化镉薄膜光伏装置及其制造方法

Info

Publication number: CN102130207A
Application number: CN2010106041596A
Authority: CN
Inventors: R·D·戈斯曼; J·A·德雷顿
Original assignee: Primestar Solar Inc
Current assignee: Primestar Solar Inc
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2011-07-20
Also published as: US20110139235A1; AU2010257207A1; EP2337083A2; US8143515B2; AU2010257207B2; EP2337083A3

Abstract

本发明公开了用于制造基于碲化镉的薄膜光伏装置(10)的方法。所述方法可包括在透明导电氧化物层(14)上从包含约5％重量-约33％重量的锌以及锡的合金靶(64)溅射阻抗性透明层(16)。所述方法还可包括在阻抗性透明层(16)上形成硫化镉层(18)，在硫化镉层(18)上形成碲化镉层(20)，和在碲化镉层(18)上形成背接触层(22)。概括地讲，还公开了包括具有氧化锌浓度为约5％-约33％摩尔分数的氧化锌和氧化锡的混合物的阻抗性透明层(16)的碲化镉薄膜光伏装置(10)。

Description

碲化镉薄膜光伏装置及其制造方法

技术领域

概括地讲，本文公开的主题涉及碲化镉薄膜光伏装置及其制造方法。更详细地讲，本文公开的主题涉及具有由氧化锌和氧化锡的混合物形成的阻抗性透明层的碲化镉薄膜光伏装置。

背景技术

基于与硫化镉(CdS)配对的碲化镉(CdTe)作为光反应性组分的薄膜光伏(PV)组件(还称作“太阳能板”)在工业中得到广泛认可和关注。CdTe是具有特别适合将太阳能转化为电力的特征的半导体材料。例如，CdTe的能带隙为约1.45eV，与历史上在太阳能电池应用中使用的较低带隙半导体材料(例如，对于硅来说，约1.1eV)相比，这使得其能够从太阳能谱中转化更多能量。同时，与较低带隙材料相比，CdTe在较低或漫射光条件下转化辐射能，因此与其它常规材料相比，CdTe整天或在多云条件下具有更久的有效转化时间。

当CdTe光伏组件暴露于诸如日光的光能时，n型层和p型层的结通常负责产生电势和电流。具体地说，碲化镉(CdTe)层和硫化镉(CdS)形成p-n异质结，其中CdTe层充当p型层(即，正型电子接受层)且CdS层充当n型层(即，负型电子供给层)。自由载流子对由光能产生，随后由p-n异质结分离以产生电流。

在能量使碲化镉层反应之前减小窗玻璃与碲化镉层之间各层(例如透明导电层、硫化镉层和其间的任何一个或多个缓冲层)的厚度可降低由装置引起的辐射能量(例如太阳能)的吸收量。因此，可改善装置的总转化效率。另外，减小硫化镉层的厚度可允许更多较短波长(例如，蓝色辐射)到达碲化镉层，再次改善装置的总转化效率。

然而，减小硫化镉层以及玻璃与碲化镉层之间的任何其它层的厚度可产生潜在地损害装置性能的其它问题。例如，比较薄的硫化镉层会导致诸如针孔的界面缺陷，这些缺陷在透明导电氧化物层与碲化镉层之间形成局部结。这类缺陷可降低装置的开路电压(V_OC)并降低装置的填充因子。

因此，需要具有通过减小窗玻璃与碲化镉层之间各层的厚度实现的改善的能量转化效率和/或装置寿命同时降低通常与那些层的厚度减小相关的副作用的碲化镉光伏装置。

发明内容

本发明的各方面和优势将在以下描述中部分地阐述，或者可从所述描述中显而易见，或者可通过本发明的实践得知。

概括地讲，公开了用于制造基于碲化镉的薄膜光伏装置的方法。所述方法可包括在透明导电氧化物层上从包含约3％重量-约22％重量的锌以及锡的合金靶溅射阻抗性透明层。所述方法还可包括在所述阻抗性透明层上形成硫化镉层，在所述硫化镉层上形成碲化镉层，和在所述碲化镉层上形成背接触层。

概括地讲，还公开了碲化镉薄膜光伏装置。这些装置可包括玻璃顶材、在所述玻璃顶材上的透明导电氧化物层、在所述透明导电氧化物层上的阻抗性透明层、在所述阻抗性透明层上的硫化镉层、在所述硫化镉层上的碲化镉层和在所述碲化镉层上的背接触。阻抗性透明层可包含氧化锌浓度为约5％-约33％摩尔分数的氧化锌以及氧化锡的混合物。

参考以下描述和随附权利要求书，将更加透彻地了解本发明的这些和其它特征、方面和优势。结合在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图说明本发明的各实施方案并且与说明书一起用来解释本发明的原理。

附图说明

本发明的全面且使得本领域普通技术人员能够实现的公开内容(包括其最佳方式)参考附图在本说明书中加以阐述，其中：

图1表示根据本发明的一个实施方案的示例性碲化镉薄膜光伏装置的横截面视图的概括性示意图；

图2表示制造包括碲化镉薄膜光伏装置的光伏组件的示例性方法的流程图；和

图3表示根据本发明的一个实施方案的示例性DC溅射室的横截面视图的概括性示意图。

本说明书和附图中重复使用的附图标记是用来表示相同或类似的特征或元件。

具体实施方式

现将详细提及本发明的实施方案，其一个或多个实施例在图中示出。提供各实施例来说明本发明，而不是限制本发明。实际上，本领域技术人员将显而易见的是，可在不偏离本发明的范围和精神的情况下在本发明内进行各种修改和改变。例如，作为一个实施方案的一部分说明或描述的特征可与另一实施方案一起使用以得到又一实施方案。因此，意图是本发明涵盖落入附加权利要求书和其等效物的范围之内的这类修改和变化。

在本发明中，当将一层描述为“在另一层或基材上”或“在另一层或基材之上”时，应当理解所述层可彼此直接接触或在所述层之间具有另一层或特征。因此，这些术语只不过描述各层彼此的相对位置且未必是指“在……上面”，因为上方或下方的相对位置取决于装置对于观察者的定位。另外，虽然本发明不限于任何特定膜厚度，但是描述光伏装置的任何膜层的术语“薄”通常指所述膜层的厚度小于约10微米(“μm”)。

应理解本文提到的范围和极限包括处于规定极限内的所有范围(即，子范围)。例如，约100-约200的范围还包括110-150、170-190、153-162和145.3-149.6的范围。此外，至多约7的极限还包括至多约5的极限、至多3的极限和至多约4.5的极限以及所述极限内的范围，诸如约1-约5的范围和约3.2-约6.5的范围。

一般说来，本发明公开了具有由氧化锌和氧化锡的混合物形成的阻抗性透明层的碲化镉薄膜光伏装置以及其制造方法。在碲化镉薄膜光伏装置中阻抗性透明层通常安置在透明导电氧化物(TCO)层和硫化镉层之间，且通过降低在TCO层和碲化镉层之间产生旁路的界面缺陷(即，在硫化镉层中的“针孔”)的可能性而允许比较薄的硫化镉层包括在所述装置中。因此，尽管不希望受到任何特定理论限制，人们相信阻抗性透明层允许TCO层和碲化镉层之间的粘着和/或相互作用改善，因此允许在其上形成比较薄的硫化镉层，而没有显著副作用，否则显著副作用将由在TCO层上直接形成的这种比较薄的硫化镉层产生。另外，阻抗性透明层通常比TCO层更具阻抗性且可帮助保护装置在装置加工期间免受TCO层和后续层之间的化学相互作用。例如，在某些实施方案中，阻抗性透明层可具有大于约1000欧姆/□，诸如约10千欧姆/□-约1000兆欧姆/□的薄层电阻。

阻抗性透明层包含氧化锌(ZnO)和氧化锡(SnO₂)的组合以形成锡酸锌的非化学计量变体，锡酸锌标称为Zn₂SnO₄。具体地说，根据本申请，当与标称化学计量的锡酸锌比较时，包含减少量的锌，以与阻抗性透明层中的过量锡相比在阻抗性透明层中提供不足的锌。因此，阻抗性透明层可表示为Zn_xSn_1-xO_2-x，其中0.05＞x＞0.33，诸如0.1≥x≥0.2。

氧化锡和氧化锌的这种特定混合物可使得阻抗性透明层具有合适透明性、电阻率和稳定性以便在TCO层和硫化镉层之间使用。阻抗性透明层还可具有宽光学带隙(例如，大于约2.5eV，诸如约2.7eV-约3.0eV)。另外，氧化锡和氧化锌的这种特定混合物可使阻抗性透明层经构造以经受住用于沉积其它层(例如，硫化镉层、碲化镉层)的后续加热和冷却和/或装置在进一步加工期间会经受的退火处理。

阻抗性透明层可通过溅射、化学气相沉积、喷雾热解或任何其它合适沉积方法形成。在一个特定实施方案中，阻抗性透明层可通过在TCO层上溅射(例如，DC溅射或RF溅射)形成。

溅射沉积包括从靶(其为材料源)喷射材料和使喷射的材料沉积到基材上以形成膜。DC溅射通常包括向在溅射室内接近基材(即，阳极)安置的金属靶(即，阴极)施加直流电流以形成直流放电。溅射室可具有反应性气氛(例如，氧气氛、氮气氛、氟气氛)，该气氛在金属靶和基材之间形成等离子体场。对于磁控溅射来说，反应性气氛的压力可为约1毫托-约20毫托。对于二极管溅射来说，压力可能甚至更高(例如，约25毫托-约100毫托)。当施加电压后金属原子从靶释放时，金属原子沉积到基材表面上。例如，当所述气氛含有氧气时，从金属靶释放的金属原子可在基材上形成金属氧化物层。施加到源材料的电流可根据源材料的大小、溅射室的大小、基材表面积量和其它变量而改变。在一些实施方案中，所施加的电流可为约2安培-约20安培。

相反地，RF溅射包括通过在靶(例如，陶瓷源材料)和基材之间施加交流电流(AC)或射频(RF)信号激发电容性放电。对于磁控溅射来说，溅射室可具有压力为约1毫托-约20毫托的惰性气氛(例如，氩气氛)。此外，对于二极管溅射来说，压力可能甚至更高(例如，约25毫托-约100毫托)。

例如，阻抗性透明层可使用DC溅射方法通过对金属源材料施加直流电流而沉积，所述金属源材料包含锌浓度为约3％重量-约22％重量、诸如约5％重量-约20重量％或特别为约10％重量-约20％重量的元素锌以及元素锡的混合物。在特定实施方案中，金属源材料可主要由元素锌和元素锡组成(例如，基本没有所有其它金属)且其锌浓度可为约3％重量-约22％重量，诸如约5％重量-约20重量％，或特别为约10％重量-约20％重量，剩余重量百分数为元素锡(即，约78％-约97％重量，诸如约80％-约95％重量，或特别约80％-约90％重量)。可在压力为约1毫托-约20毫托、温度为约15℃-约300℃的氧化气氛(例如，O₂气)存在下将金属源材料溅射到TCO层上。在一个特定实施方案中，溅射可在室温(例如，约20℃到约25℃)下进行。当氧化气氛包含氧气(即，O₂)时，所述气氛可为大于约95％的纯氧，诸如大于约99％的纯氧。

在一个供选的实施方案中，阻抗性透明层可使用RF溅射方法通过向陶瓷源材料施加射频(或交流电)而沉积，所述陶瓷源材料包含氧化锌浓度为约5％摩尔分数-约33％摩尔分数、诸如约5％摩尔分数-约20％摩尔分数或特别约10％摩尔分数-约20％摩尔分数的氧化锌以及氧化锡的混合物。在特定实施方案中，金属源材料可主要由氧化锌和氧化锡组成(例如，基本没有所有其它金属氧化物)且其氧化锌浓度可为约5％摩尔分数-约33％摩尔分数，诸如约5％摩尔分数-约20摩尔分数，特别为约10％摩尔分数-约20％摩尔分数，剩余重量百分数为氧化锡(即，约67％-约95％摩尔分数，诸如约80％-约95％摩尔分数，或特别约80％-约90％摩尔分数)。可在压力为约1毫托-约20毫托、温度为约15℃-约300℃的惰性气氛(例如，氩气)存在下将陶瓷源材料溅射到TCO层上。在一个特定实施方案中，溅射可在室温(例如，约20℃-约25℃)下进行。

与形成所述层的方法无关，阻抗性透明层的厚度可为约0.075μm-约1μm，例如约0.1μm-约0.5μm。在特定实施方案中，阻抗性透明层的厚度可为约0.08μm-约0.2μm，例如约0.1μm-约0.15μm。

由氧化锌和氧化锡的混合物形成的阻抗性透明层可包括在使用碲化镉层的任何碲化镉装置中，诸如包括在Murphy等的标题为“Ultra-high Current Density Cadmium Telluride Photovoltaic Modules(超高电流密度碲化镉光伏组件)”的美国专利公开第2009/0194165号中公开的碲化镉薄膜光伏装置中。

图1表示示例性碲化镉薄膜光伏装置10。图1的示例性装置10包括用作基材的玻璃顶层12。在该实施方案中，玻璃12可称为“顶材(superstrate)”，原因是它是在其上形成后续层的基材，即使在碲化镉薄膜光伏装置10在使用中时其向上面对辐射源(例如，太阳)。玻璃顶层12可为高透射玻璃(例如，高透射硼硅酸盐玻璃)、低铁浮法玻璃或其它高度透明的玻璃材料。玻璃通常足够厚以提供用作后续膜层的支撑(例如，厚度为约0.5mm-约10mm)，且基本平坦以提供用于形成后续膜层的优良表面。在一个实施方案中，玻璃12可为含有小于约0.15％重量铁(Fe)的低铁浮发玻璃且在所关注的光谱(例如，波长为约300nm-约900nm)中可具有约0.9或更大的透射度。

透明导电氧化物(TCO)层14在图1的示例性装置10的玻璃12上示出。TCO层14允许光在最低吸收下穿过，同时还允许装置10生成的电流侧向行进到不透明金属导体(未图示)。例如，TCO层14的薄层电阻可小于约30欧姆/□，诸如约4欧姆/□-约20欧姆/□(例如，约8欧姆/□-约15欧姆/□)。TCO层14通常包含至少一种导电氧化物，诸如氧化锡、氧化锌或氧化铟锡或其混合物。另外，TCO层14可包含其它导电透明材料。TCO层14还可以包含锡酸锌和/或锡酸镉。

TCO层14可通过溅射、化学气相沉积、喷雾热解或任何其它合适沉积方法形成。在一个特定实施方案中，TCO层14可通过在玻璃12上溅射(例如，DC溅射或RF溅射)形成。例如，锡酸镉层可通过向玻璃12上以约1-约2的比率溅射含有化学计量之量的SnO₂和CdO的热压靶而形成。或者锡酸镉可通过使用乙酸镉和氯化锡(II)前体通过喷雾热解制备。

在某些实施方案中，TCO层14的厚度可为约0.1μm-约1μm，例如约0.1μm-约0.5μm，诸如约0.25μm-约0.35μm。具有形成在顶材表面上的TCO层14的合适平坦玻璃基材可从许多玻璃制造厂和供应商处购买。例如，包括TCO层14的特别合适的玻璃12包括以名称TEC15 TCO从Pilkington North America Inc.(Toledo，Ohio)购得的玻璃，其包括薄层电阻为15欧姆/□的TCO层。

上述阻抗性透明层16在图1的示例性碲化镉薄膜光伏装置10的TCO层14上示出。

硫化镉层18在图1的示例性装置10的阻抗性透明层16上示出。硫化镉层18为n型层，其通常可包含硫化镉(CdS)，但也可包含其它材料，诸如硫化锌、硫化镉锌等及其混合物以及掺杂剂和其它杂质。在一个特定实施方案中，硫化镉层可包含至多约25％原子百分数、例如约5％-约20％原子百分数的氧。硫化镉层18可具有宽带隙(例如，约2.25eV-约2.5eV，诸如约2.4eV)，以允许大部分辐射能(例如太阳能辐射)穿过。因而，将硫化镉层18视为装置10上的透明层。

硫化镉层18可通过溅射、化学气相沉积、化学浴沉积和其它合适沉积方法形成。在一个特定实施方案中，硫化镉层18可通过在阻抗性透明层16上溅射(例如，直流电流(DC)溅射或射频(RF)溅射)形成。溅射沉积通常包括从靶(其为原料源)喷射材料并使喷射的材料沉积到基材上以形成膜。DC溅射通常包括向在溅射室内接近基材(即，阳极)安置的金属靶(即，阴极)施加电压以形成直流放电。溅射室可具有反应性气氛(例如，氧气氛、氮气氛、氟气氛)，该反应性气氛在金属靶和基材之间形成等离子体场。对于磁控溅射来说，反应性气氛的压力可为约1毫托-约20毫托。当施加电压后金属原子从靶释放时，金属原子可与等离子体反应并沉积到基材表面上。例如，当所述气氛含有氧气时，从金属靶释放的金属原子可在基材上形成金属氧化物层。相反地，RF溅射通常包括通过在靶(例如，陶瓷源材料)和基材之间施加交流(AC)或射频(RF)信号激发电容性放电。溅射室可具有压力为约1毫托-约20毫托的惰性气氛(例如，氩气氛)。

由于存在阻抗性透明层16，硫化镉层18的厚度可小于约0.1μm，诸如在约10nm至约100nm之间，诸如在约50nm至约80nm之间，在阻抗性透明层16和硫化镉层18之间存在最小量的针孔。另外，厚度小于约0.1μm的硫化镉层18降低硫化镉层18对辐射能量的任何吸收，有效增加到达下层碲化镉层22的辐射能量的量。

碲化镉层20在图1的示例性碲化镉薄膜光伏装置10中在硫化镉层18上示出。碲化镉层20为p型层，其通常包含碲化镉(CdS)，但也可包含其它材料。作为装置10的p型层，碲化镉层20为光伏层，其与硫化镉层18(即，n型层)相互作用以通过吸收进入装置10的大部分辐射能量(这归因于它的高吸收系数)并产生电子-空穴对而由辐射能量吸收生成电流。例如，碲化镉层20通常可由碲化镉形成且可具有适合吸收辐射能量的带隙(例如，约1.4eV-约1.5eV，诸如约1.45eV)以在吸收辐射能量后产生电子-空穴对。空穴可从p型侧(即，碲化镉层20)横跨结行进到n型侧(即，硫化镉层18)，相反地，电子可从n型侧通到p型侧。因此，在硫化镉层18和碲化镉层20之间形成的p-n结形成类似二极管的材料，允许常规电流仅在一个方向上流动以产生横跨边界的电荷失衡。该电荷失衡导致产生跨越p-n结并分离自由电子和空穴的电场。

碲化镉层20可通过诸如化学蒸气沉积(CVD)、喷雾热解、电沉积、溅射、近距离升华(CSS)等的任何已知方法形成。在一个特定实施方案中，硫化镉层18通过溅射沉积，碲化镉层20通过近距离升华沉积。在特定实施方案中，碲化镉层20的厚度可为约0.1μm-约10μm，诸如约1μm-约5μm。在一个特定实施方案中，碲化镉层20的厚度可为约2μm-约4μm，诸如约3μm。

可对碲化镉层20的暴露表面施加一系列形成后处理。这些处理可定制碲化镉层20的官能度并准备其表面以便后续粘着一个或多个背接触层22。例如，可将碲化镉层20在高温(例如，约350℃-约500℃，诸如约375℃-约424℃)下退火足够的时间(例如，约1-约10分钟)以形成优质p型碲化镉层。尽管不希望受到理论限制，人们相信对碲化镉层20(和装置10)进行退火将标准n型碲化镉层20转化为具有比较低电阻率的p型碲化镉层20。另外，可在退火期间使碲化镉层20重结晶并经历晶粒生长。

使碲化镉层20退火可在氯化镉存在下进行以用氯离子掺杂碲化镉层20。例如，可将碲化镉层20用含有氯化镉的水溶液洗涤，随后在高温下退火。

在一个特定实施方案中，在氯化镉存在下使碲化镉层20退火之后，可洗涤表面以除去在表面上形成的任何氧化镉。该表面准备可通过从表面上除去氧化镉而在碲化镉层20上留下富Te表面。例如，可用合适溶剂(例如，乙二胺，也称作1，2-二氨基乙烷或“DAE”)洗涤表面以从表面上除去任何氧化镉。

另外，可将铜加到碲化镉层20中。与合适的蚀刻剂一起，向碲化镉层20加入铜可在碲化镉层20上形成铜-碲化物表面，以在碲化镉层20(即，p型层)和背接触层之间得到低电阻电接触。具体地说，加入铜可在碲化镉层20和背接触层22之间产生碲化亚铜(Cu₂Te)表面层。因此，碲化镉层20的富Te表面可通过降低碲化镉层20和背接触层24之间的电阻率而增强由装置产生的电流的收集。

铜可通过任何方法施用到碲化镉层20的暴露表面上。例如，可将铜在具有合适溶剂(例如，甲醇、水、乙酸酯等或其组合)的溶液中在碲化镉层20的表面上喷雾或洗涤，接着退火。在特定实施方案中，铜可以氯化铜形式在溶液中供应。退火温度足以允许铜离子扩散到碲化镉层20中，所述温度诸如为约125℃-约300℃(例如，约150℃-约200℃)，退火时间为约5分钟-约30分钟，诸如约10-约25分钟。

背接触层22在碲化镉层20上示出。背接触层22通常充当背电接触，就相对关系来说，TCO层14充当前电接触。背接触层22可在碲化镉层20上形成，且在一个实施方案中其与碲化镉层20直接接触。背接触层22由诸如元素镍、铬、铜、锡、铝、金、银、锝或其合金或混合物的一种或多种高度导电的材料合适地制成。另外，背接触层22可为单层或可为多层。在一个特定实施方案中，背接触层22可包含石墨，诸如沉积在p层上的碳层，接着是一个或多个金属(诸如上述金属)层。背接触层22(如果由一种或多种金属制成或包含一种或多种金属)通过诸如溅射或金属蒸发的技术合适地施用。如果其由石墨和聚合物共混物或由碳浆制成，则所述共混物或浆通过用于铺展共混物或浆的任何合适方法(诸如丝网印刷、喷雾)或通过“刮刀(doctor)”桨叶施用到半导体装置。在施用石墨共混物或碳浆之后，可加热装置以使共混物或浆转化为导电背接触层。碳层(如果使用)的厚度可为约0.1μm-约10μm，例如约1μm-约5μm。背接触金属层(如果用作背接触层22或者作为背接触层22的一部分)的厚度可为约0.1μm-约1μm。

封接玻璃24也在图1的示例性碲化镉薄膜光伏装置10中示出。

其它部件(未图示)可包括在示例性装置10中，诸如汇流条、外部线路、激光蚀刻等。例如，当装置10形成光伏组件的光伏电池时，可诸如通过电线连接将多个光伏电池串联连接以实现所要电压。串联连接电池的各个末端可连接到诸如线路或汇流条的合适导体，以引导通过光伏方式产生的电流到方便位置以便连接到使用所产生电的装置或其它体系。用于实现所述串联连接的方便方式是激光刻划装置以将装置分成通过互连连接的一系列单元。在一个特定实施方案，例如，可使用激光来刻划半导体装置的沉积层以将装置分成多个串联连接的单元。

图2表示根据本发明的一个实施方案制造光伏装置的示例性方法30的流程图。根据示例性方法30，在32处，在玻璃基材上形成TCO层。在34处，在TCO层上形成阻抗性透明层。在36处，在阻抗性透明层上形成硫化镉层，且在38处，在硫化镉层上形成碲化镉层。在40处，可在氯化镉存在下使碲化镉层退火，且在42处，将其洗涤以除去在表面上形成的任何CdO。在44处，可用铜掺杂碲化镉层。在46处，可将背接触层施用在碲化镉层之上，且在50处，可将封接玻璃施用在背接触层之上。

本领域普通技术人员将认识到其它加工和/或处理可包括在方法30中。例如，所述方法还可包括激光刻划以在装置中形成电绝缘的光伏电池。这些电绝缘的光伏电池因此可串联连接以形成光伏组件。同样，可将电线连接到光伏组件的正负末端以提供引线以利用由光伏组件生成的电流作为动力。

图3表示根据本发明的一个实施方案的示例性DC溅射室60的横截面视图的概括示意图。DC电源62经构造以控制并供应DC功率到腔室60。如所示，DC电源对阴极64施加电压以分别经由线路68和69产生在阴极64和由固定在顶部支撑66和底部支撑67之间的玻璃基材12形成的阳极之间的电压电势。通常，玻璃基材安置在溅射室60内以使得TCO层14面对阴极64以在TCO层14上形成溅射层。

一旦将溅射气氛引发，则形成等离子体场70，其响应阴极64和充当阳极的玻璃基材12之间的电压电势而维持。电压电势引起等离子体场70内的等离子体离子向阴极64加速，引起原子从阴极64向玻璃衬底12上的TCO层14喷射。因而，阴极64可称为“靶”且充当用于在TCO层14上形成阻抗性透明层16的源材料。阴极64可为金属合金靶，诸如元素锡、元素锌或其混合物。另外，在一些实施方案中，可使用多个阴极64。多个阴极64特别可用于形成包含数种类型材料的层(例如，共溅射)。因为溅射气氛含有氧气，所以可使等离子体场70的氧粒子与喷射的靶原子反应以在玻璃基材12上的TCO层14上形成氧化物层。

虽然仅示出了单一DC电源62，但电压电势可通过使用连接在一起的多个电源实现。另外，示出具有垂直定向的示例性溅射室60，不过可使用任何其它构造。

实施例

制造了实验碲化镉薄膜光伏装置。在这些实验装置中的每一个中，通常遵循图2中示出的方法。

具体地说，涂有氧化锡的玻璃以名称TEC 15 TCO从Pilkington North America Inc.(Toledo，Ohio)购买并用作顶材。阻抗性透明层使用锡和浓度变化的锌的金属靶通过DC溅射得到。样品1具有锡和1％重量锌的金属靶；样品2具有锡和5％重量锌的金属靶；且样品3具有锡和22.5％重量锌的金属靶。剩余处理对于每一样品都相同。CdS层溅射到顶材上，厚度为70nm。CdTe层通过近距离升华形成，厚度为3μm。将CdCl₂的甲醇溶液喷雾在CdTe层上，接着在395℃下退火20分钟。随后将CdTe层用浓度为50％的乙二胺(DAE)蚀刻1分钟。将乙酸铜的甲醇溶液喷雾到CdTe层上，接着在170℃下加热12分钟。背接触层通过丝网印刷石墨浆，接着在130℃下烘烤8分钟，随后将NiV/Al/NiV金属堆叠溅射到石墨层上而形成。将样品中的每一个制备成12电池组件。

表1以下表示样品1、2和3获得的结果。

表1

这些结果表明样品2获得具有改善效率、较高开路电压(“V_OC”)和较高光电流密度(“J_SC”)的可以接受的稳定装置。

在此撰写的描述使用实施例来公开本发明，包括最佳方式，以及使本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或体系和进行任何结合的方法。本发明的可取得专利权的范围由权利要求书限定，且可包括本领域的技术人员能想到的其它实施例。如果这类其它实施例包括与权利要求书的文字语言没有区别的结构要素，或者如果它们包括具有与权利要求书的文字语言没有明显差别的等效结构要素，则将这些实施例视为在权利要求书的范围内。

部件列表

光伏装置10

玻璃12

透明导电氧化物层14

阻抗性透明层16

硫化镉层18

碲化镉层20

背接触层22

封接玻璃24

方法30

步骤32、34、36、38、40、42、44、46、48

DC溅射室60

DC电源62

阴极64

顶部支撑66

底部支撑67

线路68、69

等离子体场70

Claims

1.制造基于碲化镉的薄膜光伏装置的方法，所述方法包括：

在透明导电氧化物层上从合金靶溅射阻抗性透明层，其中所述合金靶包含约3％重量-约22％重量的锌以及锡；

在所述阻抗性透明层上形成硫化镉层；

在所述硫化镉层上形成碲化镉层；和

在所述碲化镉层上形成背接触层。

2.权利要求1的方法，其中所述金属合金靶包含约5％重量-约20％重量、优选约10％重量-约20％重量的元素锌。

3.权利要求1或2的方法，其中所述阻抗性透明层在约15℃-约100℃、优选约100℃-约300℃的温度下溅射。

4.前述权利要求中任一项的方法，其中所述阻抗性透明层在氧气氛中从金属合金靶DC溅射，其中所述合金靶包含约3％重量-约22％重量的元素锌以及元素锡。

5.前述权利要求中任一项的方法，其中所述金属合金靶由约5％重量-约20％重量的元素锌以及元素锡组成，优选所述金属合金靶由约10％重量-约20％重量的元素锌以及元素锡组成。

6.前述权利要求中任一项的方法，其中所述氧气氛包含约99％或更多氧气。

7.前述权利要求中任一项的方法，其中所述氧气氛具有约1毫托-约20毫托、优选约5毫托-约10毫托的压力。

8.前述权利要求中任一项的方法，其中所述阻抗性透明层从陶瓷合金靶RF溅射，其中所述陶瓷合金靶包含锌浓度为约5％摩尔分数-约33％摩尔分数的氧化锌以及氧化锡，优选其中所述陶瓷合金靶包含锌浓度为约5％摩尔分数-约20％摩尔分数的氧化锌以及氧化锡，且更优选其中所述陶瓷合金靶由锌浓度为约10％摩尔分数-约20％摩尔分数的氧化锌以及氧化锡组成。

9.前述权利要求中任一项的方法，其中所述阻抗性透明层的厚度为约0.01μm-约1μm、优选为约0.1μm-约0.5μm。

10.碲化镉薄膜光伏装置(10)，其包括：

玻璃顶材(12)；

在所述玻璃顶材(12)上的透明导电氧化物层(14)；

在所述透明导电氧化物层(14)上的阻抗性透明层(16)，其中所述阻抗性透明层(16)包含氧化锌浓度为约5％-约33％摩尔分数、优选约10％-约25％摩尔分数、更优选约10％-约20％摩尔分数的氧化锌以及氧化锡的混合物；

在所述阻抗性透明层(16)上的硫化镉层(18)；

在所述硫化镉层(18)上的碲化镉层(20)；和

在所述碲化镉层(20)上的背接触(22)。