CN104737303A - 对光伏装置提供氯化物处理的方法和氯化物处理过的光伏装置 - Google Patents

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Abstract

一种制造光伏装置的方法和氯化物处理过的光伏装置。该方法包括:在基底上沉积碲化镉层;使用化合物对碲化镉层进行处理,所述化合物包括氯并且包括1族-11族的元素、锌、汞或鎶或者它们的组合;以及将碲化镉层退火。

Description

对光伏装置提供氯化物处理的方法和氯化物处理过的光伏装置
要求优先权
本申请要求于2012年5月21日提交的第61/649,403号美国临时专利申请的优先权,该美国临时专利申请的整体内容通过引用包含于此。
技术领域
公开的实施例总体上涉及光伏装置的制造,所述光伏装置包括光伏电池和包含多个光伏电池的光伏模块,更具体地,涉及对光伏装置提供氯化物处理的方法和氯化物处理过的光伏装置。
背景技术
薄膜光伏装置可以包括沉积在基底上的半导体材料,例如,具有用作窗口层的第一半导体层、用作吸收层的第二半导体层。窗口层和吸收层形成结,经过窗口层至吸收层的光在该结处转换成电。
可以在吸收层和背接触层之间设置可由碲化锌制成的反射层,来提供对抗少数电子载流子朝向背接触层流动的阻挡件,以使与空穴载流子在背接触层处的复合最小化。具体地,类似于任何其它固体,半导体材料具有由价带、导带以及使价带和导带分开的带隙构成的电子带结构。当价带中的电子获得足够的能量而越过带隙并到达导带时,电子可以作为电流自由流动。此外,电子还在价带中留下电子空穴,空穴可以如电流一样自由流动。载流子的产生描述了电子获得能量并从价带移动到导带所经历的过程,产生两种可移动的载流子:电子和空穴;而复合描述了导带电子失去能量并重新占据价带中的电子空穴的能态所经历的过程。在如吸收层的p型半导体材料中,电子不如空穴充足,因此电子被称为少数载流子而空穴被称为多数载流子。反射层由电子亲和力比吸收层的电子亲和力低的半导体材料制成。因此,反射层将朝向反射层流动的电子朝向吸收层抵挡回去,从而使背接触件处的复合最小化。这在2011年10月17日提交的名称为“光伏装置和形成的方法”的第61/547,924号美国临时专利申请中有描述。
在光伏装置的制造过程中,吸收层有时经受氯化镉处理,以改善吸收层的结晶质量(例如,增大颗粒(晶粒)尺寸并消除晶格中的缺陷,包括位于晶界区域处的缺陷)。包括晶界的晶格结构中的缺陷是载流子复合的来源,载流子复合降低了光伏效率。氯化镉处理包括:将可以由碲化镉制成的吸收层暴露于氯化镉,然后将吸收层加热到退火温度。热有助于氯原子优先穿过碲化镉中的晶界区域(即,不同取向的晶粒接触的界面)扩散。氯原子还通过促进重结晶和消除缺陷来提高碲化镉膜的导电性。改善导电性和减少导致复合的缺陷提高了光伏效率。
然而,氯化镉处理具有潜在的缺点。例如,在具有与背接触层相邻的由碲化锌形成的反射层的光伏装置中,碲化锌反射层可以与氯化镉反应以形成氯化锌和碲化镉。氯化镉和碲化锌之间的反应是热力学有利的(即,反应产物的能量比反应物的能量低)。该反应消耗碲化锌,从而腐蚀(损耗)反射层并会导致反射层和背接触层之间的欧姆接触(即,在金属和半导体之间提供电流传导的低电阻结)日益减弱。这样的减弱的欧姆接触会损害所产生的电力向外部装置的传输。
因此,需要通过利用不与碲化锌反射层反应的氯化物化合物处理吸收层来解决该问题。认为,这样的氯化物化合物和碲化锌反射层之间的反应是热力学不利的。因此,碲化锌反射层的腐蚀受到限制。
因此,期望利用替代性的氯化物化合物(它避免上述潜在问题的影响)来处理光伏装置。
附图说明
图1是未完成的光伏装置的剖视图。
图2是根据在此描述的实施例的用于在沉积吸收层过程中进行氯化物处理的沉积炉的示意图。
图3是未完成的光伏装置的剖视图。
图4是根据在此描述的实施例的用于在沉积反射层过程中进行氯化物处理的沉积炉的示意图。
图5是未完成的光伏装置的剖视图。
图6是根据在此描述的实施例的用于在沉积半导体层之后进行氯化物处理的沉积炉的示意图。
图7是根据在此描述的另一实施例的用于在沉积半导体层之后进行氯化物处理的沉积炉的示意图。
图8是根据在此描述的另一实施例的用于在沉积半导体层之后进行氯化物处理的沉积炉的示意图。
图9是根据实施例的完成的光伏装置的剖视图。
图10是根据实施例的完成的光伏装置的剖视图。
图11是示出利用不同的氯化物化合物进行处理对光伏装置效率的影响的图。
具体实施方式
在下面的具体实施方式中,参考附图,该附图形成本说明书的一部分并且在附图中以举例说明的方式示出了可以被实践的具体实施例。足够详细地描述这些实施例,以使本领域技术人员能够制造并使用它们,并且要理解的是,在不脱离发明的精神和范围的情况下,可以对公开的具体实施例作出结构、逻辑或程序上的改变。
在此描述的实施例提供一种光伏装置和制造光伏装置的方法,该方法包括:利用氯化物化合物对可以由碲化镉制成的吸收层进行处理,其中,所述氯化物化合物包含1族-11族、锌、汞和鎶中的一种或更多种元素。该氯化物化合物可代替会引起反射层腐蚀的当前的氯化镉处理(如果有的话,如上所述)。两种示例性化合物是氯化锰和氯化镁。因为避免了碲化锌和碲化镉的反应(也如上所述),所以该氯化物化合物防止或者至少减少了与碲化镉层的氯化镉处理有关的反射层腐蚀。
可以在吸收层沉积过程中或之后,在吸收层上沉积该氯化物化合物。在吸收层沉积过程中或之后的氯化物化合物沉积实现了将氯原子直接掺入到吸收层膜中。可选择地,如果存在反射层,则可以在反射层沉积过程中或之后沉积该氯化物化合物。如果在沉积反射层之后沉积该氯化物化合物,则该氯化物化合物扩散到下面的吸收层中。另外,可以在氯化物化合物的沉积过程中进行用于活化吸收层、增大晶粒尺寸并促进吸收层内的重结晶的退火步骤,或者可以在沉积氯化物化合物之后执行该退火步骤。如果存在反射层并且在反射层沉积过程中或之后进行了氯化物处理,则退火有助于氯原子通过反射层扩散到吸收层中。
参照图1,示出了未完成的光伏装置10的示例。未完成的光伏装置10具有其上分别沉积有阻挡层102、透明导电氧化物(TCO)层103、缓冲层104和半导体窗口层105的基底101。阻挡层102、TCO层103和缓冲层104通常被称为TCO堆叠件110。如示出的,TCO堆叠件110包括TCO层103,它用作未完成的光伏装置10的电接触件之一。
基底101可以是装置10的最外层,基底101可以在使用中暴露于各种温度和环境条件。基底101也可以是入射光到达装置10所遇到的第一层。因此,期望选择一种用于基底101的既耐用又透明度高的材料。出于这些原因,基底101可以包括例如硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃或浮法玻璃。阻挡层102位于基底101和TCO层103之间,以减少钠或其它污染物从基底101扩散到窗口层105。具体地,高的处理温度具有使基底101中存在的钠原子或分子电离的趋势,它们随着时间的过去会扩散到装置10的其它层。钠原子在装置的某些层中的扩散会对装置的性能产生不利影响。因此,阻挡层102用于减少或去除因钠离子的扩散而导致的性能的损失。阻挡层102可以由包括氮化硅、二氧化硅、铝掺杂氧化硅、硼掺杂氮化硅、磷掺杂氮化硅、氮氧化硅或者它们的任何组合或合金的各种材料制成。
TCO层103可以包括任何合适的TCO材料,包括例如锡酸镉或氧化镉锡。缓冲层104位于TCO层103和窗口层105之间,以减少在半导体层的形成过程中发生的不规则性。具体地,用于形成TCO层103的某些工艺会产生粗糙的TCO层。TCO层越粗糙,可以沉积在TCO层上的窗口层越有可能不连续。然后,使用缓冲层104以提供其上可以沉积窗口层105的平滑的表面,因此,使窗口层105中的不连续性的风险降低。缓冲层104可以包括各种合适的材料,包括例如氧化锡(例如,氧化锡(IV))、氧化锌锡、氧化锌或氧化锌镁。
窗口层105可以是形成在TCO堆叠件110上的硫化镉的层。可选择地,窗口层105可以由硫化镉锌形成,硫化镉锌已被证明因其在吸收层的氯化物处理过程中耐受高退火温度的能力而比硫化镉更稳健。
图2示出了根据实施例的用于在吸收层沉积过程中进行氯化物处理的沉积炉的示意图。在该实施例中,吸收层在炉200中在其沉积过程中经受氯化物化合物处理。与氯化镉处理相似,该氯化物化合物处理也增大了吸收层内的晶粒尺寸并改善了装置10的效率。吸收层可以由碲化镉形成,虽然可以使用其它吸收层材料。虽然该实施例和其它实施例描述了使用气相传输沉积工艺,但是可以使用任何合适的半导体沉积工艺。
未完成的装置10在例如传送辊210的传输机构上以连续的过程传输通过炉200。虽然传输机构在该具体实施例中示出为辊,但是其不受限制。传输机构也可以是带,或者任何其它类型的传送装置。仅为了说明的原因使用了辊。炉200包括第一原位气化单元275,以使通过半导体输入线270供应到第一原位气化单元275的粉末形式的用于吸收层的半导体原材料(例如,碲化镉)气化。气化的碲化镉通过扩散器280引入到炉环境中,并在移动的未完成的光伏装置10上在适当位置处以一定的量沉积,以在未完成的光伏装置10上沉积期望的量的碲化镉。
在半导体吸收层的沉积过程中,沉积氯化物化合物。该氯化物化合物包含来自1族-11族、锌、汞和鎶中的一种或更多种元素。两种示例性化合物是氯化锰和氯化镁。可以以气相或液相的形式沉积该氯化物化合物。炉200包括第二原位气化单元220,以使炉200内的氯化物化合物在处理之前气化。可以将该氯化物化合物以例如固体(例如,粉末)形式或以液体形式通过输入线250提供到第二原位气化单元220。如果以液体形式提供,则该氯化物化合物可以被提供为大约0.14M至大约2.18M的水溶液,或大约0.5M的水溶液至大约1.2M的水溶液,例如,大约1.1M或大约0.54M的水溶液。
任选地,可以通过可选的载气输入线240向第二原位气化单元220供应载气,以使气化的氯化物化合物分布。使用的载气可以是氢、氦、氮、氖、氩、氪和包含这些气体的混合物,或者任何合适的惰性气体。可选择地,可以省略载气,并且氯化物化合物蒸气可以在环境条件下扩散。可以在任何合适的炉中进行氯化物化合物处理,所述炉包括在以下美国临时专利申请中描述的炉:于2011年11月8日提交的名称为“对光伏模块提供单步气相氯化物处理的方法和设备”的第61/561,375号美国临时专利申请,该美国临时专利申请的公开内容通过引用全部包含于此。
例如,将该氯化物化合物通过扩散器260引入到炉环境中,并在移动的未完成的光伏装置10上在适当位置处以一定的量沉积,以在装置10上以连续的过程沉积期望的量的氯化物化合物。如果以液相形式沉积氯化物化合物,则可以省略第二原位气化单元220,并且输入线250将液体氯化物化合物直接供应到代替扩散器260的一个或更多个喷洒器,与在下面描述的图8的实施例相似。
炉200可以包括多个加热器230,以保持用于沉积吸收层的合适的温度。在该实施例中,在碲化镉层沉积过程中沉积氯化物化合物。因此,吸收层和该氯化物化合物在同一温度下沉积。通常在大约400℃至大约750℃的气相传输沉积(VTD)温度下进行碲化镉沉积。退火步骤可以与沉积氯化物化合物同时进行,或在沉积氯化物化合物之后进行。在吸收层和氯化物化合物的共沉积过程中所保持的温度取决于使用的氯化物化合物的浓度。例如,如果向气化单元220提供大约0.14M至大约2.18M的水溶液,则可以在大约400℃至大约460℃或大约415℃至大约455℃的温度下加热未完成的光伏装置10。可以使用0.5M至大约1.2M的氯化物化合物水溶液。例如,如果提供大约0.54M的水溶液,则可以在大约435℃至大约445℃的温度下加热未完成的光伏装置10。如果提供大约1.1M的水溶液,则可以在大约400℃至大约450℃或者大约425℃的温度下加热未完成的光伏装置10。也可以使用大约400℃至大约750℃的VTD温度范围内的较高温度。可以将吸收层加热大约7分钟和大约12分钟之间的任何时间,例如大约11分钟。如果以粉末形式提供该氯化物化合物,则使用相似的温度和时间参数。
与现有技术相比,如在下面讨论的,已经确定的是,如果提供公开的氯化物化合物,则该公开的氯化物化合物不与碲化锌反射层反应。因此,不消耗碲化锌,不产生氯化锌副产物,并限制反射层的腐蚀。
图3示出了在沉积吸收层106之后光伏装置12的示意图。图3中的吸收层106没有用氯化物化合物处理。
图4示出了用于在吸收层106上沉积反射层的同时对吸收层106进行氯化物处理的沉积炉400的示意图。进行这种情况,代替在吸收层的沉积过程中的氯化物处理。在该实施例中,沉积在反射层上的氯化物化合物的氯原子在退火过程中扩散到吸收层106中。虽然描述了由碲化锌形成的反射层,但是可以由任何合适的半导体材料形成半导体反射层。
除省略了输入线270、第一原位气化单元275和扩散器280之外,炉400与图2的炉200基本相似。这是因为,可以使用独立于用于沉积吸收层的输入线、气化单元和扩散器的输入线、气化单元和扩散器来沉积反射层。可以将诸如碲化锌的反射层原材料粉末通过半导体输入线272供应到使反射层原材料粉末气化的原位气化单元277。然后,将碲化锌蒸气通过扩散器282以期望的量按照连续的过程沉积到正在被传输的未完成的装置12上。将氯化物化合物通过输入线250提供到原位气化单元220和扩散器260。氯化物化合物和退火参数与上面关于图2描述的氯化物化合物和退火参数相同。
图5A和图5B分别示出了在沉积半导体层112和111之后光伏装置14A和14B的示意图。半导体层112具有三层形式,该三层形式包括形成在吸收层106上的反射层107,该吸收层106形成在窗口层105上。半导体层111具有双层形式,该双层形式包括形成在窗口层105上的吸收层106。图5A和图5B中的吸收层106也没有用氯化物化合物处理。
如上所述,具有包括反射层107的三层形式的半导体层112在以下方面是有利的:反射层107使背接触层108(参见图9和图10)处的电子与空穴载流子的复合最小化。限制复合改善了光转换效率,或改善了光子向电流转换的比率。然而,额外的沉积反射层107的步骤使光伏装置制造工艺流程的时间和成本有所增加。
图6是根据实施例的用于在沉积半导体层112或111之后对吸收层进行氯化物处理的沉积炉的示意图。如上所述,反射层107可以由碲化锌或任何其它合适的半导体材料形成。
除省略了图2的半导体输入线270、第一原位气化单元275和扩散器280之外,炉600与图2的炉200基本相似。在该实施例中,因为半导体沉积过程中没有沉积氯化物化合物,所以省略了这样的半导体沉积结构。在炉600的前区或者在单独的炉中进行半导体沉积。未完成的光伏装置14(图5A或图5B)在传输机构上被传输通过炉600。以与图2基本相似的方式来沉积氯化物化合物。可以由包含来自1族-11族、锌、汞和鎶中的一种或更多种元素的氯化物化合物(例如,氯化锰或氯化镁)形成所使用的氯化物化合物。可以以气相或液相(例如,大约0.14M至大约2.18M的水溶液,或大约0.5M至大约1.2M的水溶液)的形式沉积该氯化物化合物。在沉积氯化物过程中或之后,将未完成的光伏装置14的吸收层106(图5A或图5B)在大约400℃至大约460℃下,或在大约435℃至大约445℃下(如果提供0.54M的水溶液),或在大约400℃至大约450℃下(如果提供大约1.1M的水溶液)加热大约7分钟到大约12分钟或者加热大约11分钟。
图7示出了用于在沉积吸收层106(图5B)或反射层107(图5A)之后对吸收层106进行氯化物处理的炉700的示意图。设置异位气化单元285来代替第二原位气化单元220,以在炉700的外部气化氯化物化合物。可以由包含来自1族-11族、锌、汞和鎶中的一种或更多种元素的氯化物化合物(例如,氯化锰或氯化镁)形成所使用的氯化物化合物。然后,可以将气化的氯化物化合物通过输入线290提供到扩散器260,该扩散器260使氯化物化合物沉积到未完成的光伏装置14上。可以将氯化物化合物以固体(例如,粉末)形式或以液体形式(例如,具有关于图6描述的浓度的水溶液)通过输入线250提供到异位气化单元285。任选地,可以通过可选的载气输入线240向异位气化单元285供应载气,以将气化的氯化物化合物携带并分布到扩散器260。可选择地,可以省略载气,并且氯化物化合物蒸气可以通过输入线290在环境条件下扩散。通过扩散器260引入氯化物化合物蒸气,并在移动的未完成的装置14A或14B上在适当位置处以一定的量沉积,以实现将期望的量的氯化物化合物沉积到吸收层106(图5B)上或者沉积到反射层107(图5A)上,以扩散到吸收层106中。在氯化物处理过程中或之后,根据上面关于图6描述的参数对吸收层106进行加热。
图8示出了根据另一实施例的用于在沉积半导体层之后进行氯化物处理的沉积炉的示意图。这是对未完成的光伏装置14A或14B进行氯化物处理的另一种方法。代替以气相形式沉积,可以使用炉800以液相形式沉积氯化物化合物,炉800与图6的炉600基本相似,除了喷洒器295将液体氯化物化合物沉积到未完成的装置14上之外。输入线250将液体氯化物化合物提供到喷洒器295。可选的第二输入线450也可以将液体氯化物化合物供应到喷洒器295。可以由包含来自1族-11族、锌、汞和鎶中的一种或更多种元素的氯化物化合物(例如,氯化锰或氯化镁)形成所使用的氯化物化合物。与图6的实施例相似,供应到喷洒器290的氯化物化合物可以是0.14M至大约2.18M的水溶液,或者大约0.5M至大约1.2M的水溶液,例如,大约1.1M或大约0.54M的水溶液。在氯化物处理过程中或之后,根据上面关于图6的实施例描述的参数对吸收层106进行加热。
图9示出了包含反射层107的完成的光伏装置20。图10示出了省略半导体反射层107的完成的光伏装置30。如图9和图10中所示,在氯化物化合物沉积和吸收层106的退火之后,可以在各半导体层112和111上沉积背接触层108以用作光伏装置20和30的背接触件,并且施用背支撑件109。背接触层108可以由例如钼、铝、铜、银、金或其任何组合中的一种或更多种导电性高的材料形成,提供低电阻的欧姆接触。背支撑件109可以由任何合适的保护材料构成,并且通常由诸如硼硅酸盐玻璃、浮法玻璃、钠钙玻璃、碳纤维或聚碳酸酯的基底形成。背支撑件109与基底101和边缘密封件(施用到装置20和30的边上)组合起来保护装置20和30的多层免受潮气侵入、物理损坏和环境危害的影响。
使用包含1族-11族、锌、汞和鎶中的一种或更多种元素的氯化物化合物(例如,氯化锰或氯化镁)对碲化镉层106进行处理,相对于氯化镉处理提供了若干优点。图11对比了氯化镉处理与氯化锰和氯化镁处理。Y轴对光伏装置的效率进行量度,该光伏装置的效率由装置的输出功率除以入射辐射和装置的光子收集面积的乘积而求出的百分比来表示。X轴示出在400℃、425℃和450℃的温度下使用氯化镉、氯化镁和氯化锰对装置进行的相应处理。在该实验中,使用在X轴上示出的各氯化物的1.1M水溶液喷涂碲化镉膜。在表面干燥之后,在X轴上示出的温度下将膜在空气中加热大约11分钟。如图11所示,已经发现的是,具有使用例如氯化锰处理过的碲化镉的光伏装置与使用氯化镉处理过的装置是同样高效的。与氯化镉相似,上述的氯化物化合物提供扩散通过碲化镉膜的晶界区域的氯原子,并促进碲化镉膜的重结晶。虽然图11仅示出了氯化锰和氯化镁,但是如上面讨论的,本发明不限于此。
还已经确定的是,例如氯化镁和氯化锰不与碲化锌(即用于光伏装置的潜在的半导体反射层)反应。氯化锰或氯化镁可用于处理具有诸如碲化锌的半导体反射层的装置中的吸收层,以避免碲化锌反射层的反射性能的侵蚀。此外,氯化锰和氯化镁还具有比氯化镉的蒸气压低的蒸气压,由于蒸发,而潜在地允许在比氯化镉处理可行的温度高的温度(例如,大约400℃至大约750℃)下进行退火。这允许在吸收层106(或反射层107)沉积的条件下进行氯化物处理,如关于图2和图4所述的。
公开的实施例中的每层可以继而包括多于一个的层或膜。另外,每层可以覆盖光伏装置的全部或一部分,和/或在该层下面的层或基底的全部或一部分。例如,“层”可以包括与表面的全部或一部分接触的任何量的任何材料。如果层形成“在”另一层“上”,则那些层不需要接触。
在附图和说明书中阐述了一个或更多个实施例的细节。其它特征、对象和优点将根据说明书、附图和权利要求而清楚。虽然已描述了一些实施例,但将理解的是,在不脱离发明的精神和范围的情况下,可以作出各种修改。还应该理解的是,附图未必按照比例绘制,体现了本发明的各种特征和基本原理的有所简化的表示。

Claims (26)

1.一种制造光伏装置的方法,所述方法包括下述步骤:
在基底上沉积碲化镉层;
使用氯化物化合物对碲化镉层进行处理,所述氯化物化合物包括从由1族-11族的元素、锌、汞和鎶组成的组中选择的一种或更多种元素;
将碲化镉层退火;以及
在沉积碲化镉之后,在碲化镉层上沉积半导体反射层。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,与碲化镉层的氯化镉处理相比,所述氯化物化合物减少半导体反射层的腐蚀。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,半导体反射层包括碲化锌。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,在沉积半导体反射层之后对碲化镉层进行处理。
5.根据权利要求1所述的方法,其中,在半导体反射层沉积的至少一部分期间对碲化镉层进行处理。
6.根据权利要求1所述的方法,其中,在对碲化镉层进行处理之后将碲化镉层退火。
7.根据权利要求1所述的方法,其中,在所述处理步骤的至少一部分期间将碲化镉层退火。
8.根据权利要求1所述的方法,其中,所述氯化物化合物包括氯化锰。
9.根据权利要求1所述的方法,其中,所述氯化物化合物包括氯化镁。
10.根据权利要求1所述的方法,其中,在碲化镉层沉积的至少一部分期间对碲化镉层进行处理。
11.根据权利要求1所述的方法,其中,在沉积碲化镉层之后对碲化镉层进行处理。
12.根据权利要求1所述的方法,其中,在所述处理步骤的至少一部分期间将碲化镉层退火。
13.根据权利要求1所述的方法,其中,在对碲化镉层进行处理之后将碲化镉层退火。
14.根据权利要求1所述的方法,其中,在大约350℃至大约750℃的温度下将碲化镉层退火。
15.根据权利要求14所述的方法,其中,在大约400℃至大约460℃的温度下将碲化镉层退火。
16.根据权利要求15所述的方法,其中,在大约415℃至大约455℃的温度下将碲化镉层退火。
17.根据权利要求16所述的方法,其中,在大约435℃至大约445℃的温度下将碲化镉层退火。
18.根据权利要求1所述的方法,其中,所述氯化物化合物包括大约0.14M至大约2.18M的水溶液。
19.根据权利要求18所述的方法,其中,所述氯化物化合物包括大约0.5M至大约1.2M的水溶液。
20.根据权利要求1所述的方法,其中,将碲化镉层退火大约7分钟至大约12分钟。
21.根据权利要求10所述的方法,其中,在大约400℃至大约750℃的温度下将碲化镉层退火。
22.一种光伏装置,所述光伏装置包括:
处理过的碲化镉层,所述处理过的碲化镉层用氯化物化合物处理过,所述氯化物化合物包括从由1族-11族的元素、锌、汞和鎶组成的组中选择的一种或更多种元素。
23.根据权利要求22所述的装置,所述装置还包括:
半导体反射层,位于碲化镉层上;以及
背接触层,位于半导体反射层上。
24.根据权利要求22所述的装置,其中,所述氯化物化合物包括氯化锰。
25.根据权利要求22所述的装置,其中,所述氯化物化合物包括氯化镁。
26.根据权利要求23所述的装置,其中,半导体反射层包括碲化锌。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018119679A1 (en) * 2016-12-27 2018-07-05 China Triumph International Engineering Co., Ltd. Method for activation of cdte layer of cdte thin-film solar cells with calcium hypochlorite
CN110854239A (zh) * 2019-11-26 2020-02-28 龙焱能源科技(杭州)有限公司 一种薄膜太阳能电池及其制作方法
CN113161445A (zh) * 2020-12-31 2021-07-23 中国建材国际工程集团有限公司 一种CdTe薄膜太阳电池活化工艺
CN113571599A (zh) * 2021-06-08 2021-10-29 中国建材国际工程集团有限公司 碲化镉薄膜太阳能电池、制备方法及活化处理设备

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2518881A (en) * 2013-10-04 2015-04-08 Univ Liverpool Solar cell manufacturing method
EP3586374B1 (en) 2017-02-24 2022-12-28 First Solar, Inc. Method of preparing and treating p-type photovoltaic semiconductor layers
US10304989B2 (en) 2017-03-17 2019-05-28 Alliance For Sustainable Energy, Llc Fabrication and use of large-grain templates for epitaxial deposition of semiconductor materials
US10134590B2 (en) 2017-03-27 2018-11-20 Alliance For Sustainable Energy, Llc Methods of growing CdTe-based materials at high rates
US11502212B2 (en) 2017-12-07 2022-11-15 First Solar, Inc. Photovoltaic devices and semiconductor layers with group V dopants and methods for forming the same
WO2019152174A1 (en) * 2018-02-01 2019-08-08 First Solar, Inc. Method for group v doping of an absorber layer in photovoltaic devices
US11257977B2 (en) * 2020-03-03 2022-02-22 The Board Of Trustees Of The University Of Alabama Diffusion based ex-situ group V (P, As, Sb, Bi) doping in polycrystalline CdTe thin film solar cells

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4873198A (en) * 1986-10-21 1989-10-10 Ametek, Inc. Method of making photovoltaic cell with chloride dip
CN101567406A (zh) * 2009-06-09 2009-10-28 华东师范大学 硅基太阳能电池表面量子点光波转换层的制备方法
CN102097537A (zh) * 2009-12-11 2011-06-15 通用电气公司 制作薄膜太阳能电池的过程
EP2337088A2 (en) * 2009-12-16 2011-06-22 General Electric Company Method of p-type doping of cadmium telluride
CN102208483A (zh) * 2010-03-30 2011-10-05 初星太阳能公司 形成用于基于碲化镉的薄膜光伏装置的导电透明氧化物膜层的方法
US20110259424A1 (en) * 2010-04-21 2011-10-27 EncoreSolar, Inc. Method of fabricating solar cells with electrodeposited compound interface layers

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7229497B2 (en) 2003-08-26 2007-06-12 Massachusetts Institute Of Technology Method of preparing nanocrystals
US20050189518A1 (en) 2004-02-27 2005-09-01 Fuji Photo Film Co., Ltd. Method of producing a fluorescent particle
US7229690B2 (en) 2004-07-26 2007-06-12 Massachusetts Institute Of Technology Microspheres including nanoparticles
US7316967B2 (en) 2004-09-24 2008-01-08 Massachusetts Institute Of Technology Flow method and reactor for manufacturing noncrystals
US8891575B2 (en) 2004-11-30 2014-11-18 Massachusetts Institute Of Technology Optical feedback structures and methods of making
US20090020149A1 (en) 2007-07-16 2009-01-22 Woods Lawrence M Hybrid Multi-Junction Photovoltaic Cells And Associated Methods
US8334455B2 (en) 2008-07-24 2012-12-18 First Solar, Inc. Photovoltaic devices including Mg-doped semiconductor films
US9643252B2 (en) 2008-12-02 2017-05-09 Massachusetts Institute Of Technology Electrically controlled catalytic nanowire growth based on surface charge density
US8236599B2 (en) 2009-04-09 2012-08-07 State of Oregon acting by and through the State Board of Higher Education Solution-based process for making inorganic materials
US20130074914A1 (en) * 2011-09-26 2013-03-28 General Electric Company Photovoltaic devices

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4873198A (en) * 1986-10-21 1989-10-10 Ametek, Inc. Method of making photovoltaic cell with chloride dip
CN101567406A (zh) * 2009-06-09 2009-10-28 华东师范大学 硅基太阳能电池表面量子点光波转换层的制备方法
CN102097537A (zh) * 2009-12-11 2011-06-15 通用电气公司 制作薄膜太阳能电池的过程
EP2337088A2 (en) * 2009-12-16 2011-06-22 General Electric Company Method of p-type doping of cadmium telluride
CN102208483A (zh) * 2010-03-30 2011-10-05 初星太阳能公司 形成用于基于碲化镉的薄膜光伏装置的导电透明氧化物膜层的方法
US20110259424A1 (en) * 2010-04-21 2011-10-27 EncoreSolar, Inc. Method of fabricating solar cells with electrodeposited compound interface layers

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
OMAR S. MARTINEZ 等: "DEVELOPMENT OF WIDE BAND GAP Cd1-xMgxTE/CdS TOP CELLS FOR TANDEM DEVICES", 《2008 33RD IEEE PHOTOVOLATIC SPECIALISTS CONFERENCE》 *
T. POTLOG 等: "Influence of annealing in different chlorides on the photovoltaic parametrs of CdS/CdTe solar cells", 《SOLAR ENERGY MATERIALS & SOLAR CELLS》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018119679A1 (en) * 2016-12-27 2018-07-05 China Triumph International Engineering Co., Ltd. Method for activation of cdte layer of cdte thin-film solar cells with calcium hypochlorite
CN110854239A (zh) * 2019-11-26 2020-02-28 龙焱能源科技(杭州)有限公司 一种薄膜太阳能电池及其制作方法
CN113161445A (zh) * 2020-12-31 2021-07-23 中国建材国际工程集团有限公司 一种CdTe薄膜太阳电池活化工艺
CN113571599A (zh) * 2021-06-08 2021-10-29 中国建材国际工程集团有限公司 碲化镉薄膜太阳能电池、制备方法及活化处理设备
CN113571599B (zh) * 2021-06-08 2024-01-26 中国建材国际工程集团有限公司 碲化镉薄膜太阳能电池、制备方法及活化处理设备

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WO2013177048A3 (en) 2014-02-27
EP2852985A2 (en) 2015-04-01
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US9147792B2 (en) 2015-09-29

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