CN102237447B - 薄膜层光伏模块制品的处理 - Google Patents

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Abstract

一般提供用于碲化镉薄膜光伏器件10的处理的系统和过程。该系统可以包括处理系统100和传送系统110。该处理系统100包括预热部分102、处理腔104和退火炉106，其在该处理系统100内一体式地互连。该传送系统110可操作地设置在该处理系统100内并且配置用于采用连续设置以可控速度将衬底12运输进入和通过预热部分102，进入和通过处理腔104，以及进入和通过退火炉106。处理腔104配置用于施加材料到衬底12的表面上的薄膜，并且退火炉106配置成当衬底12由传送系统110连续传送通过处理腔104时加热衬底12到退火温度。

Description

薄膜层光伏模块制品的处理
技术领域
本文公开的主旨大体上涉及用于在光伏器件的制造期间沉积背接触材料的方法和系统。
背景技术
基于作为光活性部件的与硫化镉(CdS)配对的碲化镉(CdTe)的薄膜光伏(PV)模块(也称为“太阳能电池板”)在行业内获得广泛认可和关注。CdTe是具有特别适合于将太阳能转换为电的特性的半导体材料。例如，CdTe具有约1.45eV的能量带隙，其使它与历史上在太阳能电池应用中使用的较低带隙的半导体材料(例如，对于硅1.1eV)相比能够从太阳光谱转换更多的能量。同样，与较低带隙的材料相比CdTe在较低或漫射光状况下转换辐射能，从而与其他常规材料相比在白天过程或多云状况下具有更长的有效转换时间。
当CdTePV模块暴露于例如太阳光等光能时，n型层和p型层的结一般负责电势和电流的产生。具体地，碲化镉(CdTe)层和硫化镉(CdS)层形成p-n异质结，其中CdTe层充当p型层(即，正的电子接受层)并且CdS层充当n型层(即，负的电子供给层)。自由载流子对通过光能而产生并且然后通过p-n异质结而分开以产生电流。
在CdTePV模块的生产期间，碲化镉层的表面可以后处理以清洗表面，添加另外的掺杂剂到该层，或添加层到该碲化镉层上。例如，碲化镉层可以用氯化镉溶液清洗，然后退火以将氯离子引入碲化镉层。典型地，该过程包括在室温(例如，约20℃至约25℃)下用氯化镉溶液清洗碲化镉层然后将CdTePV模块转移到炉以退火。
然而，CdTePV模块在应用氯化镉溶液后当正运往退火炉时暴露于室内气氛。该暴露可以导致另外的气氛材料引入氯化镉溶液中和/或在碲化镉层的表面上。这些材料可以引起在CdTePV模块中引入杂质。另外，室内气氛自然随时间变化，对CdTePV模块的大规模制造过程增加变数。这样的杂质和另外的变数可以引起来自相同生产线和过程的不一致CdTePV模块。
从而，存在对用于减少将杂质和另外的变数引入制作CdTePV模块的大规模制造过程的方法和系统的需要。
发明内容
本发明的方面和优势将在下列说明中部分阐述，或可通过该说明是明显的，或可通过本发明的实践学习。
在本发明的一个实施例中一般提供用于碲化镉薄膜光伏器件的处理的系统。该系统可以包括处理系统和传送系统。该处理系统包括预热部分、处理腔和退火炉，其在该处理系统内一体式地互连。该传送系统可操作地设置在该处理系统内并且配置用于采用连续设置以可控速度将衬底运输进入和通过预热部分，进入和通过处理腔，以及进入和通过退火炉。处理腔配置用于施加材料到衬底表面上的薄膜，并且退火炉配置成当衬底由传送系统连续传送通过处理腔时加热衬底到退火温度。
一般还提供用于碲化镉薄膜光伏器件的处理的过程。衬底可以单独引入预热腔并且在该预热腔内加热到沉积温度。衬底然后可以采用连续设置传送进入一体式互连到该预热腔的处理腔，并且处理成分(treatmentcomposition)可以施加于衬底的表面。衬底可以采用连续设置传送进入一体式互连到该处理腔的退火炉，并且在从约250℃至约500℃的退火温度退火。
一般还提供用于形成碲化镉薄膜光伏器件的过程。该过程可以包括在衬底上形成硫化镉层和在该硫化镉层上形成碲化镉层。其后，衬底可以根据上文简略描述的系统和过程来处理。
本发明的这些和其他特征、方面和优势将参照下列说明和附上的权利要求变得更好理解。包含在本说明书中并且构成其的部分的附图图示本发明的实施例并且与说明一起服务于解释本发明的原理。
附图说明
本发明的针对本领域内技术人员的完全和实现性公开(包括其的最佳模式)在该说明书中阐述，其参照附图，其中：
图1示出根据本发明的实施例的用于处理衬底的表面的示范性处理系统的剖视图的一般示意图；
图2示出根据本发明的实施例的用于处理衬底的表面的包括用于清洗传送带的浸渍槽的另一个示范性处理系统的剖视图的一般示意图；
图3示出根据本发明的实施例的用于处理衬底的表面的包括用于清洗传送带的浸渍槽的另一个示范性处理系统的剖视图的一般示意图；
图4示出根据本发明的实施例的用于处理衬底的表面的再另一个示范性处理系统的剖视图的一般示意图；
图5示出使用图1-4或6中的任何的处理系统的过程的示范性图表。
图6示出根据本发明的实施例的用于处理衬底的表面的再另一个示范性处理系统的剖视图的一般示意图；
图7示出根据本发明的一个实施例的示范性碲化镉薄膜光伏器件的剖视图的一般示意图；以及
图8示出根据本发明的一个实施例的制造光伏器件的示范性方法的流程图。
在本说明书和图中标号的重复使用意在代表相同或类似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其的一个或多个示例在图中图示。每个示例通过本发明的说明而非对本发明的限制来提供。实际上，在本发明中可以做出各种修改和变化而不偏离本发明的范围或精神对于本领域内技术人员将是明显的。例如，图示或描述为一个实施例的部分的特征可以与另一个实施例一起使用以产生再另外的实施例。从而，意在本发明涵盖这样的修改和变化为落入附上的权利要求和它们的等同物的范围内。
在本公开中，当层描述为在另一层或衬底“上”或“之上”时，要理解这些层可以直接互相接触或在层之间具有另一层或特征。从而，这些术语简单地描述层互相之间相对的位置并且不必定意味“在顶部”，因为在上或下面的相对位置取决于器件对观察者的取向。另外，尽管本发明不限于任何特定的膜厚度，描述光伏器件的任何膜层的术语“薄”一般指膜层具有小于约10微米(“micron”或“μm”)的厚度。
要理解本文提到的范围和极限包括位于规定极限内的所有范围(即，子范围)。例如，从约100至约200的范围也包括从110至150、170至190、153至162和145.3至149.6的范围。此外，高达约7的极限也包括高达约5、高达3和高达约4.5的极限以及该极限内的范围，例如从约1至约5和从约3.2至约6.5等。
一般来说，现在公开用于增加碲化镉薄膜光伏器件的在线制造的效率和/或一致性的方法和系统。在一个特定实施例中，大体上公开用于后处理在衬底上形成的碲化镉层的方法和系统。
图1示出根据本发明的一个实施例的示范性处理系统100。该处理系统100包括预热部分102、处理腔104、退火炉106和可选的冷却腔108。
预热部分102、处理腔104、退火炉106和可选的冷却腔108中的每个一体式互连在一起使得通过处理系统100的器件10大致上被保护免于受外部环境影响。也就是说，处理系统100的部件部分直接整合在一起使得离开一个部件部分的器件10立刻进入邻近部分。例如，图5示出可以由处理系统100执行的方法200的示范性图表。该器件可以在201预热，然后直接转移以在202处理(例如，喷射、滚压或浸渍涂覆)。然后，该器件10可以在203以退火温度退火，然后在204冷却。该方法200示出具有互连步骤以代表器件从一个步骤直接转移到下一个步骤，而没有暴露于室内气氛。当然，其他的中间步骤可包括在方法200内，只要该步骤也与方法200的其他步骤互连即可。
示出内壁114，其将预热部分102与处理腔104分开。器件10可以从预热部分102穿过限定在该壁114中的缝隙115进入处理腔104。该缝隙115确定大小和形状为允许器件10从其中穿过，同时有效地分开预热部分102和处理腔104。例如，该缝隙115可以限定从器件10的厚度的约105％至约250％的高度，例如器件的厚度的约125％至约200％等。该缝隙115可以限定为跨越壁115的整个长度，或可根据器件10的宽度确定大小。在特定实施例中，该缝隙115可具有器件10的宽度的约101％至约150％的长度。
处理腔104由限定缝隙117的内壁116与退火炉106分开。类似地，退火妒106由限定缝隙119的内壁118与可选地冷却腔108分开。内壁116和118两者与将预热部分102与处理腔104分开的内壁114相似。
预热部分102配置成将器件10在进入处理腔104之前预热到处理温度。热源103连接到预热部分102以控制衬底的温度。例如，当器件10进入预热部分时，预热部分103可以将器件10的温度从室温(例如，从约20℃至约25℃)升高到期望的处理温度。处理温度可根据随后在处理腔104中进行的特定处理按期望改变。在一个实施例中，预热部分102可以用顺序对准和互连的一系列炉建造。
因为预热部分102和处理腔104在处理系统100内一体式互连，从预热部分102传递到处理腔104的已预热器件10将大致上保持在处理温度而没有任何机会在处理之前显著冷却。从而，预热部分102可以配置成将器件102加热到期望的处理温度，而不要求计算在处理之前的热损耗并且加热到比期望的更高的温度以考虑任何热损耗。如此，一体式互连到处理腔104的预热部分102可以实现更精确的温度控制和减少的由热源103的能耗。
处理腔104可以对器件10上的薄膜层应用后沉积处理。在图1的示范性处理系统100中示出的处理腔104示出用于喷射处理成分到器件10上(例如，到器件10的碲化镉层20上)的喷嘴105。在其他实施例中，处理腔104可以包括其他施加器。例如，图6示出用于施加处理成分到器件10上的施加器辊120。
在一个特定实施例中，处理成分是液体物质。当采用液体形式时，处理成分可以从源槽(没有示出)经由馈送线路122连续供应给处理腔104内的施加器(例如，在图1中示出的喷嘴105，在图6中示出的施加器辊120等)。在某些实施例中，处理成分可以在施加之前加热到处理温度。任何过量的处理成分(例如，从器件10流走的)可以从处理腔104收集并且从处理腔104去除。在一个实施例中，过量处理成分可以回收。
器件10可以从处理腔104传递到退火炉106用于器件10的随后热处理。特别地，处理退火炉106可以将器件10加热到足够将器件10上的期望层(例如，碲化镉层20等)退火的退火温度。该退火温度可以在材料之间变化，但一般高于材料的再结晶温度。器件10可以包含在退火炉内一段时间，该一段时间足以将衬底温度升高到退火温度并且在冷却之前维持该温度期望的时间。在一个实施例中，退火炉106可以用顺序对准和互连的一系列炉建造。
处理系统100还可以包括退火炉106下游的可选冷却腔108。图1示出包括用于在退火后使冷空气流通到器件10上的风扇109的冷却腔108。然而，其他冷却元件也可以在冷却腔108中使用以在退火后冷却器件10。在一个实施例中，冷却腔108配置成将器件10的温度从退火温度降低到室温(例如，从约20℃至约25℃)。该冷却腔也一体式互连到处理系统100的其他部件以便防止任何杂质或其他室内气氛变数引入到表面上(尤其当器件仍然加热到退火温度附近的温度时)。
在一个特定实施例中，处理系统100可以用于处理器件10上的碲化镉层20。例如，处理系统100可以用于用氯化镉(CdCl2)处理碲化镉层20。将碲化镉层20退火可以在氯化镉存在的情况下进行以便用氯离子掺杂碲化镉层20。
使用处理系统100，碲化镉层20可以用含氯化镉的水溶液清洗(例如，通过在图1中示出的喷嘴105喷射，通过在图6中示出的施加器辊120施加等)并且然后在升高的温度退火。器件10可以在施加氯化镉到碲化镉层20之前在预热部分102中预热到从约40℃至约150℃的处理温度，例如从约50℃至约125℃。然后，在处理腔104中施加氯化镉后，器件10可以在大于约200℃(例如从约300℃至约500℃等)的退火温度退火。在特定实施例中，退火温度可以从约400℃至约450℃以在施加氯化镉后将碲化镉层20退火。
碲化镉层20可以在退火温度退火足够的时间(例如，从约1至约10分钟)以形成特质p型碲化镉层。不希望被理论束缚，认为将碲化镉层20(以及器件10)退火将正常n型碲化镉层20转换成具有相对低电阻率的p型碲化镉层20。另外，碲化镉层20可以在退火期间再结晶并且经历晶粒生长。退火炉106可以确定大小以控制以器件10通过退火炉106的移动速度的退火炉106内的退火时间。
图4示出包括清洗腔124的处理系统100的另一个实施例，该清洗腔124包括喷嘴126，其配置成清洗器件10的表面以去除在退火炉106中在氯化镉存在的情况下将碲化镉层20退火后形成的任何氧化镉。清洗成分可以是从供应槽(没有示出)经由馈送线路128供应的液体。该清洗腔124也一体式互连到处理系统100的其他部件以便防止任何杂质或其他室内气氛变数引入到表面上(尤其当器件仍然加热到退火温度附近的温度时)。该清洗腔124还可以帮助将器件10从退火温度冷却。
在一个特定实施例中，清洗腔124可以配置成通过去除在器件10的表面上形成的任何氧化镉在碲化镉层20上留下富Te表面。例如，该表面可以用适合的溶剂(例如，也称为1，2二氨基乙烷或“DAE”的乙二胺)清洗以从该表面去除任何氧化镉。
处理系统100还可以用于添加铜到碲化镉层20。与适合的腐蚀一起，铜到碲化镉层20的添加可以在碲化镉层20上形成碲化铜表面以便获得碲化镉层20(即，p型层)和背接触层之间的低电阻电接触。具体地，铜的添加可以在碲化镉层20和背接触层22之间形成碲化亚铜(Cu2Te)的表面层。从而，碲化镉层20的富Te表面可以通过碲化镉层20和背接触层22之间的更低电阻率而增强由器件形成的电流的收集。
铜可以通过使用处理腔100施加于碲化镉层20的暴露表面。例如，铜可以使用处理腔102在具有适合溶剂的溶液中在碲化镉层20的表面上喷射或清洗，后跟在退火炉106中退火。在特定实施例中，铜可采用氯化铜的形式在溶液中供应。退火温度足够允许铜离子在约5分钟至约30分钟(例如从约10分钟至约25分钟)扩散进入碲化镉层20，例如从约125℃至约300℃(例如从约150℃至约200℃)。
当然，其他处理成分可以在器件10的制造中根据期望使用处理系统100施加。
传送系统110包括传送辊112，用于采用连续设置以可控速度将多个器件10运输通过预热部分102，进入和通过处理腔104，以及进入和通过退火炉106。该传送系统110还可以将器件10运输进入和通过冷却腔108(当存在时)。该传送系统110可以是无带系统，其依靠辊112将器件10运输通过处理系统100。备选地，传送系统110还可以包括在传送辊112周围的传送带(没有在图1、4或6中示出)以将器件10运输通过处理系统100。
在一个特定实施例中，传送系统110以大致上恒定的线速度将器件10移动通过处理系统100。该通过处理系统100的大致上恒定的线速度可以确保器件10的整个表面积大致上均匀地处理。从而，在该制造过程中形成的器件10可以在器件10自身的表面积中并且在器件之间具有大致上均匀的性质。
传送系统110可包括传送带或一系列传送带。例如，图2示出穿越整个处理系统100将器件10运输通过预热部分102、处理腔104、退火炉106和可选的冷却腔108的传送带113。放置浸渍槽130使得传送带113可以在穿过处理系统100后被清洗以清洁传送带113免于可积累在传送带113上的任何材料堆积。
图3示出利用一系列传送带的备选实施例。如示出的，处理系统100的每个部件具有传送带。例如，预热部分102具有传送带132，其配置成将器件运输通过预热部分102。处理腔104具有传送带134，其配置成将器件运输通过处理腔104。退火炉106具有传送带136，其配置成将器件运输通过退火炉106。冷却腔108具有传送带138，其配置成将器件运输通过冷却腔108。在处理腔104中的传送带134穿过浸渍槽140以清洁传送带134免于任何过量的处理成分。在一个实施例中，传送带132、134、136和138(当存在时)中的每个可以以大致上相同的速度移动。从而，器件10可以采用大致上恒定的线速度穿越处理系统100。在另一个实施例中，传送带132、134、136和138(当存在时)可以以不同的速度移动以在处理系统100的一个特定部件中允许有更多时间。
在图2中示出的浸渍槽130和在图3中示出的浸渍槽140中的清洁成分可以是任何适合的清洁成分。例如，清洁成分可以包括溶剂或溶剂混合物，包括但不限于水、丙酮、苯、醇(甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇等)、二甲亚砜(dimethylsulfone)、氨、漂白剂等和其的混合物。清洁成分还可以包括对溶剂或溶剂混合物的清洁添加剂。
如陈述的，现在公开的方法和系统特别适合增加碲化镉薄膜光伏器件的在线制造的效率和/或一致性，例如在名为“Ultra-highCurrentDensityCadmiumTelluridePhotovoltaicModules”(超高电流密度碲化镉光伏模块)的Murphy等人的美国公开号2009/0194165中公开的碲化镉薄膜光伏器件中等。特别地，在光伏器件的碲化镉薄膜层沉积后的加工期间，尤其在这样的期间的大量生产期间，该方法可以是有用的。
图7代表示范性碲化镉薄膜光伏器件10。图7的示范性器件10包括作为衬底所采用的玻璃顶板12。在该实施例中，玻璃12可以称为“上层(superstrate)”，因为它是后续层在其上形成的衬底，但当使用碲化镉薄膜光伏器件10时它面向上朝辐射源(例如，太阳)。玻璃顶板12可以是高透射玻璃(例如，高透射硼硅酸盐玻璃)、低铁浮法玻璃或其他高度透明的玻璃材料。该玻璃一般足够厚而能够为后续膜层提供支撑(例如，从约0.5mm至约10mm厚)，并且大致上平坦以提供良好表面以用于形成后续膜层。在一个实施例中，玻璃12可以是含有少于按重量0.15％铁(Fe)的低铁浮法玻璃，并且在感兴趣光谱中(例如，从约300nm至约900nm的波长)可具有约0.9或更大的透射率。
透明导电氧化物(TCO)层14在图7的示范性器件10的玻璃12上示出。该TCO层14允许光最小吸收地通过同时还允许由器件10产生的电流从旁边传导到不透明金属导体(没有示出)。例如，该TCO层14可以具有小于约每平方30欧姆的薄层电阻，例如从约每平方4欧姆至约每平方20欧姆(例如，从约每平方8欧姆至约每平方15欧姆)等。该TCO层14一般包括至少一个导电氧化物，例如氧化锡、氧化锌或氧化铟锡或其的混合物。另外，该TCO层14可以包括其他导电、透明材料。该TCO层14还可以包括锡酸锌和/或锡酸镉。
TCO层14可以通过溅射、化学气相沉积、喷射热解或任何其他适合的沉积方法形成。在一个特定实施例中，TCO层14可以通过在玻璃12上溅射(例如，DC溅射或RF溅射)形成。例如，锡酸镉层可以通过按约1至约2的比率溅射包含化学计量的SnO2和CdO的热压靶到玻璃12上形成。该锡酸镉可以备选地通过使用醋酸镉和氯化锡(II)前驱体通过喷射热解(spraypyrolysis)制备。
在某些实施例中，TCO层14可以具有在约0.1μm至约1μm之间的厚度，例如从约0.1μm至约0.5μm，例如从约0.25μm至约0.35μm。具有在上层表面上形成的TCO层14的适合的平坦玻璃衬底可以在市场上从各个不同的玻璃制造商和供应商购买。例如，包括TCO层14的特别适合的玻璃12包括从PilkingtonNorthAmerica公司(俄亥俄州托莱多市)以TEC15TCO名在市场上可获得的玻璃，其包括具有每平方15欧姆的薄层电阻的TCO层。
抗蚀性透明缓冲层(resistivetransparentbufferlayer)16(RTB层)在示范性碲化镉薄膜光伏器件10上的TCO层14上示出。该RTB层16一般比TCO层14更具抗蚀性并且可以帮助保护器件10在器件10的加工期间免于TCO层14和后续层之间的化学相互作用。例如，在某些实施例中，该RTB层16可以具有大于约每平方1000欧姆的薄层电阻，例如从约每平方10千欧姆至约每平方1000兆欧姆。该RTB层16还可以具有宽光学带隙(例如，大于约2.5eV，例如从约2.7eV至约3.0eV)。
不希望被特定的理论束缚，认为RTB层16在TCO层14和硫化镉层18之间的存在可以通过减少界面缺陷(即，在硫化镉层18中的“针孔”)的可能性而允许在器件10中包含相对薄的硫化镉层18从而在TCO层14和碲化镉层22之间形成分流。从而，认为RTB层16允许TCO层14和碲化镉层22之间改进的附着力和/或相互作用，由此允许相对薄的硫化镉层18在其上形成而没有显著的不利影响，否则将由直接在TCO层14上形成的这样的相对薄的硫化镉层18引起该不利影响。
RTB层16可以包括例如氧化锌(ZnO)和氧化锡(SnO2)的组合，其可以称为氧化锌锡(“ZTO”)。在一个特定实施例中，RTB层16可以包括比氧化锌更多的氧化锡。例如，RTB层16可以具有其中ZnO/SnO2的化学计量比在约0.25和约3(例如按氧化锡比氧化锌的约一比二(1∶2)的化学计量比等)之间的成分。RTB层16可以通过溅射、化学气相沉积、喷射热解或任何其他适合的沉积方法形成。在一个特定的实施例中，RTB层16可以通过在TCO层14上溅射(例如，DC溅射或RF溅射)形成。例如，RTB层16可以使用通过在氧化气氛(例如，O2气体)的存在下施加DC电流到金属源材料(例如，元素锌、元素锡或其的混合物)和溅射该金属源材料到TCO层14上的DC溅射方法沉积。当氧化气氛包括氧气(即，O2)时，气氛可以大于约95％的纯氧，例如大于约99％等。
在某些实施例中，RTB层16可以具有在约0.075μm和约1μm之间的厚度，例如从约0.1μm至约0.5μm。在特定实施例中，RTB层16可以具有在约0.08μm和约0.2μm之间的厚度，例如从约0.1μm至0.15μm。
硫化镉层18在图7的示范性器件10的抗蚀性透明缓冲层16上示出。该硫化镉层18是n型层，其一般包括硫化镉(CdS)但还可包括其他材料，例如硫化锌、硫化镉锌等和其的混合物以及掺杂剂和其他杂质。在一个特定实施例中，该硫化镉层可包括按原子百分比高达约25％的氧，例如按原子百分比从约5％至约20％。该硫化镉层18可以具有宽带隙(例如，从约2.25eV至约2.5eV，例如约2.4eV)以便允许最多的辐射能量(例如，太阳辐射)通过。如此，该硫化镉层18认为是在器件10上的透明层。
硫化镉层18可以通过溅射、化学气相沉积、化学浴沉积和其他适合的沉积方法形成。在一个特定实施例中，硫化镉层18可以通过在抗蚀性透明层16上溅射(例如，直流(DC)溅射或射频(RF)溅射)形成。溅射沉积一般牵涉从靶(其是材料源)喷射材料并且沉积喷射的材料到衬底上以形成膜。DC溅射一般牵涉施加电压到置于溅射腔内的衬底(即，阳极)附近的金属靶(即，阴极)以形成直流放电。该溅射腔可以具有反应气氛(例如，氧气氛、氮气氛、氟气氛)，其在金属靶和衬底之间形成等离子体场。对于磁控溅射，反应气氛的压强可以在约1毫托和约20毫托之间。当施加电压金属原子从靶释放时，金属原子可以与等离子体反应并且沉积到衬底的表面上。例如，当气氛包含氧时，从金属靶释放的金属原子可以在衬底上形成金属氧化物层。相反地，RF溅射一般牵涉通过在靶(例如，陶瓷源材料)和衬底之间施加交流(AC)或射频(RF)信号激发电容放电。溅射腔可以具有惰性气氛(例如，氩气氛)，其具有在约1毫托至约20毫托之间的压强。
由于抗蚀性透明层16的存在，硫化镉层18可以具有小于约0.1μm的厚度，例如在约10nm和约100nm之间，例如从约50nm至约80nm之间，其中具有针孔在抗蚀性透明层16和硫化镉层18之间的最小存在量。另外，具有小于约0.1μm的厚度的硫化镉层18减小辐射能由硫化镉层18的任何吸收，有效地增加到达在下面的碲化镉层22的辐射能的量。
碲化镉层20在图7的示范性碲化镉薄膜光伏器件10中的硫化镉层18上示出。该碲化镉层20是p型层，其一般包括碲化镉(CdS)但也可包括其他材料。作为器件10的p型层，该碲化镉层20是光伏层，其与硫化镉层18(即，n型层)相互作用以通过由于器件10的高吸收系数吸收传递进入器件10的大部分辐射能并且形成电子空穴对而从辐射能吸收来产生电流。例如，该碲化镉层20一般可以用碲化镉形成并且可以具有调整以吸收辐射能的带隙(例如，从约1.4eV至约1.5eV，例如约1.45eV)以当吸收辐射能时形成电子空穴对。空穴可从p型侧(即，碲化镉层20)移动跨过结到n型侧(即，硫化镉层18)，并且相反地，电子可从n型侧传递到p型侧。从而，在硫化镉层18和碲化镉层20之间形成的p-n结形成像二极管的材料，其允许常规电流仅在一个方向上流动以形成跨边界的电荷不平衡。该电荷不平衡导致跨越p-n结并且使游离电子和空穴分开的电场的形成。
碲化镉层20可以通过任何已知的工艺形成，例如化学气相沉积(CVD)、喷射热解、电沉积、溅射、近空间升华(CSS)等。在一个特定实施例中，硫化镉层18通过溅射沉积并且碲化镉层20通过近空间升华沉积。在特定实施例中，碲化镉层20可以具有在约0.1μm和约10μm之间的厚度，例如从约1μm至约5μm。在一个特定实施例中，碲化镉层20可以具有在约2μm和约4μm之间的厚度，例如约3μm等。
一系列后形成处理(post-formingtreatment)可以利用上文论述的处理系统100施加于碲化镉层20的暴露表面。
另外，背接触层22可以使用处理系统100或另一个系统施加于碲化镉层20。该背接触层22一般充当相对于对置的充当前电接触的TCO层14的背电接触。该背接触层22可以在碲化镉层20上形成，并且在一个实施例中与碲化镉层20直接接触。该背接触层24适当地用一个或多个高导电材料制成，例如元素镍、铬、铜、锡、铝、金、银、锝或其的合金或混合物。另外，背接触层22可以是单层或可以是多层。在一个特定实施例中，背接触层22可以包括石墨，例如沉积在p层上的后跟一层或多层金属(例如上文描述的金属)的碳层。背接触层22(如果用一个或多个金属制成或包括一个或多个金属)通过例如溅射或金属蒸发等技术适当地施加。如果它用石墨或聚合物共混物(blend)或由碳糊(carbonpaste)制成，共混物或糊通过用于分散共混物或糊的任何适合的方法(例如丝网印刷、喷射或通过“刮”刀)施加到半导体器件。在施加石墨共混物或碳糊后，器件可以加热以将共混物或糊转换成导电背接触层。碳层(如果使用的话)在厚度上可以从约0.1μm至约10μm，例如从约1μm至5μm。背接触的金属层(如果用于背接触层22或作为背接触层22的部分)在厚度上可以从约0.1μm至约1μm。
封装玻璃24也在图7的示范性碲化镉薄膜光伏器件10中示出。
其他部件(未示出)可以包括在示范性器件10中，例如母线、外部接线、激光蚀刻等。例如，当器件10形成光伏模块的光伏电池时，多个光伏电池可以串联连接以便达到期望的电压，例如通过电接线连接。串联连接的电池的每端可以粘附到适合的导体，例如电线或母线，以将光伏产生的电流引导到便利的位置以用于连接到使用该产生的电力的装置或其他系统。用于获得这样的串联连接的便利的方法是激光刻划器件以使器件分成通过互连连接的一系列电池。在一个特定实施例中，例如，激光可以用于刻划半导体器件的沉积层以将器件分成多个串联连接的电池。
图8示出根据本发明的一个实施例制造光伏器件的示范性方法30的流程图。根据该示范性方法30，在32，TCO层在玻璃衬底上形成。在34，抗蚀性透明缓冲层在TCO层上形成。在36，硫化镉层在抗蚀性透明缓冲层上形成，并且在38碲化镉层在硫化镉层上形成。在40，碲化镉层可以在氯化镉存在下退火，并且其在42被清洗以去除在表面上形成的任何CdO。在44该碲化镉层可以用铜来掺杂。在46，背接触层可以施加在碲化镉层之上，并且在48封装玻璃可以施加在背接触层之上。
本领域内技术人员应该认识到其他加工和/或处理可以包括在方法30中。例如，方法还可包括激光刻划以在器件中形成电隔离的光伏电池。这些电隔离的光伏电池然后可以串联连接以形成光伏模块。同样，电线可以连接到光伏模块的正和负端以提供引线来利用由该光伏模块产生的电流。
该书面说明使用示例以公开本发明，其包括最佳模式，并且还使本领域内技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统和执行任何包含的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域内技术人员想到的其他示例。这样的其他示例如果它们包括不与权利要求的书面语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的书面语言无实质区别的等同结构元件则规定在权利要求的范围内。
部件列表

Claims (20)

1.一种用于碲化镉薄膜光伏器件的处理的设备，所述设备包括：
处理系统，其包括预热部分、处理腔和退火炉，其中所述预热部分、所述处理腔和所述退火炉在所述处理系统内一体式互连；以及
传送系统，其可操作地设置在所述处理系统内并且配置用于采用连续设置以可控速度将衬底运输进入和通过所述预热部分、进入和通过所述处理腔以及进入和通过所述退火炉，
其中所述处理腔配置用于施加材料到所述衬底上的薄膜，并且所述退火炉配置成当所述衬底由所述传送系统连续传送通过所述处理腔时加热所述衬底到退火温度。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述处理腔包括配置成喷射液体到所述衬底的表面上的喷头。
3.如权利要求2所述的设备，进一步包括连接到所述喷头并且配置成提供所述液体的连续流到所述喷头的源槽。
4.如权利要求1所述的设备，其中所述处理腔包括配置成施加液体到所述衬底的表面的施加器辊。
5.如权利要求1所述的设备，其中所述传送系统包括穿越所述处理腔的单个传送带。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述传送系统进一步包括配置成清洁所述单个传送带的清洁系统。
7.如权利要求6所述的设备，其中所述清洁系统包括清洁槽，其放置使得所述单个传送带在返回路径上通过所述清洁槽。
8.如权利要求1所述的设备，其中所述处理腔包括多个互连模块化单元，其中所述模块化单元中的每个具有独立传送器。
9.如权利要求8所述的设备，其中所述模块化单元中的每个被独立控制使得所述衬底以期望的预热速度、沉积速度和退火速度被传送通过所述处理腔。
10.如权利要求8所述的设备，其中所述退火炉包括多个模块化单元。
11.如权利要求8所述的设备，其中所述处理腔被限定在个体模块内，并且所述独立传送器包括传送带和配置成清洁所述传送带的清洁系统。
12.如权利要求1所述的设备，其中所述处理系统进一步包括冷却腔，其中所述预热部分、所述处理腔、所述退火炉和所述冷却腔集成在所述处理系统内。
13.如权利要求1所述的设备，其中所述预热部分、所述处理腔和所述退火炉中的每个由限定缝隙入口的壁分开，所述缝隙入口大小适于接收通过其的所述衬底。
14.一种用于碲化镉薄膜光伏器件的处理的过程，所述过程包括：
将衬底各个地引入预热腔；
在所述预热腔内加热所述衬底到沉积温度；
采用连续设置传送所述衬底进入一体式互连到所述预热腔的处理腔；
施加处理成分于所述衬底的表面；
采用连续设置传送所述衬底进入一体式互连到所述处理腔的退火炉；以及
在250℃至500℃的退火温度将所述衬底退火。
15.如权利要求14所述的过程，其中所述处理成分包括铜。
16.如权利要求14所述的过程，其中所述处理成分包括氯化镉。
17.如权利要求14所述的过程，进一步包括：
采用连续设置传送所述衬底进入冷却腔；以及
冷却所述衬底至室温。
18.如权利要求14所述的过程，其中所述衬底以恒定线性速度传送通过所述处理腔。
19.如权利要求14所述的过程，其中所述处理成分喷射在所述衬底的表面上。
20.一种用于碲化镉薄膜光伏器件的处理的过程，所述过程包括：
将衬底各个地引入预热腔；
在所述预热腔内加热所述衬底到处理温度；
采用连续设置传送所述衬底进入一体式互连到所述预热腔的处理腔；
施加液体处理成分于所述衬底的表面；
采用连续设置传送所述衬底进入一体式互连到所述处理腔的退火炉；以及
在250℃至500℃的退火温度将所述衬底退火使得所述衬底上的薄膜掺杂有来自所述液体处理成分的材料。
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