CN103681893A - 光伏装置及其后触点形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了光伏装置，其包括透明覆盖层、在所述透明覆盖层上的透明导电氧化物、在所述透明覆盖层上的n型窗口层、在所述n型窗口层上的p型吸收层，以及在所述p型吸收层的后表面上的惰性导电膏层。所述p型吸收层包括碲化镉，并限定了与所述n型窗口层相对设置的富含碲的后表面。所述惰性导电膏层基本上不含酸或酸生成剂。本发明也通常提供了形成这种后触点的方法。

Description

光伏装置及其后触点形成方法
技术领域
本文公开的主题大体涉及具有形成后触点的一部分的惰性石墨层的光伏装置，特别是基于碲化镉的光伏装置，以及它们的制造方法。
背景技术
基于作为光活性组分的与硫化镉(CdS)配合的碲化镉(CdTe)的薄膜光伏(PV)模块(也称为“太阳电池板”)在业内获得广泛接受和关注。CdTe为具有特别适于将太阳能转化为电能的特性的半导体材料。例如，CdTe具有约1.45eV的能带隙，这使其相比于历史上用于太阳能电池应用的较低带隙的半导体材料(例如对于硅，约1.1eV)，能够从太阳光谱转化更多的能量。而且，相比于较低带隙的材料，CdTe在更低光照条件或漫射光条件下转化辐射能量，因此在一天过程中或在多云条件下相比于其他常规材料具有更长的有效转化时间。当CdTe PV模块暴露于光能(如日光)时，n型层和p型吸收层的结点通常导致电势和电流的产生。具体而言，碲化镉(CdTe)层和硫化镉(CdS)层形成p-n异质结，在p-n异质结处，CdTe层充当p型吸收层(即电子接收层)，且CdS层充当n型层(即供电子层)。
透明导电氧化物(“TCO”)层常在窗口玻璃与结形成层之间使用。该TCO层提供在装置一侧上提供前电触点，并用于收集和运送由电池所产生的电荷。相反，后触点层设置于结形成层的相对侧上，并用作电池的相对触点。该后触点层与p型吸收层(如CdTe PV装置中的碲化镉层)相邻。
由于CdTe的高功函数，因此通常认为常规金属后触点是不合适的。相反，石墨膏(未掺杂或例如用铜或汞掺杂的)广泛用作CdTePV电池的后触点。然而，这些石墨膏后触点往往随时间显著劣化，如经由加速寿命测试显示。该劣化通常表现为填充因数(FF)和／或开路电压(VOC)随时间的下降。填充因数下降通常由并联电阻(Rsh)随时间的减小和串联电阻(ROC)随时间的增加而引起。从长期角度而言，后触点电极的劣化不利地导致太阳能电池效率的劣化。
因此，希望提供一种用于CdTe PV电池的含Cu后触点电极，其随PV电池的寿命显示出更少的劣化。
发明内容
本发明的方面和优点将在如下描述中部分陈述，或可根据描述而显而易见，或可通过实施本发明而了解。
在一个实施例中，通常提供了光伏装置，其包括透明覆盖层、在所述透明覆盖层上的透明导电氧化物、在所述透明覆盖层上的n型窗口层、在所述n型窗口层上的p型吸收层，以及在所述p型吸收层的后表面上的惰性导电膏层。所述p型吸收层包括碲化镉，并限定了与所述n型窗口层相对设置的富含碲的后表面。所述惰性导电膏层基本上不含酸或酸生成剂。
也通常提供了在制造薄膜光伏装置中在p-n结的p型吸收层(包括碲化镉)的经暴露的表面上形成后触点的方法。在一个实施例中，所述方法包括：使经暴露的表面富集碲、在所述经暴露的表面上形成惰性导电膏层，以及将金属层施用至所述惰性导电膏层。
参照如下描述和所附权利要求书，将更好理解本发明的这些特征和其他特征、方面和优点。引入并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
参照附图在说明书中陈述对于本领域普通技术人员而言本发明的完整有效的公开(包括本发明的最佳模式)，在附图中：
图1显示了根据本发明的一个实施例的一个示例性碲化镉薄膜光伏装置的横截面图的一般示意图；
图2显示了在形成富含碲的区域之前，图1所示的示例性碲化镉薄膜光伏装置的另一横截面图；
图3显示了在形成富含碲的区域之后，图2所示的示例性碲化镉薄膜光伏装置的横截面图；且
图4显示了在形成后触点的过程中在形成惰性石墨层之后，图3所示的示例性碲化镉薄膜光伏装置的横截面图。
在本说明书和附图中附图标记的重复使用旨在表示相同或类似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，其一个或多个实例在附图中示出。每个实例以解释本发明而非限制本发明的方式提供。实际上，对于本领域技术人员显而易见的是，在不偏离本发明的范围或精神下可对本发明进行各种改变和变化。例如，显示或描述为一个实施例的部分的特征可在另一实施例中使用，而得到又一实施例。因此，本发明旨在涵盖在所附权利要求书及其等同形式的范围内这种改变和变化。
在本公开中，当层被描述为在另一层或基材“上”或“之上”时，应理解为所述层可彼此直接接触，或在所述层之间具有另一层或特征。因此，这些术语简单地描述了层彼此之间的相对设置，并且不必须意指“在……顶部”，因为以上或以下的相对位置取决于装置相对于观察者的取向。另外，尽管本发明不限于任何特定的膜厚度，但描述光伏装置的任何膜层的术语“薄”通常指厚度小于约10微米(“μm”)的膜层。
应了解，本文提及的范围和极限包括在指定极限内的所有范围(即子范围)。例如，约100至约200的范围也包括110至150、170至190、153至162，和145.3至149.6的范围。此外，至多约7的极限也包括至多约5、至多3和至多约4.5的极限，以及在所述极限内的范围，例如约1至约5，和约3.2至约6.5。
在本公开中使用化学元素的通常化学缩写(如常在元素周期表中出现的化学缩写)讨论化学元素。例如，氢由其通常化学缩写H表示，氦由其通常化学缩写He表示，等等。
通常提供了光伏装置以及它们的制造方法，所述光伏装置具有形成后触点的至少部分的惰性导电膏层(例如惰性石墨层)。这种惰性导电膏层特别适合用于包含碲化镉的p型吸收层上的富含碲的表面。特别地，惰性导电膏层基本上不含可改变富含碲的表面的化学计量和／或化学组成的化学活性材料(例如基本上不含化学活性的石墨)，如酸生成剂。
图1显示了一个示例性的碲化镉基薄膜光伏装置10的横截面。装置10显示为包括透明基材12(例如玻璃基材)、透明导电氧化物(TCO)层14、电阻性透明缓冲层16、n型层18(例如硫化镉层)、p型吸收层20(例如碲化镉层)、惰性导电膏层23和金属接触层24。n型层18和p型吸收层20通常在装置10中形成p-n结19。
在其制造过程中，可使p型吸收层20的经暴露的表面21(在其上施用或形成惰性导电膏层23和／或金属接触层24之前)富集碲，以在p型吸收层20内形成富含Te的区域22。例如，富含Te的区域22可具有大于约2(例如约大于约10)的碲／铬的原子比。在某些实施例中，所形成的富含碲的区域22具有约10纳米至约1000纳米的厚度。
然后，可通过施用导电膏，接着固化，从而在富含碲的区域22上(例如直接在富含碲的区域22上)形成惰性导电膏层。
用于形成导电膏层23的导电膏可通常包含导电材料、溶剂体系和聚合物粘结剂。在一个特定实施例中，所有这些材料(即导电材料、溶剂体系或聚合物粘结剂)基本上不含酸或酸生成剂。同样地，导电膏还可基本上不含任何酸或酸生成剂作为导电膏的单独组分。这样，惰性导电膏层不显著蚀刻和／或改变表面21(例如富含碲的区域22)的化学计量。
导电材料可为具有与CdTe的功函数或电子亲和性密切匹配的功函数或电子亲和性的任何材料。由于CdTe的功函数为约5.5eV，所需材料应该具有大于4eV的功函数。另外，该材料的电导率应该大于1x102Ω-1m-1。落入所述功函数和电导率参数内，并已知对CdTe表现优良的材料的一些例子包括石墨碳、Ni及其化合物、Mo及其化合物、Zn及其化合物和Ti及其化合物、Tc及其化合物、Cr及其化合物。这样，在一个特定实施例中，导电材料可包括石墨碳或金属导电材料(例如Ni、Mo、Zn、Ti、Tc、Cr或它们的合金或有机衍生物)中的至少一者。
导电膏层23中的聚合物粘结剂通常提供用以将导电材料固定于所得装置10内的基本材料，并可充当金属接触层24与p型吸收层20之间的粘合剂层。在一个特定实施例中，聚合物粘结剂为氯化聚合物粘结剂或另一卤化聚合物粘结剂。聚合物粘结剂可通常包括至少一种有机聚合物(即含有碳主链)或形成聚合物体系的聚合物的组合。如本文所用，术语“聚合物”通常包括但不限于均聚物、共聚物(例如嵌段共聚物、接枝共聚物、无规共聚物和交替共聚物)，以及三元共聚物，以及它们的掺合物和变型形式。此外，除非另外特别限定，术语“聚合物”应该包括材料的所有可能的几何构造。这些构造包括但不限于全同立构、间同立构和随机对称性。
在一个实施例中，导电膏可作为干粉施用至表面21。在可选择的实施例中，溶剂体系可在导电膏中使用，并且可包含构造为在加工过程中有助于将聚合物粘结剂和／或导电材料施用至p型吸收层20的表面21上的至少一种溶剂。这样，可基于聚合物粘结剂的特定组成和／或在导电膏中所用的导电材料选择特定的溶剂。在随后的加工过程中(例如在固化过程中)在将导电膏施用至表面21之后可基本上去除溶剂，使得所得装置10基本上不含溶剂。合适的溶剂可包括但不限于琥珀酸二甲酯、戊二酸二甲酯，或它们的混合物。在一个特定实施例中，溶剂体系包含至少一种氯化溶剂。
可通过用于铺展掺合物或膏剂的任何合适的方法(例如筛网印刷、喷雾或通过刮片)在装置10的加工过程中将导电膏施用至p型吸收层的表面21上。在将导电膏施用至p型吸收层20之后，可固化导电膏以将导电膏转化为导电膏层23。这种固化过程可蒸发存在于所施用的导电膏中的溶剂体系，和／或交联聚合物粘结剂以在表面21上固定和／或结合导电膏层23。
导电膏层23可通常为p型吸收层20的表面21和金属接触层24提供改进的粘附，和／或在p型吸收层20的表面21与金属接触层24之间提供接触。另外，通过基本上不含化学活性材料(例如酸或酸生成剂)，装置10可显示出增加的初始性能和增加的长期稳定性，包括减少的在p型吸收层20与金属接触层24之间的分层。另外，导电膏层23可填充p型吸收层20中的任何小孔，以抑制装置10的分流。
在一个特定实施例中，可通过将膏剂施用至p型吸收层20的表面21上而形成这种惰性导电膏层23。在一个特定实施例中，所述膏剂可包含惰性石墨、聚合物粘结剂和溶剂。
惰性导电膏层23中的聚合物粘结剂通常提供用以将导电材料固定于所得装置10内的基本材料，并可充当金属接触层24与p型吸收层20之间的粘合剂层。在一个特定实施例中，聚合物粘结剂为氯化聚合物粘结剂或另一卤化聚合物粘结剂。聚合物粘结剂可通常包括至少一种有机聚合物(即含有碳主链)或形成聚合物体系的聚合物的组合。如本文所用，术语“聚合物”通常包括但不限于均聚物、共聚物(例如嵌段共聚物、接枝共聚物、无规共聚物和交替共聚物)，以及三元共聚物，以及它们的掺合物和变型形式。此外，除非另外特别限定，术语“聚合物”应该包括材料的所有可能的几何构造。这些构造包括但不限于全同立构、间同立构和随机对称性。
导电膏中的溶剂体系可包含构造为在加工过程中有助于将聚合物粘结剂和／或导电材料施用至p型吸收层20的表面21上的至少一种溶剂。这样，可基于聚合物粘结剂的特定组成和／或在导电膏中所用的导电材料选择特定的溶剂。在随后的加工过程中(例如在固化过程中)在将导电膏施用至表面21之后可基本上去除溶剂，使得所得装置10基本上不含溶剂。合适的溶剂可包括但不限于琥珀酸二甲酯、戊二酸二甲酯，或它们的混合物。在一个特定实施例中，溶剂体系包含至少一种氯化溶剂。
可通过用于铺展掺合物或膏剂的任何合适的方法(例如筛网印刷、喷雾或通过刮片)在装置10的加工过程中将导电膏施用至p型吸收层20的表面21上。在将导电膏施用至p型吸收层20之后，可固化导电膏以将导电膏转化为惰性导电膏层23。这种固化过程可蒸发存在于所施用的导电膏中的溶剂体系，和／或交联聚合物粘结剂以在表面21上固定和／或结合惰性导电膏层23。
在施用导电膏之后，可加热装置10以将所述膏剂转化为惰性导电膏层23(例如惰性石墨层)。这种加热可将所述膏剂退火，并从所得惰性导电膏层23中去除溶剂。可选择导电膏中的组分(和任何另外的组分)中的每一种，从而在退火过程中和／或退火之后不产生任何显著量的酸或其他化学改性剂。
在特定实施例中，惰性导电膏层23的厚度可为约0.1μm至约15μm，例如约1μm至约8μm(例如约1μm至约5μm或约3μm至约8μm)。
可通过任何合适的方法使p型吸收层20的表面21富集碲。在一个实施例中，例如，可将铜源化合物(例如卤化铜、醋酸铜、铜-硫化合物，或它们的混合物)施用至经暴露的表面以形成碲化铜。在一个可选择的实施例中，可将碘源化合物施用至经暴露的表面21。在另一实施例中，可经由离子交换反应使p型吸收层20的表面21富集碲。
如所述，相对于充当前电触点的TCO层14，后触点通常充当相对的电触点，并由惰性导电膏层23和金属接触层24形成，如在吸收层20上所示。后触点在碲化镉层20的表面21上形成，并且在一个实施例中与碲化镉层20的表面21直接接触。
通常，上述惰性导电膏层23可在任何碲化镉薄膜光伏装置10(如图1—2中所示的示例性装置10)中使用。图1—2的示例性装置10包括玻璃的透明基材12。在该实施例中，玻璃12可称为“覆盖层”，因为其为其上形成随后的层的基材，但是当使用碲化镉薄膜光伏装置10时其向上面向辐射源(例如太阳)。玻璃12的顶部片材可为高透射率玻璃(例如高透射率硼硅酸盐玻璃)、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于随后的膜层的载体(例如约0.5mm至约10mm厚)，并且为基本上平板的以提供用于形成随后的膜层的良好表面。在一个实施例中，玻璃12可为含有少于约0.15重量％的铁(Fe)的低铁浮法玻璃，并可在感兴趣的光谱中(例如约300nm至约900nm的波长)具有约90％或更大的透射率。
透明导电氧化物(TCO)层14显示为在示例性装置10的透明基材12上。TCO层14允许光在最小吸收损失的情况下经过，并同时也允许由装置10产生的电流在旁路行进至不透明金属导体(未显示)。例如，TCO层14可具有小于约30欧姆／平方，如约4欧姆／平方至约20欧姆／平方(例如约8欧姆／平方至约15欧姆／平方)的薄层电阻。TCO层14通常包含至少一种导电氧化物，如氧化锡、氧化锌或氧化铟锡，或它们的混合物。另外，TCO层14可包含其他导电透明材料。TCO层14也可包含锡酸锌和／或锡酸镉。
TCO层14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。在一个特定实施例中，TCO层14可通过溅射(DC溅射或RF溅射)而在玻璃12上形成。例如，锡酸镉层可通过以约1至约2的比例将含有化学计量含量的SnO2和CdO的热压目标溅射至玻璃12上而形成。或者，可通过使用醋酸镉和氯化锡(II)前体通过喷雾热解制备锡酸镉。
在某些实施例中，TCO层14可具有约0.1μm至约1μm之间，例如约0.1μm至约0.5μm，如约0.25μm至约0.45μm的厚度。具有在覆盖层表面上形成的TCO层14的合适的平板玻璃基材可商业购自各种玻璃制造商和供应商。例如，包括TCO层14的特别合适的玻璃12包括可以以名称TEC15TCO购自皮尔金顿北美公司(俄亥俄州托莱多)(Pilkington North America Inc.(Toledo，Ohio))的玻璃，其包括薄层电阻为15欧姆／平方的TCO层。
电阻性透明缓冲层16(RTB层)显示为在示例性碲化镉薄膜光伏装置10上的TCO层14上。RTB层16通常比TCO层14更具电阻性，并可在装置10的加工过程中有助于保护装置10免于TCO层14与随后的层之间的化学相互作用。例如，在某些实施例中，RTB层16可具有大于约1000欧姆／平方，如约10k欧姆／平方至约1000M欧姆／平方的薄层电阻。RTB层16也可具有较宽的光学带隙(例如大于约2.5eV，如约2.7eV至约3.0eV)。
不希望受限于特定理论，据信TCO层14与硫化镉层18之间RTB层16的存在可允许通过降低界面缺陷(即硫化镉层18中的“小孔”)的可能性而在装置10内包括相对较薄的硫化镉层18，从而在TCO层14与碲化镉层20之间产生分流。因此，据信RTB层16提供TCO层14与碲化镉层20之间的改进的粘附和／或相互作用，由此允许在其上形成相对较薄的硫化镉层18，而无由于直接在TCO层14上形成的这种相对较薄的硫化镉层18所导致的显著不利影响。
RTB层16可包括例如氧化锌(ZnO)和氧化锡(SnO2)的组合，其可称为氧化锌锡层(“ZTO”)。在一个特定实施例中，RTB层16可包含比氧化锌更多的氧化锡。例如，RTB层16可具有ZnO／SnO2化学计量比为约0.25至约3，如氧化锡／氧化锌的化学计量比为约1／2(1∶2)的组成。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。在一个特定实施例中，RTB层16可通过溅射(DC溅射或RF溅射)而在TCO层14上形成。例如，可使用DC溅射方法，通过将DC电流施加至金属源材料(例如单质锌、单质锡或它们的混合物)，并在氧化气氛(例如O2气)的存在下将金属源材料溅射至TCO层14上，从而沉积RTB层16。当氧化气氛包含氧气(即O2)时，所述气氛可大于约95％的纯氧，如大于约99％。
在某些实施例中，RTB层16可具有约0.075μm至约1μm之间，例如约0.1μm至约0.5μm的厚度。在特定实施例中，RTB层16可具有约0.08μm至约0.2μm之间，例如约0.1μm至约0.15μm的厚度。
硫化镉层18显示为在示例性装置10的电阻性透明缓冲层16上。硫化镉层18为n型层，所述n型层通常包含硫化镉(CdS)，但也可包含其他材料，如硫化锌、硫化镉锌等和它们的混合物，以及掺杂物和其他杂质。在一个特定实施例中，硫化镉层可包含至多约25％(以原子百分比计)，例如约5％至约20％(以原子百分比计)的氧。硫化镉层18可具有较宽的带隙(例如约2.25eV至约2.5eV，如约2.4eV)，以允许最多的辐射能(例如太阳辐射)通过。这样，认为硫化镉层18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的沉积方法形成。在一个特定实施例中，硫化镉层18可通过溅射(直流电(DC)溅射或射频(RF)溅射)而在电阻性透明层16上形成。溅射沉积通常涉及从作为材料源的目标喷射材料，并将经喷射的材料沉积于基材上以形成膜。DC溅射通常涉及将电压施加至在溅射室内接近基材(即阳极)设置的金属目标(即阴极)，以形成直流放电。溅射室可具有反应性气氛(例如氧气氛、氮气氛、氟气氛)，所述反应性气氛在金属目标与基材之间形成等离子场。反应性气氛的压力可为约1mTorr至约20mTorr之间以用于磁控溅射。在施加电压下当金属原子从目标释放时，金属原子可与等离子体反应，并沉积至基材表面上。例如，当气氛含有氧气时，从金属目标释放的金属原子可在基材上形成金属氧化物层。相反，RF溅射通常涉及通过在目标(例如陶瓷源材料)与基材之间施加交流电(AC)或射频(RF)信号而激发电容性放电。溅射室可具有压力为约1mTorr至约20mTorr之间的惰性气氛(例如氩气氛)。
由于存在电阻性透明层16，因此硫化镉层18可具有小于约0.1μm，如约10nm至约100nm，如约40nm至约80nm的厚度，且在电阻性透明层16与硫化镉层18之间存在最少的小孔。另外，厚度小于约0.1μm的硫化镉层18降低了硫化镉层18对辐射能的任何吸附，从而有效增加了到达下方的碲化镉层20的辐射能的量。
碲化镉层20显示为在图10中的硫化镉层18上。碲化镉层20为p型吸收层，所述p型吸收层通常包含碲化镉(CdTe)，但也可包含其他材料。作为装置10的p型吸收层，碲化镉层20为与硫化镉层18(即n型层)相互作用的光伏层，以通过吸收经过装置10的辐射能的大部分(由于其高吸收系数)并产生电子空穴对，从而由辐射能的吸附而产生电流。例如，碲化镉层20可通常由碲化镉形成，并可具有调节以吸收辐射能(例如约1.4eV至约1.5eV，如约1.45eV)的带隙，以在吸收辐射能时产生具有最高电势(电压)的最大数量的电子空穴对。电子可从p型侧(即碲化镉层20)行进穿过结直至n型侧(即硫化镉层18)，相反，空穴可从n型侧通向p型侧。因此，在硫化镉层18与碲化镉层20之间形成的p-n结形成二极管，其中电荷不平衡导致横跨p-n结的电场的产生。常规电流允许仅在一个方向上流动，并分离光诱导的电子空穴对。
碲化镉层20可通过任何已知的方法形成，如气相传输沉积、化学气相沉积(CVD)、喷雾热解、电沉积、溅射、近空间升华(CSS)等。在一个特定实施例中，通过溅射沉积硫化镉层18，通过近空间升华沉积碲化镉层20。在特定实施例中，碲化镉层20可具有约0.1μm至约10μm之间，例如约1μm至约5μm的厚度。在一个特定实施例中，碲化镉层20可具有约2μm至约4μm之间，如约3μm的厚度。
一系列后成型处理可应用于碲化镉层20的经暴露的表面。这些处理可调整碲化镉层20的功能，并准备碲化镉层20的表面用于粘附至后触点层，特别是惰性导电膏层23。例如，碲化镉层20可在高温(例如约350℃至约500℃，如约375℃至约424℃)下退火足够的时间(例如约1至约10分钟)，以产生碲化镉的优质p型吸收层。不希望受限于理论，据信将碲化镉层20(和装置10)退火会将弱p型碲化镉层20转化为具有相对较低的电阻率的更强p型碲化镉层20。另外，碲化镉层20可在退火过程中重结晶并发生晶粒生长。
将碲化镉层20退火可在氯化镉的存在下进行，以用氯离子掺杂碲化镉层20。例如，碲化镉层20可用含有氯化镉的水溶液洗涤，然后在高温下退火。
在一个特定实施例中，在氯化镉的存在下将碲化镉层20退火之后，可洗涤表面以去除在表面上形成的任何氧化镉。该表面制备可通过从表面上去除氧化物(如CdO、CdTeO3、CdTe2O5等)而在碲化镉层20上留下富含Te的表面。例如，可使用合适的溶剂(例如乙二胺，其也称为1，2二氨基乙烷或“DAE”)洗涤表面以从表面上去除任何氧化镉。在一个实施例中，在氯化镉的存在下将碲化镉层20退火并洗涤表面21之后，可进行上述处理溶液的施用及其随后的退火。
如所述，后触点由惰性导电膏层23和金属接触层24形成，所述惰性导电膏层23和金属接触层24显示为在碲化镉层20的富含Te的区域22上。相对于充当前电触点的相对的TCO层14，惰性导电膏层23通常充当后电触点。后触点在碲化镉层20的富含Te的表面22上形成，并且在一个实施例中与碲化镉层20的富含Te的表面21直接接触。金属接触层24适当地由一种或多种高度导电的材料制得，所述高度导电的材料如单质镍、单质铬、单质铜、单质钼、单质锡、单质铝、单质金、单质银、单质锝，或它们的合金或混合物。如果金属接触层24由一种或多种金属制得或包含一种或多种金属，则其通过诸如溅射或金属蒸发的技术而适当地施用。金属接触层24的厚度可为约0.1μm至约1.5μm。
其他层也可能存在于薄膜叠堆中，尽管其在图1和2的实施例中未具体显示。例如，折射率匹配层可存在于透明导电氧化物层14与覆盖层12之间。另外，氧吸气层可存在于薄膜叠堆中，如与透明导电氧化物层14相邻(例如，在透明导电氧化物层14与任选的电阻性透明缓冲层16之间)。
其他组件(未显示)可包括于示例性装置10中，如母线、外部配线、激光蚀刻等。例如，当装置10形成光伏模块的光伏电池时，可串联连接多个光伏电池以获得所需的电压，例如通过电线连接。串联连接的电池的每一端可附接至合适的导体(如电线或母线)，以将光伏产生的电流引导至便利的位置，所述位置用于连接至使用所产生的电的装置或其他系统。用于获得这种串联连接的便利装置激光切割所述装置，以将所述装置分成通过互连而连接的一系列电池。在一个特定实施例中，例如，可使用激光器切割半导体装置的沉积层，以将所述装置分成多个串联连接的电池，如上关于图1所述。
将包封基材25层合至透明基材12以完成装置10。
也通常提供了用于形成光伏装置的方法。
本书面描述使用包括最佳方式的实例以公开本发明，并使得任何本领域技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或体系以及进行任何引入的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，并可包括本领域技术人员想到的其他实例。如果其他实例包括不与权利要求书的文字语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的文字语言具有非实质性差别的等同结构元件，则这种其他实例旨在落入权利要求书的范围内。

Claims (19)

1.一种光伏装置，其包括：
透明覆盖层；
在所述透明覆盖层上的透明导电氧化物；
在所述透明覆盖层上的n型窗口层；
在所述n型窗口层上的p型吸收层，其中所述p型吸收层包含碲化镉，其中所述p型吸收层限定与所述n型窗口层相对设置的后表面，且其中所述后表面富含碲；以及
在所述p型吸收层的后表面上的惰性导电膏层，其中所述惰性导电膏层基本上不含酸或酸生成剂。
2.根据权利要求1所述的装置，其还包括：
在所述惰性导电膏层上的金属层。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述金属层包含单质镍、单质铬、单质铜、单质钼、单质锡、单质铝、单质金、单质银、单质锝，或它们的合金或混合物。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述惰性导电膏层由导电膏形成。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述惰性导电膏层包含石墨和聚合物粘结剂。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述聚合物粘结剂包括氯化聚合物粘结剂。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述p型吸收层的后表面包含碲化铜。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述p型吸收层的后表面包含碘。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述惰性导电膏层填充在所述p型吸收层中限定的任何小孔。
10.一种在制造薄膜光伏装置中在p—n结的p型吸收层的经暴露的表面上形成后触点的方法，其中所述p型吸收层包含碲化镉，所述方法包括：
使所述经暴露的表面富集碲；
在所述经暴露的表面上形成惰性导电膏层；以及
将金属层施用至所述惰性导电膏层。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述金属层包含单质镍、单质铬、单质铜、单质钼、单质锡、单质铝、单质金、单质银、单质锝，或它们的合金或混合物。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，形成所述惰性导电膏层包括：
将导电膏施用至所述p型吸收层的经暴露的表面上；以及
将所述导电膏退火，以形成惰性导电膏层。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述导电膏包含石墨、聚合物粘结剂和溶剂。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在退火过程中所述导电膏不形成任何酸。
15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，使所述p型吸收层的经暴露的表面富集包括将铜源化合物施用至所述经暴露的表面上以形成碲化铜。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，含铜金属盐包括卤化铜、醋酸铜、铜-硫化合物，或它们的混合物。
17.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，使所述p型吸收层的经暴露的表面富集包括将碘源化合物施用至所述经暴露的表面上。
18.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，使所述p型吸收层的经暴露的表面富集经由离子交换反应实现。
19.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述惰性导电膏层填充在所述p型吸收层中限定的任何小孔。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6415078B2 (ja) * 2014-04-03 2018-10-31 積水化学工業株式会社 薄膜太陽電池及び薄膜太陽電池の製造方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995003630A1 (en) * 1993-07-21 1995-02-02 Photon Energy, Inc. Doing Business As Golden Photon, Inc. Photovoltaic cell and manufacturing process
US20080187483A1 (en) * 2005-05-06 2008-08-07 Amer Hammami Processes for Preparing Chalcopyrite-Type Compounds and Other Inorganic Compounds
US20100180935A1 (en) * 2009-01-21 2010-07-22 Yung-Tin Chen Multiple band gapped cadmium telluride photovoltaic devices and process for making the same
US20110143490A1 (en) * 2009-12-15 2011-06-16 Primestar Solar, Inc. Methods of manufacturing cadmium telluride thin film photovoltaic devices
CN102150220A (zh) * 2008-09-10 2011-08-10 E.I.内穆尔杜邦公司 太阳能电池的电极
CN102237445A (zh) * 2010-04-22 2011-11-09 通用电气公司 形成碲化镉光伏电池的背接触电极的方法
US20120024830A1 (en) * 2011-04-19 2012-02-02 Primestar Solar, Inc. Methods and apparatus for reducing variations in the laser intensity during scribing a photovoltaic device
US20120192948A1 (en) * 2010-05-24 2012-08-02 EncoreSolar, Inc. High efficiency cadmium telluride solar cell and method of fabrication

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5501744A (en) * 1992-01-13 1996-03-26 Photon Energy, Inc. Photovoltaic cell having a p-type polycrystalline layer with large crystals
US8187912B2 (en) * 2010-08-27 2012-05-29 Primestar Solar, Inc. Methods of forming an anisotropic conductive layer as a back contact in thin film photovoltaic devices
US10141594B2 (en) * 2011-10-07 2018-11-27 Vrb Energy Inc. Systems and methods for assembling redox flow battery reactor cells

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995003630A1 (en) * 1993-07-21 1995-02-02 Photon Energy, Inc. Doing Business As Golden Photon, Inc. Photovoltaic cell and manufacturing process
US20080187483A1 (en) * 2005-05-06 2008-08-07 Amer Hammami Processes for Preparing Chalcopyrite-Type Compounds and Other Inorganic Compounds
CN102150220A (zh) * 2008-09-10 2011-08-10 E.I.内穆尔杜邦公司 太阳能电池的电极
US20100180935A1 (en) * 2009-01-21 2010-07-22 Yung-Tin Chen Multiple band gapped cadmium telluride photovoltaic devices and process for making the same
US20110143490A1 (en) * 2009-12-15 2011-06-16 Primestar Solar, Inc. Methods of manufacturing cadmium telluride thin film photovoltaic devices
CN102237445A (zh) * 2010-04-22 2011-11-09 通用电气公司 形成碲化镉光伏电池的背接触电极的方法
US20120192948A1 (en) * 2010-05-24 2012-08-02 EncoreSolar, Inc. High efficiency cadmium telluride solar cell and method of fabrication
US20120024830A1 (en) * 2011-04-19 2012-02-02 Primestar Solar, Inc. Methods and apparatus for reducing variations in the laser intensity during scribing a photovoltaic device

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