CN104051565A - 制造光伏器件的方法 - Google Patents

制造光伏器件的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104051565A
CN104051565A CN201310081875.4A CN201310081875A CN104051565A CN 104051565 A CN104051565 A CN 104051565A CN 201310081875 A CN201310081875 A CN 201310081875A CN 104051565 A CN104051565 A CN 104051565A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
magnesium
interlevel
oxide
cadmium
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.)
Granted
Application number
CN201310081875.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104051565B (zh
Inventor
曹金波
威廉.H.胡贝尔
梁勇
徐晟�
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 Malaysia Sdn Bhd
Original Assignee
General Electric Co
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 General Electric Co filed Critical General Electric Co
Priority to CN201310081875.4A priority Critical patent/CN104051565B/zh
Priority to PCT/IB2014/001057 priority patent/WO2014140875A2/en
Priority to US14/776,081 priority patent/US20160005916A1/en
Publication of CN104051565A publication Critical patent/CN104051565A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104051565B publication Critical patent/CN104051565B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor 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
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1884—Manufacture of transparent electrodes, e.g. TCO, ITO
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor 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
    • H01L31/0248—Semiconductor 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
    • H01L31/036—Semiconductor 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
    • H01L31/0392—Semiconductor 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
    • H01L31/03925—Semiconductor 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 including AIIBVI compound materials, e.g. CdTe, CdS
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor 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
    • H01L31/04—Semiconductor 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
    • H01L31/06—Semiconductor 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/072—Semiconductor 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/073—Semiconductor 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising only AIIBVI compound semiconductors, e.g. CdS/CdTe solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor 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
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1828—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, CdTe
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/543—Solar cells from Group II-VI materials
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

本发明提供一种制造光伏器件的方法。该方法包括将覆盖层设置在透明导电氧化物层上，其中覆盖层包括元素镁、镁合金、二元镁氧化物或它们的组合。该方法还包括将窗口层设置在覆盖层上以及在透明导电氧化物层和窗口层之间形成层间层，其中层间层包括镁。

Description

制造光伏器件的方法
技术领域
本发明总体上涉及制造光伏器件的方法。更具体地说，本发明涉及制造包括层间层的光伏器件的方法。
背景技术
薄膜太阳能电池或光伏（PV）器件通常包括设置在透明衬底上的多个半导体层，其中一个层用作窗口层，第二层用作吸收层。窗口层允许太阳辐射穿透到吸收层，在吸收层光能转换为可用的电能。窗口层还用于与吸引层组合形成异质结（p-n结）。基于碲化镉/硫化镉（CdTe/CdS）异质结的光伏电池是这样的薄膜太阳能电池的一个示例，其中CdS起窗口层的作用。
然而，薄膜太阳能电池具有低的转换效率。因此，在光伏器件领域中的主要焦点之一是提高转换效率。窗口层对光的吸收是限制PV器件的转换效率的现象之一。因此，希望使窗口层尽可能薄，以利于减少由吸收引起的光学损失。然而，对于大部分薄膜PV器件，如果窗口层太薄，则会观察到由低开路电压（VOC）和填充因数（FF）引起的性能下降。还希望的是，薄窗口层在随后的器件制造步骤期间维持其结构完整性，使得吸收层和窗口层之间的界面包含可忽略的界面缺陷态。
因此，需要改进薄膜光伏器件的构造，并且需要制造这些光伏器件构造的方法。
发明内容
所包括的本发明的实施例可以满足这些及其它需求。一个实施例是一种方法。该方法包括将覆盖层设置在透明导电氧化物层上，其中覆盖层包括元素镁、镁合金、二元镁氧化物或它们的组合。该方法还包括将窗口层设置在覆盖层上，以及在透明导电氧化物层和窗口层之间形成层间层，其中层间层包括镁。一个实施例是一种方法。该方法包括将覆盖层设置在透明导电氧化物层上，其中覆盖层包括元素镁、镁合金、二元镁氧化物或它们的组合。该方法还包括将窗口层设置在覆盖层上，其中窗口层包括镉和硫。该方法还包括在透明导电氧化物层和窗口层之间形成层间层，其中层间层包括镁。
一个实施例是一种方法。该方法包括将覆盖层设置在缓冲层上，该缓冲层位于透明导电氧化物层上，其中覆盖层包括二元镁氧化物。该方法还包括将窗口层设置在覆盖层上，其中窗口层包括镉和硫。该方法还包括在透明导电氧化物层和窗口层之间形成层间层，其中层间层包括镁。该方法还包括将吸收层设置在窗口层上。
附图说明
当参考附图阅读下面的详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面及优点将会变得更好理解，在附图中：
图1是根据本发明的一些实施例的层堆叠的示意图；
图2是根据本发明的一些实施例的层堆叠的示意图；
图3是根据本发明的一些实施例的层堆叠的示意图；
图4是根据本发明的一些实施例的光伏器件的示意图；
图5是根据本发明的一些实施例的光伏器件的示意图；
图6是根据本发明的一些实施例的光伏器件的示意图；
图7是根据本发明的一些实施例的光伏器件的示意图；
图8是根据本发明的一些实施例的光伏器件的示意图；
图9示出了根据本发明的一些实施例的光伏器件的性能参数；
图10A示出了根据比较示例的光伏器件的x射线光电子能谱（XPS）深度分布；
图10B示出了根据本发明的一些实施例的光伏器件的x射线光电子能谱（XPS）深度分布；
图11示出了根据本发明的一些实施例的光伏器件的性能参数。
具体实施方式
如下详细所述，本发明的一些实施例包括制造光伏器件的方法，该光伏器件包括设置在透明导电氧化物层和窗口层之间的层间层。在一些实施例中，该层间层设置在缓冲层和窗口层之间。在一些实施例中，该层间层设置在透明导电氧化物层和缓冲层之间。
正如这里贯穿说明书和权利要求所使用的，近似类的语言可以用于修饰可变化的任何数量表示，而不导致与数量表示有关的基本功能的改变。因此，由比如“大约”和“大致”的术语（term）或术语们（terms）修饰的值并不局限于具体说明的精确值。在一些情况下，近似类的语言可与用于测量值的仪器的精度相对应。这里，贯穿说明书和权利要求，范围限制可以组合和/或互换，这样的范围被确定并包括所有包含在其中的子范围，除非上下文或语言另外说明。
在下面的说明书和权利要求中，单数形式的“一（a，an和the）”包括复数个所指目标，除非上下文另外清楚地说明。正如这里所使用的，术语“或者（or）”并不意味着排他，而是指存在提及部件（例如层）中的至少一个，并且包括提及部件的组合可以存在的情况，除非上下文另外清楚地说明。
这里使用的术语“透明区域”和“透明导电氧化物层”指的是允许平均透射一入射电磁辐射的至少70%的区域或层，该入射电磁辐射具有在约350nm至约850nm的范围内的波长。
这里使用的术语“层（layer）”指的是以连续或断续方式设置在下层表面的至少一部分上的材料。此外，术语“层”并非必然意味着所设置的材料的厚度均匀，所设置的材料可具有均匀或可变的厚度。这里使用的术语“设置在…上（disposed on）”指的是层直接彼此接触地设置或通过在层之间具有中间层而间接地设置，除非另外明确地说明。这里使用的术语“邻近的（adjacent）”意味着两个层接触地设置，并彼此直接接触。
在本公开中，当层被描述为“在另一个层或衬底上或者被描述为“在另一个层或衬底之间”时，应当理解的是，所述层可彼此直接接触或在所述层之间具有一个（或多个）层或特征。此外，术语“在…上（on）”表示层彼此之间的相对位置，而并非必然意味着“在…顶部（on top of）”，因为相对位置上面或下面取决于器件相对于观察者的方位。而且，使用“顶部（top）”、“底部（bottom）”、“上面（above）”、“下面（below）”及这些术语的变体是为了方便，并不要求部件的任何特定方位，除非另外声明。
如下详细所述，本发明的一些实施例涉及制造包括层间层的光伏器件的方法。图1-6示出了制造根据本发明的一些实施例的光伏器件100的方法。如图1-3所示，该方法包括将覆盖层152设置在透明导电氧化物层120上以形成层堆叠155。该方法还包括将窗口层140设置在覆盖层152上，如图1-3所示。该方法还包括在透明导电氧化物层120和窗口层140之间形成层间层150，如图4-6所示。
这里使用的术语“覆盖层（capping layer）”指的是处于其沉积时的状态的层，该层未经受随后的处理步骤。覆盖层152包括元素镁、二元镁化合物、镁合金或它们的组合。在某些实施例中，覆盖层152包括元素镁、二元镁氧化物、镁合金或它们的组合。
这里使用的术语“化合物（compound）”指的是由确定比例并位于确定晶格位置的两种或多种不同元素的原子或离子构成的宏观均质材料（物质）。例如，镁、锡和氧在氧化镁锡化合物的晶体结构中具有确定的晶格位置，而作为对比，在掺锡的氧化镁中锡可以是以替位方式插在镁位置且不属于化合物晶格的一部分的掺杂剂。这里使用的术语“二元镁化合物”指的是包括镁和另一种元素的化合物。这里使用的术语“二元镁氧化物”指的是包括镁和氧的化合物。然而，应当注意的是，化合物可以进一步被掺杂一种或多种掺杂剂。由此，举例来说，可使用合适的掺杂剂来进一步掺杂二元镁氧化物（MgO）。
在一些实施例中，覆盖层152的厚度在约0.2纳米至约200纳米的范围内。在一些实施例中，覆盖层152的厚度在约0.2纳米至约100纳米的范围内。在一些实施例中，覆盖层152的厚度在约1纳米至约20纳米的范围内。
这里使用的术语“透明导电氧化物层（transparent conductive oxidelayer）”指的是能够用作前集电器的基本透明的层。在一些实施例中，透明导电氧化物层120包括透明导电氧化物（TCO）。透明导电氧化物的非限制性示例包括氧化镉锡（Cd2SnO4或CTO）、氧化铟锡（ITO）、掺氟氧化锡（SnO:F或FTO）、掺铟氧化镉、掺杂氧化锌（ZnO）或它们的组合，掺杂氧化锌比如为掺铝氧化锌（ZnO:Al或AZO）、氧化铟锌（IZO）和氧化锌锡（ZnSnOx）。根据采用的具体TCO及其薄层电阻，在一个实施例中，透明导电氧化物层120的厚度在约50nm至约600nm的范围内。
这里使用的术语“窗口层（window layer）”指的是基本透明并与吸收层160（如图7所示）形成异质结的半导体层。用于窗口层140的非限制示例性材料包括硫化镉（CdS）、硫化铟III（In2S3）、硫化锌（ZnS）、碲化锌（ZnTe）、硒化锌（ZnSe）、硒化镉（CdSe）、氧合硫化镉（oxygenated cadmium sulfide,CdS:O）、氧化铜（Cu2O）、锌氢氧化物（ZnO:H）或它们的组合。在某些实施例中，窗口层140包括硫化镉（CdS）。在某些实施例中，窗口层140包括氧合硫化镉（CdS:O）。
在一些实施例中，如图1和2所示，所述方法包括将覆盖层152设置成与透明导电氧化物层120直接接触。而且，在这样的情况下，所述方法可包括将窗口层140设置成与覆盖层152直接接触（如图1所示），或者备选地，将缓冲层130设置在覆盖层上，然后将窗口层设置在缓冲层130上（如图2所示）。
这里使用的术语“缓冲层（buffer layer）”指的是插入透明导电氧化物层120和窗口层140之间的层，其中层130的薄层电阻比透明导电氧化物层120的薄层电阻高。在本领域中，缓冲层130有时被称为“高电阻透明导电氧化物层”或“HRT层”。用于缓冲层130的合适材料的非限制性示例包括二氧化锡（SnO2）、氧化锌锡（锡酸锌（ZTO））、掺锌氧化锡（SnO2:Zn）、氧化锌（ZnO）、氧化铟（In2O3）、氧化钛（TiO2）或它们的组合。在一些实施例中，缓冲层130的厚度在约50nm至约200nm范围内。
在一些其它实施例中，如图3所示，所述方法还包括将缓冲层130设置在透明导电氧化物层120上。在这样的情况下，所述方法还包括将覆盖层152设置在缓冲层130上。而且，在这样的情况下，覆盖层152可设置成与缓冲层130直接接触（如图3所示），或者备选地，覆盖层152可设置在居间层（实施例中未示出）上，继而居间层设置在缓冲层130上。如前所述，所述方法还包括将窗口层140设置在覆盖层152上，如图3所示。
所述方法还包括在透明导电氧化物层120和窗口层140之间形成层间层150，如图4-6所示。层间层150包括镁。上下文中使用的术语“镁”指的是元素镁、镁离子或它们的组合。
可在将窗口层140设置在覆盖层152上的步骤之前、同时或之后实施形成层间层150的步骤。在一些实施例中，可在设置窗口层140的步骤之前形成层间层150。在这样的情况下，所述方法还可包括热处理层堆叠155的步骤。热处理的步骤可包括例如使层堆叠155退火。
在一些实施例中，可与设置窗口层140的步骤同时形成层间层150。在一些实施例中，可在设置窗口层140的步骤之后，例如在高温吸收层（CdTe）沉积步骤期间、氯化镉处理步骤期间、p+型层形成步骤期间、后接触形成步骤期间或它们的组合期间形成层间层150。
在一些实施例中，形成层间层150的步骤还可包括使覆盖层152中的至少一部分镁与至少一部分透明导电氧化物层120材料、或者至少一部分缓冲层130材料或上述两者相混合。不被任何理论所束缚，认为在窗口层沉积步骤期间或沉积后的处理步骤期间，在覆盖层152中会发生再结晶和化学变化中的一者或两者，金属化合物或金属合金可形成在所得到的层间层150中。
在一些情况下，在层间层150形成期间，所述方法还可导致形成镁及在透明导电氧化物层120或缓冲层130中存在的一种或多种金属物质的氧化物。在一些情况下，在层间层150形成期间，所述方法可导致形成包括镁、锡和氧的金属化合物，例如氧化镁锡。在一些情况下，在层间层150形成期间，所述方法可导致形成包括镁、锌、锡和氧的金属化合物，例如镁锌锡氧化物。
在一些实施例中，至少一部分镁以化合物的形式存在在层间层150中，该化合物包括镁和至少一种金属物质。金属物质的合适的非限制性示例包括锡、铟、钛或它们的组合。在一些实施例中，所述化合物还包括氧、硫、硒、碲或它们的组合。在一些实施例中，所述化合物还包括锌、镉或它们的组合。在某些实施例中，层间层包括含镁、锡和氧的化合物。在某些实施例中，层间层150包括含镁、锌、锡和氧的化合物。
在一些实施例中，至少一部分镁以三元镁化合物、四元镁化合物或它们的组合的形式存在在层间层150中。这里使用的术语“三元镁化合物”指的是包括镁和另外两种不同元素的化合物。由此，举例来说，在某些实施例中，层间层150包括氧化镁锡、硫化镁锡、硒化镁锡、碲化镁锡、氧化镁钛、硫化镁钛、硒化镁钛、碲化镁钛、氧化镁铟、硫化镁铟、硒化镁铟、碲化镁铟或它们的混合物。在某些实施例中，层间层150/250包括锡酸镁。
这里使用的术语“四元镁化合物”指的是包括镁和另外三种不同元素的化合物。在一些实施例中，层间层150包括镁和至少一种金属物质的四元化合物。由此，举例来说，在某些实施例中，层间层150包括镁锌锡氧化物、镁锌锡硫化物、镁锌锡硒化物或它们的混合物。在某些实施例中，层间层150/250包括镁锌锡氧化物。
在某些实施例中，层间层150包括氧化镁锡（有时还称为锡酸镁）相。不被任何理论所束缚，认为包含镁、锡和氧的化合物（例如，氧化镁锡或镁锌锡氧化物）的形成可防止有害物质从透明导电氧化物层120、缓冲层130或它们两者扩散到结形成层。
在一些实施例中，至少一部分镁以金属合金的形式存在在层间层中。在一些实施例中，层间层150包括镁与锡、锌和镉之一的金属合金。在某些实施例中，层间层包括锌镁合金，例如ZnxMg1-x，其中x是大于0且小于1的数。
层间层150还可由镁在层间层150中的浓度来表征。在一些实施例中，镁在层间层150中的原子浓度在层间层150的厚度范围内基本不变。这里使用的术语“基本不变”意味着在层间层150的厚度范围内镁浓度的变化小于约5%。在一些其它实施例中，在层间层150的厚度范围内镁的成分可渐变。
在一些实施例中，镁在层间层150中的平均原子浓度大于约10%。在一些实施例中，镁在层间层150中的平均原子浓度大于约50%。在一些实施例中，镁在层间层150中的平均原子浓度在约10%至约99%的范围内。这里使用的术语“原子浓度”指的是每单位体积内的平均原子数。如前所述，层间层150还可包括镉、硫、锡、氧、氟或它们的组合。
层间层150还可由厚度来表征。在一些实施例中，层间层150的厚度在约0.2纳米至约200纳米的范围内。在一些实施例中，层间层150的厚度在约0.2纳米至约100纳米的范围内。在一些实施例中，层间层150的厚度在约1纳米至约20纳米的范围内。在一些实施例中，希望具有薄的层间层，使得在层间层150中由于吸收引起的光学损失最小。
如前所述，通常希望窗口层140的厚度在光伏器件中最小，以获得高的效率。当层间层150存在时，窗口层140（例如，CdS层）的厚度可以被减小，以提高光伏器件的性能。而且，由于使用了较少量的CdS，光伏器件可以实现生产成本的降低。
如前所述，提出了一种制造光伏器件的方法。在一些实施例中，光伏器件包括各层“在上（superstrate）”的构造。图7示出了根据本发明的一些实施例的光伏器件的示例性实施例。现在参见图7，光伏器件100还包括支撑件110，透明导电氧化物层120（在本领域中有时称为前接触层）设置在支撑件110上。如图7进一步所示，在这样的实施例中，太阳辐射10从支撑件110进入，在穿过透明导电氧化物层120、缓冲层130（如果存在的话）、层间层150和窗口层140之后，进入吸收层160，在吸收层160入射光（例如，太阳光）的电磁能转换为电子-空穴对（即，自由电荷）。光伏器件还可包括p+型半导体层170和后接触层180，如图7所示。
前面已描述了透明导电氧化物层120、缓冲层130、窗口层140和层间层150的成分。支撑件110在期望透过支撑件110的波长的范围内是透明的。在一些实施例中，支撑件110包括二氧化硅、硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、聚酰亚胺或它们的组合。在一些实施例中，某些其它层可设置在透明导电氧化物层120和支撑件110之间，例如抗反射层或阻挡层层（未示出）。
这里使用的术语“吸收层”指的是其中吸收太阳辐射的半导体层。在一些实施例中，吸收层160包括p型半导体材料。在一些实施例中，光敏材料用于形成吸收层160。合适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）、碲化镉硒（CdSeTe）、碲化锌（ZnTe）、铜铟二硫化物（CIS）、铜铟二硒化物（CISe）、铜铟镓硫化物（CIGS）、铜铟镓二硒化物（CIGSe）、铜铟镓硫硒（CIGSSe）、铜铟镓铝硫硒（Cu（In,Ga,Al）（S,Se）2）、铜锌锡硫化物（CZTS）或它们的组合。上述光敏半导体材料可单独使用或组合使用。此外，这些材料可以多于一个的层存在，每个层具有不同类型的光敏材料或者在各层中具有材料的组合。在某些实施例中，吸收层160包括碲化镉（CdTe）。在某些实施例中，吸收层160包括p型碲化镉（CdTe）。
在一些实施例中，窗口层140、吸收层160或这两个层可包含氧。不被任何理论所束缚，认为将氧引入窗口层140（例如，CdS层）会获得提高的器件性能。在一些实施例中，氧的量低于约20原子百分比。在一些情况下，氧的量在约1原子百分比至约10原子百分比之间。在一些情况下，例如在吸收层160中，氧的量低于约1原子百分比。此外，氧浓度在窗口层140中、吸收层160中或这两个层中可基本不变或可在各层的厚度范围内成分渐变。
在一些实施例中，窗口层140和吸收层160可掺杂有p型掺杂剂或n型掺杂剂，以形成异质结。如本文中所使用的，异质结是由不同半导体材料的层组成的半导体结。这些材料通常具有不相等的带隙。作为示例，异质结可通过一个导电类型的层或区域与相反导电类型的层或区域之间的接触而形成，例如“p-n”结。
在一些实施例中，窗口层140包括n型半导体材料。在这样的情况下，吸收层160可掺杂成p型，窗口层140和吸收层160可形成“n-p”异质结。在一些实施例中，窗口层140可掺杂成n型，并可将吸收层160掺杂为利用吸收层160背侧的p+半导体层而有效地形成n-i-p构造。
这里使用的术语“p+型半导体层”指的是与吸收层160中的p型电荷载流子或空穴密度相比具有额外可移动的p型载流子或空穴密度的半导体层。在一些实施例中，p+型半导体层的p型载流子密度在高于每立方厘米约1×1016的范围内。在一些实施例中，p+型半导体层170可用作吸收层160和后接触层180之间的界面。
在一些实施例中，p+型半导体层170包括重掺杂的p型材料，该重掺杂的p型材料包括非晶Si:H、非晶SiC:H、晶体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或它们的组合。在另一个实施例中，p+型半导体层170包括p+掺杂材料，该p+掺杂材料包括碲化锌、碲化镁、碲化锰、碲化铍、碲化汞、碲化砷、碲化锑、碲化铜或它们的组合。在一些实施例中，p+掺杂材料还具有包括铜、金、氮、磷、锑、砷、银、铋、硫、钠或它们的组合的掺杂剂。
在一些实施例中，光伏器件100还包括后接触层180，如图7所示。在一些实施例中，后接触层180直接设置在吸收层160上（实施例未示出）。在一些其它实施例中，后接触层180设置在位于吸收层160上的p+型半导体层170上，如图7所示。
在一些实施例中，后接触层180包括金、铂、钼、钨、钽、钛、钯、铝、铬、镍、银、石墨或它们的组合。后接触层180可包括多个层，这些层一起用作后接触。
在一些实施例中，例如铝的另外的金属层（未示出）可设置在后接触层180上，以提供到外部电路的横向导通。在某些实施例中，多个金属层（未示出），例如铝和铬，可设置在后接触层180上，以提供到外部电路的横向导通。在某些实施例中，后接触层180可包括沉积在吸收层160上的碳（比如石墨）层，接着是一个或多个金属（比如上述金属）层。
在替代实施例中，如图8所示，示出了制造光伏器件200的方法，该光伏器件200包括各层“在下（substrate）”的构造。光伏器件200包括设置在支撑件290上的后接触层280。此外，吸收层260设置在后接触层280上。窗口层240设置在吸收层260上，层间层250设置在窗口层240上。透明导电氧化物层220进一步设置在层间层250上，如图8所示。如图8所示，在这样的实施例中，太阳辐射10从透明导电氧化物层220进入，在穿过层间层250和窗口层240之后，进入吸收层260，在吸收层260入射光（例如，太阳光）的电磁能转换为电子-空穴对（即，自由电荷）。
在一些实施例中，图8所示各层（比如衬底210、透明导电氧化物层220、窗口层240、层间层250、吸收层260和后接触层280）的成分与上面图7所示的用于在上构造的成分相同。
本领域技术人员应当明白，设置各层或整个器件的顺序取决于所期望的构造，例如取决于器件的“在下”或“在上”构造。而且，设置各层的顺序取决于器件构造。在某些实施例中，描述了制造处于在上构造的光伏器件100的方法，其中所述器件构造包括透明导电氧化物层、缓冲层和层间层堆叠。
再次参见图7，在一些实施例中，所述方法包括利用任何合适的技术将透明导电氧化物层120设置在支撑件110上，这些合适的技术比如为溅射、化学气相沉积、旋涂、喷涂或浸涂。在一些实施例中，可使用溅射将缓冲层130沉积在透明导电氧化物层120上，如图7所示。
如前所述，参见图3，所述方法还包括将覆盖层152设置在缓冲层130上。可使用合适的沉积技术来设置覆盖层152，这些合适的沉积技术比如为溅射、原子层沉积或它们的组合。在某些实施例中，所述方法包括使用原子层沉积（ALD）来设置覆盖层152。在某些实施例中，所述方法包括使用溅射来设置覆盖层152。
所述方法还包括将窗口层140设置在覆盖层152上，如图3所示。用于窗口层140的沉积方法的非限制性示例包括近距离升华（CSS）、气相输运沉积（VTD）、溅射（例如，直流脉冲溅射（DCP））、电化学沉积（ECD）以及化学浴沉积（CBD）中的一种或多种。所述方法还包括在缓冲层130和窗口层140之间形成层间层150，如图7所示。层间层的成分和构造如前所述。
所述方法还包括将吸收层160设置在窗口层140上。在一些实施例中，可使用合适的方法沉积吸收层160，这些合适的方法比如为近距离升华（CSS）、气相输运沉积（VTD）、离子辅助物理气相沉积（IAPVD）、射频或脉冲磁控溅射（RFS或PMS）、等离子增强化学气相沉积（PEVCD）或电化学沉积（ECD）。
在一些实施例中，一系列形成后的处理可进一步施加到吸收层160的暴露表面。这些处理可调整（tailor）吸收层160的功能性，并准备吸收层的表面以用于随后粘合到后接触层180。例如，可在高温下对吸收层160进行足够时间的退火，以产生高质量的p型层。而且，可使用钝化剂（例如，氯化镉）和碲富化剂（例如，碘或碘化物）来处理吸收层160，以在吸收层160中形成富碲区域。此外，铜可添加至吸收层160，以实现吸收层160和后接触层180之间的低电阻接触。
在一些实施例中，还可通过使用任何合适的技术（例如PECVD或溅射）沉积p+型材料而将p+型半导体层170设置在吸收层160上。在替代实施例中，如前所述，通过化学处理吸收层160而使p+型半导体区域形成在吸收层160中，以增加吸收层160背侧（与金属层接触且与窗口层相反的一侧）的载流子密度（例如，利用碘和铜）。在一些实施例中，后接触层180，例如石墨层，可沉积在p+型半导体层170上，或直接沉积在吸收层160上（实施例未示出）。多个金属层还可沉积在后接触层180上。
窗口层140、吸收层160、后接触层180或p+型层170（可选）中的一种或多种在沉积之后，可进一步被加热或随后处理（例如，退火），以制造光伏器件100。
示例
比较示例1：制造不具有层间层的碲化镉光伏器件的方法
通过将几个层沉积在涂覆有氧化镉锡（CTO）透明导电氧化物（TCO）的衬底上而制成碲化镉光伏器件。该衬底是1.4毫米厚的PVN++玻璃，其涂覆有CTO透明导电氧化物层和薄的高阻透明氧化锌锡（ZTO）缓冲层。包含硫化镉（CdS:O，在CdS层中有5摩尔百分比的氧）的窗口层随后通过DC溅射而沉积在ZTO层上，然后在550℃下沉积碲化镉（CdTe），并形成后接触。
示例1：制造碲化镉光伏器件的方法，该碲化镉光伏器件包括位于缓冲层和CdS层之间的层间层
制造该光伏器件的方法与比较示例1类似，除了在沉积CdS层之前，通过溅射将3纳米厚或6纳米厚的镁（Mg）覆盖层沉积在ZTO缓冲层上。包括镁的层间层形成在缓冲层和CdS层之间。
示例2：制造碲化镉光伏器件的方法，该碲化镉光伏器件包括位于TCO层和CdS层之间的层间层
制造该光伏器件的方法与比较示例1类似，除了在沉积CdS层之前，通过溅射将3纳米厚的元素镁（Mg）覆盖层沉积在CTO层上。包括镁的层间层形成在CTO层和CdS层之间。在该示例中，没有沉积ZTO缓冲层。
图9示出了具有和不具有层间层的器件的器件性能参数（相对于比较示例1标准化）。如图9所示，当与不具有层间层的器件（比较示例1）相比时，具有层间层的器件（示例1）的器件性能参数得到了提高。
图10A示出了不具有层间层的光伏器件（比较示例1）的x射线光电子能谱（XPS）深度分布。图10B示出了具有层间层的光伏器件（示例1）的x射线光电子能谱（XPS）深度分布。如图10B所示，XPS深度分布表示在示例1中层间层形成在了ZTO和CdS之间，其中层间层包括镁、锡和氧。XPS分布还表明在层间层中存在锌和镉。
图11示出了具有和不具有层间层的器件的器件性能参数（相对于比较示例1标准化）。如图11所示，当与不具有层间层的器件（比较示例1）相比时，具有层间层的器件（示例1和2）的器件性能参数得到了提高。而且，当与层间层沉积在CTO层上的器件（示例2）相比时，层间层沉积在缓冲层上的器件（示例1）的性能参数得到了提高。
所附权利要求意在如所构想般广泛地保护本发明，在这里呈现的示例是对从多方面所有可能实施例中选择出的实施例的说明。因此，作为申请人的发明的所附权利要求不受用于说明本发明特征的选择性示例的限制。如权利要求中所使用，词“包括（comprises）”及其语法变体逻辑上还包含变化和改变程度的词语，比如但并不局限于“本质上由…组成”和“由…组成”。必要时，可以提供范围；这些范围包括在其间的所有子范围。期望的是，这些范围中的变体对具有本领域一般技术的从业者而言是清楚的，在还未贡献给公众的情况下，这些变体应当由所附权利要求涵盖。还希望科学技术的发展会使由于语言的不严密而现在没有周密考虑的等同物和替代物成为可能，这些变体也应当由所附权利要求涵盖。

Claims (20)

1.一种方法，包括：
（a）将覆盖层设置在透明导电氧化物层上，其中所述覆盖层包括元素镁、镁合金、二元镁氧化物或它们的组合；
（b）在所述覆盖层上设置窗口层；以及
（c）在所述透明导电氧化物层和所述窗口层之间形成层间层，其中所述层间层包括镁。
2.如权利要求1所述的方法，其中步骤（a）包括将所述覆盖层设置成与所述透明导电氧化物层直接接触。
3.如权利要求2所述的方法，还包括在步骤（b）之前在所述覆盖层上设置缓冲层。
4.如权利要求1所述的方法，还包括在所述透明导电氧化物层上设置缓冲层，并且其中步骤（a）包括将所述覆盖层设置在所述缓冲层上。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述透明导电氧化物层包括氧化镉锡、氧化锌锡、氧化铟锡、掺氟氧化锡、掺铟氧化镉、掺杂氧化锌或它们的组合。
6.如权利要求4所述的方法，其中所述缓冲层包括二氧化锡、氧化锌、氧化铟、氧化锌锡或它们的组合。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述窗口层包括硫化镉、氧合硫化镉、硫化锌、硫化镉锌、硒化镉、硒化铟、硫化铟或它们的组合。
8.如权利要求1所述的方法，还包括在所述窗口层上设置吸收层。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述吸收层包括碲化镉、碲化镉锌、碲化镉硫、碲化镉硒、碲化镉锰、碲化镉镁、硫化铜铟、铜铟镓硒化物、铜铟镓硫化物或它们的组合。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述覆盖层的厚度在约0.2纳米至约200纳米的范围内。
11.如权利要求1所述的方法，其中形成所述覆盖层的步骤包括蒸发、原子层沉积、溅射或它们的组合。
12.如权利要求1所述的方法，其中同时实施步骤（b）和（c）。
13.如权利要求1所述的方法，其中顺次地实施步骤（b）和（c）。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述层间层还包括锡、硫、氧、锌、镉或它们的组合。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述层间层包括镁合金、含镁和锡的化合物或它们的组合。
16.一种方法，包括：
（a）将覆盖层设置在透明导电氧化物层上，其中所述覆盖层包括元素镁、镁合金、二元镁化物或它们的组合；
（b）在所述覆盖层上设置窗口层，其中所述窗口层包括镉和硫；以及
（c）在所述透明导电氧化物层和所述窗口层之间形成层间层，其中所述层间层包括镁。
17.如权利要求1所述的方法，其中步骤（a）包括将所述覆盖层设置成与所述透明导电氧化物层直接接触。
18.如权利要求1所述的方法，还包括在所述透明导电氧化物层上设置缓冲层，并且其中步骤（a）包括将所述覆盖层设置在所述缓冲层上。
19.如权利要求16所述的方法，其中所述层间层包括镁合金、含镁和锡的化合物或它们的组合。
20.一种方法，包括：
（a）将覆盖层设置在位于透明导电氧化物层上的缓冲层上，其中所述覆盖层包括二元镁氧化物；
（b）在所述覆盖层上设置窗口层，其中所述窗口层包括镉和硫；
（c）在所述透明导电氧化物层和所述窗口层之间形成层间层，其中所述层间层包括镁；以及
（d）在所述窗口层上设置吸收层。
CN201310081875.4A 2013-03-14 2013-03-14 制造光伏器件的方法 Expired - Fee Related CN104051565B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310081875.4A CN104051565B (zh) 2013-03-14 2013-03-14 制造光伏器件的方法
PCT/IB2014/001057 WO2014140875A2 (en) 2013-03-14 2014-03-14 Method of making photovoltaic devices
US14/776,081 US20160005916A1 (en) 2013-03-14 2014-03-14 Method of Making Photovoltaic Devices

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310081875.4A CN104051565B (zh) 2013-03-14 2013-03-14 制造光伏器件的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104051565A true CN104051565A (zh) 2014-09-17
CN104051565B CN104051565B (zh) 2017-03-01

Family

ID=51504178

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310081875.4A Expired - Fee Related CN104051565B (zh) 2013-03-14 2013-03-14 制造光伏器件的方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20160005916A1 (zh)
CN (1) CN104051565B (zh)
WO (1) WO2014140875A2 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104600146A (zh) * 2014-12-23 2015-05-06 江西科技学院 一种双面薄膜太阳能电池
CN106653946A (zh) * 2016-12-27 2017-05-10 成都中建材光电材料有限公司 一种碲化镉薄膜太阳能电池吸收层的沉积方法
JP2019517739A (ja) * 2016-05-31 2019-06-24 ファースト・ソーラー・インコーポレーテッド Ａｇドープした光起電力デバイスおよび製造方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9818888B2 (en) 2015-03-12 2017-11-14 Vitro, S.A.B. De C.V. Article with buffer layer and method of making the same

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090078318A1 (en) * 2007-09-25 2009-03-26 First Solar, Inc. Photovoltaic Devices Including An Interfacial Layer
US20110023958A1 (en) * 2009-07-29 2011-02-03 Cyrium Technologies Incorporated Solar cell and method of fabrication thereof
US20110139245A1 (en) * 2009-12-16 2011-06-16 Primestar Solar, Inc. Thin film interlayer in cadmium telluride thin film photovoltaic devices and methods of manufacturing the same
US8044477B1 (en) * 2010-09-30 2011-10-25 General Electric Company Photovoltaic device and method for making
KR101103897B1 (ko) * 2009-10-30 2012-01-12 엘지이노텍 주식회사 태양전지 및 이의 제조방법
CN102870234A (zh) * 2010-04-30 2013-01-09 陶氏环球技术有限责任公司 制造基于硫属化物的光伏电池的方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110146786A1 (en) * 2009-12-23 2011-06-23 First Solar, Inc. Photovoltaic module interlayer

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090078318A1 (en) * 2007-09-25 2009-03-26 First Solar, Inc. Photovoltaic Devices Including An Interfacial Layer
US20110023958A1 (en) * 2009-07-29 2011-02-03 Cyrium Technologies Incorporated Solar cell and method of fabrication thereof
KR101103897B1 (ko) * 2009-10-30 2012-01-12 엘지이노텍 주식회사 태양전지 및 이의 제조방법
US20110139245A1 (en) * 2009-12-16 2011-06-16 Primestar Solar, Inc. Thin film interlayer in cadmium telluride thin film photovoltaic devices and methods of manufacturing the same
CN102870234A (zh) * 2010-04-30 2013-01-09 陶氏环球技术有限责任公司 制造基于硫属化物的光伏电池的方法
US8044477B1 (en) * 2010-09-30 2011-10-25 General Electric Company Photovoltaic device and method for making

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104600146A (zh) * 2014-12-23 2015-05-06 江西科技学院 一种双面薄膜太阳能电池
JP2019517739A (ja) * 2016-05-31 2019-06-24 ファースト・ソーラー・インコーポレーテッド Ａｇドープした光起電力デバイスおよび製造方法
CN106653946A (zh) * 2016-12-27 2017-05-10 成都中建材光电材料有限公司 一种碲化镉薄膜太阳能电池吸收层的沉积方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104051565B (zh) 2017-03-01
WO2014140875A3 (en) 2015-01-29
WO2014140875A2 (en) 2014-09-18
US20160005916A1 (en) 2016-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11784278B2 (en) Photovoltaic devices and method of making
US20240154049A1 (en) Photovoltaic devices and method of making
CN102881735B (zh) 光伏装置及制造方法
US8283187B2 (en) Photovoltaic device and method for making
US20160005885A1 (en) Method of Making Photovoltaic Devices
CN103855232B (zh) 光伏器件及其制造方法
CN104051565B (zh) 制造光伏器件的方法
US11417785B2 (en) Photovoltaic devices and method of making
US9496446B2 (en) Photovoltaic devices and method of making
CN102842647A (zh) 制造光伏器件的方法和光伏器件
US8809105B2 (en) Method of processing a semiconductor assembly
EP2437289A2 (en) Photovoltaic device and method for making
US8557615B2 (en) TCO materials for solar applications
US20140261689A1 (en) Method of manufacturing a photovoltaic device

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20161111

Address after: Malaysia Kedah Daru Oman

Applicant after: First solar Malaysia Co., Ltd.

Address before: American New York

Applicant before: General Electric Company

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170301

Termination date: 20190314