CN103329245B - 光伏装置 - Google Patents

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Abstract

总的来说，光伏模块可以包括由二元半导体源的富含一种组分的蒸气形成的二元半导体层。

Description

光伏装置
技术领域
本发明涉及光伏装置和生产方法。
背景技术
光伏装置可以包括沉积在基底上的半导体材料，半导体材料例如具有充当窗口层的第一层和充当吸收层的第二层。半导体材料层可以包括n型半导体窗口层和p型半导体吸收层。以前的光伏装置一直缺少效率、多功能性、坚固性和许多其他方面。
附图说明
图1是具有多个层的光伏模块的示意图。
图2是具有多个层的光伏模块的示意图。
具体实施方式
光伏装置可以包括形成在基底（或者超基底）上的多个层。例如，光伏装置可以包括邻近于基底构建（例如，形成或沉积）的阻挡层、透明导电氧化物（TCO）层、缓冲层和半导体层。每个层可以包括多于一个的层或膜。例如，半导体层可以包括邻近于透明导电氧化物层的半导体窗口层和邻近于半导体窗口层的半导体吸收层中的任一个或者两个。光子通过半导体窗口层并且被半导体吸收层吸收以产生电能。每个层可以覆盖装置的全部或一部分以及/或者该层或该层下面的基底的全部或一部分。例如，“层”可以意味着接触表面的全部或者一部分的任何材料的任何量。通常，可以通过形成包括第一组分和第二组分（例如，镉和碲）的蒸气（其中，蒸气富含组分之一（例如，富镉或富碲）并且将蒸气沉积在基底上来形成诸如半导体吸收层的半导体层。
晶体质量和晶体生长在半导体装置的性能方面起重要作用。碲化镉膜的取向和晶体生长可以通过改变在气相传输沉积工艺中使用的碲化镉粉末的化学计量而改变。例如，基本上纯的碲化镉粉末可以与元素碲的粉末混合以产生富碲粉末而使所得碲化镉膜的晶粒尺寸增大，从而改善了载流子迁移率，并且使得碲化镉膜的表面形态较粗糙。可选择地，基本上纯的碲化镉粉末可以与元素镉的粉末混合，使得富镉膜具有较小的晶粒尺寸和较光滑的表面。碲化镉膜的粗糙度对背面接触金属粘附有着强的影响。更高的表面粗糙度可以改进金属堆叠件与碲化镉膜的粘附性，从而降低分层和模块失效的风险。
电子束散射衍射（EBSD）和平面扫描电子显微镜（SEM）可以用来研究非化学计量的碲化镉粉末对所得碲化镉膜的取向和晶粒尺寸的影响。作为富含1原子%镉的碲化镉膜可以具有与对照样品相比较小的晶粒尺寸（例如，小于约1μm），而富碲膜可以具有较大的晶粒尺寸（例如，大于约1μm）。化学计量的改变可以导致面内取向的改变。例如，具有1:1的镉碲比的膜通常可以被定向在[001]方向，而对于富镉粉末可以被定向为[111]，并且对于碲丰富粉末为[101]。
在一个方面，制造光伏装置的方法可以包括形成包括第一组分和第二组分的蒸气以及邻近于基底沉积蒸气作为半导体层。蒸气可以富含这两种组分中的一种，例如，富含第一组分。形成蒸气的步骤可以包括使具有第一组分和第二组分的二元半导体源蒸发，其中，二元半导体源富含第一组分。二元半导体源可以包括二元半导体粉末。二元半导体源可以是在使二元半导体源蒸发的步骤之前通过将附加量的第一组分添加到基本上纯的二元半导体源中以使所述源富含第一组分而形成的。附加量的第一组分可以是在使掺杂的二元半导体源蒸发的步骤之前通过用第一组分掺杂基本上纯的二元半导体源而被添加到基本上纯的二元半导体源中的。
形成富含第一组分的二元半导体源的步骤可以包括用元素碲的粉末混合基本上纯的碲化镉粉末以形成富碲的碲化镉粉末。基本上纯的碲化镉粉末可以具有1:1的镉碲比。形成富含第一组分的二元半导体源的步骤可以包括用元素镉的粉末混合基本上纯的碲化镉粉末以形成富镉的碲化镉粉末。基本上纯的碲化镉粉末可以具有1:1的镉碲比。富碲的碲化镉粉末可以富含约0.005原子%和约20原子%之间的碲。富碲的碲化镉粉末可以富含约0.2原子%和约2原子%之间的碲。富镉的碲化镉粉末可以富含约0.005原子%和约20原子%之间的镉。富镉的碲化镉粉末可以富含约0.2原子%和约2原子%之间的镉。
所述方法可以包括在沉积蒸气以形成半导体层之前，邻近于基底形成透明导电氧化物层。所述方法可以包括在沉积蒸气以形成半导体层之前，邻近于透明导电氧化物层形成硫化镉层。所述方法可以包括在形成透明导电氧化物层之前，邻近于基底形成阻挡层。所述方法可以包括在沉积蒸气以形成半导体层之前，邻近于透明导电氧化物层形成缓冲层。所述方法可以包括在沉积蒸气以形成半导体层之后，邻近于半导体层形成背面接触金属件。所述方法可以包括：在形成透明导电氧化物层后使基底退火；在沉积蒸气以邻近于硫化镉层形成半导体层之前，在退火的透明导电氧化物堆叠件上形成硫化镉层。
在一个方面，控制二元半导体层的性质的方法可以包括使具有第一组分和第二组分的二元半导体源蒸发的步骤。二元半导体源可以富含两种组分中的一种，例如，富含第一组分。所述方法可以包括邻近于基底沉积蒸气作为半导体层。所述半导体层可以具有与通过使基本上纯的二元半导体源蒸发而形成的第二半导体层的取向不同的晶体取向。基本上纯的二元半导体源可以包括具有1:1的镉碲比的基本上纯的碲化镉粉末。半导体层具有比通过使基本上纯的二元半导体源蒸发而形成的第二半导体层的平均晶粒尺寸小的平均晶粒尺寸。基本上纯的二元半导体源可以包括具有1:1的镉碲比的基本上纯的碲化镉粉末。半导体层具有比通过使基本上纯的二元半导体源蒸发而形成的第二半导体层的平均晶粒尺寸大的平均晶粒尺寸。基本上纯的二元半导体源可以包括具有1:1的镉碲比的基本上纯的碲化镉粉末。
在一个方面，光伏装置可以包括基底、邻近于基底形成的透明导电氧化物层、邻近于透明导电氧化物层的缓冲层、邻近于缓冲层的硫化镉半导体窗口层和邻近于硫化镉半导体窗口层的掺杂的二元半导体层。掺杂的二元半导体层可以具有第一组分和第二组分。掺杂的二元半导体层可以富含一种组分。光伏装置可以包括邻近于掺杂的二元半导体层的金属背面接触件。
掺杂的二元半导体层可以包括富碲的碲化镉。掺杂的二元半导体层可以包括富镉的碲化镉。富碲的碲化镉层可以富含约0.005原子%和约20原子%之间的碲。富镉的碲化镉层可以富含约0.005原子%和约20原子%之间的镉。富碲的碲化镉层可以具有约50nm和约300nm之间的均方根粗糙度。背面接触金属对富碲的碲化镉的粘附性可以比对具有1:1的镉碲比的基本上纯的碲化镉的粘附性好。富镉的碲化镉层可以具有小于约100nm的均方根粗糙度。富镉的碲化镉层可以具有约20nm和约50nm之间的均方根粗糙度。
参照图1，光伏模块10可以包括在其上沉积有一个或多个半导体层的基底100。基底100可以包括任何适当的材料，例如包括玻璃基底，或者，基底100可以包含一个或多个层的堆叠件，其同样可以包括玻璃基底。在该堆叠件中的层之一可以是诸如氧化锡或锡酸镉的透明导电氧化物。一个或多个半导体层可以包括在硫化镉层120上的碲化镉层110。硫化镉层120可以是邻近于透明导电氧化物层形成的半导体窗口层，透明导电氧化物层可以邻近于基底100形成。碲化镉层110可以是邻近于硫化镉层120形成的半导体吸收层。碲化镉层120是二元半导体层。
硫化镉层120可以按任何适当的方法形成。硫化镉层120可以由作为邻近于硫化镉层110的半导体层而沉积的蒸气形成。蒸气可以通过使二元半导体源蒸发而形成，二元半导体源可以包括诸如第一半导体（如镉或碲）的第一组分和诸如第二半导体（如镉或碲，并且不同于第一半导体）的第二组分。蒸气可以富含一种或另一种组分。例如，与由基本上纯的半导体源（例如，包括比例为1:1的镉和碲的源）形成的蒸气相比，所述蒸气可以富镉或富碲。可以通过使富含组分之一的二元半导体源蒸发来形成富含一种组分的蒸气。可以通过将附加或额外量的组分中的一种添加到基本上纯的二元半导体源中来形成富含一种组分的二元半导体源。富含组分的二元半导体源可以富含介于约0.005原子%和约20原子%之间的一种组分。富含组分的二元半导体源可以富含介于约0.005原子%和约5原子%之间的一种组分。富含组分的二元半导体源可以富含介于约0.2原子%和约2原子%之间的一种组分。蒸气可以由任何适当的方法被制成富含一种组分。例如，可以允许量比第二组分的量大的第一组分进入沉积室内，使得蒸气富含第一组分。
在一些实施例中，碲化镉层110可以使用改性的富镉或富碲的碲化镉粉末（富镉或富碲）形成。改性的碲化镉粉末可以是由掺杂基本上纯的具有1:1的镉碲比的碲化镉粉末得到的。改性的碲化镉粉末可以是按照任何适当的原子%的非化学计量的镉或碲。例如，改性的碲化镉粉末可以富含约0.005原子%和约20原子%之间的镉或碲。改性的碲化镉粉末可以额外含有约0.005原子%和约20原子%之间的镉或碲。改性的碲化镉粉末可以按约0.005原子%和约20原子%之间富镉或富碲。改性的碲化镉粉末可以是富含1原子%的镉或碲的碲化镉。所得的粉末可以是使用任何适当的方法沉积的。例如，改性的碲化镉粉末可以被连续地进料到陶瓷分布器中并且蒸发，使得与使纯碲化镉粉末蒸发相比生长环境的浓度改变。改性的粉末和蒸气的非化学计量的程度可以比所得膜的非化学计量的程度要大。
所得的碲化镉层110可以是按任何适当量的非化学计量。例如，碲化镉层110可以是介于约0.005原子%和约20原子%之间的非化学计量。碲化镉层110可以是介于约0.005原子%和约5原子%之间的非化学计量。碲化镉层110可以是介于约0.2原子%和约2原子%之间的非化学计量。碲化镉层110的非化学计量的程度可以比改性的粉末和蒸气的非化学计量程度小。富碲的碲化镉层110可以具有增大的晶粒尺寸、增大的粗糙度和改善的背面接触金属粘附性，所有这些都可以有助于改善装置效率。富镉的碲化镉层110可以显示出增加的光滑度和较小的晶粒尺寸，可以在众多的例如包括诸如红外检测器的应用中找到功用。
在碲化镉层110的沉积之后，可以将背面接触件250可以沉积到模块上，然后沉积背面支撑件260，如图2所示。背面接触件250可以包括任何适当的材料，所述适当的材料包括金属。富碲的碲化镉层110可以改善碲化镉层和背面接触件之间的粘附性。可以将硫化镉层120和碲化镉层110沉积到多个层的堆叠件上，例如，沉积到可包括位于阻挡层210上的透明导电氧化物层220和位于透明导电氧化物层220上的缓冲层230的透明导电氧化物堆叠件200上。可以将透明导电氧化物堆叠件沉积到基底240上，基底240可以包括任何适当的材料，所述适当的材料例如包括诸如钠钙玻璃的玻璃。
通过说明和示例的方式提供上述实施例。应当理解的是，上述提供的示例可以在某些方面进行更改并且仍然保持在权利要求的范围内。应当了解的是，虽然已经参照上述优选的实施例描述本发明，但是其他实施例落在权利要求的范围内。

Claims (22)

1.一种制造光伏模块的方法，所述方法包括：
形成包括第一组分和第二组分的蒸气，其中，蒸气富含第一组分；以及
邻近于基底沉积蒸气作为半导体吸收层，
其中，形成蒸气的步骤包括使具有第一组分和第二组分的二元半导体源蒸发，二元半导体源富含第一组分，
其中，二元半导体源是在使二元半导体源蒸发的步骤之前通过将附加量的第一组分添加到纯的二元半导体源中以使所述源富含第一组分来形成的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，二元半导体源包括二元半导体粉末。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，附加量的第一组分是在使掺杂的二元半导体源蒸发的步骤之前通过用第一组分掺杂纯的二元半导体源而被添加到纯的二元半导体源中的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，形成富含第一组分的二元半导体源的步骤包括：使纯的碲化镉粉末与元素碲的粉末混合以形成富碲的碲化镉粉末，纯的碲化镉粉末具有1:1的镉与碲之比。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，形成富含第一组分的二元半导体源的步骤包括：使纯的碲化镉粉末与元素镉的粉末混合以形成富镉的碲化镉粉末，纯的碲化镉粉末具有1:1的镉与碲之比。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，富碲的碲化镉粉末富含0.005原子％和20原子％之间的碲。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，富碲的碲化镉粉末富含0.2原子％和2原子％之间的碲。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，富镉的碲化镉粉末富含0.005原子％和20原子％之间的镉。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，富镉的碲化镉粉末富含0.2原子％和2原子％之间的镉。
10.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：在沉积蒸气以形成半导体吸收层的步骤之前，形成邻近于基底的透明导电氧化物层。
11.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括：在沉积蒸气以形成半导体吸收层的步骤之前，形成邻近于透明导电氧化物层的硫化镉层。
12.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括：在形成透明导电氧化物层之前，形成邻近于基底的阻挡层。
13.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括：在沉积蒸气以形成半导体吸收层的步骤之前，形成邻近于透明导电氧化物层的缓冲层。
14.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：在沉积蒸气以形成半导体吸收层的步骤之后，形成邻近于半导体吸收层的背面接触金属。
15.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括：
在形成透明导电氧化物层之后使基底退火；以及
在沉积蒸气以形成邻近于硫化镉层的半导体吸收层之前，在退火的透明导电氧化物堆叠件上形成硫化镉层。
16.一种控制二元半导体吸收层的性质的方法，所述方法包括：
使具有第一组分和第二组分的二元半导体源蒸发，其中，二元半导体源富含第一组分；以及
邻近于基底沉积蒸气作为半导体吸收层，
其中，二元半导体源是在使二元半导体源蒸发的步骤之前通过将附加量的第一组分添加到纯的二元半导体源中以使所述源富含第一组分来形成的。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述半导体吸收层的晶向不同于通过使纯的二元半导体源蒸发而形成的第二半导体层的晶向。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，纯的二元半导体源包括具有1:1的镉与碲之比的纯的碲化镉粉末。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述半导体吸收层的平均晶粒尺寸小于通过使纯的二元半导体源蒸发而形成的第二半导体层的平均晶粒尺寸。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，纯的二元半导体源包括具有1:1的镉与碲之比的纯的碲化镉粉末。
21.根据权利要求16所述的方法，其中，所述半导体吸收层的平均晶粒尺寸大于通过使纯的二元半导体源蒸发而形成的第二半导体层的平均晶粒尺寸。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，纯的二元半导体源包括具有1:1的镉与碲之比的纯的碲化镉粉末。
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