CN102770969A - 具有缓冲层的光伏装置 - Google Patents

具有缓冲层的光伏装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102770969A
CN102770969A CN2010800644600A CN201080064460A CN102770969A CN 102770969 A CN102770969 A CN 102770969A CN 2010800644600 A CN2010800644600 A CN 2010800644600A CN 201080064460 A CN201080064460 A CN 201080064460A CN 102770969 A CN102770969 A CN 102770969A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
resilient coating
oxide
tin
silica
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.)
Pending
Application number
CN2010800644600A
Other languages
English (en)
Inventor
基思·J·布罗斯
安妮特·克瑞斯考
鲍伊·帕什马考威
哈沙德·帕蒂
杨宇
赵志波
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.)
First Solar Inc
Original Assignee
First Solar Inc
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 First Solar Inc filed Critical First Solar Inc
Publication of CN102770969A publication Critical patent/CN102770969A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/18Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/186Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
    • H01L31/1864Annealing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0224Electrodes
    • H01L31/022466Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/0248Semiconductor 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 characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256Semiconductor 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 characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264Inorganic materials
    • H01L31/0296Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, HgCdTe
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/0248Semiconductor 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 characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036Semiconductor 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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0392Semiconductor 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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/04Semiconductor 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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06Semiconductor 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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/072Semiconductor 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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/073Semiconductor 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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising only AIIBVI compound semiconductors, e.g. CdS/CdTe solar cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/18Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1884Manufacture of transparent electrodes, e.g. TCO, ITO
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/543Solar cells from Group II-VI materials
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

一种制造结构的方法可包括在透明导电氧化物层上形成缓冲层,其中,所述缓冲层包括含有锌和锡的层,所述透明导电氧化物层包括含有镉和锡的层。

Description

具有缓冲层的光伏装置
要求优先权
本申请基于35U.S.C.§119(e)要求于2009年12月21日提交的序列号为61/288,765的美国临时专利申请的优先权,该申请通过引用被包含于此。
技术领域
本发明涉及光伏装置和制造方法。
背景技术
光伏装置可使用透明薄膜,所述透明薄膜也是电荷的导体。导电薄膜可包括含有一个或多个透明导电氧化物(TCO)层的透明导电层。过去的光伏装置在将太阳能转换为电能方面可能是低效的。
附图说明
图1是结构的示意图。
图2a是结构的示意图。
图2b是结构的示意图。
图3是光伏装置的示意图。
具体实施方式
光伏装置可包括形成在基底(或超基底)上的多个层。例如,光伏装置可以包括在基底上以堆叠方式形成的阻挡层、透明导电氧化物(TCO)层、缓冲层、半导体窗口层和半导体吸收层。每个层可以继而包括多于一个的层或膜。例如,缓冲层可包括在TCO层上创建(例如,形成或沉积)的第一膜和在第一膜上创建的第二膜。另外,每个层可覆盖装置的所有部分或一部分和/或层下方的层或基底的所有部分或一部分。例如,“层”可以指接触表面的所有部分或一部分的任何量的任何材料。
缓冲层可包括在TCO层的顶部上创建(例如,形成或沉积)的氧化物缓冲层,从而当缓冲层具有适当的透明度、厚度和导电率时提高光伏装置性能。缓冲层可用于减小在后面的工艺期间出现不规则的可能性,并使结费米能级最优化。然而,氧化物缓冲层伴随的问题是保持其导电率在最佳的范围内。与掺杂剂的掺杂可以有助于在缓冲层中实现良好的导电率水平。可以以任何合适的方式(包括从包括缓冲材料和掺杂剂的溅射靶进行溅射)来形成掺杂的氧化物缓冲层。
在一方面,一种结构可包括基底、与基底相邻的透明导电氧化物和与透明导电氧化物层相邻的缓冲层。透明导电氧化物层可包括镉和锡。缓冲层可包括锌和锡。缓冲层可以具有大约
Figure BDA00002036931200021
至大约
Figure BDA00002036931200022
的厚度。此厚度可以为大约
Figure BDA00002036931200023
至大约
Figure BDA00002036931200024
缓冲层可以具有以重量计范围为大约1:100至大约100:1的锡锌比。缓冲层可具有大约15:85的锡锌比。缓冲层可包括氧化锌锡。缓冲层可包括锡酸锌。透明导电氧化物层可包括锡酸镉。基底可包括玻璃。玻璃可包括钠钙玻璃。玻璃可包括具有减小的铁含量的钠钙玻璃。
在一方面,此结构可包括形成在基底和透明导电氧化物层之间的阻挡层。阻挡层可包括氧化硅、掺杂铝的氧化硅、掺杂硼的氧化硅、掺杂磷的氧化硅、氮化硅、掺杂铝的氮化硅、掺杂硼的氮化硅、掺杂磷的氮化硅、氮氧化硅、氧化钛、氧化铌、氧化钽、氧化铝、氧化锆或氧化锡。此结构可包括位于钠钙玻璃基底上的一个或多个阻挡层。透明导电氧化物层可设置在一个或多个阻挡层上。一个或多个阻挡层中的每个可包括氧化硅、掺杂铝的氧化硅、掺杂硼的氧化硅、掺杂磷的氧化硅、氮化硅、掺杂铝的氮化硅、掺杂硼的氮化硅、掺杂磷的氮化硅、氮氧化硅、氧化钛、氧化铌、氧化钽、氧化铝、氧化锆或氧化锡。透明导电氧化物层可包括锡酸镉,缓冲层可包括氧化锌锡。
此结构可包括与缓冲层相邻的半导体窗口层。半导体窗口层可包括硫化镉。半导体窗口层具有大约
Figure BDA00002036931200025
至大约的厚度。此结构可包括与半导体窗口层相邻的半导体吸收层。半导体吸收层可包括碲化镉。此结构可包括位于半导体吸收层上的背接触金属。此结构可包括位于背接触金属上的背支撑件。此结构可包括位于透明导电氧化物层和缓冲层之间的硫化镉层。
在一方面,一种制造结构的方法可包括:相邻于基底形成透明导电氧化物层;以及相邻于透明导电氧化物层形成缓冲层。透明导电氧化物层可包括镉和锡。缓冲层可包括锌和锡。形成缓冲层的步骤可包括在氧气的存在下溅射缓冲层。形成缓冲层的步骤可包括在氩气的存在下溅射缓冲层。形成缓冲层的步骤可包括在氧气-氩气混合的存在下溅射缓冲层。缓冲层可包括氧化锌锡。透明导电氧化物层可包括锡酸镉。
此方法可包括在基底和透明导电氧化物层之间形成阻挡层。阻挡层可包括氧化硅、掺杂铝的氧化硅、掺杂硼的氧化硅、掺杂磷的氧化硅、氮化硅、掺杂铝的氮化硅、掺杂硼的氮化硅、掺杂磷的氮化硅、氮氧化硅、氧化钛、氧化铌、氧化钽、氧化铝、氧化锆或氧化锡。
此方法可包括:相邻于基底(其可包括钠钙玻璃)形成一个或多个阻挡层;以及在一个或多个阻挡层上形成透明导电氧化物层。一个或多个阻挡层中的每个可包括氧化硅、掺杂铝的氧化硅、掺杂硼的氧化硅、掺杂磷的氧化硅、氮化硅、掺杂铝的氮化硅、掺杂硼的氮化硅、掺杂磷的氮化硅、氮氧化硅、氧化钛、氧化铌、氧化钽、氧化铝、氧化锆或氧化锡。透明导电氧化物层可包括锡酸镉。此方法可包括在透明导电氧化物层上形成缓冲层。缓冲层可包括锡含量为大约15%且厚度为大约至大约
Figure BDA00002036931200032
的氧化锌锡。
此方法可包括在形成缓冲层的步骤之后将基底进行退火的步骤。退火可包括将基底加热到大约500℃至大约700℃的范围内的温度。此温度可以在大约550℃至大约650℃的范围内。此温度可以为大约600℃。此方法可包括相邻于缓冲层形成半导体窗口层的步骤。半导体窗口层可包括硫化镉。形成半导体窗口层的步骤可包括溅射。此方法可包括相邻于半导体窗口层形成半导体吸收层的步骤。半导体吸收层可包括碲化镉。此方法可包括在半导体吸收层上形成背接触金属。此方法可包括在背接触金属上形成背支撑件。此方法可包括在透明导电氧化物层和缓冲层之间形成硫化镉层。
在一方面,溅射靶可包括溅射材料和背板管(backing tube),溅射材料包括锌:锡比在大约19:1和大约7:3之间的锌和锡。溅射材料可连接到背板管,以形成溅射靶。溅射靶可包括将溅射材料和背板管结合的结合层。背板管可包括不锈钢。溅射靶可被配置为在反应性溅射工艺中使用。
一种制造旋转溅射靶的方法可包括形成包括具有锌:锡比在大约19:1和大约7:3之间的锌和锡的溅射材料的步骤和将溅射材料附于背板管以形成溅射靶的步骤。将溅射材料附于背板管以形成溅射靶的步骤可包括热喷涂形成工艺。将溅射材料附于背板管以形成溅射靶的工艺可包括等离子体喷涂形成工艺。将溅射材料附于背板管以形成溅射靶的工艺可包括粉末冶金工艺。粉末冶金可包括热压工艺。粉末冶金可包括等静压工艺。将溅射材料附于背板管以形成溅射靶的步骤可包括流动形成工艺。将溅射材料附于背板管的步骤可包括利用结合层将溅射材料结合到背板管。
参照图1,可在基底100上沉积透明导电氧化物堆叠件140。基底100可包括任何适当的基底材料,包括玻璃,例如钠钙玻璃。透明导电氧化物堆叠件140可包括阻挡层110,阻挡层110可包括任何适当的阻挡材料。阻挡层110可并入在基底100和TCO层120之间,以减轻钠或其它污染物从基底向半导体层的扩散,此扩散会导致光伏装置的差的性能以及劣化。阻挡层110可以是透明的、热稳定的,具有数量减少的针孔并具有高的钠阻挡能力以及良好的粘附性能。
阻挡层110可包括各种材料,例如氧化硅、掺杂铝的氧化硅、掺杂硼的氧化硅、掺杂磷的氧化硅、氮化硅、掺杂铝的氮化硅、掺杂硼的氮化硅、掺杂磷的氮化硅、氮氧化硅、氧化钛、氧化铌、氧化钽、氧化铝、氧化锆、氧化锡或它们的组合。掺杂剂可以小于25%,小于20%,小于15%,小于10%,小于5%,或小于2%。阻挡层还可包括高光学指数的材料层,以补充低指数的材料层,从而有益于颜色抑制和光学反射损失的减小。高指数的层可包括氮化硅、掺杂铝的氮化硅、掺杂硼的氮化硅、掺杂磷的氮化硅、氮氧化硅、氧化钛、氧化铌、氧化钽、氧化铝、氧化锆或氧化锡。TCO堆叠件可包括多个阻挡材料。例如,TCO堆叠件可包括化合物阻挡层,其包括沉积在高指数的光学材料上方的氧化硅。尽管实际上会需要较厚的化合物层来更有效地阻挡钠,但可利用光学模型将化合物阻挡层最优化,以实现颜色抑制和减小的反射损失。
因为玻璃不导电,所以可以在基底100和半导体层之间沉积透明导电氧化物(TCO)层120。因为锡酸镉展现出高的透光率和低的片电阻,所以锡酸镉在此能力方面很好地起作用。透明导电氧化物层120可相邻于阻挡层110而沉积。透明导电氧化物层120可包括镉和锡的层,并可以具有任何合适的厚度。例如,透明导电氧化物层120可以具有大约100nm至大约1000nm的厚度。可利用包括溅射的任何已知的沉积技术来沉积透明导电氧化物层120。
可利用包括例如低压化学气相沉积、大气压化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、热化学气相沉积、DC或AC溅射、旋转涂覆沉积或喷雾热分解的各种沉积技术来制造透明导电氧化物堆叠件140。每个沉积层可以为任何合适的厚度,例如,厚度在大约
Figure BDA00002036931200041
至大约
Figure BDA00002036931200042
的范围内。
可通过铸锭冶金来制造溅射靶。溅射靶可以由适合于制造堆叠件中的各个层的镉、锡、硅或铝或者它们的组合或合金来制造。例如,用于阻挡层的靶可以是Si85Al15。用于制得锡酸镉层的靶可以是以在化学计量上适当的量的镉和锡合金。可以以任何合适的形状将溅射靶制造成单个块。溅射靶可以是管。可以通过将金属材料铸成任何合适的形状(例如,管)来制造溅射靶。
溅射靶可以由多于一个的块制成。溅射靶可以由多于一个的金属块制成,例如,由一块镉和一块锡制成。镉和锡可以以任何合适的形状(例如,套管)制造,并可以以任何合适的方式或构造结合或连接。例如,一块镉和一块锡可以焊接在一起,以形成溅射靶。一个套管可以设置在另一个套管内。
可以通过粉末冶金来制造溅射靶。可通过使金属粉末(例如,镉或锡粉末)固化形成靶来形成溅射靶。可以以任何合适的工艺(例如,诸如等静压的压制)且以任何合适的形状使金属粉末固化。固化可以在任何合适的温度下发生。溅射靶可以由包括多于一种的金属粉末(例如,镉和锡)形成。多于一种的金属粉末可以以在化学计量上适当的量存在。
可以相邻于基部设置包括靶材料的布线来制造溅射靶。例如,包括靶材料的布线可以围绕基部管缠绕。布线可包括以在化学计量上适当的量存在的多种金属(例如,镉和锡)。基部管可以由将不被溅射的材料形成。可以压制布线(例如,通过等静压)。
可以通过将靶材料喷涂到基部上来制造溅射靶。可以通过包括双丝电弧喷涂和等离子体喷涂的任何合适的喷涂工艺来喷涂金属靶材料。金属靶材料可包括以在化学计量上适当的量的多种金属(例如,镉和锡)。在其上喷涂金属靶材料的基部可以是管。
再参照图1,缓冲层130可沉积在透明导电氧化物层120上,从而变成透明导电氧化物堆叠件140的一部分。TCO堆叠件140可以包括例如二氧化硅阻挡层110、锡酸镉TCO层120和缓冲层130。缓冲层130可以减小在半导体窗口层的形成期间出现不规则的可能性。缓冲层130可包括各种合适的材料,包括氧化锡、氧化锌锡、氧化锌和氧化锌镁。缓冲层130可包括锌和锡的层。例如,缓冲层130可包括氧化锌锡。缓冲层130可包括锡与锌的任何合适的比。例如,缓冲层130可包括以重量计在大约1:100至大约100:1的范围内的锡锌比,例如,重量比为大约15:85。缓冲层130还可具有任何合适的厚度。例如,缓冲层130的厚度可在大约
Figure BDA00002036931200051
至大约
Figure BDA00002036931200052
的范围内,例如,缓冲层130的厚度可为大约
Figure BDA00002036931200061
至大约
Figure BDA00002036931200062
可以使用包括溅射例如DC溅射、AC溅射或脉冲DC溅射的任何合适手段来沉积缓冲层130。可以从锌:锡合金靶溅射缓冲层130,其中,锌锡比在大约19:1和大约7:3之间。还可以从氧化锌锡陶瓷靶溅射缓冲层130。可以在一种或多种反应性气体例如氧气、氩气和氧气-氩气混合的存在下沉积缓冲层130。可以在基本上非晶状态下沉积缓冲层130。在缓冲层130的沉积之前,可以在透明导电氧化物层120上沉积控制层,从而能够使透明导电氧化物层120适当地转变。或者,可以在透明导电氧化物层120上直接沉积缓冲层130。
可以将图1的透明导电氧化物堆叠件140进行退火,以形成图3的退火后的透明导电氧化物堆叠件310,由此形成锡酸锌。可以使用任何合适的退火工艺将透明导电氧化物堆叠件140进行退火。可以在被选择用于控制退火气氛的气体(例如,氮气)的存在下进行退火。可以通过提供耗氧或还原氧的环境来有助于退火。可以在任何合适的压力(例如,在减压下、在低真空中或在大约0.01Pa(10-4托))下将透明导电氧化物堆叠件140进行退火。可以在任何合适的温度或温度范围下将透明导电氧化物堆叠件140退火。例如,可以在大约400℃至大约800℃下将透明导电氧化物堆叠件140进行退火。可以在大约500℃至大约700℃下将透明导电氧化物堆叠件140进行退火。可以在大约550℃至大约650℃下将透明导电氧化物堆叠件140进行退火。可以将透明导电氧化物堆叠件140退火任何合适的持续时间。例如,可以将透明导电氧化物堆叠件140退火多于大约5分钟。可以将透明导电氧化物堆叠件140退火大约10分钟至大约25分钟。可以将透明导电氧化物堆叠件140退火大约15分钟至大约20分钟。
在退火之前,硫化镉层可相邻于缓冲层130而沉积,从而变成透明导电氧化物堆叠件140的一部分。通过提供用于转换透明导电氧化物堆叠件140的合适的环境条件,硫化镉层可有助于退火工艺。镉层在退火工艺期间(由于蒸发和/或扩散)会部分地或完全地消耗,从而提供用于获取最佳的光学和电学性能的合适的退火环境。参照图2a和图2b,举例而言,可在缓冲层130上或在透明导电氧化物层120和缓冲层130之间沉积硫化镉层200。硫化镉层200可直接置于透明导电氧化物层120或缓冲层130上,或者可以在其间设置中间层。硫化镉层200可具有任何合适的厚度,包括大约
Figure BDA00002036931200063
至大约
Figure BDA00002036931200064
优选地,硫化镉层的厚度使得层在退火工艺期间大部分或完全地消耗。可以在包括硫化镉层200或不包括硫化镉层200的情况下将透明导电氧化物堆叠件140进行退火。
参照图3,退火后的透明导电氧化物堆叠件310可用于形成光伏装置30。半导体层320可相邻于退火后的透明导电氧化物堆叠件310而沉积。半导体层320可包括半导体窗口层330和半导体吸收层340。半导体窗口层330可包括任何合适的材料,例如硫化镉层,其可包括任何合适的厚度,包括大约
Figure BDA00002036931200071
至大约
Figure BDA00002036931200072
半导体窗口层330可相邻于退火后的透明导电氧化物堆叠件310而沉积。可使用包括例如化学浴沉积、密闭空间升华、气相传输沉积和溅射的任何已知的沉积技术来沉积半导体窗口层330。半导体吸收层340可相邻于半导体窗口层330而沉积。可以使用包括气相传输沉积的任何已知的沉积技术来沉积半导体吸收层340。半导体吸收层340可包括任何合适的材料,例如碲化镉层。背接触件350可相邻于半导体层320而沉积。背接触件350可相邻于半导体吸收层340而沉积。背接触件350可包含任何合适的金属或合金。背支撑件360可相邻于背接触件350而沉积。背支撑件360可包括玻璃,例如钠钙玻璃。玻璃可包括具有减少的铁含量的钠钙玻璃。
使用这里讨论的方法和装置制造的光伏装置/模块可以并入到一个或多个光伏阵列中。阵列可以并入到用于产生电的各种系统中。例如,可利用光束照亮光伏模块,从而产生光电流。可以收集光电流,并将光电流从直流(DC)转换为交流(AC),且分配给电网。可以在模块处引导任何合适的波长的光,从而产生包括例如多于400nm或小于700nm(例如,紫外光)的光电流。从一个光伏模块产生的光电流可以与从其它光伏模块产生的光电流组合。例如,光伏模块可以是光伏阵列的一部分,可以管控并分配来自光伏阵列的总电流。
通过示出和举例的方式提供了上述实施例。应当理解的是,上面提供的示例可以在某些方面改变,而仍落在权利要求书的范围内。应当明白的是,虽然已经参照上面的优选实施例描述了本发明,但是其它实施例在权利要求书的范围内。

Claims (51)

1.一种结构,所述结构包括:
基底;
透明导电氧化物层,与所述基底相邻,其中,所述透明导电氧化物层包括镉和锡;以及
缓冲层,与所述透明导电氧化物层相邻,其中,所述缓冲层包括锌和锡。
2.根据权利要求1所述的结构,其中,所述缓冲层具有大约
Figure FDA00002036931100011
至大约的厚度。
3.根据权利要求2所述的结构,其中,所述厚度为大约
Figure FDA00002036931100013
至大约
Figure FDA00002036931100014
4.根据权利要求1所述的结构,其中,所述缓冲层具有以重量计范围为大约1:100至大约100:1的锡锌比。
5.根据权利要求2所述的结构,其中,所述缓冲层具有大约15:85的锡锌比。
6.根据权利要求1所述的结构,其中,所述缓冲层包括氧化锌锡。
7.根据权利要求1所述的结构,其中,所述缓冲层包括锡酸锌。
8.根据权利要求1所述的结构,其中,所述透明导电氧化物层包括锡酸镉。
9.根据权利要求1所述的结构,其中,所述基底包括玻璃。
10.根据权利要求9所述的结构,其中,所述玻璃包括钠钙玻璃。
11.根据权利要求9所述的结构,其中,所述玻璃包括具有减少的铁含量的钠钙玻璃。
12.根据权利要求1所述的结构,所述结构还包括:阻挡层,形成在所述基底和所述透明导电氧化物层之间。
13.根据权利要求12所述的结构,其中,所述阻挡层包括从由氧化硅、掺杂铝的氧化硅、掺杂硼的氧化硅、掺杂磷的氧化硅、氮化硅、掺杂铝的氮化硅、掺杂硼的氮化硅、掺杂磷的氮化硅、氮氧化硅、氧化钛、氧化铌、氧化钽、氧化铝、氧化锆和氧化锡组成的组中选择的材料。
14.根据权利要求1所述的结构,所述结构还包括:
一个或多个阻挡层,位于钠钙玻璃基底上,其中,所述透明导电氧化物层设置在所述一个或多个阻挡层上,其中,所述一个或多个阻挡层中的每个包括从由氧化硅、掺杂铝的氧化硅、掺杂硼的氧化硅、掺杂磷的氧化硅、氮化硅、掺杂铝的氮化硅、掺杂硼的氮化硅、掺杂磷的氮化硅、氮氧化硅、氧化钛、氧化铌、氧化钽、氧化铝、氧化锆和氧化锡组成的组中选择的材料,其中,所述透明导电氧化物层包括锡酸镉,所述缓冲层包括氧化锌锡。
15.根据权利要求14所述的结构,所述结构还包括:半导体窗口层,与所述缓冲层相邻,其中,所述半导体窗口层包括硫化镉。
16.根据权利要求15所述的结构,其中,所述半导体窗口层具有大约
Figure FDA00002036931100021
至大约
Figure FDA00002036931100022
的厚度。
17.根据权利要求15所述的结构,所述结构还包括:半导体吸收层,与所述半导体窗口层相邻,其中,所述半导体吸收层包括碲化镉。
18.根据权利要求17所述的结构,所述结构还包括:背接触金属,位于所述半导体吸收层上。
19.根据权利要求18所述的结构,所述结构还包括:背支撑件,位于所述背接触金属上。
20.根据权利要求14所述的结构,所述结构还包括:硫化镉层,位于所述透明导电氧化物层和所述缓冲层之间。
21.一种制造结构的方法,所述方法包括:
相邻于基底形成透明导电氧化物层,其中,所述透明导电氧化物层包括镉和锡;以及
相邻于所述透明导电氧化物层形成缓冲层,其中,所述缓冲层包括锌和锡。
22.根据权利要求21所述的方法,其中,形成缓冲层的步骤包括:在氧气的存在下溅射所述缓冲层。
23.根据权利要求21所述的方法,其中,形成缓冲层的步骤包括:在氩气的存在下溅射所述缓冲层。
24.根据权利要求21所述的方法,其中,形成缓冲层的步骤包括:在氧气-氩气混合的存在下溅射所述缓冲层。
25.根据权利要求21所述的方法,其中,所述缓冲层包括氧化锌锡。
26.根据权利要求21所述的方法,其中,所述透明导电氧化物层包括锡酸镉。
27.根据权利要求21所述的方法,所述方法还包括:在所述基底和所述透明导电氧化物层之间形成阻挡层。
28.根据权利要求27所述的方法,其中,所述阻挡层包括从由氧化硅、掺杂铝的氧化硅、掺杂硼的氧化硅、掺杂磷的氧化硅、氮化硅、掺杂铝的氮化硅、掺杂硼的氮化硅、掺杂磷的氮化硅、氮氧化硅、氧化钛、氧化铌、氧化钽、氧化铝、氧化锆和氧化锡组成的组中选择的材料。
29.根据权利要求21所述的方法,所述方法还包括:
相邻于所述基底形成一个或多个阻挡层,其中,所述基底包括钠钙玻璃;
在所述一个或多个阻挡层上形成所述透明导电氧化物层,其中,所述一个或多个阻挡层中的每个包括从由氧化硅、掺杂铝的氧化硅、掺杂硼的氧化硅、掺杂磷的氧化硅、氮化硅、掺杂铝的氮化硅、掺杂硼的氮化硅、掺杂磷的氮化硅、氮氧化硅、氧化钛、氧化铌、氧化钽、氧化铝、氧化锆和氧化锡组成的组中选择的材料,其中,所述透明导电氧化物层包括锡酸镉;以及
在所述透明导电氧化物层上形成所述缓冲层,其中,所述缓冲层包括锡含量为大约15%且厚度为大约
Figure FDA00002036931100031
至大约
Figure FDA00002036931100032
的氧化锌锡。
30.根据权利要求21所述的方法,所述方法还包括下述步骤:在形成缓冲层的步骤之后将所述基底进行退火。
31.根据权利要求30所述的方法,其中,退火步骤包括:将所述基底加热到在大约500℃至大约700℃的范围内的温度。
32.根据权利要求31所述的方法,其中,所述温度在大约550℃至大约650℃的范围内。
33.根据权利要求32所述的方法,其中,所述温度为大约600℃。
34.根据权利要求21所述的方法,所述方法还包括下述步骤:相邻于所述缓冲层形成半导体窗口层,其中,所述半导体窗口层包括硫化镉。
35.根据权利要求34所述的方法,其中,形成半导体窗口层的步骤包括溅射。
36.根据权利要求34所述的方法,所述方法还包括下述步骤:相邻于所述半导体窗口层形成半导体吸收层,其中,所述半导体吸收层包括碲化镉。
37.根据权利要求36所述的方法,所述方法还包括:在所述半导体吸收层上形成背接触金属。
38.根据权利要求37所述的方法,所述方法还包括:在所述背接触金属上形成背支撑件。
39.根据权利要求21所述的方法,所述方法还包括:在所述透明导电氧化物层和所述缓冲层之间形成硫化镉层。
40.一种溅射靶,所述溅射靶包括:
溅射材料,包括锌和锡,Zn:Sn比在大约19:1和大约7:3之间;以及
背板管,其中,所述溅射材料连接到所述背板管,以形成溅射靶。
41.根据权利要求40所述的溅射靶,所述溅射靶还包括:结合层,将所述溅射材料和所述背板管结合。
42.根据权利要求40所述的溅射靶,其中,所述背板管包括不锈钢。
43.根据权利要求40所述的溅射靶,其中,所述溅射靶被构造为在反应性溅射工艺中使用。
44.一种制造旋转溅射靶的方法,所述旋转溅射靶被构造为在光伏装置的制造中使用,所述方法包括下述步骤:
形成包括锌和锡的溅射材料,锌:锡比在大约19:1和大约7:3之间;以及
将溅射材料附于背板管以形成溅射靶。
45.根据权利要求44所述的方法,其中,将溅射材料附于背板管以形成溅射靶的步骤包括热喷涂形成工艺。
46.根据权利要求44所述的方法,其中,将溅射材料附于背板管以形成溅射靶的步骤包括等离子体喷涂形成工艺。
47.根据权利要求44所述的方法,其中,将溅射材料附于背板管以形成溅射靶的步骤包括粉末冶金工艺。
48.根据权利要求47所述的方法,其中,粉末冶金包括热压工艺。
49.根据权利要求47所述的方法,其中,粉末冶金包括等静压工艺。
50.根据权利要求44所述的方法,其中,将溅射材料附于背板管以形成溅射靶的步骤包括流动形成工艺。
51.根据权利要求44所述的方法,其中,将溅射材料附于背板管的步骤包括:利用结合层将所述溅射材料结合到所述背板管。
CN2010800644600A 2009-12-21 2010-12-21 具有缓冲层的光伏装置 Pending CN102770969A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US28876509P 2009-12-21 2009-12-21
US61/288,765 2009-12-21
PCT/US2010/061468 WO2011084775A1 (en) 2009-12-21 2010-12-21 Photovoltaic device with buffer layer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102770969A true CN102770969A (zh) 2012-11-07

Family

ID=44305743

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010800644600A Pending CN102770969A (zh) 2009-12-21 2010-12-21 具有缓冲层的光伏装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20120247553A1 (zh)
CN (1) CN102770969A (zh)
WO (1) WO2011084775A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105088152A (zh) * 2015-08-04 2015-11-25 福建铂阳精工设备有限公司 一种制备阻挡膜层的方法和设备
CN106062971A (zh) * 2014-05-22 2016-10-26 东芝三菱电机产业系统株式会社 缓冲层的成膜方法及缓冲层
CN106299036A (zh) * 2016-11-23 2017-01-04 绍兴文理学院 一种用于太阳能电池的SnZnO缓冲层

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI442582B (zh) * 2010-09-22 2014-06-21 First Solar Inc 用於太陽能電池的氧化鎘鋅緩衝層
US20130017381A1 (en) * 2011-07-12 2013-01-17 Cardinal Cg Company Sodium accumulation layer for electronic devices
WO2013103730A2 (en) * 2012-01-03 2013-07-11 Heliovolt Corporation Using amorphous zinc-tin oxide alloys in the emitter structure of cigs pv devices
US9379259B2 (en) * 2012-11-05 2016-06-28 International Business Machines Corporation Double layered transparent conductive oxide for reduced schottky barrier in photovoltaic devices
US20140170806A1 (en) * 2012-12-18 2014-06-19 Intermolecular, Inc. TCOs for High-Efficiency Crystalline Si Heterojunction Solar Cells
US9520530B2 (en) * 2014-10-03 2016-12-13 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Solar cell having doped buffer layer and method of fabricating the solar cell
WO2018181128A1 (ja) * 2017-03-31 2018-10-04 株式会社カネカ 光電変換素子の製造方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5922142A (en) * 1996-11-07 1999-07-13 Midwest Research Institute Photovoltaic devices comprising cadmium stannate transparent conducting films and method for making
US6169246B1 (en) * 1998-09-08 2001-01-02 Midwest Research Institute Photovoltaic devices comprising zinc stannate buffer layer and method for making
CN101176960A (zh) * 2006-11-07 2008-05-14 北京有色金属研究总院 一种金属靶材与靶托的连接方法
US20090078318A1 (en) * 2007-09-25 2009-03-26 First Solar, Inc. Photovoltaic Devices Including An Interfacial Layer
CN101479399A (zh) * 2006-06-26 2009-07-08 贝卡尔特股份有限公司 制造可旋转溅射靶的方法
US20090272437A1 (en) * 2008-05-01 2009-11-05 First Solar, Inc. Transparent Conductive Materials Including Cadmium Stannate
CN101582460A (zh) * 2009-03-24 2009-11-18 新奥光伏能源有限公司 薄膜太阳电池多层透明导电膜及其制造方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080105293A1 (en) * 2006-11-02 2008-05-08 Guardian Industries Corp. Front electrode for use in photovoltaic device and method of making same
US20090194165A1 (en) * 2008-01-31 2009-08-06 Primestar Solar, Inc. Ultra-high current density cadmium telluride photovoltaic modules
TW201101514A (en) * 2009-05-18 2011-01-01 First Solar Inc Silicon nitride diffusion barrier layer for cadmium stannate TCO
TW201101513A (en) * 2009-05-18 2011-01-01 First Solar Inc Cadmium stannate TCO structure with diffusion barrier layer and separation layer
TW201112439A (en) * 2009-06-22 2011-04-01 First Solar Inc Method and apparatus for annealing a deposited cadmium stannate layer
WO2011006050A1 (en) * 2009-07-10 2011-01-13 First Solar, Inc. Photovoltaic devices including zinc
CN102482796A (zh) * 2009-08-24 2012-05-30 第一太阳能有限公司 掺杂的透明导电氧化物
WO2011075579A1 (en) * 2009-12-18 2011-06-23 First Solar, Inc. Photovoltaic device including doped layer
US20120060891A1 (en) * 2010-08-13 2012-03-15 Benyamin Buller Photovoltaic device
WO2012024557A2 (en) * 2010-08-20 2012-02-23 First Solar, Inc. Photovoltaic device front contact
TWI442582B (zh) * 2010-09-22 2014-06-21 First Solar Inc 用於太陽能電池的氧化鎘鋅緩衝層
KR101190002B1 (ko) * 2011-04-19 2012-10-12 성균관대학교산학협력단 염료감응 태양전지용 반도체 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 염료감응 태양전지

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5922142A (en) * 1996-11-07 1999-07-13 Midwest Research Institute Photovoltaic devices comprising cadmium stannate transparent conducting films and method for making
US6169246B1 (en) * 1998-09-08 2001-01-02 Midwest Research Institute Photovoltaic devices comprising zinc stannate buffer layer and method for making
CN101479399A (zh) * 2006-06-26 2009-07-08 贝卡尔特股份有限公司 制造可旋转溅射靶的方法
CN101176960A (zh) * 2006-11-07 2008-05-14 北京有色金属研究总院 一种金属靶材与靶托的连接方法
US20090078318A1 (en) * 2007-09-25 2009-03-26 First Solar, Inc. Photovoltaic Devices Including An Interfacial Layer
US20090272437A1 (en) * 2008-05-01 2009-11-05 First Solar, Inc. Transparent Conductive Materials Including Cadmium Stannate
CN101582460A (zh) * 2009-03-24 2009-11-18 新奥光伏能源有限公司 薄膜太阳电池多层透明导电膜及其制造方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106062971A (zh) * 2014-05-22 2016-10-26 东芝三菱电机产业系统株式会社 缓冲层的成膜方法及缓冲层
US11075318B2 (en) 2014-05-22 2021-07-27 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Buffer layer film-forming method and buffer layer
CN105088152A (zh) * 2015-08-04 2015-11-25 福建铂阳精工设备有限公司 一种制备阻挡膜层的方法和设备
CN106299036A (zh) * 2016-11-23 2017-01-04 绍兴文理学院 一种用于太阳能电池的SnZnO缓冲层
CN106299036B (zh) * 2016-11-23 2017-11-21 绍兴文理学院 一种用于太阳能电池的SnZnO缓冲层

Also Published As

Publication number Publication date
US20120247553A1 (en) 2012-10-04
WO2011084775A1 (en) 2011-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102770969A (zh) 具有缓冲层的光伏装置
TWI545785B (zh) 太陽能電池前接觸摻雜技術
CN102576743A (zh) 具有扩散阻挡层和隔离层的锡酸镉tco结构
US20110146785A1 (en) Photovoltaic device including doped layer
US20150236173A1 (en) Photovaltaic device conducting layer
US20110041917A1 (en) Doped Transparent Conductive Oxide
US20100319775A1 (en) Method and Apparatus for Annealing a Deposited Cadmium Stannate Layer
TWI442582B (zh) 用於太陽能電池的氧化鎘鋅緩衝層
CN102804391A (zh) 用于锡酸镉透明导电氧化物的氮化硅扩散阻挡层
US20170104108A1 (en) Doping an absorber layer of a photovoltaic device via diffusion from a window layer
US20100307561A1 (en) Doped metal contact
JP2005347490A (ja) 透明導電性酸化物膜付き基体およびその製造方法ならびに光電変換素子
US8741687B2 (en) Photovoltaic device with crystalline layer
CN102959120B (zh) 锡酸钙溅射靶
US20120060923A1 (en) Photovoltaic device barrier layer
TWI513020B (zh) 金屬障壁摻雜金屬接觸層
JP2010103347A (ja) 薄膜光電変換装置
JP2011223023A (ja) 透明導電性酸化物膜付き基体およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20121107