CN102842647A - 制造光伏器件的方法和光伏器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制造光伏器件的方法和光伏器件。本发明的一个方面包括制造光伏器件的方法。该方法包括在窗口层上设置吸收体层，其中该吸收体层包括第一区域和第二区域。该方法包括在包括处于第一分压的氧的第一环境中邻近该窗口层设置该第一区域，并且在包括处于第二分压的氧的第二环境中在该第一区域上设置该第二区域，其中该第一分压大于该第二分压。本发明的一个方面包括光伏器件。

Description

制造光伏器件的方法和光伏器件
技术领域
本发明大体上涉及光伏器件和制造光伏器件的方法。更具体地，本发明涉及包括吸收体层的光伏器件和制造包括吸收体层的光伏器件的方法。
背景技术
薄膜太阳能电池或光伏器件典型地包括多个设置在透明衬底上的半导体层，其中一层充当窗口层，并且第二层充当吸收体层。该窗口层允许太阳能辐射穿透到该吸收体层，其中光能被转换成可用的电能。基于碲化镉/硫化镉（CdTe/CdS）异质结的光伏电池是薄膜太阳能电池的一个这样的示例。基于碲化镉（CdTe）的光伏器件典型地展示出相对低的功率转换效率，这可归因于与该材料的带隙有关的相对低的开路电压（Voc），其部分由于CdTe中的低有效载流子浓度和短少数载流子寿命引起。
改进吸收体材料中的少数载流子寿命可以是可取的。此外，导致改进的性能的在CdS层上沉积CdTe层的改进方法可以是可取的。
发明内容
一个实施例是制造光伏器件的方法。该方法包括在窗口层上设置吸收体层，其中该吸收体层包括第一区域和第二区域。该方法包括在包括处于第一分压的氧的第一环境中邻近该窗口层设置该第一区域，并且在包括处于第二分压的氧的第二环境中在该第一区域上设置该第二区域，其中该第一分压大于该第二分压。
一个实施例是制造光伏器件的方法。该方法包括在窗口层上设置吸收体层，其中该吸收体层包括第一区域和第二区域。该方法包括在包括氧的第一环境中邻近该窗口层设置该第一区域，并且控制氧在该第一环境中的分压处于第一分压。该方法进一步包括改变氧在该第一环境中的分压到第二分压来形成第二环境并且在该第二环境中在该第一区域上设置该第二区域，其中该第一分压大于该第二分压。
一个实施例是光伏器件。该光伏器件包括窗口层和设置在该窗口层上的吸收体层。该吸收体层包括邻近该窗口层设置的第一区域，该第一区域包括处于第一浓度的氧，以及设置在该第一区域上的第二区域，该第二区域包括处于第二浓度的氧。该第一浓度对该第二浓度的比大于大约10。
附图说明
当下列详细说明参照附图阅读时，本发明的这些和其他特征、方面和优势将变得更好理解，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的用于沉积吸收体层的腔室的示意图。
图2是根据本发明的一个实施例的用于沉积吸收体层的腔室的示意图。
图3是根据本发明的一个实施例的用于沉积吸收体层的腔室的示意图。
图4是根据本发明的一个实施例的用于沉积吸收体层的腔室的示意图。
图5是根据本发明的一个实施例的光伏器件的示意图。
图6是根据本发明的一个实施例的光伏器件的示意图。
图7是根据本发明的一个实施例的吸收体层的示意图。
图8A是根据本发明的示范性实施例的吸收体层中的氧的浓度分布的图示。
图8B是根据本发明的示范性实施例的吸收体层中的氧的浓度分布的图示。
图9是根据本发明的一个实施例的用于沉积吸收体层的腔室的示意图。
具体实施方式
在氧的存在下在CdS上沉积CdTe可是可取的，因为氧在CdTe/CdS界面处可提供改进的界面特性（更小的晶粒尺寸和更低的针孔密度），其可导致更高的器件效率和增强的器件稳定性。然而，因为沉积速率在氧的存在下典型地显著更低，用于在生长过程中氧的存在下沉积CdTe的典型方法可不利地影响CdTe材料利用和生产量。
如在下文详细论述的，本发明的实施例中的一些包括制造光伏器件的方法，这些器件包括在氧的存在下设置的吸收体层。此外，本发明的实施例中的一些包括制造光伏器件的方法，其包括采用逐级方式在窗口层上设置吸收体层，其中该吸收体层包括第一区域和第二区域。在一个实施例中，该方法包括在包括处于第一分压的氧的第一环境中邻近该窗口层设置该第一区域，使得该第一区域（在该窗口和吸收体层之间的界面处）包括氧。没有被任何理论限制的情况下，认为氧在该窗口和吸收体层（例如，CdS/CdTe）之间的界面处提供改进的界面性质（例如，更小的晶粒尺寸、更低的针孔密度或层构成元素之中增强的合金化），允许在与该窗口层接触的界面处的高少数载流子寿命。
该方法进一步包括在包括处于第二分压的氧的第二环境中在第一区域上设置第二区域，使得氧在第一环境中的分压大于氧在该第二环境中的分压。此外，在本发明的某些实施例中，该第二环境大致上没有氧并且吸收体层的该第二区域大致上没有氧。没有被任何理论限制的情况下，认为采用可控逐级方式沉积吸收体层的方法实现在窗口和吸收体层之间的界面处改进的组成和结构性质。此外，在一些实施例中，该方法有利地允许沉积吸收体层，其中吸收体层的主体大致上没有氧。没有被任何理论限制的情况下，认为氧在吸收体层的主体中可不利地影响吸收体层（例如，CdTe）的性质。
如在本文中在说明书和权利要求书中使用的近似语言可应用于修饰任何定量表示，其可以获准地改变而不导致与之有关的基本功能中的变化。因此，由例如“大约”等术语或多个术语修饰的值不限于规定的精确值。在一些实例中，该近似语言可对应于用于测量该值的仪器的精确度。
在下列说明书和权利要求书中，单数形式“一”和“该”包括复数个指代物，除非上下文清楚地另外指明。
如本文使用的术语“透明区域”和“透明层”指允许入射电磁辐射平均透射至少80%的区域或层，该电磁辐射具有在从大约300nm至大约850nm的范围中的波长。如本文使用的，术语“设置在…上”指层直接互相接触设置或通过在其之间具有插入层而间接设置，除非另外具体指明。如本文使用的，术语“在….上设置”指将层直接互相接触设置或通过在其之间具有插入层间接设置的步骤，除非另外具体指明。
一个实施例包括制造光伏器件的方法。该方法参照图1-6描述。如指示的，例如在图1-6中，该方法包括在窗口层130上设置吸收体层160，其中该吸收体层160包括第一区域140和第二区域150。在一个实施例中，如在图1中指示的，该方法包括在包括处于第一分压的氧的第一环境201中邻近该窗口层130设置该第一区域140。
在一个实施例中，如在图2中指示，该方法进一步包括在包括处于第二分压的氧的第二环境202中在第一区域140上设置第二区域150，其中第一分压大于该第二分压。如在该上下文中使用的术语“邻近” 意思是第一区域140与窗口层130直接接触。如本文使用的术语“分压”意思是气体混合物中的气体（例如，氧）如果它单独占用由该混合物占用的整个体积则将施加的压强。在第一环境201仅仅包含氧的实施例中，术语分压指由氧在第一环境201中施加的压强。
如本文使用的术语“窗口层”指是大致上透明的并且与吸收体层160形成异质结的半导体层。在一些实施例中，窗口层130包括n型半导体材料。在这样的实施例中，吸收体层160可掺杂成p型，并且窗口层130和吸收体层160可形成“n-p”异质结。窗口层130的非限制性示范性材料包括硫化镉（CdS）、硫化铟Ⅲ（In2S3）、硫化锌（ZnS）、碲化锌（ZnTe）、硒化锌（ZnSe）、硒化镉（CdSe）、充氧硫化镉（CdS:O）、氧化铜（Cu2O）、氢氧化锌（ZnO,H）或其组合。在特别实施例中，窗口层130包括CdS。
如在该上下文中使用的术语“吸收体层”指其中吸收太阳能辐射的半导体层。典型地，当太阳能辐射10入射在光伏器件100上时，吸收体层160中的电子从较低能量的“基态” （其中电子被约束于固体中的特定原子）激发到较高的“激发态”（其中电子可以移动通过固体）。
在一个实施例中，吸收体层160包括p型半导体材料。在一个实施例中，吸收体层160具有在从大约1x1013每立方厘米至大约1x1016每立方厘米的范围中的有效载流子密度。如在该上下文中使用的，术语“有效载流子密度”指材料中空穴和/或电子（视情况）的浓度。在这样的实例中，窗口层130可掺杂成n型，并且吸收体层160和窗口层130可形成如上文提及的“p-n”或“n-p”结。
在一个实施例中，光敏材料用于形成吸收体层160。适合的光敏材料包括碲化镉（CdTe）、碲化镉锌（CdZnTe）、碲化镉镁（CdMgTe）、碲化镉锰（CdMnTe）、碲化镉硫（CdSTe），碲化锌（ZnTe）、硫化铜铟（CIS）、硒化铜铟镓（CIGS）、硫化铜锌锡（CZTS）或其组合。上文提及的光敏半导体材料可单独或组合使用。此外，这些材料可在超过一层中存在，每层具有不同类型的光敏材料或在单独的层中具有材料的组合。在一个特别实施例中，吸收体层160包括碲化镉（CdTe）。在一个特别实施例中，吸收体层160包括p型碲化镉（CdTe）。
在一些实施例中，窗口层130和吸收体层160可用p型掺杂剂或n型掺杂剂掺杂来形成异质结。如在该上下文中使用的，异质结是半导体结，其由具有不相似的半导体材料的层构成。这些材料通常具有不相等的带隙。作为示例，异质结可以通过一个导电性类型的层或区域与相反导电性的层或区域之间的接触形成，例如“p-n”结。
如较早指出的，吸收体层160包括第一区域140和第二区域150。在一些实施例中，该第一区域140可起窗口层130和该第二区域150之间的界面区域的作用。该第一区域140的组成可提供窗口层130和吸收体层160之间可取的界面性质。此外，在一些实施例中，吸收体层160的该第二区域150可起吸收体层160的主体区域的作用。如本文描述的，术语“第一区域”和“界面区域”可互换地使用。此外，术语“主体区域”和“第二区域”在本文中可互换地使用。
因此，在一些实施例中，第一区域140具有小于第二区域150厚度的厚度。在一些实施例中，第一区域140具有在从大约100纳米至大约1500纳米的范围中的厚度。在一些实施例中，第一区域140具有在从大约100纳米至大约1000纳米的范围中的厚度。在特别实施例中，第一区域140具有在从大约100纳米至大约500纳米的范围中的厚度。
在一些实施例中，第二区域150具有在从大约500纳米至大约3000纳米的范围中的厚度。在一些实施例中，第二区域150具有在从大约750纳米至大约3000纳米的范围中的厚度。在特别实施例中，第二区域150具有在从大约1000纳米至大约3000纳米的范围中的厚度。在一些实施例中，吸收体层160具有在从大约1000纳米至大约3000纳米的范围中的厚度。在特别实施例中，吸收体层160具有在从大约1000纳米至大约2000纳米的范围中的厚度。
在一些实施例中，吸收体层160可通过近空间升华（CSS）、气相传输法（VTM）、离子辅助物理气相沉积（IAPVD）、射频或脉冲磁控溅射（RFS或PMS）、等离子体增强化学气相沉积（PECVD）或电化学沉积（ECD）沉积。在特别实施例中，吸收体层160可通过近空间升华（CSS）、扩散传输沉积（DTD）或气相传输沉积（VTD）而沉积。
在一些实施例中，吸收体层160的第一区域140和第二区域150两者可使用相同的沉积工艺沉积。在一些实施例中，吸收体层160的第一区域140和第二区域150两者通过近空间升华（CSS）、扩散传输沉积（DTD）或气相传输沉积（VTD）而沉积。在特别实施例中，吸收体层160的第一区域140和第二区域150两者通过扩散传输沉积而沉积。
如较早指出的，在一些实施例中，该方法包括采用逐级方式设置吸收体层160，其中设置吸收体层160包括在第一环境201中邻近窗口层130设置第一区域140，并且在第二环境202中在第一区域140上设置第二区域150。在一些其他实施例中，该方法包括采用连续制造工艺设置吸收体层160。
参照图1，在一些实施例中，该方法包括在第一沉积腔室210中邻近窗口层130设置第一区域140。在某些实施例中，该方法包括在窗口层130上沉积吸收体层160的步骤之前将窗口层130转移到该第一沉积腔室210。此外，应该注意到在一些实施例中，窗口层130进一步设置在透明层120上，其进一步设置在支撑物110上，如稍后描述的。如在图1中指示的，在一些实施例中，该第一沉积腔室210进一步包括吸收体层160的至少一个源260。在一些实施例中，该第一沉积腔室210进一步包括碲化镉的至少一个源260。
如较早指出的，在一些实施例中，第一区域140在第一沉积腔室210中存在的第一环境201中沉积。在一些实施例中，该第一环境201包括氧，并且第一区域140在氧的存在下邻近窗口层130沉积。在一些实施例中，如在图1中指示的，第一沉积腔室210进一步包括用于提供氧给沉积腔室210的至少一个通气孔212。
在一些实施例中，邻近窗口层130设置第一区域140的步骤包括控制氧在第一环境201中的分压处于第一分压。在一些实施例中，控制氧在第一环境201中的分压处于第一分压包括连续提供氧给第一环境201使得维持期望的分压。在一些实施例中，设置吸收体层160的方法包括在连续氧流的存在下邻近窗口层130设置第一区域140。在一些实施例中，第一沉积腔室210包括例如经由如在图1中指示的通气孔212和213通过第一沉积腔室的连续氧流。这与吸收体层160在沉积腔室中沉积的沉积工艺相反，该沉积腔室包括静态供应的氧使得该沉积腔室中的氧含量不受控制。
在一些实施例中，第一环境201进一步包括惰性气体。在一些实施例中，该方法包括使氧和惰性气体的混合物连续流动通过第一沉积腔室210来维持第一环境201。在一些实施例中，第一沉积腔室210包括以足够维持供沉积第一区域140的期望腔室压强的量存在的氧和惰性气体的混合物。在一些实施例中，第一环境201包括氧和氩的混合物。在一些实施例中，第一环境201包括氧和氦的混合物。
在一些实施例中，氧在第一环境201中的分压根据第一区域140中期望的氧浓度、第一区域140的厚度或吸收体层160的厚度中的一个或多个维持在确定量。在特别实施例中，氧在第一环境201中的分压在窗口层130上沉积第一区域140的时间段期间是大致上恒定的。如在该上下文中使用的术语“大致上恒定的”意思是氧在第一环境201中的分压的变化在第一区域140的沉积时段期间小于大约百分之10。这与吸收体层160在沉积腔室中沉积的沉积工艺相反，该沉积腔室包括静态供应的氧使得该沉积腔室中的氧含量在沉积时段期间减少。
在一些实施例中，氧在第一环境201中的分压在大于大约0.1Torr的范围中。在一些实施例中，氧在第一环境201中的分压在大于大约0.5Torr的范围中。在一些实施例中，氧在第一环境201中的分压在大于大约1Torr的范围中。在一些实施例中，氧在第一环境201中的分压在从大约0.1Torr至大约10Torr的范围中。在特别实施例中，氧在第一环境201中的分压在从大约0.1Torr至大约1Torr的范围中。
在一些实施例中，控制氧在第一环境201中的分压使得第一区域140中氧的浓度在从大约1×1017cm-3至大约1×1021cm-3的范围中。在一些实施例中，第一区域140中氧的浓度在从大约5×1017cm-3至大约5×1020cm-3的范围中。在特别实施例中，第一区域140中氧的浓度在从大约1×1018cm-3至大约1×1020cm-3的范围中。如本文使用的术语“浓度”指在第一区域140或第二区域150中存在的氧的原子浓度或每单位体积平均原子数。应该注意术语“浓度”在第一区域140或第二区域150中指跨第一区域140或第二区域150的厚度的平均浓度。此外，如本文描述的氧的浓度指在吸收体层160的沉积态第一区域140或第二区域150中的氧浓度，即在任何随后的沉积后处理（例如，氯化镉处理）之前的浓度。
在一些实施例中，该方法包括采用渐变方式在窗口层130上设置第一区域140，使得氧的浓度跨第一区域140的厚度在成分上渐变。在特别实施例中，该方法包括在窗口层130上设置第一区域140，使得氧的浓度跨第一区域140的厚度是大致上恒定的。如在该上下文中使用的术语“大致上恒定的”意思是第一区域140中氧的浓度的变化跨第一区域140的厚度小于大约百分之10。如在该上下文中使用的术语“在成分上渐变”意思是氧的浓度跨第一区域140的厚度连续地变化。
在一些实施例中，如在图2中指示的，在第二环境202中第二区域150进一步设置在第一区域140上。在一些实施例中，第二区域150在第一沉积腔室210中设置并且设置第二区域150的步骤包括改变氧在第一环境201中的分压到第二分压。
在一些实施例中，该方法包括改变氧在第一沉积腔室210中的分压到第二分压以在设置第二区域150的步骤之前或期间形成第二环境202。在一些实施例中，流过第一沉积腔室的氧的浓度减少使得与第一区域140相比较低量的氧包含在第二区域150中。
在一些实施例中，氧在第二环境202中的分压根据第二区域150中期望的氧浓度、第二区域150的厚度或吸收体层160的厚度中的一个或多个维持在确定量。在一些实施例中，氧在第二环境202中的分压在窗口层130上沉积第二区域150的时间段期间是大致上恒定的。如在该上下文中使用的术语“大致上恒定的”意思是氧在第二环境202中的分压的变化在第一区域150的沉积时段期间小于大约百分之10。在一些其他实施例中，氧在第二环境202中的分压在第二区域150的沉积时段期间连续减小。在一些实施例中，氧在第二环境202中的分压可通过连续减少通过第一沉积腔室210的氧流而连续变化。
在一些实施例中，控制氧在第二环境202中的分压来获得氧在第二区域150中确定的浓度。在一些实施例中，氧在第二环境202中的分压在小于大约0.1Torr的范围中。在一些实施例中，氧在第二环境202中的分压在小于大约0.05Torr的范围中。在一些实施例中，氧在第二环境202中的分压在小于大约0.01Torr的范围中。
在一些实施例中，第二环境202进一步包括惰性气体。在一些实施例中，该方法包括使氧和惰性气体的混合物连续流动通过第一沉积腔室210来维持第二环境202。在一些实施例中，第一沉积腔室210包括以足够维持供沉积第二区域150的期望腔室压强的量存在的氧和惰性气体的混合物。在一些实施例中，第二环境202包括氧和氩的混合物。在一些实施例中，第二环境202包括氧和氦的混合物。在特别实施例中，第二环境202大致上没有氧。在一些实施例中，第二环境包括惰性气体并且第二区域在没有氧存在下沉积在第一区域上。
在一些实施例中，该方法包括在第一区域140上设置第二区域150，使得该第二区域150在吸收体层沉积的步骤后大致上没有氧。如在该上下文中使用的术语“大致上没有”意思是吸收体层沉积的步骤后氧在第二区域150中的浓度小于大约1×1018cm-3。在一些实施例中，吸收体层沉积的步骤后氧在第二区域150中的浓度小于大约1×1016cm-3。在一些实施例中，吸收体层沉积的步骤后氧在第二区域150中的浓度小于大约1×1015cm-3。
如较早指出的，氧在第二区域150中的浓度是沉积态吸收体层160的氧浓度，即没有沉积后处理存在下的浓度。在一些实施例中，如稍后描述的，该方法进一步包括用氯化镉（CdCl2）处理沉积的吸收体层。在一些实施例中，氧在用CdCl2处理的吸收体层中的浓度可以是沉积态吸收体层160的五倍。在特别实施例中，氧在用CdCl2处理的吸收体层中的浓度可以比沉积态吸收体层大至少一个数量级，即可以是其十倍。
在一些实施例中，该方法包括在设置第二区域150的步骤之前关闭到沉积腔室210的第一环境201的氧流。如较早描述的，在这样的实施例中，第二区域150在大致上没有氧的第二环境202中设置。
在一些其他实施例中，例如在连续制造工艺中，如在图1中指示的，该方法包括在邻近窗口层130设置第一区域140的步骤后形成部分吸收体层190。该方法进一步包括将该部分吸收体层190转移到不同于第一沉积腔室的第二沉积腔室（没有示出）。在这样的实施例中，该第二沉积腔室包括第二环境202，其包括处于第二分压的氧。该方法进一步包括在该第二沉积腔室的该第二环境202中在第一区域140上设置第二区域150。在一些实施例中，该方法包括在沉积腔室中连续沉积吸收体层160，使得氧从一侧注入，其中氧分压在窗口层130入口水平处较高并且在窗口层130的出口水平处较低。
一些实施例包括制造光伏器件的方法。如在图1-2中指示的，该方法包括在窗口层130上设置吸收体层160。该吸收体层160包括第一区域140和第二区域150。如在图1中指示的，该方法包括在包括氧的第一环境201中邻近该窗口层130设置该第一区域140。该方法包括控制氧在该第一环境201中的分压处于第一分压。如在图2中指示的，该方法进一步包括改变氧在该第一环境201中的该分压到第二分压来形成第二环境202并且在该第二环境202中在该第一区域140上设置该第二区域150。在一些实施例中，该第一分压大于该第二分压。在一些实施例中，该第二环境大致上没有氧。在一些实施例中，改变氧在该第一环境201中的该分压包括停止氧流。
没有被任何理论限制的情况下，认为本发明的方法有利地允许受控浓度的氧在窗口和吸收体层之间的界面处形成。此外，在一些实施例中，该方法有利地允许吸收体层160的沉积，其中该吸收体层160的主体大致上没有氧。如较早指出的，在吸收体层的主体中的氧可不利地影响吸收体层（例如，CdTe）160的性质。
在一些实施例中，如在图9中指示的，该方法进一步包括在第三环境203中在第一区域140和第二区域150之间插入过渡区域145，其中该第三环境包括处于第三分压的氧。在一些实施例中，该第三分压低于第一分压并且大于第二分压。在一些实施例中，该方法包括在设置第一区域140的步骤后将减少通往沉积腔室210的氧流至第三分压。
在一些实施例中，氧在第三环境203中的分压在第一区域140上沉积过渡区域145的时间段期间是大致上恒定的。在一些其他实施例中，氧在第三环境203中的分压在过渡区域145的沉积时段期间连续减小。在一些实施例中，氧在第三环境203中的分压可通过连续减少通过第一沉积腔室210的氧流而连续变化。
在一些实施例中，控制氧在第三环境中的分压使得具有期望氧浓度分布的过渡区域145插入第一区域140和第二区域150之间。在一些实施例中，氧在过渡区域145中的浓度低于第一区域140并且大于第二区域150。
在一些实施例中，该方法包括在第一区域140上设置过渡区145，使得氧的浓度跨过渡区域145的厚度是大致上恒定的。在特别实施例中，该方法包括采用渐变方式在第一区域140上设置过渡区域145，使得氧的浓度跨过渡区域145的厚度在成分上渐变。在一些实施例中，氧在过渡区域中的成分从第一区域140向第二区域150连续减小。如在该上下文中使用的术语“大致上恒定的”意思是过渡区域145中氧的浓度的变化跨过渡区域145的厚度小于大约百分之10。如在该上下文中使用的术语“在成分上渐变”意思是氧的浓度跨过渡区域145的厚度连续地变化。
在一些实施例中，该方法包括在第一区域140和第二区域150之间插入多个过渡区域145。在一些实施例中，该多个过渡区域145包括氧浓度的梯度，使得氧浓度从第一区域140向第二区域150连续减小。如较早指出的，该方法在这样的实施例中进一步包括在过渡区域145上设置第二区域150。
在一个实施例中，在设置第二区域150来形成吸收体层160的步骤后，吸收体层160可用氯化镉（CdCl2）进一步处理。在一个实施例中，吸收体层160可用CdCl2的溶液处理。在另一个实施例中，吸收体层160可用CdCl2蒸气处理。已知用CdCl2的处理将增加吸收体层160的载流子寿命。用氯化镉的处理可后跟蚀刻或冲洗步骤。在一个实施例中，蚀刻可使用适合的酸进行。在其他实施例中，CdCl2可被冲洗离开表面，在界面处导致化学计量比的碲化镉，主要从表面去除氧化镉和CdCl2残留物，在表面处留下大约1的镉-碲比率。蚀刻通过去除工艺期间在表面形成的非化学计量比材料而起作用。备选地，可采用本领域内已知的可在背界面处产生化学计量比的碲化镉的其他蚀刻技术。
在一些实施例中，如在图3-6中指示的，该方法进一步包括在窗口层130上设置吸收体层160之前在透明层120上设置窗口层130。在一些实施例中，该方法进一步包括在该透明层120上设置窗口层130之前在支撑物110上设置该透明层120。
在一个实施例中，如在图5中指示的，透明层120包括设置在支撑物110上的导电层（在本领域中有时称为前接触层）122。在一些实施例中，窗口层130直接设置在该导电层122上。在备选实施例中，如在图5中指示的，透明层120包括设置在支撑物110上的导电层132，并且另外的缓冲层124插入该导电层122和窗口层130之间。在一个实施例中，透明层120具有在从大约100纳米至大约600纳米的范围中的厚度。
在一个实施例中，导电层122包括透明传导氧化物（TCO）。透明传导氧化物的非限制性示例包括氧化镉锡（CTO）、氧化铟锡（ITO）、掺氟氧化锡（SnO:F或FTO）、掺铟氧化镉、锡酸镉（Cd2SnO4或CTO）、掺杂的氧化锌（ZnO），例如掺铝氧化锌（ZnO:Al或AZO）、氧化铟锌（IZO）以及氧化锌锡（ZnSnOx）或其组合。根据采用的特定TCO及它的薄层电阻，在一个实施例中导电层122的厚度可在从大约50nm至大约600nm的范围中。
在一些实施例中，如在图5中指示的，该方法进一步包括在窗口层130和导电层122之间插入缓冲层124（在本领域中有时称为较高电阻透明（HRT）层）。在一个实施例中，该缓冲层124的厚度在从大约50nm至大约200nm的范围中。该缓冲层124的适合材料的非限制性示例包括二氧化锡（SnO2）、氧化锌锡（ZTO）、掺锌的氧化锡（SnO2:Zn）、氧化锌（ZnO）、氧化铟（In2O3）或其组合。
如在图3-6中指示的，透明层120进一步设置在支撑物110上。如在图6中图示的，在这样的实施例中，太阳能辐射10从该支撑物110进入，并且在通过透明层120和窗口层130后进入吸收体层160，其中发生入射光（例如，阳光）的电磁能到电子-空穴对（即，到自由电荷）的转换。
在一个实施例中，支撑物110在期望透射通过支撑物110的波长范围上是透明的。在一个实施例中，支撑物110可对于具有在从大约400nm至大约1000nm的范围中的波长的可见光是透明的。在一些实施例中，支撑物110包括能够耐受大于大约600°C的热处理温度的材料，例如硅石（silica）或硼硅酸盐玻璃等。在一些其他实施例中，支撑物110包括具有低于600°C的软化温度的材料，例如钠钙玻璃或聚酰亚胺等。在一些实施例中，某些其他层可设置在透明层120和支撑物110之间，例如抗反射层或阻挡层（没有示出）等。
再次参照图3-6，在一些实施例中，该方法包括通过任何适合的技术（例如溅射、化学气相沉积、旋涂、喷涂或浸涂等）在支撑物110上设置包括导电层122的透明层120。参照图5，在一些实施例中，可选的缓冲层124可使用溅射而沉积在该导电层122上来形成该透明层120。n型半导体层或窗口层130然后可沉积在该透明层120上。n型半导体层130的沉积方法的非限制性示例包括近空间升华（CSS）、气相传输法（VTM）、溅射和电化学浴沉积（CBD）中的一个或多个。
在一些实施例中，如在图6中指示的，该方法进一步包括在吸收体层160上设置p+型半导体层170。在一些实施例中，该方法进一步包括在吸收体层160上设置背接触层180。
如在该上下文中使用的术语“p+型半导体层”指具有与吸收体层160中的p型电荷载流子或空穴密度相比过量的移动p型载流子或空穴密度的半导体层。在一个实施例中，p+型半导体层具有在大于大约1×1016每立方厘米的范围中的p型载流子密度。在特别实施例中，p+型半导体层具有在从大约1×1017每立方厘米至大约1×1020每立方厘米的范围中的p型载流子密度。
在一些实施例中，p+型半导体层170可用作吸收体层160和背接触层180之间的界面。与器件内的其他电阻相比，p+型半导体层170的较高载流子密度可最小化背接触层的串联电阻。在一个实施例中，p+型半导体层170具有在从大约50nm至大约200nm的范围中的厚度。
在一个实施例中，p+型半导体层170包括从由非晶Si:H、非晶SiC:H、结晶Si、微晶Si:H、微晶SiGe:H、非晶SiGe:H、非晶Ge、微晶Ge、GaAs、BaCuSF、BaCuSeF、BaCuTeF、LaCuOS、LaCuOSe、LaCuOTe、LaSrCuOS、LaCuOSe0.6Te0.4、BiCuOSe、BiCaCuOSe、PrCuOSe、NdCuOS、Sr2Cu2ZnO2S2、Sr2CuGaO3S、(Zn,Co,Ni)Ox和其的组合构成的组选择的重掺杂p型材料。
在另一个实施例中，p+型半导体层170包括从由碲化锌、碲化镁、碲化锰、碲化铍、碲化汞、碲化砷、碲化锑、碲化铜和其的组合构成的组选择的重掺杂p+掺杂材料。在一些实施例中，p+掺杂的材料进一步包括从由铜、金、氮、磷、锑、砷、银、铋、硫、钠和其的组合构成的组选择的掺杂剂。
在一个实施例中，如在图6中指示的，光伏器件100进一步包括金属层，其在本领域中有时称为背接触层180。在一些实施例中，该金属层180直接设置在吸收体层160（没有示出）上。在一些其他实施例中，如在图6中指示的，该金属层180设置在p+型半导体层170上，该p+型半导体层170设置在吸收体层160上。在一些实施例中，p+型半导体层170可提供该金属层180和吸收体层160之间改进的扩散性质。因此，在一些实施例中，可选择具有期望的导电性和反射率的任何适合的金属作为该背接触层180。在一个实施例中，该金属层180包括金、铂、钼、钨、钽、钯、铝、铬、镍或银。在某些实施例中，例如铝的另一个金属层（没有示出）可设置在该金属层180上来提供到外部电路的横向传导。
再次参照图6，在一个实施例中，p+型半导层170可进一步通过使用任何适合的技术（例如PECVD）沉积p+型材料而设置在吸收体层160上。在备选实施例中，p+型半导体层170可通过化学处理吸收体层160而设置在吸收体层160上来增加吸收体层160的背侧（与金属层接触并且与窗口层相对的侧）上的载流子密度。在一个实施例中，光伏器件100可通过在该p+型半导体层170上沉积背接触层（例如，金属层180）而完成。
在一些实施例中，提供光伏器件100。参照图1-6，在一些实施例中，该光伏器件100包括窗口层130和设置在该窗口层130上的吸收体层160，其中该吸收体层160包括邻近该窗口层130的第一区域140。在一些实施例中，该光伏器件进一步包括设置在该第一区域140上的第二区域150。如较早指出的，在某些实施例中，该光伏器件进一步包括插入该第一区域140和该第二区域150之间的过渡区域145，如在图9中指示的。
在一些实施例中，如较早描述的，第一区域140包括处于第一浓度的氧，并且第二区域150包括处于第二浓度的氧。在一些实施例中，在从第一区域140到第二区域150的氧浓度分布存在阶梯式变化。在一些实施例中，如本文使用的术语“阶梯式变化”意思是第一区域140中氧的浓度对第二区域150中氧的浓度的比率大于大约10。在一些实施例中，第一区域140中氧的浓度对第二区域150中氧的浓度的比率大于大约50。在一些实施例中，第一区域140中氧的浓度对第二区域150中氧的浓度的比率大于大约100。在特别实施例中，第二区域150大致上没有氧，其中该术语大致上没有在前面限定。
在一些实施例中，第一浓度跨第一区域140的厚度是大致上恒定的。在备选实施例中，第一浓度跨第一区域140的厚度在成分上渐变。在一些实施例中，第二浓度跨第二区域150的厚度是大致上恒定的。在备选实施例中，第二浓度跨第二区域150的厚度在成分上渐变。如在该上下文中使用的术语“大致上恒定的”意思是第一区域140或第二区域150中氧的浓度的变化分别跨第一区域140或第二区域150的厚度小于大约百分之10。
参照图7和8A，根据本发明的一个实施例示出氧在吸收体层160中的浓度分布300。如指示的，在图8A中，氧的浓度在第一区域140中具有值301，其在第二区域150中减小到值302。在一个实施例中，从301到302的阶梯式变化在第一区域140和第二区域150之间的界面151/143处发生。应该注意到在一些实施例中，在界面151/143处第一区域140到第二区域150中氧浓度之间的变化可以是逐渐的，并且浓度分布300可包括在界面151/143处的曲线（没有示出）。
应该在图8A中进一步注意到，氧的浓度分布已经图示为在第一区域140和第二区域150中具有恒定值（仅作为示范性实施例）。在一些实施例中，氧在第一区域140中的浓度分布可跨第一区域140的厚度变化。例如，在一个实施例中，如在图8B中示出的，氧在第一区域140中的浓度可从与窗口层130接触的界面141向与第二区域150接触的界面143连续减小。在这样的实施例中，值301可代表氧的平均浓度。在备选实施例中，如在图8A中指示的，氧在第一区域140中的浓度可跨第一区域140的厚度是大致上恒定的。
此外，在一个实施例中，如在图8B中示出的，氧在第二区域150中的浓度可从与第一区域140接触的界面151向与背接触层180接触的界面153连续减小。在备选实施例中，如在图8A中指示的，氧在第二区域150中的浓度可跨第二区域150的厚度是大致上恒定的。
示例
示例1：具有在受控氧流的存在下沉积的CdTe层的碲化镉光伏器件的制备。
碲化镉光伏器件通过在硫化镉（CdS）层之上沉积碲化镉（CdTe）层制备，该硫化镉（CdS）层沉积在涂覆SnO2:F（FTO）透明传导氧化物（TCO）的衬底上。该衬底是3毫米厚钠钙玻璃，其涂覆有FTO透明传导层（450nm）和薄的高电阻透明ZnSnOx（ZTO）层（100nm）。硫化镉（CdS）层以大约80nm的厚度在氧的存在下（CdS:O（5%O））沉积在ZTO层上。
CdTe层在大约550摄氏度的衬底温度和大约625摄氏度的源温度使用近空间升华工艺沉积。在衬底和源温度上升期间，衬底温度上升率大于源温度上升率。当衬底温度达到它的设置点并且源温度超过衬底温度时CdTe沉积开始。制备使用氧的不同沉积条件的两个样品-样品1和2。
对于样品1的制备，允许氧在沉积步骤开始时流动100秒。该步骤导致含氧第一区域140在窗口层130上沉积。在100秒后，氧被关闭并且在没有氧且同时维持相同的背景压强的情况下沉积CdTe层的剩余部分。100秒近似是源温度达到它的625摄氏度的设置点需要的时间长度。该步骤导致第二区域150在窗口层130上沉积。
对于样品2的制备，允许氧在CdTe沉积步骤开始时流动130秒。该步骤导致含氧第一区域140在窗口层130上沉积。在130秒后，氧被关闭并且在没有氧且同时维持相同的背景压强的情况下沉积CdTe层的剩余部分。在该示例中，氧流在源温度达到它的设置点后继续另外30秒。该步骤导致第二区域150在窗口层130上沉积。
沉积的碲化镉层在空气中用氯化镉在400摄氏度的温度进一步处理大约20分钟。在约定时间结束时，CdTe层用铜溶液处理并且受到在200摄氏度的温度持续18分钟的退火。然后金通过蒸发工艺沉积在铜处理层上作为背接触来完成器件制造过程。
比较示例1：具有用连续氧流沉积的CdTe层的碲化镉光伏器件的制备。
制备与样品1和2中的光伏器件相似的光伏器件，不同的是CdTe层在CdTe生长过程中伴随连续流动的氧来沉积。
比较示例2：具有在没有氧流存在下沉积的CdTe层的碲化镉光伏器件的制备。
制备与样品1和2中的光伏器件相似的光伏器件，不同的是CdTe层在生长过程期间在没有氧流动的情况下沉积。
表格1示出与比较样品1和2比较的样品1和2的平均（Avg）效率、开路电压（VOC）、短路电流密度（JSC）和填充因数（FF）值以及与这些值关联的标准差（StDev）。
表格1CdTe光伏器件的性能参数
Figure DEST_PATH_IMAGE002
从表格1可注意到具有使用受控氧流沉积的CdTe层的器件（样品1和2）当与具有使用连续氧流沉积的CdTe层的器件（比较示例1）的性能参数比较时在FF和VOC中显示增加。此外，具有使用受控氧流沉积的CdTe层的器件当与具有在没有氧流存在下沉积的CdTe层的器件的性能参数比较时在FF和VOC中显示增加。样品1和2中的器件显示更高的VOC和FF，其有助于更高的效率。
附上的权利要求意在如它已经被设想的那样宽泛地要求本发明的权利并且本文呈现的示例说明从所有可能实施例的集合中选择的实施例。因此，申请者的意图是附上的权利要求不受到用于说明本发明的特征的示例选择的限制。如在权利要求中使用的，词“包括”和它在逻辑上的语法变化形式还对应并且包括具有变化和不同程度的短语，例如但不限于“基本上包括”和“由…构成”。在必要的情况下，已经提供范围；那些范围包括其间的所有子范围。预计这些范围中的变化形式将被具有本领域内普通技术的从业者所想到，并且在还未致力于公众的情况下，如可能的话那些变化形式应该解释为由附上的权利要求涵盖。还预期科学和技术的进步将使由于语言的不精确而现在未预想的等同物和替代成为可能，并且如可能的话，这些变化形式还应该解释为由附上的权利要求涵盖。
部件列表
Figure DEST_PATH_IMAGE004
。

Claims (11)

1. 一种制造光伏器件（100）的方法，其包括：
在窗口层（130）上设置吸收体层（160），其中所述吸收体层包括第一区域（140）和第二区域（150）；
其中设置所述吸收体层（160）包括：
在包括处于第一分压的氧的第一环境（201）中邻近所述窗口层（130）设置所述第一区域（140）；以及
在包括处于第二分压的氧的第二环境（202）中在所述第一区域（140）上设置所述第二区域（150），其中所述第一分压大于所述第二分压。
2. 如权利要求1所述的方法，其中邻近所述窗口层（130）设置所述第一区域（140）包括控制氧在所述第一环境（201）中的分压处于所述第一分压。
3. 如权利要求2所述的方法，其中控制氧在所述第一环境（201）中的分压处于所述第一分压包括连续提供氧给所述第一环境（201）。
4. 如权利要求1所述的方法，其中在所述第一区域（140）上设置所述第二区域（150）包括停止氧流。
5. 如权利要求1所述的方法，进一步包括：
在所述第一环境（201）中邻近所述窗口层（130）设置所述第一区域（140）的步骤之后形成部分吸收体层（190）；
将所述部分吸收体层（190）转移到所述第二环境（202）；以及
在所述第二环境（202）中在所述第一区域（140）上设置所述第二区域（150）。
6. 如权利要求1所述的方法，其中所述第二环境（202）大致上没有氧。
7. 一种光伏器件（100），其包括：
窗口层（130）；以及
设置在所述窗口层（130）上的吸收体层（160），其中所述吸收体层（160）包括：
邻近所述窗口层（130）设置的第一区域（140），所述第一区域（140）包括处于第一浓度的氧，以及
设置在所述第一区域（140）上的第二区域（150），所述第二区域（150）包括处于第二浓度的氧，其中所述第一浓度对所述第二浓度的比大于大约10。
8. 如权利要求7所述的光伏器件，其中所述第一浓度在从大约1×1018cm-3至大约1×1020cm-3的范围中。
9. 如权利要求7所述的光伏器件，其中所述第二浓度在从大约1×1015cm-3至大约1×1018cm-3的范围中。
10. 如权利要求7所述的光伏器件，其中所述第一浓度跨所述第一区域（140）的厚度是大致上恒定的。
11. 如权利要求7所述的光伏器件，其中所述第二区域（150）大致上没有氧。
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