CN102208483B - 形成用于基于碲化镉的薄膜光伏装置的导电透明氧化物膜层的方法 - Google Patents

形成用于基于碲化镉的薄膜光伏装置的导电透明氧化物膜层的方法 Download PDF

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Abstract

概括地讲，本发明提供了用于在衬底(12)上形成导电氧化物层(14)的方法。在一个特定实施方案中，所述方法可包括在约10℃-约100℃的溅射温度下在衬底(12)上溅射透明导电氧化物层(14)。包含硫化镉的盖层(15)可直接沉积在所述透明导电氧化物层(14)上。可使所述透明导电氧化物层(14)在约450℃-约650℃的退火温度下退火。概括地讲，本发明还提供了用于制造基于碲化镉的薄膜光伏装置(10)的方法。概括地讲，本发明还提供了用于制造薄膜光伏装置(10)的中间衬底。

Description

形成用于基于碲化镉的薄膜光伏装置的导电透明氧化物膜层的方法
发明领域
概括地讲，本文公开的主题涉及形成导电透明氧化物膜层。更详细地讲，本文公开的主题涉及形成用于碲化镉薄膜光伏装置的导电透明氧化物膜层的方法。
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。同样，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，因此与其他常规材料相比，CdTe全天或在多云条件下具有更久的有效转化时间。当CdTePV组件暴露于诸如日光的光能时，n型层和p型层的节点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)。
透明导电氧化物(“TCO”)层通常用于窗玻璃(windowglass)和节点形成层之间。例如，TCO层可通过热溅射或冷溅射这两种方法中的任一种从锡酸镉(即Cd2SnO4)靶溅射。当热溅射时，TCO层通常在高于约250℃的溅射温度下以单步骤溅射工艺沉积。当冷溅射(例如在约室温下)时，TCO层必须在溅射该层之后在第二步骤中退火以使该层从非晶形层转化成结晶层。
虽然热溅射方法更加“流线型”(即仅需要单个步骤)，但是与冷溅射的TCO层相比，热溅射的TCO层可具有高得多的电阻率(即使从相同材料(例如锡酸镉)溅射，也是如此)，这使得热溅射的TCO层对于最终用途的吸引力降低。虽然不希望受到任何特定理论的限制，但是人们相信热溅射层与冷溅射层之间的电阻率差异很可能归因于如此沉积化学计量的差异。例如，当从锡酸镉靶溅射时，目前认为冷溅射生成具有化学计量Cd2SnO4的层，对于锡酸镉来说，这是所要的化学计量。另一方面，目前认为在某些高温下从锡酸镉靶热溅射生成具有约CdSnO3+SnO2的化学计量的层，尽管该层的精确化学计量可能是温度的某一函数。因此，希望通过冷溅射形成TCO层以得到所要化学计量。
然而，存在妨碍特别是从锡酸镉靶进行冷溅射以形成TCO层的其他加工问题。首先，退火处理可使TCO层的镉原子升华掉，改变了TCO层、特别是其外表面的化学计量。第二，退火处理可导致在衬底上的TCO层开裂和/或脱层，这可能是在衬底温度从溅射温度升高到退火温度时、在从退火温度冷却回到室温时形成，和/或因从非晶到结晶的相变而形成，该相变还可能导致密度/体积变化。这两个加工问题会引起所得PV装置的TCO层中的稳定性问题，然而这类问题在用通过热溅射形成的TCO层形成的PV装置中并不存在。
因此，需要具有冷溅射层的导电率以及热溅射膜中可见的加工和装置稳定性的TCO层。
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，本发明提供了用于在衬底上形成导电氧化物层的方法。在一个特定实施方案中，所述方法可包括在约10℃-约100℃的溅射温度下在衬底上溅射透明导电氧化物层。包含硫化镉的盖层可直接沉积在所述透明导电氧化物层上。所述透明导电氧化物层可在约450℃-约650℃的退火温度下退火。
概括地讲，本发明还提供了用于制造基于碲化镉的薄膜光伏装置的方法。例如，所述方法的一个特定实施方案可包括在约10℃-约100℃的溅射温度下在衬底上溅射透明导电氧化物层。包含硫化镉的盖层可直接沉积在所述透明导电氧化物层上，其中所述盖层包含硫化镉。所述透明导电氧化物层可在约450℃-约650℃的退火温度下退火。最后，阻抗性透明缓冲层可形成在所述透明导电氧化物层之上；硫化镉层可形成在所述阻抗性透明层上；碲化镉层可形成在所述硫化镉层上；且背接触层可形成在所述碲化镉层上。
本发明还提供了用于制造薄膜光伏装置的中间衬底。所述衬底包括玻璃衬底、在所述玻璃衬底上的透明导电氧化物层(例如包含氧化锡镉)和直接在所述透明导电氧化物层上的可移动的盖层。所述可移动的盖层包含硫化镉且具有约10nm-约150nm的厚度。
参考以下描述和附加权利要求书，将更加透彻地了解本发明的这些和其他特征、方面和优势。结合在本申请文件中并构成本申请文件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
本发明的对于本领域的普通技术人员而言全面且能够实现的公开内容(包括其最佳方式)参考附图在本申请文件中加以阐述，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；
图3表示直接在透明导电氧化物层上的示例性盖层；
图4表示可移动地置于盖层上以用于使TCO层退火的示例性盖遮板；和
图5表示制造透明导电氧化物层的示例性方法的流程图。
本说明书和附图中重复使用的附图标记用来表示相同或类似的特征或元件。
部件清单
附图标记部件
10碲化镉薄膜光伏装置
12玻璃
14透明导电氧化物(TCO)层
15盖层
16阻抗性透明缓冲层(RTB层)
17盖遮板
18硫化镉层
20碲化镉层
22背接触层
24封装玻璃
30方法
32步骤
34步骤
36步骤
38步骤
40步骤
42步骤
44步骤
46步骤
48步骤
100方法
102步骤
104步骤
106步骤
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，本领域的技术人员将显而易见的是，可在不脱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，意图是本发明涵盖归入附加权利要求书和其等价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“在另一层或衬底上”或“在另一层或衬底之上”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元件。因此，这些术语仅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。
概括地讲，本发明公开了用于在衬底上的溅射透明导电氧化物层(“TCO层”)之上直接施用硫化镉盖层的方法。还公开了用于制造薄膜光伏装置的中间衬底。所述中间衬底可包括玻璃衬底、在所述玻璃衬底上的透明导电氧化物层和直接在所述透明导电氧化物层上的可移动的盖层。所述盖层可防止元素从TCO层升华，特别是防止镉从含镉的TCO层升华。盖层还可将元素加到TCO层，具体地说，将镉加到含镉的TCO层。另外，盖层可充当TCO层的还原环境，因为硫(S)可帮助从TCO层中除去氧，这将改善TCO层的导电率。盖层还可将结构支撑加到TCO层以防止TCO层在任何随后的退火处理期间开裂和/或脱层。因此，盖层可用来增强PV装置中形成的TCO层和/或在溅射TCO层之后的退火期间保护TCO层，直到在PV装置(例如基于碲化镉的薄膜PV装置)的制造中可将其他膜层沉积在TCO层之上。图3表示直接在衬底12之上的TCO层14上的示例性盖层15。
所述TCO层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层可包含其他导电透明材料。TCO层还可包含锡酸锌和/或锡酸镉。TCO层可通过溅射、化学气相沉积、喷雾热解或任何其他合适的沉积方法形成。在一个特定实施方案中，TCO层可通过从靶(例如包含锡酸镉和/或锡酸锌的靶)溅射(例如DC溅射或RF溅射)在衬底上来形成。例如，锡酸镉层可通过将含有锡酸镉(Cd2SnO4)和/或比率为约1-约2的化学计量之量的SnO2和CdO的热压靶溅射到衬底上形成。TCO层或者可通过使用乙酸镉和氯化锡(II)前体通过喷雾热解制备。
当将TCO层通过在沉积后需要随后的退火步骤的“冷溅射”方法(例如溅射温度小于约100℃)沉积在衬底上时，盖层特别有用。例如，冷溅射方法的溅射温度可为约10℃-约100℃，诸如约15℃-约50℃。在一个特定实施方案中，冷溅射方法的溅射温度可为约室温(例如约20℃-约25℃)。溅射沉积包括从为原料源的靶喷射材料并使喷射的材料沉积到衬底上以形成膜。
DC溅射通常包括向在溅射室内靠近衬底(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。溅射室可具有在金属靶和衬底之间形成等离子体场的反应性气氛(例如，氧气氛、氮气氛、氟气氛)。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，金属原子沉积到衬底表面上。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衬底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、衬底表面积的量和其他变量而改变。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，陶瓷性源材料)和衬底之间施加交流电流(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)，所述惰性气氛可能含有或可能不含活性物质(例如氧气、氮气等)。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)。
退火处理通常包括将TCO层加热到退火温度(例如约450℃-约650℃，诸如约575℃-约630℃)。在某些实施方案中，所述衬底可在退火温度下退火约1分钟-约30分钟，诸如约5分钟-约20分钟。人们相信使TCO层退火物理上改变了TCO层的性质，将其如此沉积的构造(例如非晶形)改变为结晶程度较大的层。
根据一个特定实施方案，本发明公开的冷溅射方法通常包括三个步骤：(1)从靶在衬底上溅射TCO层；(2)将硫化镉的盖层直接沉积到TCO层上；和(3)在退火温度下使沉积的TCO层退火。
例如，TCO层可通过从锡酸镉靶冷溅射以在衬底上形成锡酸镉TCO层来形成。锡酸镉靶可包含其他材料(例如锡酸锌等)。在不希望受到任何特定理论限制的情况下，当前相信从锡酸镉靶冷溅射可形成具有化学计量的Cd2SnO4的锡酸镉TCO层。盖层随后可从硫化镉靶直接沉积到TCO层上。在该特定实施方案中，盖层可抑制在随后的退火处理期间镉从锡酸镉TCO层中升华。
退火处理可在有可移动地连接到盖层的盖遮板(即被遮盖)或没有盖遮板(即露面)的情况下进行。当在没有盖遮板的情况下退火时，盖层或盖层的一部分可从TCO层升华掉。可定制退火温度和持续时间以及盖层的厚度以从TCO层除去盖层的所要部分，同时使TCO层退火。
在一个特定实施方案中，可在退火处理期间监测盖层以在退火的同时测量盖层的损失量。例如，可使用光学透射测量以在使TCO层退火的同时确定硫化镉盖层的存在和/或厚度。因此，退火处理可以得到控制，使得TCO层仅经受退火温度，同时受到盖层保护。例如，一旦盖层升华到预定厚度(或从TCO层完全升华)，则可停止退火处理。在一个实施方案中，退火后可在TCO层上保留小于25％、诸如约1％-约10％的盖层。
当被遮盖时，盖遮板可通过进一步抑制镉从TCO层升华而为TCO层提供额外保护。另外，盖遮板可帮助更加均匀地加热衬底，从而帮助抑制TCO层开裂和/或脱层。图4表示可移动地置于盖层15之上的盖遮板17以用于退火。
在退火处理之后，不管被遮盖的还是露面的，任何剩余盖层15都可从TCO层14除去以露出TCO层14的表面以便于其他加工。在一个特定实施方案中，可将盖层冷却，随后化学蚀刻以除去剩余盖层。可选择蚀刻剂以提供硫化镉盖层的选择性去除，而基本不影响TCO层。合适的选择性蚀刻剂为可去除硫化镉而基本不除去或另外影响下层TCO层(例如锡酸镉)的蚀刻剂。特定的选择性蚀刻剂可包括但不限于盐酸、硝酸或其混合物。
图5表示根据本发明公开方法的一个实施方案的制造TCO层的示例性方法100的流程图。在102处，将TCO层冷溅射在玻璃衬底上。在104处，将盖层直接溅射到TCO层上，任选地，在106处，将盖遮板可移动地置于盖层之上。在108处，使TCO层退火，且任选将任何剩余盖层从TCO层除去。
盖层可用于形成利用TCO层的任何膜堆叠、特别是包括锡酸镉TCO层的膜堆叠的形成中。例如，可在形成使用碲化镉层的任何碲化镉装置，诸如在Murphy等的标题为“Ultra-highCurrentDensityCadmiumTelluridePhotovoltaicModules(超高电流密度碲化镉光伏组件)”的美国公开第2009/0194165号中公开的碲化镉薄膜光伏装置期间使用盖层。
图1代表可根据本文所述的方法形成的示例性碲化镉薄膜光伏装置10。图1的示例性装置10包括用作衬底的玻璃顶层12。在该实施方案中，玻璃12可称为“顶材(superstrate)”，因为其是在其上形成后续层的衬底，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，高透射硅酸硼玻璃)、低铁浮法玻璃或其他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)，且大体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0.015％重量铁(Fe)的低铁浮法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。在另一实施方案中，可使用硅酸硼玻璃以更好地经受高温处理。
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(sideways)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/□)。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。
可如图3所示形成TCO层14和盖层15且如上所述在没有盖遮板(即露面)或有可移动地置于盖层之上的盖遮板(例如玻璃)的情况下退火。图4展示可移动地置于盖层15之上以便在退火期间遮挡盖层15的盖遮板17。在退火之后，在其他层沉积在TCO层14之上之前，可基本被除去盖层。
阻抗性透明缓冲层16(ResistiveTransparentBuffer，RTB层)在示例性碲化镉薄膜光伏装置10上的TCO层14上示出。RTB层16通常比TCO层14更具阻抗性且可帮助保护装置10在装置10的加工期间免受TCO层14和后续层之间的化学相互作用影响。例如，在某些实施方案中，RTB层16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。RTB层16还可具有宽光学带隙(例如，大于约2.5eV，诸如约2.7eV-约3.0eV)。
在不希望受到任何特定理论限制的情况下，人们相信在TCO层14和硫化镉层18之间存在RTB层16可通过降低在TCO层14和碲化镉层22之间产生旁路(shunt)的界面缺陷(即，在硫化镉层18中的“针孔”)的可能性而允许比较薄的硫化镉层18包括在装置10中。因此，人们相信RTB层16使得TCO层14和碲化镉层22之间的粘着和/或相互作用改善，因此使得在没有显著副作用的情况下在其上形成比较薄的硫化镉层18，否则显著副作用将由在TCO层14上直接形成的这种比较薄的硫化镉层18产生。
RTB层16可例如包含氧化锌(ZnO)和氧化锡(SnO2)的组合，其可被称为氧化锌锡层(“ZTO”)。在一个特定实施方案中，RTB层16可包含比氧化锌多的氧化锡。例如，RTB层16可具有如下组成，其中ZnO/SnO2的化学计量比为约0.25-约3，诸如氧化锡与氧化锌的化学计量比为1∶2。RTB层16可通过溅射、化学气相沉积、喷雾热解或任何其他合适的沉积方法形成。在一个特定实施方案中，RTB层16可通过在TCO层14上溅射(例如，DC溅射或RF溅射)形成(如下文关于沉积硫化镉层18更详细地描述)。例如，RTB层16可使用DC溅射方法通过对金属源材料(例如元素锌、元素锡或其混合物)施加DC电流且在氧化性气氛(例如O2气)存在下溅射金属源材料到TCO层14上来沉积。当氧化性气氛包含氧气(即O2)时，气氛可为大于约95％、诸如大于约99％的纯氧。
在某些实施方案中，RTB层16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，RTB层16的厚度可为约0.08μm-约0.2μm、例如约0.1μm-约0.15μm。
碲化镉层18在图1的示例性装置10的RTB层16上示出。硫化镉层18为n型层，其通常包含硫化镉(CdS)，但也可包含其他材料，诸如硫化锌、硫化镉锌等及其混合物以及掺杂剂和其他杂质。在一个特定实施方案中，硫化镉层可包含至多约25％原子、例如约5％-约20％原子的氧。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、化学浴沉积和其他合适沉积方法形成。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，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衬底上以形成膜。DC溅射通常包括向溅射室内接近衬底(即，阳极)安置的金属靶(即，阴极)施加电压以形成直流放电。溅射室可具有在金属靶和衬底之间形成等离子体场的反应性气氛(例如，氧气氛、氮气氛、氟气氛)。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衬底表面上。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衬底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，陶瓷性源材料)和衬底之间施加交流(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，有效增加到达下面的碲化镉层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(CdTe)，但也可包含其他材料。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经定制以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大量具有最高电势(伏特)的电子-空穴对。电子可从p型侧(即，碲化镉层20)通过节点到n型侧(即，硫化镉层18)，相反地，空穴可从n型侧到p型侧。因此，在硫化镉层18和碲化镉层20之间形成的p-n节形成二极管，其中电荷失衡导致跨p-n节产生电场。常规电流允许只在一个方向上流入并分离光诱发的电子-空穴对。
碲化镉层20可通过诸如气相传输沉积、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与背接触层22粘着。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。在不希望受到理论限制的情况下，人们相信使碲化镉层20(和装置10)退火将通常轻微p型掺杂或甚至n型掺杂的碲化镉层20转化为具有比较低电阻率的更强的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物(诸如CdO、CdTeO3、CdTe2O5等)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中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22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、碘化铜或乙酸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，相对而言，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镀的技术合适地施用。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(如果作为背接触层22使用或者作为背接触层22的一部分)的厚度可为约0.1μm-约1.5μm。
封装玻璃24也在图1的示例性碲化镉薄膜光伏装置10中示出。
其他组件(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，以引导光伏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他体系。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，在玻璃衬底上形成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氧化物。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48处，可将封装玻璃施用在背接触层之上。
本领域的普通技术人员将认识到其他加工和/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导线以利用由光伏组件生成的电流作为动力。
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他实施例。如果这类其他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。

Claims (19)

1.在衬底上形成导电氧化物层的方法，所述方法包括：
在10℃-100℃的溅射温度下在衬底上溅射透明导电氧化物层；
将盖层直接沉积在所述透明导电氧化物层上，其中所述盖层包含硫化镉；和
在450℃-650℃的退火温度下使所述透明导电氧化物层退火以除去所述盖层，其中退火后在透明导电氧化物层上保留小于25%的盖层。
2.权利要求1的方法，其中所述透明导电氧化物层包含镉和锡。
3.权利要求1的方法，其中所述透明导电氧化物层从包含锡酸镉的靶溅射。
4.权利要求1的方法，其中所述盖层从包含硫化镉的靶溅射到所述透明导电氧化物层上。
5.权利要求4的方法，其中所述盖层由硫化镉组成。
6.权利要求4的方法，其中所述盖层溅射到10nm-150nm的厚度。
7.权利要求1的方法，其中所述透明导电氧化物层在包含惰性气体的退火气氛中退火。
8.权利要求7的方法，其中所述惰性气体为氩气。
9.权利要求7的方法，其中所述退火气氛具有1毫托-100毫托的压力。
10.权利要求1的方法，其中所述退火温度为575℃-625℃。
11.权利要求1的方法，其中使所述透明导电氧化物层退火1分钟-30分钟。
12.权利要求1的方法，其还包括：
在使所述透明导电氧化物层退火的同时监测所述盖层的升华。
13.权利要求1的方法，其还包括：
在退火之后冷却所述衬底；和
化学蚀刻所述盖层。
14.权利要求13的方法，其中所述盖层用包含盐酸、硝酸或其混合物的蚀刻剂化学蚀刻。
15.权利要求1的方法，其中使所述透明导电氧化物层露面退火。
16.权利要求1的方法，其还包括：
在退火之前将盖遮板可移动地安置在所述盖层上，使得在退火期间所述盖层被遮盖。
17.用于制造基于碲化镉的薄膜光伏装置的方法，所述方法包括：
在10℃-100℃的溅射温度下在衬底上溅射透明导电氧化物层；
将盖层直接沉积在所述透明导电氧化物层上，其中所述盖层包含硫化镉；
所述透明导电氧化物层在450℃-650℃的退火温度下退火；
此后在所述透明导电氧化物层之上形成阻抗性透明缓冲层；
在所述阻抗性透明缓冲层之上形成硫化镉层；和
在所述硫化镉层上形成碲化镉层。
18.权利要求17的方法，其还包括：
在退火之后冷却所述衬底；和
在形成所述阻抗性透明缓冲层之前化学蚀刻在所述透明导电氧化物层之上的盖层。
19.权利要求17的方法，其中所述盖层从包含硫化镉的靶溅射到所述透明导电氧化物层上。
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