CN104465862B - 制造太阳能电池的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于制造太阳能电池的方法，通常包括将太阳能电池子结构传输至腔室。使用连接至腔室的波生成装置产生电磁辐射，从而使波生成装置被设置为邻近太阳能电池子结构。将电磁辐射于应用于太阳能电池子结构的至少一部分上以帮助至少一种金属元素扩散穿过太阳能电池子结构的至少一部分，从而在太阳能电池子结构的至少两种不同类型的半导体材料之间形成半导体界面。本发明还提供了一种制造太阳能电池的装置。

Description

制造太阳能电池的装置和方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池，更具体地，涉及用于制造太阳能电池的装置和方法。
背景技术
光伏电池或太阳能电池是直接从太阳光产生电流的光伏部件。由于对清洁能源需求的增加，因此，近年来太阳能电池的制造快速发展并持续发展。太阳能电池包括衬底、位于衬底上的背面接触层、位于背面接触层上的吸收层、位于吸收层上的缓冲层以及位于缓冲层上方的正面接触层。例如，可以在沉积工艺期间使用溅射和/或共蒸将层施加在衬底上。
通过将半导体材料用作形成吸收层的至少一部分的材料，将半导体材料应用到至少一些已知的太阳能电池的加工或制造中。例如，在沉积工艺之后，诸如铜铟镓硫硒化物(CIGSS)(也称为薄膜太阳能电池材料)的黄铜矿基半导体材料用于完成吸收层的形成。用于形成CIGSS或薄膜太阳能电池材料的一些技术包括金属前体的硒化工艺以及在硒化之后实施的硫化工艺(整个工艺称为硒化后硫化(SAS))。
在太阳能电池子结构的至少两种不同类型的半导体材料之间形成诸如p/n结的半导体界面。例如，可以在太阳能电池的两层之间形成p/n结，使得p/n结掩埋在黄铜矿基半导体材料内。两种方法用于增强和/或促进在黄铜矿基半导体材料内形成p/n结。一种方法为在沉积工艺期间(诸如，在共蒸工艺的最后的阶段期间)增加一个阶段，以形成表面层。表面层进行铜阳离子扩散工艺以形成下层富铜层，并在表面处形成贫铜层。扩散工艺使表面层具有增加的阳离子空位，而阳离子空位可以有益于之后的形成掩埋的p/n结的阳离子扩散工艺。另一种方法包括在化学浴沉积(CBD)工艺过程中，吸收层的铜金属组分的分解以及阳离子(诸如，镉和/或锌)的扩散。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于制造太阳能电池的方法，该方法包括：将太阳能电池子结构传输至腔室；使用连接至腔室的波生成装置来产生电磁辐射，从而使波生成装置被设置为邻近太阳能电池子结构；以及将电磁辐射应用于太阳能电池子结构的至少一部分上以帮助至少一种金属元素扩散穿过太阳能电池子结构的至少一部分，从而在太阳能电池子结构的至少两种不同类型的半导体材料之间形成半导体界面。
优选地，产生电磁辐射包括：产生包括频率介于约30MHz至约30GHz范围内的波长的电磁辐射。
优选地，应用电磁辐射包括：将电磁辐射应用于太阳能电池子结构的至少一部分上，从而使至少一种金属元素扩散穿过太阳能电池子结构的至少一部分，扩散距离介于约5nm至约50nm之间。
优选地，应用电磁辐射包括：将电磁辐射应用于太阳能电池子结构的至少一部分上以帮助扩散镉、锌或镓中的一种。
优选地，传输太阳能电池子结构包括：传输包括前体层的太阳能电池子结构。
优选地，应用电磁辐射包括：将电磁辐射应用于太阳能电池子结构的至少一部分上，从而使电磁辐射传播穿过前体层的至少一部分。
优选地，传输太阳能电池子结构包括：传输包括前体层和位于前体层的至少一部分上的缓冲层的太阳能电池子结构。
优选地，应用电磁辐射包括：将电磁辐射应用于太阳能电池子结构的至少一部分上，从而使电磁辐射传播穿过前体层的至少一部分和缓冲层的至少一部分。
根据本发明的另一方面，提供了一种装置，包括：腔室，被配置为从其他至少一个腔室接收太阳能电池子结构；以及波生成装置，连接至腔室，使得当腔室接收太阳能电池子结构时，波生成装置被设置为邻近太阳能电池子结构，波生成装置被配置为产生电磁辐射，并且将电磁辐射应用于太阳能电池子结构的至少一部分上，以帮助至少一种金属元素扩散穿过太阳能电池子结构的至少一部分。
优选地，波生成装置被配置为产生包括频率介于约30MHz至约30GHz范围内的波长的电磁辐射。
优选地，至少一种金属元素扩散穿过太阳能电池子结构的至少一部分，扩散距离介于约5nm至约50nm之间。
优选地，至少一种金属元素包括镉、锌或镓中的一种。
优选地，太阳能电池子结构包括前体层，波生成装置被配置为将电磁辐射应用于太阳能电池子结构的至少一部分上，从而使电磁辐射传播穿过前体层的至少一部分。
优选地，太阳能电池子结构包括前体层和位于前体层的至少一部分上的缓冲层，波生成装置被配置为将电磁辐射应用于太阳能电池子结构的至少一部分上，从而使电磁辐射传播穿过前体层的至少一部分和缓冲层的至少一部分。
优选地，太阳能电池子结构包括前体层、位于前体层的至少一部分上的缓冲层和位于缓冲层的至少一部分上的正面接触层，波生成装置被配置为将电磁辐射选择性地应用于太阳能电池子结构的至少一部分上，从而使电磁辐射传播穿过前体层的至少一部分、缓冲层的至少一部分和正面接触层的至少一部分。
优选地，波生成装置被配置为将电磁辐射选择性地应用于太阳能电池子结构的至少一部分上，从而使至少一种金属元素扩散至前体层的表面。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于制造太阳能电池的方法，方法包括：将太阳能电池子结构传输至腔室，太阳能电池子结构包括前体层、位于前体层的至少一部分上的缓冲层和位于缓冲层的至少一部分上的正面接触层；使用连接至腔室的波生成装置来产生电磁辐射，从而使波生成装置被设置为邻近太阳能电池子结构；以及将电磁辐射选择性地应用于太阳能电池子结构的至少一部分上，使电磁辐射传播穿过前体层的至少一部分、缓冲层的至少一部分和正面接触层的至少一部分，以使至少一种金属元素扩散穿过太阳能电池子结构的至少一部分。
优选地，产生电磁辐射包括：产生包括频率介于约30MHz至约30GHz范围内的波长的电磁辐射。
优选地，选择性地应用电磁辐射包括：将电磁辐射选择性地应用于太阳能电池子结构的至少一部分上，以使镓扩散。
优选地，选择性地应用电磁辐射包括：将电磁辐射选择性地应用于太阳能电池子结构的至少一部分上，以使镓扩散至前体层的表面。
附图说明
图1是示例性太阳能电池的截面图。
图2是用于制造图1中示出的太阳能电池的示例性装置的框图。
图3是使用图2中示出的装置来制造太阳能电池的示例性方法的流程图。
图4是使用图2中示出的装置来制造太阳能电池的可选方法的流程图。
图5是使用图2中示出的装置来制造太阳能电池的另一可选方法的流程图。
图6是使用图2中示出的装置来制造太阳能电池的另一可选方法的流程图。
具体实施方式
在说明书中，相对位置关系术语诸如“下”、“上”、“水平”、“垂直”、“在…上方”、“在…下方”、“向上”、“向下”、“顶部”和“底部”及其衍生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)应被解释为是指如当时所描述的或者如论述的附图中所示的方位。这些相对位置关系术语是为了便于描述，并不要求在具体方位上构造或操作装置。除非另有明确描述，关于接合、连接等的术语(诸如“连接”和“互连”)是指其中一个结构直接或通过插入结构间接地固定或接合至另一结构的关系，以及两者都是可移动的或刚性的接合或关系。
本说明书的示例性实施例意指结合附图进行阅读，其被认为是所撰写的整个说明书的一部分。附图并未按比例绘制。在各种附图中，除非另有说明，否则在文中相似的参考标号表示相似的物质。
根据以上描述，在太阳能电池的制造中，两种方法用于增强和/或促进在太阳能电池的两层之间形成半导体界面(诸如，p/n结)，使得界面掩埋在诸如铜铟镓硫硒化物(CIGSS)的黄铜矿基半导体材料内。一种方法为在沉积工艺期间增加一个阶段，从而促进表面层的形成，其中，表面层具有增加的阳离子空位，而阳离子空位有益于之后形成掩埋的p/n结的阳离子扩散工艺。然而，这种工艺对于大规模生产并非是高效的。其他方法包括吸收层的金属组分的分解以及诸如镉和/或锌的阳离子的扩散。然而，分解不能有效地进行并且难以控制。
本发明描述的示例性装置和方法使用有效的并且可以用于大规模生产的可控的技术来帮助增强和/或形成半导体界面(诸如，p/n结)。例如，本发明描述的装置和方法包括使用连接至腔室的波生成装置(wavegenerating device)。波生成装置产生诸如微波的电磁辐射，其可以应用于太阳能电池子结构以易于至少一种元素扩散穿过子结构的至少一部分，从而可以在子结构的至少两种不同类型的半导体材料之间形成半导体界面。
在一些实施例中，可以在吸收层上沉积缓冲层之前，将电磁辐射应用于子结构的吸收层。可选地，在一些实施例中，可以在吸收层上沉积缓冲层之后，将电磁辐射应用于子结构。在一些实施例中，本发明描述的装置和方法易于使用波生成装置以增强太阳能电池子结构各层的退火。例如，在一些实施例中，在已经在吸收层上沉积缓冲层之后以及已经在缓冲层上沉积正面接触层之后，波生成装置用于选择性地将电磁波(诸如，微波)应用于子结构上。
图1示出了太阳能电池100的截面图。太阳能电池100包括衬底110、在衬底110上形成的背面接触层120、在背面接触层120上形成的最终成为吸收层130的前体层、在吸收层130上形成的缓冲层140以及位于缓冲层140上方的正面接触层或透明导电氧化物(TCO)层150。
衬底110可以包括合适的衬底材料，诸如，玻璃。在一些实施例中，衬底110可以包括玻璃衬底(诸如，钠钙玻璃)、柔性金属箔或聚合物(例如，聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN))。其他实施例也包括其他衬底材料。背面接触层120包括任何合适的背面接触材料，诸如，金属。在一些实施例中，背面接触层120可以包括钼(Mo)、铂(Pt)、金(Au)、银(Ag)、镍(Ni)或铜(Cu)。其他实施例也包括其他背面接触材料。
在一些实施例中，吸收层130包括任何合适的吸收材料，诸如，p型半导体。在一些实施例中，吸收层130可以包括黄铜矿基材料，例如，包括Cu(In,Ga)Se2(CIGS)、碲化镉(CdTe)、CuInSe2(CIS)、CuGaSe2(CGS)、Cu(In,Ga)(Se,S)2(CIGSS)或非晶硅。其他实施例也包括其他吸收材料。
缓冲层140包括任何合适的缓冲材料，诸如，n型半导体。在一些实施例中，缓冲层140可以包括硫化镉(CdS)、硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、硫化铟(III)(In2S3)、硒化铟(In2Se3)或Zn1-xMgxO(例如ZnO)。其他实施例也包括其他缓冲材料。
在一些实施例中，正面接触层150包括退火后的TCO层。用于退火后的TCO层的TCO材料可以包括任何合适的正面接触材料，诸如，金属氧化物和金属氧化物前体。在一些实施例中，TCO材料可以包括氧化锌(ZnO)、氧化镉(CdO)、氧化铟(In2O3)、二氧化锡(SnO2)、五氧化二钽(Ta2O5)、氧化镓铟(GaInO3)、(CdSb2O3)或氧化铟(OTI)。TCO材料也可以掺杂合适的掺杂剂。在一些实施例中，ZnO可以掺杂铝(Al)、镓(Ga)、硼(B)、铟(In)、钇(Y)、钪(Sc)、氟(F)、钒(V)、硅(Si)、锗(Ge)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、镁(Mg)、砷(As)或氢(H)的任何一种。在其他实施例中，SnO2可以掺杂锑(Sb)、F、As、铌(Nb)或钽(Ta)。在其他实施例中，In2O3可以掺杂锡(Sn)、Mo、Ta、钨(W)、Zr、F、Ge、Nb、Hf或Mg。在其他实施例中，CdO可以掺杂In或Sn。在其他实施例中，GaInO3可以掺杂Sn或Ge。在其他实施例中，CdSb2O3可以掺杂Y。在其他实施例中，OTI可以掺杂Sn。其他实施例也可以包括其他TCO材料和相应的掺杂剂。
太阳能电池100也包括互连结构，其包括称为P1、P2和P3的三条划线。P1划线延伸穿过背面接触层120并且使用吸收层材料填充P1划线。P2划线延伸穿过缓冲层140和吸收层130并且使用正面接触层材料填充P2划线。P3划线延伸穿过正面接触层150、缓冲层140和吸收层130。
在缓冲层140和吸收层130之间形成诸如p/n结151的半导体界面，其中，p/n结151可以为同质结或异质结。如以下结合其余附图的更详细的描述，通过使用诸如微波的电磁辐射增强和/或形成p/n结151。电磁辐射也用于增强太阳能电池100各层的退火。
图2为用于制造太阳能电池100(如图1中所示)的示例性装置200的框图。在一些实施例中，装置200包括第一腔室202，其被配置为接收诸如衬底110(如图1所示)的衬底，并且在其内制备衬底110以用于进一步的处理。例如，第一腔室202可以包括真空源(未示出)、加热器(未示出)和/或换热器(未示出)以易于向衬底110提供热能，从而加热衬底并使其做好进一步处理的准备。第二腔室204通过例如循环传输机205连接至第一腔室202，并且第二腔室204被配置为通过循环传输机205接收来自第一腔室202的衬底110。
在一些实施例中，第二腔室204被配置为将诸如背面接触层120(如图1所示)、缓冲层140(如图1所示)或成为吸收层130(如图1所示)的前体层的层沉积至衬底110上，从而形成太阳能电池100或太阳能电池100的子结构。同样，第二腔室204可以包括例如真空泵或真空口(未示出)、加热器(未示出)和/或换热器(未示出)以易于在其中实施诸如溅射和/或蒸发的各种沉积工艺。在一些实施例中，第二腔室204为溅射腔室。在其他实施例中，第二腔室204包括CBD设备或为MOCVD腔室。在一些实施例中，第二腔室204不出现在装置200中。
装置200也包括通过循环传输机205连接至第二腔室204的第三腔室206。在一些实施例中，第三腔室206被配置为对所形成的子结构实施后段处理，诸如，完成前体层的形成。例如，第三腔室206也可以包括诸如氮气、氩气和氦气的惰性气体，以及硒化氢和硫化氢，使得第三腔室206可以实施硒化工艺以及在硒化工艺之后实施硫化工艺(SAS)。例如，在一些实施例中，当装置200中不包括第二腔室204时，第三腔室206为SAS腔室。
波生成装置208连接至第三腔室206，使得当子结构被第三腔室206接收时，波生成装置208位于与太阳能电池100的子结构邻近的位置。在一些实施例中，波生成装置208为隔离器或微波源，其被配置为产生电磁辐射，诸如，具有介于约30MHz和约30GHz范围内的频率的波长的无线电波。合适的微波源的实例可以包括磁控管、速调管、行波管(TWT)、回旋管、场效应晶体管、隧道二极管、耿氏二极管和碰撞电离雪崩渡越时间(IMPATT)二极管。波生成装置208也被配置为当第三腔室206从第二腔室204接收子结构时，将电磁辐射应用于太阳能电池100的子结构上。
在一些实施例中，控制系统214连接至装置200内的每个腔室，并且控制系统214被配置为控制每个腔室内的诸如温度和压力的各种操作参数。在一些实施例中，控制系统214包括有效连接的控制器220，而控制器220根据经过编程的控制方案和算法，凭借由传感器感测的并且与诸如温度和压力的参数相对应的数值，以及这些参数的变化速率来改变装置200的操作。例如，在一些实施例中，连接控制器220以控制第一腔室202中的至少一个阀门(未示出)、第二腔室204中的至少一个阀门(未示出)以及第三腔室206中的至少一个阀门(未示出)。控制系统214也被配置为控制波生成装置208。例如，在一个实施例中，控制器220连接至波生成装置208的on/off开关(未示出)。同样地，波生成装置208受到控制器220的控制以选择性地将电磁辐射应用于太阳能电池100的子结构。在一些实施例中，通过包括但不限于接收输入和传输输出、传输开启和关闭命令以及打开和关断命令的特点，控制器220能够帮助每个阀门和/或on/off开关的操作。
在一些实施例中，控制器220可以为实时控制器并且可以包括任何合适的基于处理器或基于微处理器的系统，诸如，包括微控制器的计算机系统、精简指令集计算机(RISC)、嵌入式微处理器、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路和/或能够执行本发明所描述的功能的任何其他电路或处理器。在一个实施例中，控制器120可以为包括只读存储器(ROM)和/或随机存取存储器(RAM)的微处理器，诸如，具有2兆位ROM和64千位的RAM的32位微型计算机。本发明所使用的术语“实时”表示在输入的改变影响到结果后，在基本上很短的时间周期内产生结果，该时间周期为基于结果的重要性和/或系统处理输入的能力而可被选择的设计参数。
在一些实施例中，控制器220包括存储可执行指令和/或一个或多个工作参数的存储设备230，其中，一个或多个工作参数代表和/或指示第一腔室202、第二腔室204、第三腔室206和/或波生成装置208的工作状态。控制器220也包括通过系统总线234连接至存储器件230的处理器232。在一些实施例中，处理器232可以包括处理单元，诸如(但不限于)集成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)和/或其他任何可编程电路。可选地，处理器232可以包括多个处理单元(例如，在多核配置中)。上述实例仅为示例性的，因此不是旨在以任何方式限制术语“处理器”的定义和/或含义。
在一些实施例中，控制器220包括连接至第一腔室202、第二腔室204、第三腔室206和波生成装置208的控制接口236。例如，控制接口236连接至部件，诸如，第一腔室202、第二腔室204和第三腔室206的阀门以及波生成装置208的on/off开关。控制接口236也被配置为控制阀门和on/off开关的操作。例如，可对处理器232进行编程以产生传输至控制接口236的一个或多个控制参数。然后，例如，控制接口236可以传输控制参数以调节、打开或关闭阀门或调节波生成装置208的on/off开关。
可以在控制接口236和第一腔室202、第二腔室204、第三腔室206以及波生成装置208之间使用各种连接协议。这些连接协议可以包括但不限于导线连接、低级串行数据连接(诸如，推荐标准(RS)232或RS-485)、高级串行数据连接(诸如，USB、现场总线、或电气与电子工程师协会(IEEE)1394(也称为FIREWIRE))、并行数据连接(诸如，IEEE 1284或IEEE 484)、短程无线通信信道(个人局域网)(诸如，“BLUETOOTH”)和/或无论有线或无线的私人(例如，在系统之外无法访问)网络连接。“PROFIBUS”为位于美国亚利桑那州斯科茨代尔市的现场总线(Profibus)贸易组织的注册商标。IEEE是位于纽约州纽约市的电气与电子工程师协会股份有限公司的注册商标。“BLUETOOTH”是位于华盛顿州柯克兰市的蓝牙(Bluetooth)技术联盟股份有限公司的注册商标。
在一些实施例中，控制系统214也包括连接至第一腔室202、第二腔室204、第三腔室206和波生成装置208的传感器219。例如，在一些实施例中，控制器220包括通信连接至传感器219的传感器接口240。在一些实施例中，传感器219被配置为检测各个操作参数，诸如，位于每一个第一腔室202、第二腔室204和第三腔室206内的温度和/或压力。传感器219也可以检测波生成装置208是否发射出电磁辐射。每一个传感器219将与它们各自检测到的参数对应的信号传输至控制器220。例如，每一个传感器219都可以连续地、周期性地或仅一次性地传输信号。在其他实施例中，不同的时基用于信号定时。此外，每一个传感器219都可以以模拟形式或以数字形式传输信号。传感器接口240和传感器219之间可以使用各种连接。这些连接可以包括但不限于导线连接、低级串行数据连接(诸如，RS 232或RS-485)、高级串行数据连接(诸如，USB或1394)、并行数据连接(诸如，1284或484)、短程无线通信信道(诸如，)和/或无论有线或无线的私人(例如，在系统之外无法访问)网络连接。
控制系统214也可以包括通过网络249连接至控制器220用户计算设备。例如，计算设备250包括连接至通信接口253(包含在控制器220内)的通信接口251。用户计算设备250包括用于执行指令的处理器252。在一些实施例中，可执行的指令存储在存储设备254中。处理器252可以包括一个或多个处理单元(例如，在多核配置中)。存储设备254为允许进行存储和检索信息(诸如，可执行指令和/或其他数据)的任何器件。用户计算设备250也包括用于将信息呈现给用户的至少一个媒体输出部件256。媒体输出部件256为可以将信息传输至用户的任何部件。媒体输出部件256可以包括但不限于显示设备(未示出)(例如，液晶显示器(LCD)、有机电致发光二极管(OLED)显示器或音频输出设备(例如，扬声器或耳机))。
在一些实施例中，用户计算设备250包括接收用户输入的输入接口260。例如，输入接口260可以包括键盘、定点设备、鼠标、定位笔、触敏控制板(例如，触摸板或触摸屏)、陀螺仪、加速计、位置检测器和/或音频输入设备。诸如触摸屏的单个部件可以用作媒体输出部件256和输入接口260二者的输出设备。
在装置200的操作期间，衬底110通过循环传输机205被输送至第一腔室202，其中，加热衬底110以为进一步处理做准备。在循环传输机上将衬底110从第一腔室202传输至第二腔室204，在第二腔室204中，可以通过诸如溅射和/或蒸发的工艺将各层沉积在衬底110上。例如，可以将背面接触层120溅射到衬底110上，然后，可以通过溅射和/或共蒸在背面接触层120上形成前体层。然后通过循环传输机205将在第二腔室204中形成的子结构从第二腔室204传输至第三腔室206，在第三腔室206中，通过进行SAS完成吸收层的形成。
如以下结合图3和图4进行的更详细说明，当在第三腔室206中进行SAS时，太阳能电池100的子结构可以接收来自波生成装置208的电磁辐射。例如，在一些实施例中，在前体层上沉积缓冲层140之前，将电磁辐射应用于前体层。可选地，在一些实施例中，可以在已经在前体层上沉积缓冲层140之后将电磁射线应用于太阳能电池100的子结构。
如以下结合图5进行的更详细说明，在一些实施例中，在已经在前体层上沉积缓冲层140之后并且在缓冲层140上沉积正面接触层150(图1中示出)之后，将电磁辐射选择性地应用于太阳能电池100的子结构上，从而帮助太阳能电池100的子结构的各层进行退火。因此，将电磁辐射应用于太阳能电池100的子结构是用于帮助在太阳能电池100内增强和/或形成诸如p/n结151(如图1中所示)的半导体界面和/或帮助进行退火的可控并且有效的技术。此外，这种技术可以用于大规模制造。
图3是使用装置200(如图2中所示)制造太阳能电池100(如图1所示)的示例性方法的流程图300。在步骤301中，衬底110(如图1中所示)通过循环传输机205(如图2中所示)传输至第一腔室202(如图2中所示)，在第一腔室202中，加热衬底110以为进一步处理做准备。在一些实施例中，步骤301和302是可选地，并且可以不包括在方法中。
在步骤303中，通过循环传输机205将衬底101从第一腔室202传输至诸如溅射腔室的第二腔室204(如图2中所示)。在步骤303中，通过诸如溅射和/或蒸发的工艺，将前体层沉积在衬底110上或先前堆叠在衬底110的各层上，从而形成子结构。
在步骤305中，通过循环传输机205将子结构从第二腔室204传输至诸如SAS腔室的第三腔室206(如图2中所示)，在第三腔室206中，通过进行SAS工艺，完成前体层的形成，从而可以形成作为前体层的一部分的诸如铜铟镓硫硒化物的黄铜矿基半导体材料。例如，通过使用溅射和/或蒸发和/或化学浴沉积(CBD)工艺，诸如镉、铟和/或铜的金属元素与硒和/或硫一起可以沉积在前体层上。
在步骤307中，在SAS工艺期间，通过波生成装置208(如图2中所示)，将诸如微波的电磁波应用于前体层的表面280(如图1中所示)上，从而如箭头281(如图1中所示)所示，微波从前体层的表面280穿过前体层的至少一部分。在SAS工艺过程中，电磁辐射帮助金属元素在前体层的至少一部分中扩散。例如，在一些实施例中，镉扩散穿过前体层的表面280到达前体层内，扩散距离290(如图1中所示)介于约5nm至约30nm之间。此外，由于铜原子的迁移或扩散，电磁辐射帮助在CIGSS的表面形成贫铜相。同样，在前体层的顶部上形成和/或增强p/n结151(如图1中所示)。
在步骤308中，具有形成在前体层上的p/n结151的太阳能电池100的子结构被传送至第二腔室204或不同的第二腔室(未示出)。在步骤309中，例如，通过使用CBD工艺，在p/n结151上方沉积缓冲层140(如图1所示)。
在一些实施例中，用户可以控制从波生成装置208发射出的电磁辐射。例如，用户可以首先输入指令以使波生成装置208发射电磁辐射。可以通过用户计算设备250(如图2中所示)和/或控制器220(如图2中所示)对指令进行编程。然后，控制器220将控制参数传输至例如波生成装置208的on/off开关，从而微波可以发射至前体层上。这种相同的原理可以用于关闭波生成装置208。可选地，波生成装置208可以自动发射电磁辐射。例如，设置在第三腔室206上的传感器219(如图2中所示)可以检测何时第三腔室206已接收子结构，并且将用于代表检测到的子结构的至少一个信号传输至控制器220。控制器220可以将控制参数传输至波生成装置308，从而将电磁辐射发射至子结构上。
图4是使用装置200(如图2中所示)制造太阳能电池100(如图1所示)的可选方法的流程图400，流程图400示出的方法可以代替流程图300(如图3所示)中示出的方法。在步骤401中，通过循环传输机205(如图2中所示)将衬底110(如图1中所示)传输至第一腔室202(如图2中所示)，在第一腔室202中，加热衬底110以为进一步的处理做准备。在一些实施例中，步骤401和402是可选的并且可以不包括在方法中。
在步骤403中，通过循环传输机205将衬底110从第一腔室202传输至第二腔室204(如图2中所示)，在第二腔室204中，通过诸如溅射和/或蒸发和/或CBD的工艺，可以在衬底110上沉积前体层以在步骤404中形成子结构。
在步骤405中，通过循环传输机205将子结构从第二腔室204传输至第三腔室206(如图2中所示)，在第三腔室206中，通过进行进一步处理来完成层的形成。
在步骤407中，在子结构进行进一步的处理的同时，如箭头284(如图1中所示)所示，将诸如微波的电磁辐射应用于前体层上以增强混合。电磁辐射帮助金属元素在缓冲层140和前体层的至少一部分内扩散。例如，在一些实施例中，镉扩散穿过缓冲层140和前体层的至少一部分，扩散距离291(如图1中所示)介于约5nm至约50nm之间。此外，电磁辐射帮助镉或锌扩散到CIGSS膜内以用于形成p/n结(如图1中所示)，其中，镉或锌来自缓冲层140中的硫化镉或硫化锌。
图5是使用装置200(如图2中所示)制造太阳能电池100(如图1中所示)的可选方法的流程图500，流程图500中示出的方法可以代替流程图300(如图3中所示)中示出的方法。在步骤501中，通过循环传输机205(如图2中所示)将衬底110(如图1中所示)传输至第一腔室202(如图2中所示)，在第一腔室202中，加热衬底110以为进一步的处理做准备。在一些实施例中，步骤501和502是可选的并且可以不包括在方法中。
在步骤503中，通过循环传输机205将衬底110从第一腔室202传输至诸如CBD设备的第二腔室204(如图2中所示)，在第二腔室204中，通过诸如CBD工艺的工艺，在先前堆叠在衬底110上的各层上形成缓冲层以在步骤504中形成子结构。
在步骤505中，通过循环传输机205将子结构从第二腔室204传输至第三腔室(如图2中所示)，在第三腔室中，通过进行退火工艺完成层的形成。在退火工艺期间，在步骤507中，通过波生成装置208将诸如微波的电磁辐射应用于子结构上以增强p/n结。例如，可以从衬底110的表面295(如图1中所示)处应用电磁辐射，从而使得如箭头296(如图1中所示)所示，波传播穿过衬底110并且穿过正面接触层150的表面285(如图1中所示)。当微波传播穿过每个层时，可以通过微波加热期望的膜。例如，在一些实施例中，当波传播穿过每个层时，都将热量施加于每个单独的层。由于热量施加于期望的膜，因此，电磁辐射在退火工艺过程中能够得到相对较高品质的退火终产物。此外，通过选择性施加热量，镓可以扩散至CIGSS吸收层的顶部，诸如，前体层的表面280(如图1中所示)，从而实现镓的均匀化(即，快速镓相互扩散)。
图6是使用装置200(如图2中所示)制造太阳能电池100(如图1中所示)的可选方法的流程图600，流程图600中示出的方法可以代替流程图300(如图3中所示)中示出的方法。在步骤601中，通过循环传输机205(如图2中所示)将衬底110(如图1中所示)传输至第一腔室202(如图2中所示)，在第一腔室202中，加热衬底110以为进一步的处理做准备。在一些实施例中，步骤601和602是可选的并且可以不包括在方法中。
在步骤603中，通过循环传输机205将衬底110从第一腔室202传输至诸如MOCVD腔室的第二腔室204(如图2中所示)，在第二腔室204中，通过已知的工艺，在先前堆叠层在衬底110上的各层上形成正面接触层或TOC层(如图1中所示)以在步骤604中形成子结构。
在步骤605中，通过循环传输机205将子结构从第二腔室204传输至第三腔室(如图2中所示)，在第三腔室中，通过进行步骤606中的退火工艺来完成层的形成。在退火工艺期间，在步骤607中，通过波生成装置208，将诸如微波的电磁辐射应用于子结构上以实现对层的选择性退火。
本发明描述的一些实施例提供了使用有效并且可以用于大规模制造的可控的技术帮助增强和/或形成诸如p/n结的半导体界面的装置和方法。例如，本发明所描述的装置和方法包括使用连接至第三腔室的波生成装置。波生成器产生的诸如微波的电磁波可以施加于太阳能电池子结构，以帮助至少一种金属元素扩散穿过子结构的至少一部分，从而可以在子结构的至少两个不同类型的半导体材料之间形成半导体界面。在一些实施例中，在前体层上沉积缓冲层之前，可以将电磁辐射应用于子结构的前体层。可选地，在一些实施例中，可以在前体层上沉积缓冲层之后，将电磁辐射应用于子结构。在一些实施例中，本发明所描述的装置和方法帮助使用波生成装置来增强对太阳能电池子结构的各层进行退火。例如，在一些实施例中，在已经在前体层上沉积缓冲层之后并且在缓冲层上沉积正面接触层之后，波生成装置用于将诸如微波的电磁辐射选择性地应用于子结构上。
在一些实施例中，提供了一种用于制造太阳能电池的方法，并且该方法包括将太阳能电池子结构传输至腔室。使用连接至腔室的波生成装置来产生电磁辐射，从而将波生成装置设置在邻近太阳能电池子结构的位置处。将电磁辐射应用于太阳能电池子结构的至少一部分上以帮助至少一种金属元素扩散穿过太阳能电池的至少一部分，从而在太阳能电池子结构的至少两种不同类型的半导体材料之间形成半导体界面。
在一些实施例中，提供了一种装置。该装置包括被配置为从其他至少一个腔室接收太阳能电池子结构的腔室。波生成装置连接至腔室，使得当腔室接收太阳能电池子结构时，波生成装置位于邻近太阳能电池子结构的位置处。波生成装置被配置为产生电磁辐射，并且被配置为将电磁辐射应用于太阳能电池子结构的至少一部分上，从而帮助至少一种金属元素扩散穿过太阳能电池子结构的至少一部分。
在一些实施例中，提供了一种用于制造太阳能电池的方法。该方法包括将太阳能电池子结构传输至腔室，其中，太阳能电池子结构包括前体层、位于前体层的至少一部分上的缓冲层以及位于缓冲层的至少一部分上的正面接触层。使用连接至腔室的波生成装置产生电磁辐射，从而将波生成装置设置在邻近太阳能电池子结构的位置处。将电磁辐射选择性地应用于太阳能电池子结构的至少一部分上，从而电磁辐射传播穿过前体层、缓冲层和正面接触层的至少一部分，以使至少一种金属元素扩散穿过太阳能电池子结构的至少一部分。
尽管本发明已经结合示例性实施例描述了装置和方法，但它们并不用于限制的目的。相反，所附的权利要求应被广义的解释以包括本发明公开的系统及方法的其他变化例和实施例，本领域普通技术人员在不背离本发明的范围以及本发明的系统和方法的等同范围的情况下，可以制造所述的其他变化例和实施例。

Claims (20)

1.一种用于制造太阳能电池的方法，所述方法包括：
将太阳能电池子结构传输至腔室；
使用连接至所述腔室的波生成装置来产生电磁辐射，从而使所述波生成装置被设置为邻近所述太阳能电池子结构；以及
将所述电磁辐射应用于所述太阳能电池子结构的至少一部分上以帮助至少一种金属元素扩散穿过所述太阳能电池子结构的至少一部分，从而在所述太阳能电池子结构的至少两种不同类型的半导体材料之间形成半导体界面。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，产生所述电磁辐射包括：产生包括频率介于30MHz至30GHz范围内的波长的电磁辐射。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，应用所述电磁辐射包括：将所述电磁辐射应用于所述太阳能电池子结构的至少一部分上，从而使所述至少一种金属元素扩散穿过所述太阳能电池子结构的至少一部分，扩散距离介于5nm至50nm之间。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，应用所述电磁辐射包括：将所述电磁辐射应用于所述太阳能电池子结构的至少一部分上以帮助扩散镉、锌或镓中的一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，传输太阳能电池子结构包括：传输包括前体层的所述太阳能电池子结构。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，应用所述电磁辐射包括：将所述电磁辐射应用于太阳能电池子结构的至少一部分上，从而使所述电磁辐射传播穿过所述前体层的至少一部分。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，传输太阳能电池子结构包括：传输包括前体层和位于所述前体层的至少一部分上的缓冲层的所述太阳能电池子结构。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，应用所述电磁辐射包括：将所述电磁辐射应用于所述太阳能电池子结构的至少一部分上，从而使所述电磁辐射传播穿过所述前体层的至少一部分和所述缓冲层的至少一部分。
9.一种用于制造太阳能电池的装置，包括：
腔室，被配置为从其他至少一个腔室接收太阳能电池子结构；以及
波生成装置，连接至所述腔室，使得当所述腔室接收所述太阳能电池子结构时，所述波生成装置被设置为邻近所述太阳能电池子结构，所述波生成装置被配置为产生电磁辐射，并且将所述电磁辐射应用于所述太阳能电池子结构的至少一部分上，以帮助至少一种金属元素扩散穿过所述太阳能电池子结构的至少一部分，从而在所述太阳能电池子结构的至少两种不同类型的半导体材料之间形成半导体界面。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述波生成装置被配置为产生包括频率介于30MHz至30GHz范围内的波长的电磁辐射。
11.根据权利要求9所述的装置，其中，所述至少一种金属元素扩散穿过所述太阳能电池子结构的至少一部分，扩散距离介于5nm至50nm之间。
12.根据权利要求9所述的装置，其中，所述至少一种金属元素包括镉、锌或镓中的一种。
13.根据权利要求9所述的装置，其中，所述太阳能电池子结构包括前体层，所述波生成装置被配置为将所述电磁辐射应用于所述太阳能电池子结构的至少一部分上，从而使所述电磁辐射传播穿过所述前体层的至少一部分。
14.根据权利要求9所述的装置，其中，所述太阳能电池子结构包括前体层和位于所述前体层的至少一部分上的缓冲层，所述波生成装置被配置为将所述电磁辐射应用于所述太阳能电池子结构的至少一部分上，从而使所述电磁辐射传播穿过所述前体层的至少一部分和所述缓冲层的至少一部分。
15.根据权利要求9所述的装置，其中，所述太阳能电池子结构包括前体层、位于所述前体层的至少一部分上的缓冲层和位于所述缓冲层的至少一部分上的正面接触层，所述波生成装置被配置为将所述电磁辐射选择性地应用于所述太阳能电池子结构的至少一部分上，从而使所述电磁辐射传播穿过所述前体层的至少一部分、所述缓冲层的至少一部分和所述正面接触层的至少一部分。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述波生成装置被配置为将所述电磁辐射选择性地应用于所述太阳能电池子结构的至少一部分上，从而使所述至少一种金属元素扩散至所述前体层的表面。
17.一种用于制造太阳能电池的方法，所述方法包括：
将所述太阳能电池子结构传输至腔室，所述太阳能电池子结构包括前体层、位于所述前体层的至少一部分上的缓冲层和位于所述缓冲层的至少一部分上的正面接触层；
使用连接至所述腔室的波生成装置来产生电磁辐射，从而使所述波生成装置被设置为邻近所述太阳能电池子结构；以及
将所述电磁辐射选择性地应用于所述太阳能电池子结构的至少一部分上，使所述电磁辐射传播穿过所述前体层的至少一部分、所述缓冲层的至少一部分和所述正面接触层的至少一部分，以使至少一种金属元素扩散穿过所述太阳能电池子结构的至少一部分，从而在所述缓冲层和所述前体层之间形成半导体界面。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，产生所述电磁辐射包括：产生包括频率介于30MHz至30GHz范围内的波长的电磁辐射。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，选择性地应用所述电磁辐射包括：将所述电磁辐射选择性地应用于所述太阳能电池子结构的至少一部分上，以使镓扩散。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，选择性地应用所述电磁辐射包括：将所述电磁辐射选择性地应用于所述太阳能电池子结构的至少一部分上，以使镓扩散至所述前体层的表面。
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