CN109564947A - Ag掺杂的光伏器件及制造方法 - Google Patents

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Abstract

提出了掺杂的光伏器件。该光伏器件包括设置在前触点和后触点之间的半导体吸收体层或堆叠。吸收体层包含掺杂有Ag和任选的Cu的镉、硒和碲。Ag掺杂剂可以5×1015/cm3至2.5×1017/cm3的量经由若干施加方法中的任何方法在沉积吸收体层之前、期间或之后加到吸收体中。光伏器件在较高的PT(=ISC*VOC乘积)值例如约160W下具有改善的填充因子和PMAX，其导致与未掺杂Ag的器件相比改善的转换效率。改善的PT可能是由于ISC增大、VOC增大或二者。

Description

Ag掺杂的光伏器件及制造方法
背景
总体而言，本发明涉及光伏器件。更具体而言，本发明涉及包含II-VI半导体如镉、锌、碲和硒的光伏器件及制造所述光伏器件的方法。
薄膜太阳能电池或光伏(PV)器件通常包括前触点、后触点和设置在透明基板上的多个半导体层。所述半导体层通常形成半导体堆叠层，该半导体堆叠层形成p-n结，当光子在构成p-n结的材料内被吸收时，该p-n结将驱动电流。p-n结可以是“同质结”，其由相同的组合物制成，其中添加掺杂剂以产生n-或p-型区域；或“异质结”，其由具有或被掺杂以具有p-型或n-型性质的异种材料制成。因此，p-n结可由双层形成，其中第一层具有n-型性质，有时称为窗口层，其中第二层具有p-型性质，有时称为吸收体层。如果存在，窗口层将允许太阳辐射穿透到达吸收体层，在这里，来自太阳辐射的能量通过使吸收材料中电子从其核解离而转换为电能。
PV器件的功率输出(P)为电流(I)和电压(V)的乘积，如图1中呈现的IV曲线所示。沿着x轴在零电流或“开路”时产生最大电压(VOC)，沿着y轴在零电压或“短路”时产生最大电流(ISC)。它们的乘积是以瓦特(W)给出的总潜在功率(PT)，但这在现实中是不可实现的。可实现的最大功率输出(PMAX)由IV曲线上给出I*V最大乘积的点定义，其在图1中的轴上显示为IMP和VMP。填充因子(FF)定义为PMAX与PT的比率，即IMP*VMP的乘积除以ISC*VOC的乘积，如公式1所示：
参考图1，PMAX和PT可分别形象地视为从原点到PMAX和PT的矩形的面积，FF为这两个面积的比率。IV曲线越“方形化”(即矩形)，则FF越高且电池越高效。PV器件的转换效率为总潜在功率(PT)乘FF占入射功率(P入射)的分数的函数，并可在数学上表示为：
效率＝PMAX/P入射＝(ISC*VOC*FF)/P入射公式2
光伏器件领域的主要目标之一在于提高转换效率。已知增加主要由CdTe组成的吸收体中硫或硒的含量会降低带隙能，这将改善红外吸收并导致ISC的增大。另外，增大CdTe吸收体层的晶粒尺寸和/或厚度已显示将增大VOC。虽然这些中单独的每一个和组合理论上应导致更高的PT＝(ISC*VOC)乘积，但申请人的经验表明，在(ISC*VOC)乘积值的理想高值范围下(即在较高的PT下)，FF往往快速下降，从而导致器件的总转换效率降低。
因此，仍然需要改进的薄膜光伏器件、配置及制造它们的方法。
附图简述
参考附图阅读下面的详述时，本发明的这些及其他特征、方面和优点将得到更好的理解，其中：
图1为示意性的代表性IV曲线，示出了电流和电压与PMAX和PT以及填充因子的关系。
图2为PV器件的一个示例性实施方案的代表。
图3为渐变三元吸收体中的代表性Se曲线。
图4为如说明书中所解释的FF vs PT的图。
图5为如说明书中所解释的相对PMAX vs PT的图。
图6为如说明书中所述的示出稳定性改善的图。
详述
基于碲化镉/硫化镉(CdTe/CdS)异质结的PV电池是薄膜异质结太阳能电池的一个实例。这样的电池可包含掺杂有Cu以改善载流子密度的CdTe吸收体。其他IB族元素，尤其是Ag或Au，可用作CdTe吸收体中的供选掺杂剂。如本文所述，以特定比例掺杂一起用作共掺杂剂的Cu和Ag可产生转换效率有益效果。例如，一些实施方案实习了更高的VOC和/或ISC——并因此实现了更高的潜在总功率PT——而没有FF的相应下降并且没有总转换效率的相应损失。
如下文将详细讨论的，本公开的一些实施方案包括光伏器件，其包含II-VI半导体如镉、锌、硫、硒和碲。这些半导体形成晶格结构，使得II族元素(Cd、Zn)近似等于VI族元素(S、Se、Te)。
在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言可适用于修饰任何可允许改变而不会导致与其相关的基本功能的改变的定量表示。相应地，由一个或多个术语如“约”和“基本上”修饰的值不限于指定的精确值。在一些情况下，近似语言可对应于用于测量该值的仪器的精度。在这里及整个说明书和权利要求书中，范围限制可组合和/或互换，这样的范围被确定并包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另有指出。
在以下说明书和权利要求书中，单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指代物，除非上下文另有明确规定。如本文所用，术语“或”不指排他性的而是指存在所提及的部件(例如，层)中的至少之一并包括其中可能存在所提及的部件的组合的情况，除非上下文另有明确规定。
如本文所用的术语“透明区域”和“透明层”是指允许平均透射至少70％的入射电磁辐射的区域或层，所述入射电磁辐射的波长在约350nm至约1000nm的范围内。
如本文所用，术语“层”是指以连续或不连续的方式设置于下面的表面的至少一部分上的材料。此外，术语“层”不一定意味着所设置的材料具有均匀的厚度，所设置的材料可具有均匀或可变的厚度。此外，如本文所用，术语“层”是指单个层或多个层，除非上下文另有明确规定。
如本文所用，术语“设置于……上”是指彼此接触地直接设置或通过使其间有中间层而间接设置的层，除非另有明确规定。如本文所用，术语“相邻”是指两个层连续地设置并且彼此直接接触。
在本公开中，当层被描述为在另一个层或基板“上”时，应理解这些层可彼此直接接触或者在层之间具有一个(或多个)层或特征。此外，术语“在...上”描述了层相对于彼此的相对位置，并不一定指“在……上方”，因为相对位置上方或下方取决于器件对于观察者的取向。此外，为方便起见，使用“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”和这些术语的变体，而不要求部件的任何特定取向，除非另有述及。
如本文所用，关于给定名称的原子(例如，Se或Ag)，术语“原子浓度”是指每单位体积的给定层此类原子的平均数。术语“原子浓度”和“浓度”在整篇文章中可互换使用。如本文所用，关于给定名称的原子(例如，Se或Ag)，术语“在整个厚度上变化”是指此类原子的浓度以连续或非连续的方式在吸收体层的整个厚度上变化。
在一个方面，本发明涉及一种光伏器件，其具有在光入射侧上的前触点、后触点和基板，所述器件包括：
在前触点和后触点之间形成的吸收体层，所述吸收体层具有一定厚度及第一界面和第二界面，第一界面具有朝向前触点的相邻层，第二界面具有朝向后触点的相邻层，所述吸收体层包含II-VI半导体材料，所述II-VI半导体材料包含镉、硒和碲；其中所述吸收体层掺杂有Ag。
关于此方面，在一些实施方案中，吸收体可包含渐变含量的硒，使得其在第一界面处比在第二界面处高；在一些实施方案中，吸收体可掺杂有Cu和Ag二者，使得铜掺杂剂可在约5×1015/cm3至约1×1018/cm3、例如约5×1016/cm3至约5×1017/cm3的范围内，而银掺杂剂的量可在约1×1015/cm3至约5×1017/cm3、例如约5×1015/cm3至约2.5×1017/cm3的范围内；在一些实施方案中，Ag掺杂剂可从作为后触点沉积的层例如CdyZn1yTe:Ag递送到吸收体，其中y可在0至约0.6之间变化。
在另一个方面，本发明涉及一种掺杂光伏器件的方法，其包括：在基板上形成吸收体层，所述吸收体层包含II-VI半导体材料；在吸收体层上形成后触点，所述后触点包含Ag金属或含Ag合金，并热加工所述器件以使Ag作为Ag掺杂剂扩散到吸收体层中。关于这个方面，所述II-VI半导体材料可含或可不含Se，并且它也可掺杂或可不掺杂有Cu。
在另一个方面，本发明涉及一种光伏器件，其具有在光入射侧上的前触点、后触点和基板，所述器件包括：
在前触点和后触点之间形成的吸收体层，所述吸收体层具有一定厚度及第一界面和第二界面，第一界面具有朝向前触点的相邻层，第二界面具有朝向后触点的相邻层，所述吸收体层包含II-VI半导体材料，所述II-VI半导体材料包含镉、硒和碲；其中所述吸收体层掺杂有浓度为约5×1016/cm3至约5×1017/cm3的Cu，并且其中所述吸收体层还掺杂有浓度为约5×1015/cm3至约2.5×1017/cm3的Ag。
关于这个方面，Cu和Ag掺杂剂可经由任何已知的方法置于吸收体层中，包括本文描述的任何方法。吸收体层中Cu掺杂剂与Ag掺杂剂的相对量或比率为约1至约50。
PV器件和形成方法
光伏器件通常包含设置于基板上的多层材料。关键层包括用于将光子能量转换为电流的半导体吸收体，以及收集并将生成的电流导入或导出器件的前触点和后触点。p-n结通常形成在吸收体层内(“同质结”)，或者形成在吸收体层和另外的不同层之间(“异质结”)，所述另外的不同层通常称为窗口层，但也可以是缓冲层或界面层。可任选地存在许多其他层以改善器件的性能。
图2描绘了根据本公开的光伏器件100，其中一般性地示出并在本文中描述了多个层。在下文描述并在附图中示出的本发明实施方案中，本文描述的层、用来形成层的材料和/或形成光伏器件100的层的方法可被替换、除了所描述的层之外还被包括、或者不存在。
光伏器件100可包括基板层105、作为前触点的透明导电氧化物(TCO)层110、任选的窗口层115(即，在一些实施方案中省略窗口层115)、可为单层或多层的吸收体层120或堆叠、后触点125和后金属电极127。光伏器件100还可包括界面层，如缓冲层，例如在器件的各个层之间。在一些实施方案中，缓冲层可位于窗口层115和吸收体层120之间。或者，缓冲层可代替窗口层115，即缓冲层可位于TCO层110和吸收体层120之间。光伏器件还可包括电连接(未示出)，其提供电流路径以传输所生成的电流，如从一个光伏电池到模块中的相邻电池或从一个光伏模块到阵列中的相邻模块。或者，电连接可将电流传输到外部负载装置，在这里，光生电流提供动力。
光伏器件100和本文所述器件的每一个层可通过溅射或沉积工艺来沉积。通常，溅射涉及经由对靶表面的高能离子轰击从靶材料表面弹射原子。或者，这些层可通过本领域已知的任何其他合适的沉积工艺形成，包括但不限于脉冲激光沉积(PLD)、化学气相沉积(CVD)、电化学沉积(ECD)、原子层沉积(ALD)、蒸发、近空间升华(CSS)或气相输运沉积(VTD)。还应理解，每一个层可根据需要由单一材料以单层沉积方式沉积、由单一材料以多层沉积方式沉积、或由多种材料以多层沉积方式沉积。
每个层可覆盖器件的全部或一部分和/或层下面的层或材料的全部或一部分。例如，“层”可指接触表面的全部或一部分的任何量的材料。在形成这些层中之一的期间，所产生的层形成在基板或基板结构的外表面上，通常是顶表面上。基板结构可包括引入沉积工艺中的基板层以及可能已在先前的沉积工艺中沉积到基板层上的任何其他或附加的层。可在整个基板上沉积层，随后通过激光烧蚀、刻划或其他材料去除工艺去除材料的某些部分。
基板层105可由玻璃形成，例如钠钙玻璃或浮法玻璃。或者，基板层105可由聚合物、陶瓷或其他材料形成，这些材料提供用于形成光伏电池的基底的合适结构。基板层105可具有施加以促进光子透射过其厚度的附加层，其可包括抗反射涂层或防污涂层。
在一些实施方案中，基板105在需要透射的波长范围上是透明的。在一个实施方案中，基板105可对波长在约350nm至约1000nm范围内的可见光透明。在一些实施方案中，基板105包括能够承受高于约600℃的热处理温度的材料，例如二氧化硅或硼硅酸盐玻璃。在一些其他实施方案中，载体111包括软化温度低于600℃的材料，例如钠钙玻璃或聚酰亚胺。基板层105具有沉积于其上的TCO层110。
TCO层110可由任何合适的透明导电氧化物形成，包括但不限于氧化铟镓、锡酸镉、氧化镉锡、氧化硅、氧化锡、氧化镉铟、氟掺杂的氧化锡、铝掺杂的氧化锌、氧化铟锡或前述的各种组合。如本文所用，术语“透明导电氧化物层”是指能够用作前集电器的基本上透明的层。在一些实施方案中，TCO层110包括透明导电氧化物(TCO)。TCO的非限制性实例包括氧化镉锡(Cd2SnO4或CTO)；氧化铟锡(ITO)；氟掺杂的氧化锡(SnO:F或FTO)；铟掺杂的氧化镉；掺杂的氧化锌(ZnO)，如铝掺杂的氧化锌(ZnO:Al或AZO)、氧化铟锌(IZO)和氧化锌锡(ZnSnOx)；或它们的组合。根据所采用的特定TCO和其薄层电阻，在一个实施方案中，TCO层110的厚度可在约50nm至约600nm的范围内。
如本文所用，术语“缓冲层”是指介于透明导电氧化物层110和吸收体层120之间的任选的层。通常，缓冲层具有比TCO层110的薄层电阻更高的薄层电阻。缓冲层在本领域中有时称为“高电阻率透明导电氧化物层”或“HRT层”。任选的缓冲层可由半导体材料形成，如氧化锡、氧化锌镁、镉、氧化镉锡、氧化锌锡、氧化镉、氧化锌铝、氧化锌硅、氧化锌锆、氧化锡铝、氧化锡硅、氧化锡锆或其他合适的宽带隙且稳定的材料。
窗口层115(如果存在的话)形成在TCO层110上并可由半导体材料形成，例如CdS、CdSSe、CdSe、硫化锌(ZnS)、ZnS/CdS合金、ZnSO、氧化锌镁、硫化镉镁、氧化镉锡、氧化锌锡、氧化镉、氧化锌铝、氧化锌硅、氧化锌锆、氧化锡铝、氧化锡硅、氧化锡锆或其他合适的宽带隙且稳定的材料。该任选的层可以是刚沉积的n-型或者可在完成器件结构的加工之后变为n-型。应理解，可在窗口层115和TCO层110之间形成缓冲层。应理解，光伏器件100可根据需要省略窗口层115。
当存在窗口层115时，吸收体层120形成在窗口层115上，或者如果不存在，则吸收体层120形成在TCO或缓冲层上。吸收体120可由任何II-VI半导体材料形成，通常为(Cd，Zn)(S，Se，Te)形式的二元、三元、四元或更多元复杂合金，其中II族元素的原子总和大约等于VI族元素的原子总和。示例性的这种II-VI半导体化合物包括：碲化镉(CdTe)、碲化镉锌、硒化镉(CdSe)、碲化硫镉(CdSTe)、碲化镉硒(CdSeTe)，例如，CdSexTe1-x，其中x为约1原子％至约40原子％，以及任何前述II-VI半导体的组合和合金。向CdTe吸收体层添加S或Se已显示出降低CdTe材料的带隙并延长可能被吸收并转换为能量的光的波长，从而增大所产生的电流。例如，具有0％Se(x＝0)的CdSexTe1-x具有约1.5eV的带隙，而具有40％Se(x＝0.4)时，带隙为约1.39eV。
吸收体层120可由单个沉积层形成，或者由形成二元、三元或四元合金的不同材料的多层形成，所述二元、三元或四元合金在热加工期间再结晶。在沉积后的退火工艺期间组成改变，并且沉积和退火的优化允许优化所需的特性。采用三元和更多元合金，一旦所述多个层被退火，至少一种元素可任选地在吸收体层120上形成梯度，使得该元素(例如，Se或S)的浓度在吸收体层120的整个厚度上变化。无论吸收体层120如何形成，吸收体层120形成在前触点和后触点之间，并且在朝向前触点的第一界面和朝向后触点125的第二界面之间具有一定厚度，其中所述前触点可由TCO层110形成。在一些实施方案中，第一界面可与朝向前触点的相邻层相邻，第二界面可与朝向后触点125的相邻层相邻。在一个实施方案中，三元合金吸收体由镉、硒和碲形成，使得第一界面处Se的浓度高于第二界面处Se的浓度。例如，吸收体层可含有CdSexTe1-x，其中x为约1原子％至约40原子％，但x可在第一界面处在约10原子％至约40原子％的范围内而在第二界面处在约1原子％至约20原子％的范围内。图3示意了这样的渐变Se含量特性，其中Se含量在第一界面处为约20原子％并逐渐降低至在第二界面处接近于零。
吸收体层的许多其他具体配置和沉积它们的方法在共同拥有的美国申请序列号14/531,425中有公开，该申请于2016年5月5日以US 2016/0126395公布并通过引用并入本文。例如，在至少一个实施方案中，吸收体层中的渐变Se含量通过沉积一个或多个包含CdSe的第一层、沉积一个或多个包含CdTe的第二层和热加工这些层以使Se扩散到第二层中来实现。或者，可通过顺序沉积CdSexTe1-x的多个层形成具有如图3中所示的渐变Se特性的层，其中对于每一个顺序形成的层，x的值减小。在一些实施方案中，第一界面处硒的原子浓度超过第二界面处硒的原子浓度至少10倍，例如20倍、40倍、80倍、100倍或更多。
在某些实施方案中，硒的浓度在吸收体层120的整个厚度上连续变化。此外，在这样的情况下，硒浓度的变化可以是单调的或非单调的。在一些情况下，浓度的变化率本身可随厚度变化，例如，在一些厚度区域中增加并在其他厚度区域中减小。此外，在一些情况下，对于某些厚度部分，硒浓度可保持基本上恒定。如本上下文中所用，术语“基本上恒定”意味着在该部分厚度上浓度的变化小于5％。
在其他实施方案中，在吸收体层的整个厚度上硒浓度的变化并那么渐变，而是更明显的阶跃变化。
后触点125为吸收体层120与后金属电极127之间的界面层。后触点125和后金属电极127的组合通常可统称为后触点而不区分这些层。后触点125可由任何材料形成，包括碲、硒、金、钨、钽、钛、钯、镍、银、钙、铅、汞、石墨等。在一些实施方案中，后触点125可由CdyZn1yTe:D形式的碲化锌合金形成，其中y可在0至约0.6之间变化，D表示任选的掺杂剂。此通式因此包括以下示例性后触点化合物：ZnTe、ZnTe:Cu、ZnTe:Ag、ZnTe:Au、CdyZn1yTe:Cu、CdyZn1yTe:Ag、CdyZn1yTe:Au，其中y在上文定义。在一些实施方案中，y可为约0.3至约0.6，例如0.45至约0.55。在一些其他实施方案中，后触点可由氮化铟、HgTe、Te和PbTe或任何其他合适的材料形成。掺杂剂D和它们可使用的浓度将在下文描述。
后金属电极127向外部电路提供横向电传导。后金属电极127可由铝、铜、镍、金、银、氮化钼、钼、铬、氧化金属、氮化物金属、前述的组合、前述的合金或已知可在光伏器件中用作导体的任何其他金属形成。合适的后触点125和后金属电极127在共同拥有的专利申请WO2014/151610“Photovoltaic Device Having Improved Back Electrode and Methodof Formation”中有述，其全部内容通过引用并入本文，关于本公开的后触点125和后金属电极127部分，可依赖于其公开内容来实现。
如果在光伏器件100中存在界面层，则界面层可由任何数量的材料形成并可根据需要设置在光伏器件的任何各种层之间。界面层可以是缓冲层或阻挡层，其抑制化学离子扩散出、入或穿过基板105或器件100的另一层。例如，包括在光伏器件100中的一个界面层可以是形成在基板层105和TCO层110之间的阻挡层。阻挡层可由任何合适的材料形成，包括但不限于二氧化硅、氧化铝、氧化锡或氧化硅铝。界面层的另一个实例可以是形成在TCO层110和窗口层115之间的缓冲层以减少TCO层110和窗口层115的界面处空穴和电子的复合。缓冲层可由任何合适的材料形成，包括但不限于例如氧化锡、氧化锌、氧化锌锡、锌掺杂的氧化锡、氧化铟、氧化锡和氧化锌的混合物、锡酸锌、氧化锌镁、硫氧化锌、硫化镉锰或硫化镉镁或前述的组合。
光伏器件100可包括其他部件如汇流条、外部布线、激光蚀刻等。例如，当器件100形成光伏模块的光伏电池时，可将多个光伏电池串联连接以实现期望的电压，如通过电线连接。可将串联连接电池的每一端连接到合适的导体如导线或汇流条，以将生成的电流引导到方便的位置来连接到使用所生成电流的器件或其他系统。在一些实施方案中，可使用激光来刻划光伏器件100的沉积层以将器件分成多个串联连接的电池。
在一些实施方案中，可在示例性的光伏器件100中包括其他部件(未示出)，如汇流条或带、接线盒、外部布线、激光划线、封装剂等。例如，当器件100形成光伏模块的光伏电池时，可将多个光伏电池串联连接以实现期望的电压，如通过电线连接。可将串联连接电池的每一端连接到合适的导体如导线或汇流条，以将生成的电流引导到方便的位置来连接到使用所生成电流的器件或其他系统。在整体式薄膜实施方案中，可使用激光来刻划光伏器件100的沉积层以将器件分成多个串联连接的电池。
掺杂剂和掺杂方法
认为未掺杂的CdTe固有地具有约1×1010/cm3的载流子密度或浓度。为了增大载流子密度和/或将层或区域改性为更p-型或更n-型，可添加掺杂剂。掺杂剂D可在层的沉积之前、期间或之后添加，并可使电荷载流子密度增大若干个数量级。虽然边界不是严格的，但如果电子受体载流子以约1×1011/cm3至约1×1017/cm3的范围存在，则材料通常被认为是p-型，如果受体载流子密度大于约1×1017/cm3，则材料通常被认为是p+-型。类似地，如果电子供体载流子以约1×1011/cm3至约1×1017/cm3的范围存在，则材料被认为是n-型，如果供体载流子密度大于约1×1017/cm3，则材料被认为是n+-型。
可使得II-VI半导体如CdTe更p-型的合适的受体掺杂剂包括：(i)替代CdTe晶格中的Cd的那些，包括但不限于：Li、Na、K、Rb(在本文中称为IA族掺杂剂)，以及Cu、Ag和Au(在本文中称为IB族掺杂剂)；和(ii)替代CdTe晶格中的Te的那些，包括但不限于：V、Nb和Ta(在本文中称为VB族掺杂剂)以及N、P、As、Sb和Bi(在本文中称为VA族掺杂剂)。可使得II-VI半导体如CdTe更n-型的合适的供体掺杂剂包括：(i)替代CdTe晶格中的Cd的那些，包括但不限于：Sc、Y和La(在本文中称为IIIB族掺杂剂)，以及B、Al、Ga和In(在本文中称为IIIA族掺杂剂)；和(ii)替代CdTe晶格中的Te的那些，包括但不限于：Mn、Tc(在本文中称为VIIB族掺杂剂)，以及F、Cl、Br和I(在本文中称为VIIA族掺杂剂)。
铜为IB族掺杂剂，可用于使得II-VI半导体如CdTe更p-型。可采用掺杂剂Cu在吸收体层120和后金属电极127之间产生欧姆接触，因为很少有金属具有足够高的功函数。在某些实施方案中，吸收体层120还包含铜掺杂剂，其范围可为约5×1015/cm3至约1×1018/cm3，例如约5×1016/cm3至约5×1017/cm3。在一些实施方案中，吸收体中Cu的浓度在第二界面处比在第一界面处高。除铜(Cu)外，还已知银(Ag)和金(Au)是CdTe半导体的IB族掺杂剂，并且文献表明就此目的而言它们等同于Cu。
在某些实施方案中，吸收体层120还包含银掺杂剂，其范围可为约1×1015/cm3至约1×1018/cm3，例如约5×1015/cm3至约2.5×1017/cm3。可使用本文描述的任何方法将银作为掺杂剂掺入到吸收体层120中。银可用作II-VI半导体中唯一的掺杂剂或者可与Cu一起用作补充掺杂剂。当Ag用作II-VI半导体中唯一的掺杂剂时，令人惊奇地发现，与Cu掺杂剂的水平相比，需要更少的掺杂剂。在一些实施方案中，当Ag代替Cu时，15％至70％的掺杂剂水平就足够了，例如，约20％至约60％。这可有助于改善长期稳定性，如图6的加速应力数据所示(在下面的实施例2中描述)。类似地，在共掺杂有Cu和Ag二者的器件中，Cu的量可减少20％至50％，从而减少高度可扩散的Cu的量。
如前所述，II-VI半导体用本文所述比例共掺杂Cu和Ag二者在转换效率方面提供了显著优势，这将在后文讨论。在这样的情况下，铜与银掺杂剂的比例使得铜掺杂剂的范围可为约5×1015/cm3至约1×1018/cm3，例如约5×1016/cm3至约5×1017/cm3，而银掺杂剂的量的范围可为约1×1015/cm3至约5×1017/cm3，例如约5×1015/cm3至约2.5×1017/cm3。具有Cu和Ag掺杂剂二者的一些实施方案显示Cu与Ag的比率为约1:1至约50:1。例如，吸收体层120中Cu与Ag的比率可为至少约2:1，例如，在一个实施方案中至少约4:1，在另一个实施方案中至少约3:1。在其他实施方案中，吸收体层120中Cu与Ag的比率可高达约40:1、高达约30:1、或高达约20:1。在有界范围内，在一个实施方案中，吸收体层120中Cu与Ag的比率可在约5:1和40:1之间，或者在另一个实施方案中在约5:1和30:1之间，或者在又一个实施方案中在约10:1和20:1之间。
可通过若干措施向吸收体层120中掺入掺杂剂(例如，Cu、Ag、Au)。首先，用于气相沉积或溅射的源靶可包含掺杂剂。或者，可共沉积或共溅射多个源或靶——一个含有掺杂剂而另一个含有主吸收体材料——以掺入掺杂剂。在另一种方法中，可在吸收体层120之上或在沉积吸收体层120之前沉积纯掺杂剂的薄层作为界面层，然后进行热加工，该热加工使掺杂剂从其层扩散到吸收体的相邻层中。另外，掺杂剂可通过“湿法”施加，“湿法”涉及制备掺杂剂或掺杂剂盐的溶液，该溶液可在沉积吸收体层120之前或之后喷射或涂覆到层表面上，然后进行热加工，该热加工使得掺杂剂从其湿溶液扩散到吸收体层120的相邻层中。掺杂剂也可以这种方式通过将掺杂剂溶液与氯化镉混合并在热处理之前施加到吸收体层来施加。
在至少一个实施方案中，将掺杂剂掺入到吸收体层中作为形成后触点的一部分，或掺入到吸收体和后触点之间的界面层中。如前所述，后触点的沉积可在II-VI半导体吸收体如CdTe、ZnTe、CdSeTe或CdZnTe中包括掺杂剂D，例如Cu、Au或Ag。在这些实施方案中，将后触点125或具有掺杂剂的界面层沉积在吸收体层120上，并进行热加工或退火以使得掺杂剂扩散到吸收体层120中。在一个实施方案中，可将Ag包括在包含CdyZn1yTe的后触点材料中，其中y为0至约0.6，例如约0.4至约0.6或约0.5。
当掺杂剂如铜或银从溶液或金属层施加为其自身的层时，将掺杂剂负载或剂量表征为质量/所覆盖面积有时更有用。当器件100被进一步热加工时，掺杂剂将如上所述扩散到层中。以这种方式表达的可用于本公开中的铜掺杂剂剂量包括约5ng/cm2至约70ng/cm2，例如约10ng/cm2至约50ng/cm2。以这种方式表达的可用于本发明中的银掺杂剂剂量包括约1ng/cm2至约30ng/cm2，例如约2ng/cm2至约20ng/cm2。
实施例和提高的效率性能
实施例1：形成对照CdSeTe吸收体PV器件，其中在吸收体层中Cu掺杂剂为约2×1017/cm3。通过在吸收体层上沉积ZnTe:Cu层、然后进行热加工来提供铜。形成实施例CdSeTe PV器件，其中在吸收体层中Cu掺杂剂为约2×1017/cm3且Ag掺杂剂为约1.5×1016/cm3。银以约2ng/cm2的剂量以硝酸银的水溶液施加到吸收体层上并加热以使层退火并使Ag扩散到吸收体中。产生对照和实施例PV器件的I-V扫描曲线以获得如图1和4所示的ISC和VOC值。从这些计算PMAX、PT和FF并在图5中PMAX绘制为相对增加。对于特定厚度的器件，图5中的零基线是任意基线，但这里反映了实施例器件(圆圈)比对照器件(正方形)的相对改善。在约161W至约168W的PT＝Isc*VOC乘积(单位为瓦特，W)下，与未掺杂Ag的器件相比，掺杂Ag的器件的PMAX高约1％至约5％，并且趋势是在更高的PT＝Isc*VOC乘积区域处有更大的改善。
从上面描述的实施例明显可见，具有银掺杂剂的PV器件优于仅具有铜掺杂剂的对照器件。考虑到电子壳层组态非常类似(壳层3d/4d填满10个电子，而下一壳层中仅有1个电子)，这有些出乎意料。此外，文献还提出Ag代替Cu作为CdTe吸收体太阳能电池中的掺杂剂的等效性——而不是优越性。参见例如Gretener等人,CdTe Thin Films doped by Cu andAg-a Comparison in Substrate Configuration Solar Cells,(2014)2014IEEE 40thPhotovoltaic Specialist Conference,PVSC 2014,art.no.6925689,pp.3510-3514；http://www.scopus.com/inward/record.url？eid＝2-s2.0-84912074574&partnerID＝40&md5＝0688dfb7339050b34e59c49b24353000。
然而，申请人已发现，改善的效率性能以更高的ISC、更高的VOC或二者的形式出现，这产生了更高的PT，如图4和5所示。虽然在较高的PT＝Isc*VOC乘积下FF确实下降，但它是在高得多的PT＝Isc*VOC乘积下下降，这转变为较高的PMAX和较高的转换效率。通过在增加的PT下保持较高的FF，将获得更高的PMAX。这从图4明显可见，其中Ag掺杂器件(圆圈)在任何给定的PT＝Isc*VOC乘积下表现出比未掺杂银的器件(正方形)高出约1至约3个百分点的FF，并且该效果在最高的PT值下最明显。通过在任何给定的PT下增大FF，将获得更高的PMAX。
如图4和5中所示，Ag共掺杂的有益效果随“Isc*Voc”乘积增大而增大。可通过增加吸收体的硒含量以降低带隙来将此PT(＝Isc*VOC乘积)值调制到更高的值。这是一个重要的发展，因为现在可使用具有较高硒含量的CdSeTe吸收体来最大化入射光的吸收，尤其是在高于约800nm的红外范围内。已确定这样的新吸收体的吸收边缘可向该IR范围中进一步推动1-10nm，例如约5nm。
实施例2：形成CdSeTe吸收体PV器件，其中由含有掺杂剂的溅射后触点供给掺杂剂，然后进行热加工。在后触点溅射靶中用1.0％的Cu掺杂剂形成对照PV器件以在吸收体层中产生约2×1017/cm3的估计吸收体浓度。在后触点溅射靶中用0.3％的Ag掺杂剂形成实施例PV器件。在初始时间测量器件的转换效率并在设计用于模拟长期使用的加速应力测试之后再次测量。数据示于图6中。在初始测量时，所述Ag器件(总掺杂剂的约1/3)的效率比对照Cu掺杂器件高约6％，Cu掺杂器件在图中已归一化为1.0的值。此外，在各自经受加速应力测试后，对照Cu器件显示出大于15％的效率劣化，但Ag掺杂器件显示出仅约8％的劣化。值得注意的是，Ag掺杂器件的应力后转换效率在Cu掺杂器件的初始(无应力)效率的几个百分点内。
附随的权利要求旨在要求如所设想的那样广泛地保护本发明，并且本文给出的实施例是从多个所有可能的实施方案中选择的实施方案的示意。相应地，申请人的意图是附随的权利要求不受用来示意本发明特征的实施例的选择的限制。如权利要求中所使用，词语“包括”及其语法变体在逻辑上也对等并包括变化和不同程度的短语，例如但不限于“基本上由......组成”和“由......组成”。必要时，已提供范围；这些范围包括其间的所有子范围。可以预期，这些范围的变化对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的，并且在未贡献给社会大众的情况下，这些变化应在可能的情况下解释为由附随的权利要求所覆盖。还预期科学和技术的进步将使得等同物和替代物成为可能，这些等同物和替代物由于语言的不精确性而现在未被涵盖，并且这些变化也应在可能的情况下解释为由附随的权利要求所覆盖。

Claims (62)

1.一种光伏器件，所述光伏器件包括：
将光子能量转换为电流的吸收体层，其中：
所述吸收体层包含II-VI半导体材料，所述半导体材料包含镉、硒和碲；和
所述吸收体层掺杂有铜和银，铜与银的比率大于2:1。
2.根据权利要求1所述的光伏器件，其中铜与银的比率在5:1和40:1之间。
3.根据权利要求1所述的光伏器件，其中所述吸收体层以5×1016/cm3和5×1017/cm3之间的浓度掺杂有铜。
4.根据权利要求1所述的光伏器件，其中所述吸收体层以5×1015/cm3和2.5×1017/cm3之间的浓度掺杂有银。
5.根据权利要求1所述的光伏器件，所述光伏器件在所述吸收体层上包含后触点，其中所述后触点掺杂有Ag。
6.根据权利要求5所述的光伏器件，其中所述后触点包含ZnTe。
7.根据权利要求5所述的光伏器件，所述光伏器件在光入射侧上包含前触点，其中：
所述吸收体层在朝向前触点的第一界面和朝向后触点的第二界面之间具有一定厚度；
硒的浓度在吸收体层的整个厚度上从第一界面处的最高水平向第二界面处的最低水平变化。
8.根据权利要求7所述的光伏器件，其中所述吸收体层由CdSexTe1-x源形成，其中x为约1原子%至约40原子%。
9.根据权利要求8所述的光伏器件，其中x在第一界面处为约10原子%至约40原子%而在第二界面处为约0原子%至约20原子%。
10.一种掺杂光伏器件的方法，所述方法包括：
在前触点上形成吸收体层，所述吸收体包含II-VI半导体材料；
在所述吸收体层上形成后触点，其中所述后触点以1 ng/cm2和30 ng/cm2之间的剂量包含Ag金属或含Ag合金，和
热加工所述光伏器件以使Ag作为Ag掺杂剂扩散到吸收体层中。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述Ag掺杂剂扩散到吸收体层中至浓度为5×1015/cm3至2.5×1017/cm3。
12.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括用Cu掺杂剂掺杂吸收体层至浓度为5×1016/cm3至5×1017/cm3。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述后触点还包含Cu，并且Cu作为掺杂剂扩散到吸收体层中。
14.根据权利要求10所述的方法，所述方法包括在沉积吸收体层的步骤期间通过气相沉积一层或多层Ag金属或含Ag合金向吸收体层中掺入额外的Ag掺杂剂。
15.根据权利要求10所述的方法，其中形成后触点的步骤还包括在吸收体层上气相沉积Ag和CdyZn1-yTe的混合物，其中y为0至约0.6。
16.根据权利要求15所述的方法，其中y为约0.4至约0.6。
17.根据权利要求15所述的方法，其中在热加工之前所述Ag掺杂剂以约0.1%至约1.0%的浓度存在于后触点中。
18.根据权利要求10所述的方法，其中所述II-VI半导体材料包含镉、硒和碲，并且所述吸收体具有一定厚度、有着朝向前触点的相邻层的第一界面和有着朝向后触点的相邻层的第二界面。
19.根据权利要求18所述的方法，其中硒的浓度在吸收体层的整个厚度上从第一界面处的最高水平向第二界面处的最低水平变化。
20.一种光伏器件，所述光伏器件具有在光入射侧上的前触点、后触点和基板，所述器件包括：
在前触点和后触点之间形成的吸收体层，所述吸收体层具有一定厚度及朝向前触点的第一界面和朝向后触点的第二界面，所述吸收体层包含II-VI半导体材料，所述II-VI半导体材料包含镉、硒和碲；
其中所述吸收体层掺杂有Ag。
21.根据权利要求20所述的光伏器件，其中硒的浓度在吸收体层的整个厚度上从第一界面处的最高水平向第二界面处的最低水平变化。
22.根据权利要求20至21中任一项所述的光伏器件，其中所述吸收体层由CdSexTe1-x源形成，其中x为约1原子%至约40原子%。
23.根据权利要求20至22中任一项所述的光伏器件，其中x在第一界面处为约10原子%至约40原子%而在第二界面处为约0原子%至约20原子%。
24.根据权利要求20至23中任一项所述的光伏器件，其中所述Ag掺杂剂以约5×1015原子/cm3至约2.5×1017原子/cm3的浓度存在于吸收体中。
25.根据权利要求20至24中任一项所述的光伏器件，除所述Ag掺杂剂外，所述光伏器件还包含Cu掺杂剂。
26.根据权利要求20至25中任一项所述的光伏器件，其中所述Cu掺杂剂以约5×1016原子/cm3至约5×1017原子/cm3的浓度存在。
27.根据权利要求20至25中任一项所述的光伏器件，其中相对于具有不含Ag掺杂剂的吸收体层的另一光伏器件，所述光伏器件在高于约160W的PT值下具有填充因子的增大。
28.根据权利要求27所述的光伏器件，所述光伏器件在相同的PT下填充因子具有约1至约3个百分点的增大。
29.根据权利要求27所述的光伏器件，所述光伏器件在约160W至约170W的PT值下PMAX值具有约1%至约4%的增大。
30.一种形成根据权利要求20至29中任一项所述的光伏器件的方法，所述方法包括：
以具有至少前区和后区的多层堆叠沉积吸收体层，所述前区包含CdSe、CdSSe或CdSexTe1-x，其中x为约10原子%至约40原子%；并且所述后区包含CdTe或CdSexTe1-x，其中x为约1原子%至约20原子%；
然后进行足以引起前区和后区的层的互混的热处理；和
向吸收体层中掺入Ag掺杂剂。
31.根据权利要求30所述的方法，所述方法包括自CdSexTe1-x源形成吸收体层的两个区，其中x从前区中的较高值向后区中的较低值渐变。
32.根据权利要求30至31中任一项所述的方法，所述方法还包括以约5×1015/cm3至约2.5×1017/cm3的浓度在吸收体中掺入Ag掺杂剂。
33.根据权利要求30至32中任一项所述的方法，所述方法还包括以约5×1016/cm3至约5×1017/cm3的浓度在吸收体中掺入Cu掺杂剂。
34.根据权利要求32至33中任一项所述的方法，其中向吸收体层中掺入Ag掺杂剂的步骤通过在沉积吸收体层的步骤期间气相沉积一层或多层Ag金属或含Ag合金来进行。
35.根据权利要求32至33中任一项所述的方法，其中向吸收体层中掺入Ag掺杂剂的步骤通过形成包含Ag金属或含Ag合金的后触点、然后热加工所述器件以使所述Ag扩散到吸收体层中来进行。
36.根据权利要求32至33中任一项所述的方法，其中向吸收体层中掺入Ag掺杂剂的步骤通过气相沉积Ag和CdyZn1-yTe的混合物作为形成在吸收体层上的后触点来进行，其中y为0至约0.6。
37.根据权利要求36所述的方法，其中y为约0.4至约0.6。
38.根据权利要求32至33中任一项所述的方法，其中向吸收体层中掺入Ag掺杂剂的步骤通过(i)在沉积第一区域之前、(ii)在沉积第二区域之后而在热处理之前、或(iii)在后触点形成之前向所述器件施加含Ag-盐的液体溶液来进行。
39.根据权利要求30至38中任一项所述的方法，其中相对于具有未掺杂Ag的类似II-VI半导体吸收体的PV器件，所述器件在高于约160W的PT值下具有填充因子的增大。
40.根据权利要求39所述的方法，其中所述器件在相同的PT下填充因子具有约1至约3个百分点的增大。
41.根据权利要求40所述的方法，其中所述器件在约160W至约170W的PT值下PMAX值具有约1%至约4%的增大。
42.一种光伏器件，所述光伏器件具有在光入射侧上的前触点、后触点和基板，所述器件包括：
在前触点和后触点之间形成的吸收体层，所述吸收体层具有一定厚度及朝向前触点的第一界面和朝向后触点的第二界面，所述吸收体层包含II-VI半导体材料，所述II-VI半导体材料包含镉、硒和碲；
其中所述吸收体层掺杂有浓度为约5×1016/cm3至5×1017/cm3的Cu，并且其中所述吸收体层还掺杂有浓度为约5×1015/cm3至约2.5×1017/cm3的Ag。
43.根据权利要求42所述的光伏器件，其中硒的浓度在吸收体层的整个厚度上从第一界面处的最高水平向第二界面处的最低水平变化。
44.根据权利要求43所述的光伏器件，其中所述吸收体层由CdSexTe1-x源形成，其中x为约1原子%至约40原子%。
45.根据权利要求44所述的光伏器件，其中x在第一界面处为约10原子%至约40原子%而在第二界面处为约0原子%至约20原子%。
46.根据权利要求42至45中任一项所述的光伏器件，其中所述吸收体层中Cu掺杂剂与Ag掺杂剂的比率为约1至约50。
47.根据权利要求42至46中任一项所述的器件，其中所述吸收体层掺杂有Cu和Ag，其中至少一种掺杂剂通过形成包含一层或多层掺杂剂-金属或含掺杂剂的合金的后触点层来施加。
48.根据权利要求47所述的器件，其中所述后触点通过气相沉积Ag和CdyZn1-yTe的混合物来形成，其中y为0至约0.6。
49.根据权利要求48所述的器件，其中y为约0.4至约0.6。
50.根据权利要求48所述的器件，其中y为约0.5。
51.一种掺杂光伏器件的方法，所述方法包括：
在基板上的前触点上形成吸收体层，所述吸收体包含II-VI半导体材料；
在吸收体层上形成后触点，所述后触点包含Ag金属或含Ag合金，和
热加工所述器件以使Ag作为Ag掺杂剂扩散到吸收体层中。
52.根据权利要求51所述的方法，其中所述Ag掺杂剂扩散到吸收体层中至浓度为约5×1015/cm3至约2.5×1017/cm3。
53.根据权利要求51至52中任一项所述的方法，所述方法还包括用Cu掺杂剂掺杂吸收体层至浓度为约5×1016/cm3至约5×1017/cm3。
54.根据权利要求51至53中任一项所述的方法，其中所述后触点还包含Cu，并且所述Cu和所述Ag二者作为掺杂剂扩散到吸收体层中。
55.根据权利要求51至54中任一项所述的方法，所述方法还包括在沉积吸收体层的步骤期间通过气相沉积一层或多层Ag金属或含Ag合金向吸收体层中掺入额外的Ag掺杂剂。
56.根据权利要求55所述的方法，其中形成后触点的步骤还包括在吸附体层上气相沉积Ag和CdyZn1-yTe的混合物，其中y为0至约0.6。
57.根据权利要求56所述的方法，其中y为约0.4至约0.6。
58.根据权利要求51至57中任一项所述的方法，其中在热加工之前所述Ag掺杂剂以约0.1%至约1.0%的浓度存在于后触点中。
59.根据权利要求51至58中任一项所述的方法，其中所述吸收体包含镉、硒和碲，并且所述吸收体具有一定厚度、朝向前触点的第一界面和朝向后触点的第二界面。
60.根据权利要求59所述的方法，其中所述吸收体层由CdSexTe1-x源形成，其中x为约1原子%至约40原子%。
61.根据权利要求59至60中任一项所述的方法，其中x在第一界面处为约10原子%至约40原子%而在第二界面处为约0原子%至约20原子%。
62.根据权利要求59至61中任一项所述的方法，其中硒的浓度在吸收体层的整个厚度上从第一界面处的最高水平向第二界面处的最低水平变化。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111341859A (zh) * 2020-03-11 2020-06-26 浙江大学 一种碲化镉薄膜太阳能电池及其制备方法
CN111739959A (zh) * 2020-06-05 2020-10-02 中国建材国际工程集团有限公司 一种高效碲化镉薄膜太阳能电池及其制备方法
CN112522735A (zh) * 2020-11-26 2021-03-19 上海大学 具有复合衬底结构的czt薄膜材料及其制备方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7362734B2 (ja) * 2018-10-24 2023-10-17 ファースト・ソーラー・インコーポレーテッド Ｖ族ドーピングを有する光起電デバイスの緩衝層

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103003959A (zh) * 2010-09-13 2013-03-27 松下电器产业株式会社 半导体膜以及太阳能电池
CN103827976A (zh) * 2011-06-17 2014-05-28 普瑞凯瑟安质提克斯公司 用于光电应用的沉积方法
WO2014165225A1 (en) * 2013-03-12 2014-10-09 New Jersey Institute Of Technology System and method for thin film photovoltaic modules and back contact for thin film solar cells
US20140326315A1 (en) * 2013-05-02 2014-11-06 First Solar, Inc. Photovoltaic devices and method of making
US20160126395A1 (en) * 2014-11-03 2016-05-05 First Solar, Inc. Photovoltaic devices and method of manufacturing

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IN167516B (zh) * 1986-05-06 1990-11-10 Standard Oil Co Ohio
JP2523588B2 (ja) 1987-03-03 1996-08-14 松下電器産業株式会社 光起電力素子の製造方法
JP3646940B2 (ja) 1994-11-01 2005-05-11 松下電器産業株式会社 太陽電池
WO2001009959A1 (en) * 1999-07-29 2001-02-08 Matsushita Battery Industrial Co., Ltd. Solar cell module
JP2001044457A (ja) * 1999-07-29 2001-02-16 Matsushita Battery Industrial Co Ltd 光電変換素子および太陽電池
JP2002241452A (ja) 2001-02-21 2002-08-28 Chisso Corp プロピレン・エチレンブロック共重合体組成物およびこれを用いて得られる成形品
CN100360721C (zh) 2001-04-04 2008-01-09 日矿金属株式会社 ZnTe系化合物半导体单晶的制造方法和ZnTe系化合物半导体单晶及半导体器件
JP2003137700A (ja) * 2001-10-29 2003-05-14 Nikko Materials Co Ltd ＺｎＴｅ系化合物半導体単結晶および半導体装置
US20100055826A1 (en) * 2008-08-26 2010-03-04 General Electric Company Methods of Fabrication of Solar Cells Using High Power Pulsed Magnetron Sputtering
US8829342B2 (en) * 2009-10-19 2014-09-09 The University Of Toledo Back contact buffer layer for thin-film solar cells
US8883549B2 (en) * 2010-06-21 2014-11-11 New Jersey Institute Of Technology p-Doping of CdTe polycrystalline thin film based on Cd vacancy theory
US9147793B2 (en) * 2011-06-20 2015-09-29 Alliance For Sustainable Energy, Llc CdTe devices and method of manufacturing same
WO2013089872A2 (en) * 2011-09-22 2013-06-20 Rosestreet Labs, Llc Band structure engineering for improved efficiency of cdte based photovoltaics
US9231134B2 (en) * 2012-08-31 2016-01-05 First Solar, Inc. Photovoltaic devices
WO2014121187A2 (en) * 2013-02-01 2014-08-07 First Solar, Inc. Photovoltaic device including a p-n junction and method of manufacturing
CN104051565B (zh) * 2013-03-14 2017-03-01 第一太阳能马来西亚有限公司 制造光伏器件的方法
BR112015023554A2 (pt) 2013-03-15 2017-07-18 First Solar Inc dispositivo fotovoltaico tendo melhorado volta do eletrodo e método de formação
US10062800B2 (en) * 2013-06-07 2018-08-28 First Solar, Inc. Photovoltaic devices and method of making
US9871154B2 (en) * 2013-06-21 2018-01-16 First Solar, Inc. Photovoltaic devices

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103003959A (zh) * 2010-09-13 2013-03-27 松下电器产业株式会社 半导体膜以及太阳能电池
CN103827976A (zh) * 2011-06-17 2014-05-28 普瑞凯瑟安质提克斯公司 用于光电应用的沉积方法
WO2014165225A1 (en) * 2013-03-12 2014-10-09 New Jersey Institute Of Technology System and method for thin film photovoltaic modules and back contact for thin film solar cells
US20140326315A1 (en) * 2013-05-02 2014-11-06 First Solar, Inc. Photovoltaic devices and method of making
US20160126395A1 (en) * 2014-11-03 2016-05-05 First Solar, Inc. Photovoltaic devices and method of manufacturing

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111341859A (zh) * 2020-03-11 2020-06-26 浙江大学 一种碲化镉薄膜太阳能电池及其制备方法
CN111739959A (zh) * 2020-06-05 2020-10-02 中国建材国际工程集团有限公司 一种高效碲化镉薄膜太阳能电池及其制备方法
WO2021243896A1 (zh) * 2020-06-05 2021-12-09 中国建材国际工程集团有限公司 一种高效碲化镉薄膜太阳能电池及其制备方法
CN112522735A (zh) * 2020-11-26 2021-03-19 上海大学 具有复合衬底结构的czt薄膜材料及其制备方法

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