CN109716538A - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

描述了太阳能电池、吸收器结构、后接触结构及其制造方法。太阳能电池和吸收器结构包括假晶应变电子反射器层。

Description

太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池，以及一种制造太阳能电池的方法。
背景技术
太阳能电池典型地包括连接到外部电路的光吸收材料层，其被称为吸收器。通过在吸收器层中吸收光子，在吸收器层中生成电荷载流子，后续朝向电池内的一个或多个接触部而驱动电荷载流子。电荷在开路时形成电压(Voc)，且在短路时生成电流(Jsc)。如此，当负载连接到外部电路时，太阳能电池可产生电流和电压以做电功。
典型的单结太阳能电池由用以在其上形成器件的基底、用以将电流传导至外部电路的两个欧姆接触部，以及用以形成半导体结的串联的两个或更多个半导体层构成。这些半导体层(吸收器)中的至少一个选择成使得其带隙具有用于近似最优地转换太阳辐射的值。在典型的设计中，一个半导体层是掺杂的n型(意味着半导体具有过量的带负电的电子)，且相邻的层是掺杂的p型(意味着半导体具有过量的带正电的空穴)。这些层的紧密靠近形成半导体p-n结。p-n结提供了电场，该电场有助于当照射电池时在吸收器层中的电荷分离，以及在欧姆接触部处的电荷收集。
当在半导体层中吸收具有大于半导体带隙的能量的太阳光或其它光辐射时，光子转换成电子-空穴对。电子和空穴由通过形成p-n结产生的电场分离。载流子的分离形成跨越结的势差，且使结能够迫使电流通过外部电路。这样，光功率转换成电功率。
p型半导体中的电子和n型半导体中的空穴被称为“少数载流子”。光生的少数载流子在半导体层内移动，在半导体层中少数载流子形成为由扩散和漂移驱动，直到少数载流子与它们在其中形成的半导体内的呈相反类型的载流子重组，在它们在其中形成的半导体的界面处重组，或由另一半导体层收集。重组是降低光伏器件中的光伏功率转换效率的损耗机制。
薄膜CdTe太阳能电池通常采用相对较厚的CdTe的p掺杂的太阳能吸收器区域(2-5μm)，以防止光生电子与后接触区域附近的空穴重组。这造成吸收器整体中的增多的重组、增加的材料成本和降低的制造产量，从而对生产成本造成负面的影响。电子反射器层可在不使吸收器层的厚度增大到最优值以上的情况下防止电子到达后接触界面。在Si基太阳能电池中，可通过使用在后p型欧姆接触部附近的掺杂p/p+的阶跃变化以增加掺杂过渡区处的导带/价带中的带弯曲来利用电子反射器。然而，该方法在多晶CdTe太阳能电池中不可行，因为掺杂大于1×1015 cm-3的p型是非常困难的。因此，需要备选方案，以便防止光生电子与多晶CdTe太阳能电池中的后接触区域附近的空穴重组。
附图说明
附图中阐述的实施例本质上是说明性且示例性的，且不旨在限制由权利要求书限定的主题。当结合以下附图阅读时，可理解说明性实施例的以下详细描述，在附图中，同样的结构以同样的参考标号指示，并且在附图中：
图1示意性地描绘了用于根据本文显示且描述的一个或多个实施例的太阳能电池的后结构的带图；
图2示意性地描绘了根据本文显示且描述的一个或多个实施例的具有窗口层和界面层的薄膜太阳能电池；
图3用图表描绘了根据本文显示且描述的一个或多个实施例的作为M的摩尔分数的函数的CdZnTe、CdMnTe和CdMgTe临界厚度；
图4以表格形式提供了根据本文显示且描述的一个或多个实施例的在图3中显示的临界厚度数据；
图5示意性地描绘了根据本文显示且描述的一个或多个实施例的具有多个电子反射器层的薄膜太阳能电池；
图6示意性地描绘了根据本文显示且描述的一个或多个实施例的没有窗口层或界面层的薄膜太阳能电池；
图7示意性地描绘了根据本文显示且描述的一个或多个实施例的作为CdZnTe-CdTe双势垒异质结构中的波长的函数的光致发光强度(PLI)；
图8用图表描绘了根据本文显示且描述的一个或多个实施例的作为CdZnTe-CdTe双势垒异质结构中的CdTe厚度的函数的PLI；
图9用图表描绘了根据本文显示且描述的一个或多个实施例的作为时间的函数的来自不同CdTe厚度的光致发光(时间分辨的光致发光，TRPL)；
图10以表格形式提供了根据本文显示且描述的一个或多个实施例的作为CdTe厚度的函数的TRPL寿命；
图11用图表描绘了图10的根据本文显示且描述的一个或多个实施例的TRPL寿命与CdTe厚度的关系；
图12用图表描绘了根据本文显示且描述的一个或多个实施例的在添加CdMgTe电子反射器层的情况下的Voc提高；
图13用图表描绘了根据本文显示且描述的一个或多个实施例的跨越CdMgTe电子反射器层的渐变Mg浓度；
图14用图表描绘了根据本文显示且描述的一个或多个实施例的在具有CdMgTe的ERF层的情况下的光致发光增强；以及
图15用图表描绘了根据本文显示且描述的一个或多个实施例的在具有CdMgTe的ERF层的情况下的在长波长下的量子效率(QE)提高。
具体实施方式
本文公开的所有范围将理解为包含开始和结尾的范围值，以及包含在其中的任何和所有子范围。例如，所声明的“1到10”的范围应被认为包括最小值1与最大值10之间(且包括最小值1和最大值10)的任何和所有子范围；即，所声明的“1到10”的范围应被认为包括以1或更大的最小值开始且以10或更小的最大值结尾的任何和所有子范围，诸如1到3.3、4.7到7.4、5.5到10等。
在本公开中，当层被描述为设置或定位在另一层或基底“上”时，将理解，这些层可彼此直接接触，或在这些层之间具有一个(或多个)层或特征。进一步，术语“在...上”描述了这些层相对于彼此的位置，且不一定意味着“在...的顶部上”，因为在上方或下方的相对位置取决于器件相对于观察者的取向。此外，为了方便起见，使用“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”、“后”、“后部”、“前”以及这些术语的变体，并且不需要构件的任何特定的取向，除非另外声明。同样地，在不同层“上设置”或在不同层“上”的层不一定意指两个层彼此成直接接触，而可允许存在插入层。相反，术语“相邻的”用于意指两个层成直接物理接触。此外，术语“在...的顶部上”、“在...上方形成”、“在...上方沉积”和“在...上方设置”意味着在表面上形成、沉积、设置或定位，但不一定与表面成直接接触。例如，在基底“上方形成”的层不排除存在定位在所形成的层与基底之间的具有相同或不同组分的一个或多个其它层或膜。如本文使用的术语“透明的”指代允许平均透射至少70%的入射电磁辐射的材料，该入射电磁辐射具有处于从大约300 nm到大约900 nm的范围中的波长。
术语“电子反射器”指代形成针对电子的移动的能量势垒或其它障碍的膜、层或材料。
如本文使用的术语“渐变”指代跨越层或材料的厚度的在元素或物质的浓度上的改变。渐变可以是逐渐的或突变的，并且可包括浓度上的增大或浓度上的减小。
术语“单晶”指代由原子、离子或分子的重复三维型式形成的均质固体。“晶界”是两个或更多个单晶相遇且至少部分地接触的拓扑表面。相邻单晶的相应晶格在晶界处可匹配或可不匹配。
术语“外延”指代在基底(诸如单晶基底)的顶部上生长的延伸膜(诸如单晶膜)，其中膜的晶体学结构与下面的基底的晶体结构相似。外延膜倾向于在与下面的基底相同的晶格状况下生长。
术语“界面”指代自由表面或晶界附近的区域，以及两种不同材料之间的区域。界面的电学性质可受许多因素(诸如捕获电荷、偶极层和相互扩散)影响。界面处的材料的性质也可受局部能级(即，跨越有限的能量范围(与能带相反)的能级)影响。局部能级典型地是在界面处具有杂质、固有缺陷或晶体学缺陷的结果。
术语“晶格失配”指代通过例如将一种材料沉积成与另一种材料直接相邻(诸如异质外延)而使具有不同晶格常数的材料在一起的情形。除非膜的厚度小于某一临界厚度，否则晶格失配大体上阻止无缺陷外延膜的生长。术语“错配位错”指代由晶格畸变形成的缺陷，晶格畸变由两种相邻材料之间的晶格常数差引起。如果膜的厚度小于临界厚度，则晶格失配由膜中的应变(也被称为“假晶(pseudomorphic)应变”)补偿。如果膜厚度小于临界厚度且因此这样的“假晶”层具有好得多的晶体学品质，则不会形成错配位错。
在假晶生长的层中，如果基底的固有晶格参数小于外延层的固有晶格参数，则外延层在基底表面的平面中被压缩(即，经历压缩应变)。相反地，当外延层的固有晶格参数小于基底的固有晶格参数时，外延层伸展或置于拉伸应变下。然而，随着外延层的厚度增大，外延层中的应变能增长，并且典型地，该层找到某一方式来减小应变能。这可通过塑性流而发生，塑性流通过位错运动、通过形成允许有应变弛豫的表面形态特征，或特别是当应变是拉伸的时通过膜的破裂而实现。
如本文描述的那样，假晶应变电子反射器在太阳能电池(诸如CdTe太阳能电池)中是有用的。根据本公开，在两个p掺杂的区域(诸如太阳能吸收器与后p-或p+接触层)之间使用薄的假晶应变ERF使得能够使用较薄的吸收器层(诸如1μm的吸收器层)，并且可改善太阳能电池中的开路电压和填充因子二者。因此，本文提供了在两个p型层之间具有ERF的吸收器结构，以及利用这样的吸收器结构制成的太阳能电池。在一些实施例中，太阳能电池进一步包括界面后接触层。
图1显示了用于太阳能电池的从第一p型半导体层102到后接触部110的后结构100的非限制性示例的带能图10。后结构100包括第一p型半导体层102(例如，吸收器层)、假晶应变电子反射器层104、第二p型半导体层106、界面层108(例如，p+界面层)和后接触层110(例如，p+欧姆后接触层)。第一p型半导体层102、假晶应变电子反射器层104和第二p型半导体层106一起构成吸收器结构130。
共同参照图1和图2，描绘了有效的双异质结构。图1显示了用于后结构100的带能图10。图2显示了太阳能电池200的示意图，该太阳能电池200具有对应于图1中描绘的带能图10的后结构100。有效双异质结构包括假晶应变电子反射器层104和界面层108，它们用于将第二p型半导体层106夹在两种相对较高带隙的材料之间。更具体地，假晶应变电子反射器层104具有高于限制的p型层中的各个的传导能带的传导能带14，即传导能带14高于第一p型半导体层102的传导能带12和第二p型半导体层106的传导能带16。界面层108具有高于第二p型半导体层106的传导能带16的传导能带18。在该示例中，后接触部110的传导带能20高于传导能带16和传导能带18。然而，后接触层110可具有任何传导带能值，只要提供良好品质的接触。此外，本公开不限于双异质结构。
假晶应变电子反射器层104是在第一p型半导体层102与第二p型半导体层106之间生长的薄层，第一p型半导体层102与第二p型半导体层106可设为在也是p型的后接触部110的附近的两个CdTe-p限制层。在某些实施例中，假晶应变电子反射器层104具有从大约1 nm到大约100 nm的厚度。在一些示例中，假晶应变电子反射器层104具有从大约10 nm到大约75 nm的厚度。在一个非限制性示例中，假晶应变电子反射器层104具有大约25 nm的厚度。第一p型半导体层102和假晶应变电子反射器层104形成异质外延结构，该异质外延结构是半导体在具有不同晶格常数的基底上外延地生长的结构。由于假晶应变电子反射器层104比所谓的“临界厚度”更薄，所以系统中的弹性能对于形成错配位错不够大，并且产生假晶结构。错配位错(如果产生)将对器件性能造成不利的影响，因为电子有可能行进到位错处的缺陷态且重组。因此，假晶应变电子反射器层104大体上比临界厚度更薄，从而成为与第一p型半导体层102形成基本上无位错的界面112a且与第二p型半导体层106形成基本上无位错的界面112b的假晶层。第一p型半导体层102、假晶应变电子反射器层104和第二p型半导体层106的夹层结构一起形成吸收器结构130，吸收器结构130可用作许多不同类型的单晶或多晶太阳能电池中的改进的吸收器材料。此外，第二p型半导体层106的存在在氯处理期间保护假晶应变电子反射器层104。
在后结构100中，第一p型层102(诸如CdTe-p层)在太阳光子吸收器区域的后部处，并且第二p型半导体层106(诸如薄的CdTe-p层)在太阳能电池200的假晶应变电子反射器层104与可为p型欧姆接触部的后接触部110之间。假晶应变电子反射器层104由具有高于第一p型半导体层102的吸收器材料的传导带12的传导带14的材料(诸如例如CdTe)构成。假晶应变电子反射器层104用作针对电子的能量势垒。在某些实施例中，假晶应变电子反射器层104是渐变CdMTe(M = Mg、Zn或Mn)层，这意味着M的浓度跨越假晶应变电子反射器层104的厚度而变化。特别地，假晶应变电子反射器层104中的M浓度以增大到峰值M浓度且然后减小的逐渐的或耐应变的渐变轮廓渐变。在这样的渐变轮廓中，M的浓度从基本上无位错的界面112a附近的非显著的值增大到基本上无位错的界面112a与基本上无位错的界面112b中间的位置22处的峰值M浓度，且然后减小，从而在基本上无位错的界面112b附近为非显著的值。优选地，增大和减小二者均为逐渐的。
在一些实施例中，假晶应变电子反射器层104以三角形轮廓渐变，该三角形轮廓在假晶应变电子反射器层104的中心中、在基本上等距地在基本上无位错的界面112a与基本上无位错的界面112b之间的点22处具有最大M摩尔分数。在三角形的渐变轮廓中，M的浓度从基本上无位错的界面112a处的零逐渐地增大到与基本上无位错的界面112a和基本上无位错的界面112b大致等距的位置22处的峰值M浓度，并且然后逐渐地减小到基本上无位错的界面112b处的零。然而，渐变轮廓不需要是三角形的，只要它在假晶应变电子反射器层104与限制的p型半导体层(即第一p型半导体层102和第二p型半导体层106)之间的基本上无位错的界面112a和基本上无位错的界面112b处或附近不是突变的。换句话说，在基本上无位错的界面112a、112b附近的M浓度不显著。此外，峰值M浓度不需要与基本上无位错的界面112a和基本上无位错的界面112b大致等距。在一些非限制性示例中，渐变轮廓是钟形的或圆形的而不是三角形的，但在基本上无位错的界面112a、112b处仍然不是突变的。在其它实施例中，增大可以是指数型增大，但在基本上无位错的界面112a处不是突变的，且/或减小可以是指数型减小，但在基本上无位错的界面112b处不是突变的。通过使M的浓度渐变，假晶应变电子反射器层104可在位错将形成之前生长得较厚(例如，由于具有不同的M浓度的多个逐步沉积的层)。渐变不会形成显著的空穴势垒。
假晶应变电子反射器层104中的M的浓度优选地渐变，从而逐渐增大且然后逐渐减小。换句话说，M的浓度在基本上无位错的界面112a或基本上无位错的界面112b处或附近不会突然地改变。在传导带14的峰值处的最高M浓度的范围可为从大约0.10 mol %到大约100mol %，或从大约5 mol %到大约80 mol %，或从大约25 mol %到大约60 mol %，这取决于假晶应变电子反射器层104的厚度、假晶应变电子反射器层104的传导能带14的期望的电子反射器势垒高度，以及M的材料。例如，当M是Mg时，M的峰值浓度为从大约17 mol %到大约28 mol %。当M是Zn时，M的峰值浓度为从大约31 mol %到大约51 mol %。当M是Mn时，M的峰值浓度为从大约14 mol %到大约24 mol %。在特定的实施例中，假晶应变电子反射器层104具有三角形渐变M浓度，其中最高的M摩尔分数在假晶应变电子反射器层104的中心中。电子反射器层104由第一p型半导体层102和第二p型半导体层106限制。在某些实施例中，第一p型半导体层102和第二p型半导体层106二者均由半导体材料形成，诸如p型CdTe层。因为假晶应变电子反射器层104是假晶应变性的，所以电子反射器层104与限制的p型CdTe层(第一p型半导体层102和第二p型半导体层106)之间的基本上无位错的界面112a、112b没有或基本上没有错配位错。
在一些实施例中，假晶应变电子反射器层104是Cd-Zn-Te(CdZnTe)层。合适的CdZnTe层的非限制性示例是夹在第一p型半导体层104与第二p型半导体层106(例如，两个CdTe区域)之间的三角形渐变Cd1-xZnxTe 结构。在不希望受理论限制的情况下，认为由于CdZnTe层中的电子电化学势的改变，故该结构导致针对电子输送的势垒。在其它实施例中，假晶应变电子反射器层104是Cd-Mg-Te层，诸如三角形渐变Cd1-xMgxTe 层。在其它实施例中，假晶应变电子反射器层104是Cd-Mn-Te层，诸如但不限于三角形渐变Cd1-xMnxTe层。无论假晶应变电子反射器层104的组分如何，假晶应变电子反射器层104不需要是三角形渐变的。此外，假晶应变电子反射器层104可掺杂有任何数量的合适的掺杂剂，包括但不限于：氮、磷、砷、锑、铋、铜、银和金。
如在图1中看到的那样，假晶应变电子反射器层104的中心在传导带14中具有处于比两个相邻的p型层(第一p型半导体层102和第二p型半导体层106)更高的能级的峰。这个较高的峰传导带用作针对电子的势垒。技术人员将理解，峰值M浓度基于形成足够高的电子反射器势垒高度，以有效地抑制电子发射越过电子反射器势垒。传导带14中的从大约120 meV到大约200 meV的范围内的电子反射器势垒高度足以将电子注入抑制99.9%。然而，应理解，对于某些电子反射器材料，电子反射器势垒高度可大于200meV。在CdMTe合金中对产生至少大约120 meV的传导带势垒高度来说必要的对应的M摩尔分数大致为：Zn = 31%，Mg = 17%，以及Mn = 14%。因此，在非限制性示例中，假晶应变电子反射器层104由薄的Cd1-xMxTe层构成，其中x的范围为从0到1。在一个非限制性示例中，假晶应变电子反射器层104由薄的Cd1-xZnxTe层构成，其中在峰值M浓度处，x小于或等于0.51且大于或等于0.31。在另一个非限制性示例中，假晶应变电子反射器层104由薄的Cd1- xMgxTe层构成，其中在峰值M浓度处，x小于或等于0.28且大于或等于0.17。在另一个非限制性示例中，假晶应变电子反射器层104由薄的Cd1-xMnxTe层构成，其中在峰值M浓度处，x小于或等于0.24且大于或等于0.14。下文中的表1显示了Mg、Mn和Zn中的各个的不同摩尔分数，这些摩尔分数造成120 meV和200 meV的电子反射器势垒高度。
表1–M摩尔分数
共同参照图1-4，在某些实施例中，厚度和最大M浓度选择成使得整个假晶应变电子反射器层104是假晶应变性的。这意味着在限制的第一p型半导体层102与第二p型半导体层106之间的基本上无位错的界面112a、112b处没有或基本上没有生成错配位错。然而，如上文阐释的那样，为了实现这一点，CdMTe膜的可使用的厚度存在限制。在应变导致在界面处形成错配位错从而造成电子-空穴重组位点之前，仅薄的CdMTe层才可在CdTe上生长。因此，CdZnTe、CdMnTe或CdMgTe电子反射器膜应足够薄(小于临界厚度)，以避免形成错配位错。图3和图4提供了CdZnTe、CdMn和CdMgTe层的经计算的临界厚度的示例。然而，假晶应变电子反射器层104中的M组分渐变，使得M浓度在基本上无位错的界面112a和基本上无位错的界面112b中的任一个附近不是突然增大，这在通过应变弛豫形成错配位错之前减小了应变，且有效地增大了临界厚度。第一p型半导体层102与假晶应变电子反射器层104之间的基本上无位错的界面112a没有或基本上没有缺陷(诸如错配位错)。与在其它界面处不同，这导致基本上无位错的界面112a处的电子与空穴之间有较低的重组率，这造成器件性能得到改善。为了清楚起见，这样的无缺陷或基本上无缺陷的界面在本文中被称为“假界面(pseudo-interface)”或“过渡区”。
在一些实施例中，假晶应变电子反射器层104由CdHgTe合金构成。值得注意，当CdHgTe用于假晶应变电子反射器层104中时，第一p型半导体层102不可以是CdTe，因为CdHgTe的带隙小于CdTe的带隙，这意味着当第一p型半导体层102是CdTe时，CdHgTe层则不会用作适当的电子反射器。因此，在假晶应变电子反射器层104由CdHgTe合金构成的实施例中，第一p型半导体层102由具有比CdHgTe更低的带隙的吸收器材料(诸如但不限于不同于CdHgTe的合金)构成。
现在参照图5，在另一个实施例中，吸收器结构230可由一系列薄的交替的电子反射器层和p型半导体层制成。在一个非限制性示例中，太阳能电池210可进一步包括与第二p型半导体层106相邻的第二假晶应变电子反射器层126，以及在第二假晶应变电子反射器层126上的第三p型半导体层128。在一些实施例中，第二假晶应变电子反射器层126和/或第三p型半导体层128掺杂有选自氮、磷、砷、锑、铋、铜、银和金的掺杂剂。在一些实施例中，像第一p型半导体层102和第二p型半导体层106一样，第三p型半导体层128是CdTe基半导体材料。在一个非限制性示例中，第三p型半导体层128包括CdSeTe合金。各交替层的厚度可处于1-10 nm的范围中。具有交替的电子反射器层和p型层允许通过交替地沉积来自分立的蒸发或溅射源的反射器材料(例如，CdMTe)和p型材料(例如，CdTe)薄层来有效地合成渐变ERF层。这可通过开启和关闭来自源中的各个的被控制以保持恒定的沉积速率的开闭器来实现。该实施例消除了改变供给这些源的功率以实现相应的沉积速率的改变(这在短的沉积时间段内难以进行)的需要。所有薄的CdMTe层的总厚度之和应小于具有相同的固定M组分的单个CdMTe层的临界厚度。热扩散、或石英灯或激光退火、或其它退火过程可导致薄的CdMTe和CdTe层混合，从而造成假晶应变电子反射器层104中的线性、抛物线形或其它形状的传导带轮廓。
再次参照图1和2，在某些实施例中，假晶应变电子反射器层104中的最大M(选自Zn、Mg或Mn)摩尔分数选择成使得第一p型半导体层102中的入射在假晶应变电子反射器层104上的光生电子中的大多数被反射回到主p-n结。假晶应变电子反射器层104的传导带14的电子反射器势垒高度由假晶应变电子反射器层104中的峰值M摩尔分数确定，如图1中显示的能量图中描绘的那样。例如，对于电子能量增加~60 meV来说，热电子的密度降低到十分之一，如由玻尔兹曼分布给出的那样。因此，60 meV的最小电子反射器势垒高度反射回入射在假晶应变电子反射器层104上的热电子中的90%以上。在某些实施例中，传导带14的电子反射器势垒高度在大约120 meV与大约200 meV之间。假晶应变电子反射器层104的电子反射器势垒高度应足够高，以抑制吸收器中的热化电子分布发射越过势垒。热电子的数量随能量而指数下降。在不希望受理论限制的情况下，认为200 meV的电子反射器势垒高度将越过势垒而传输的电子减少到电子分布的0.0006倍。认为120 meV的电子反射器势垒高度将传输的电子减少到0.01倍。然而，对于某些电子反射器材料(诸如CdMnTe或CdMgTe)，势垒高度不应大于大约200 meV，因为如果超过200 meV，则越过势垒的电子注入将不会有显著的改变，但价带势垒可增加，这将不合期望地阻塞空穴、增大串联电阻，且减小填充因子。因此，在一些实施例中，假晶应变电子反射器层104具有从大约120 meV到大约200 meV的范围的峰值电子反射器势垒高度。在其它实施例中，峰值电子反射器势垒高度可大于200 meV。应注意，在某些实施例中，电子反射器层104的厚度选择成防止传导带14中的势垒的峰值附近的电子显著地隧穿。
太阳能电池200的后结构100可包括提供空穴的欧姆(低电阻)输送的任何接触部。在一些实施例中，太阳能电池200的后结构100包括后接触结构116，后接触结构116由第二p型半导体层106与p+欧姆后接触部110之间的界面层108构成。可使用渐变CdMTe-p掺杂(诸如Cd1-xZnxTe、Cd1-xMgxTe或Cd1-xMnxTe-p掺杂)以形成界面层108中的一些或全部，来制造后接触结构11。后接触层110(其可为非常大量地掺杂的ZnTe-p+层)可沉积在界面层108上，以有助于低电阻接触，从而造成高的太阳能电池填充因子。在不希望受理论限制的情况下，认为渐变CdMTe-p掺杂的界面层减小了价带中的空穴势垒，这将造成较高的串联电阻和减小的填充因子(由于后接触层而导致)。界面层108(当存在时)大体上具有线性的渐变轮廓，但线性的渐变不是必要的。界面层108的线性的或其它渐变防止形成对于空穴输送来说可增大串联电阻且减小填充因子的空穴势垒。这样的复合后接触结构116中的应变可超过临界厚度，从而造成界面层108与第二p型层106(例如，薄CdTe-p)之间的界面114处的高的错配位错密度。然而，由于非常少(如果有的话)的光生电子可到达界面114(由于由假晶应变电子反射器层104提供的电子反射)，所以在该区域中没有或基本上没有额外的电子-空穴重组。因此，界面层108可提供用以将电子反射器区域与p型后接触部分离以进一步改善电子反射的效率的手段。
采用上文描述的吸收器结构130的太阳能电池200可具有额外的层。这些层可包括支承件118、透明的传导性氧化物(TCO)层120、缓冲层122、窗口层124和上文描述的后结构100，后结构100包括第一p型半导体层(或吸收器层)102、假晶应变电子反射器层104、第二p型半导体层106、界面层108和后接触部110(例如，p+欧姆层)。假晶应变电子反射器层104夹在第一p型半导体层102与第二p型半导体层106之间，以形成吸收器结构130。
备选地，如图6中示出的那样，采用吸收器结构130的太阳能电池300可包括支承件118、TCO层120、缓冲层122、第一p型半导体层102、假晶应变电子器反射层104、第二p型半导体层106和后接触部110。在该实施例中，假晶应变电子反射器层104仍然夹在第一p型半导体层102与第二p型半导体层106之间，以形成吸收器结构130，但是太阳能电池300不包括如图1中的太阳能电池200中描绘的窗口层124或界面层108。
共同参照图1、图5和图6，不管薄膜层的构造如何，支承件118可经由滚动输送器从一个沉积站传送到另一个沉积站，直到沉积了所有期望的层。可使用诸如溅射的其它技术来添加额外的层。电导体可连接到传导层(或“接触部”)，以收集当太阳能入射在吸收器层上时产生的电能。太阳能电池可进一步包括密封剂或其它保护层，以产生耐气候且在环境方面稳健的电池或模块。
取决于实施多层沉积的顺序，太阳能电池200、210、300的薄膜可沉积在最终用作最末模块中的入射层的覆盖层上，或者太阳能电池的薄膜可沉积在最终用作最末模块中的背衬层的基底上。因此，太阳能电池可具有两种类型的构造中的任一种。为了简化起见，本文参照“支承件”来描述太阳能电池，但是应理解，任一类型的构造均可用于制造本公开的太阳能电池200、210、300。
再次参照图1，太阳能电池200包括支承件118、TCO层120、缓冲层122、由n型半导体构成的可选的窗口层124、由p型半导体构成的第一p型半导体层102、假晶应变电子反射器层104(其可包括渐变三元CdMTe相，或可包括均匀的三元CdMTe相)、第二p型层106、界面层108和后接触层110。支承件118典型地为玻璃，诸如低铁浮法玻璃、高透射硼硅酸盐玻璃或其它透明的玻璃材料。支承件118大体上足够厚，以为太阳能电池和模块提供必要的强度，以及为后续膜层提供支承(例如，从大约0.5 mm到大约10 mm)，并且支承件118基本上是平坦的，以提供用于形成后续膜层的适当的表面。可选的抗反射涂覆层可在支承件118上、在支承件118的向阳侧132上形成。抗反射涂覆层(当存在时)减少了入射太阳光的反射，从而使在电池中捕获的太阳光的量最大化。合适的抗反射涂层包括但不限于基于溶胶-凝胶的抗反射涂层。
共同参照图2、图5和图6，太阳能电池200、210、300可包括TCO层120，TCO层120为透明的薄膜，该薄膜也是电荷导体。TCO层120允许光穿过而到达活性光吸收材料(可选地，通往活性光吸收材料的半导体窗口)，并且还用作欧姆电接触部(也被称为前接触部)，以远离光吸收材料而将光生电荷载流子输送到不透明的金属导体和太阳能电池负载。例如，TCO层120可具有小于大约50欧姆每平方(诸如从大约4欧姆每平方到大约40欧姆每平方)的薄层电阻。TCO层120大体上包括至少一种传导性氧化物，诸如氧化锡、氧化锌、铟锡氧化物、锡酸锌、锡酸镉或它们的混合物。另外，如期望的那样，TCO层120可包括掺杂剂(诸如氟、锡、铝等)或其它材料。在某些非限制性示例中，TCO层120包括氟掺杂的氧化锡、铝掺杂的氧化锌或铟锡氧化物。在某些实施例中，TCO层120具有从大约0.05微米到大约1微米、或从大约0.1微米到大约0.4微米的厚度。
TCO层120可通过溅射、化学气相沉积、喷雾热解或任何其它合适的沉积方法形成。在一些实施例中，通过大气压化学气相沉积(APCVD)或低压化学气相沉积(LPCVD)来沉积TCO层120。
在一些实施例中，太阳能电池200包括窗口层124，窗口层124为n型半导体。当窗口层124存在时，窗口层124的作用是与第一p型半导体层102(例如，p型吸收器层)共同形成光伏异质结。当窗口层124存在时，窗口层124足够薄且具有足够宽的带隙(2.4 eV或更大)，以使大部分可用光透射通过而到达第一p型半导体层102。薄膜CdS层可作为CdTe的宽带隙n型异质结配对物而用于窗口层124中。较薄的CdS膜的使用改善了太阳能电池的转换效率，因为具有高于2.42 eV的CdS带隙的能量的更多的光子穿过窗口层124。窗口层124可进一步包括其它材料(诸如硫化锌、硫化镉锌，以及它们的混合物)，以及掺杂剂和其它杂质。在一个非限制性示例中，窗口层124包括原子百分比高达大约25%的氧。可使用多种方法来沉积CdS薄膜，诸如但不限于化学浴沉积、气相输送沉积、溶胶-凝胶、电化学沉积、热蒸发、溅射、升华和喷雾。在某些实施例中，窗口层124具有从大约10纳米到大约200纳米的范围的厚度，但是窗口层124的厚度通常处于从大约20纳米到大约100纳米的范围中。
在其它实施例中，如图5和图6中描绘的那样，太阳能电池210、300不包括窗口层。相反，CdSe层作为前体而沉积，其与后续沉积的CdTe层相互扩散，以形成三元CdSeTe p型层。利用CdSe前体层造成渐变合金CdSeTe吸收器的形成，渐变合金CdSeTe吸收器通过捕获太阳光谱的某些部分(在典型的CdS/CdTe结构中，这些部分以其它方式丢失)中的太阳能来改善器件短路电流(Jsc)和效率。在这样的实施例中，CdSe沉积且然后扩散，以形成渐变合金CdSeTe吸收器层，渐变合金CdSeTe吸收器层吸收波长比CdS/CdTe窗口/吸收器结构更长的光子。因此，产生构成第一p型半导体层102的单个的渐变三元合金。在其它实施例中，通过任何已知的薄膜沉积技术来沉积渐变组分或均匀组分的CdSeTe合金，以形成第一p型半导体层102。应理解，本文描述的任何p型半导体层可由CdSeTe合金构成。
共同参照图2、图5和图6，太阳能电池200、210、300可包括可选的缓冲层122，缓冲层122可为在TCO层120的与支承件118相反的侧部上的相对较高的电阻率(与TCO层120相比)的n型层。缓冲层122的电阻率比TCO层120更高，且足够透明，以使大部分入射光透射到窗口层124或第一p型半导体层102(在没有窗口层的实施例中)。在某些非限制性示例中，缓冲层122具有大于1000欧姆每平方的薄层电阻。缓冲层122可有助于在制造电池期间保护太阳能电池免受TCO层120与后续层之间的化学相互作用。缓冲层122可另外有助于减少TCO层120与第一p型半导体层102或窗口层124之间的界面处的电子-空穴重组。缓冲层122可包含掺杂或未掺杂的透明氧化物，诸如但不限于SnO2、SiO2、SnO2:Cd、SnO2:Zn或CdZnO2。在某些实施例中，缓冲层122具有ZnO/SnO2的化学计量比在大约0.25与大约3之间的组分，诸如氧化锡与氧化锌的化学计量比为大约1:2。缓冲层122可通过溅射、化学气相沉积、喷雾热解或任何其它合适的沉积方法形成。在一个非限制性示例中，缓冲层122通过溅射(例如，DC溅射或RF溅射)而在TCO层120上形成。在某些实施例中，缓冲层122具有处于从大约10纳米到大约400纳米的范围中的厚度。
在其它实施例中，缓冲层122是具有通式ZnyMg1-yO的锌镁氧化物层。在不希望受理论限制的情况下，认为由ZnMgO构成的缓冲层122是有利的，因为其与窗口层124或p型半导体层102成带对齐和/或形成较好的界面。Zn和Mg与Cd等电子，因此这些元素可在缓冲层122与窗口层124之间的界面处，或在缓冲层122与p型半导体层102之间的界面处混合，而不改变CdTe或CdSeTe合金的电学性质。
碲化镉(CdTe)或者通过沉积或通过与CdTe扩散形成的三元合金(均匀的或不均匀的)大体上作为吸收器而用于p型半导体层102中。CdTe是具有业内公认为非常适合于将太阳光转换成电能的电学性质的半导体。该材料具有对于太阳辐射转换来说几乎最优的带隙，以及成为掺杂的n型或p型的能力(这容许形成大范围的结结构)。CdTe可掺杂有任何数量的合适的掺杂剂，包括但不限于：氮、磷、砷、锑、铋、铜、银和金。
在本公开中，第一p型半导体层102是p型CdTe层或p型CdSeTe合金。第一p型半导体层102是与CdS窗口层124(当存在时)或缓冲层122(当不存在窗口层124时)相互作用以形成p-n结的光伏层。第一p型半导体层102由于其高吸收系数而吸收进入电池的大部分辐射能量，从而形成电子-空穴对。在第一p型半导体层102与n型窗口层124或缓冲层122之间形成的p-n结是二极管，其中电荷不平衡导致形成跨越p-n结的电场。电场将光诱导的电子-空穴对分离，从而由吸收的辐射能量产生电流和电能。
在某些实施例中，第一p型半导体层102具有从大约0.1微米到大约10微米的范围的厚度，但是第一p型半导体层102的厚度通常是从大约1.5微米到大约4微米。可使用本领域中已知的一种或多种沉积技术来形成第一p型半导体层102。作为非限制性示例，这样的沉积技术包括磁控溅射、化学浴沉积、化学气相沉积或基于蒸发或升华和冷凝的其它沉积技术。特别有用的沉积技术包括近空间升华(CSS)、气相输送沉积(VTD)、离子辅助物理气相沉积(IAPVD)、大气压化学气相沉积(APCVD)、射频或脉冲磁控溅射(RFS或PMS)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和电化学沉积(ECD)。
假晶应变电子反射器层104在第一p型半导体层102上形成。在某些实施例中，假晶应变电子反射器层104具有从大约10 nm到大约100 nm的范围的厚度，该厚度由沉积在CdTe基底上的CdMTe层的临界厚度限制。可通过多种合适的沉积技术中的任何技术来沉积假晶应变电子反射器层104。这样的技术的非限制性示例包括电子反射器靶的离子溅射；CdTe、MnTe、MgTe和/或Mg的热蒸发；金属有机化学气相沉积(MOCVD)；液相沉积(LPD)；气相输送沉积；以及真空溅射。为了使假晶应变电子反射器层104中的M的浓度渐变，使用诸如低能电离沉积的技术，其中液体材料在降低的压力下单独蒸发，在腔室中以随时间改变的体积比混合，通过电子冲击而被电离，且在电场中朝向基底加速。作为另一个示例，化学气相沉积可产生期望的渐变轮廓。例如，为了产生三角形轮廓，可通过逐步地沉积CdMTe同时使M气相浓度从零增大到期望的量来使用化学气相沉积。一旦在期望的量下达到峰值M浓度，则逐步地沉积CdMTe，同时以与用于达到峰值M浓度之前的增大的速率基本上相同的减小速率来使M气相浓度从期望的量减小到零。通过使加速度(针对低能电离沉积)或流速(针对化学气相沉积)变化，可利用类似的程序来获得非三角形的其它渐变轮廓。
假晶应变电子反射器层104夹在第一p型半导体层102与第二p型半导体层106之间。第二p型半导体层106大体上是CdTe或CdSeTe的三元合金。第二p型半导体层106可选地掺杂有任何数量的合适的掺杂剂，包括但不限于：氮、磷、砷、锑、铋、铜、银和金。在某些实施例中，第二p型半导体层106是掺杂有As的CdTe。第二p型半导体层106可非常薄。在某些实施例中，第二p型半导体层106具有与假晶应变电子反射器层104的厚度近似的厚度。在某些实施例中，第二p型半导体层106具有从大约10 nm到大约100 nm的范围的厚度。第二p型半导体层106的功能主要是恢复第一p型半导体层102(例如，吸收器层)的原始晶格常数。因此，在某些实施例中，第一p型半导体层102和第二p型半导体层106二者均由p型CdTe构成。将理解，太阳能电池200、210、300将在没有第二p型半导体层106的情况下起作用。然而，因为假晶应变电子反射器层104与诸如ZnTe的材料之间的界面具有缺陷态，所以具有由p型CdTe构成的第一p型半导体层102和用以恢复原始晶格常数的由CdTe构成的第二p型半导体层106的太阳能电池200、210、300在假晶应变电子反射器层104的基本上无位错的界面112a处具有比没有第二p型半导体层106的类似的太阳能电池更小的重组。在不希望受理论限制的情况下，认为在没有用以恢复CdTe吸收器的晶格常数的第二p型半导体层106的情况下，在假晶应变电子反射器层104中大体上存在较大的应变。第二p型半导体层106还用于使假晶应变电子反射器层104与后接触层110分离，从而防止应变形成且使位错蔓延到假晶应变电子反射器层104中(这将增强不合期望的电子-空穴重组)。此外，第二p型半导体层106可用于在CdCl2处理期间保护假晶应变电子反射器层104。氯具有将Mg或Mn从CdMgTe或CdMnTe晶体中拉出的倾向。因此，在不希望受理论限制的情况下，认为第二p型半导体层106的存在有助于在利用CdCl2进行处理期间保护假晶应变电子反射器层104的晶体完整性。
如上文描述的那样，假晶应变电子反射器层104是假晶应变性的，但具有渐变的M量，从而在假晶应变电子反射器层104与第一p型半导体层102之间形成基本上无位错的界面112a，并且在假晶应变电子反射器层104与第二p型半导体层106之间形成基本上无位错的界面112b。假晶应变电子反射器层104是假晶应变性的CdMTe相，其中M选自Mg、Zn或Mn。在不希望受理论限制的情况下，认为Mg、Zn和Mn尤其适合用于假晶应变电子反射器层104中，因为CdMgTe、CdZnTe和CdMnTe合金具有与CdTe相同的晶体结构。因此，晶体学跨越半导体层102、106与假晶应变电子反射器层104中的CdMTe合金之间的基本上无位错的界面112a、112b而匹配。
再次参照图2，后接触结构116可包括界面层108和后接触层110(例如，p+型欧姆层)。相对于用作前电接触部的相反的TCO层120，后接触层110大体上用作后电接触部。后接触层110大体上由一种或多种高传导性材料(诸如但不限于元素镍、钼、钯、铬、铜、锡、银、金或它们的合金或混合物)制成。后接触层110还可包括可被加热且转换成传导性的后接触部的石墨混合物或碳糊。在某些实施例中，后接触层110是大量掺杂的ZnTe-p+层。ZnTe是带隙相对较宽的半导体，其价带最大值精密地匹配CdTe的价带最大值。
界面层108(当存在时)可用于第二p型半导体层106与后接触层110之间。界面层108包括渐变p+型CdMTe层，其中M是Zn、Mg或Mn。在一些实施例中，界面层108是线性渐变的，使得M的浓度跨越界面层108的厚度而增大但不减小。这样，额外的电子反射器用于在p+欧姆后接触部附近形成界面层。例如，CdZnTe(CZT)可用于形成界面层。在某些实施例中，界面层108是渐变Cd1-xZnxTe-p掺杂(CZT)层。在其它实施例中，界面层108由Cd1-xMgxTe-p掺杂层构成。在其它实施例中，界面层108由Cd1-xMnxTe-p掺杂层构成。界面层108的线性渐变在通过应变弛豫形成错配位错之前减小了应变且有效地增大了临界厚度。界面层108(当存在时)也可用于管理掺杂剂的目的。例如，界面层108可防止Cu的扩散。
共同参照图2、图5和图6，太阳能电池200、210、300可选地进一步包括用于减小两个材料系统之间的晶格不匹配性的一个或多个额外缓冲层。额外缓冲层的材料可以是有机的、无机的、金属、半导体等，并且额外缓冲层的功能可以是作为反射层、热传导层、电传导层、欧姆接触层、抗变形层、应力释放层、应力调整层、粘合层、波长转换层、机械固定结构等。
太阳能电池200、210、300可进一步包括在该描述中未突出的多种其它构件或特征。这样的其它构件或特征可包括但不限于汇流条、外部线材、激光划片器等。例如，边缘密封层可围绕光伏模块(其由多个太阳能电池构成)的边缘施加，以沿着各边缘将基底密封到密封剂。当太阳能电池200、210、300串联地和/或并联地连接以形成光伏模块时，多个太阳能电池可串联地连接(诸如通过电线连接件)，以便实现期望的电压。串联连接的电池的各端部可附连到合适的导体(诸如线材或汇流条)，以引导光伏生成的电流，用于连接到使用生成的电力的器件或其它系统。激光划线可以是用于实现这样的串联连接的方便的手段。另外，可附连汇流条以将光伏模块连接到电引线。当光伏模块彼此串联地连接时，汇流条可用作相反的电连接件(例如，正和负)。
本文描述的假晶应变电子反射器是高带隙合金，其可使如本文描述的太阳能电池的CdTe或CdSeTe表面钝化，从而提供许多优点。裸CdTe表面处的重组率非常高，因为该表面上的悬键高度集中，悬键是高效的重组中心。然而，包括CdTe/CdMTe结构(其中M是Zn、Mg或Mn)的叠层的生长可造成CdTe表面在CdTe/CdMTe界面处具有显著减少的重组(与CdTe自由表面相比)。该结构造成改进的吸收器层。在不希望受理论限制的情况下，认为这种改进是由于CdTe/CdMTe异质界面处的非常低的界面态密度，以及CdTe层中良好的电子约束。
示例
在用于借助于光致发光强度(PLI)证明电子反射器的积极效果的结构中实施CdMTe/CdTe/CdMTe结构。将PLI作为吸收器材料的品质量度来分析。PLI是在施加的激光照射下有多少载流子存活得足够久以辐射地重组的量度。仅存活得足够久的电荷载流子(即，其不会在材料中的缺陷处重组)才可辐射地重组。因此，PLI是在材料中进行的非辐射过程的间接量度。非辐射重组过程又是限制太阳能电池性能的主要因素中的一个。因此，增大的PLI证明吸收器材料中的非辐射过程已被抑制，并且具有这样的吸收器的太阳能电池大体上具有较高的性能。应注意，本文描述的PLI实验在作为模型系统的单晶系统中执行。在多晶材料中，载流子寿命将更短，但结构将仍然以相同的方式执行。
CdMTe/CdTe/CdMTe叠层生长，且与裸CdTe表面相比，在PLI上产生显著的改善。使用分子束外延(MBE)来使膜在单晶CdTe基底上生长。例如，在CdTe基底上生产具有夹在两个Cd0.8Zn0.2Te层之间的CdTe层的CZT-CdTe双势垒异质结构。典型的PLI测试结构使用用于载流子约束的双异质结构和变化的CdTe吸收器厚度来提取有效载流子寿命和表面重组速度。因此，Cd0.8Zn0.2Te层为25 nm，并且CdTe层的厚度在1μm、2μm、5μm和10μm之间变化。在Cd0.8Zn0.2Te层中的一个与基底之间沉积CdTe外延缓冲层。因此，该结构为CdTe基底/CdTe外延缓冲层/CZT层(25 nm)/CdTe(1μm、2μm、5μm或10μm)/CZT层(25 nm)。
共同参照图7和图8，CdZnTe/CdTe/CdZnTe叠层在CdTe基底上的生长产生了为裸CdTe表面的PLI的10倍的PLI。类似的CdMgTe/CdTe/CdMgTe叠层在CdTe基底上的生长产生了为裸CdTe表面的PLI的5000倍的PLI。这指示了在CdTe/CdMTe界面处存在非常低的界面缺陷密度和重组率，且在被夹在中间的CdTe层中存在良好的电子约束和寿命。如从图8中的图表看到的那样，PLI随着被夹在中间的CdTe层的厚度的增大而增大。
利用通过分子束外延(MBE)生长的单晶膜中的CdTe形成的CdZnTe、CdMnTe和CdMgTe异质结显著地降低了界面重组速度，如由PLI和时间分辨光致发光(TRPL)测量结果显示的那样。图7显示了作为波长的函数的PLI的图表。图8显示了作为CdTe厚度的函数的PLI的图表。如从图7-8看到的那样，红外区域中的PLI大体上随着CdTe厚度的增大而增大。
在具有较少的CdTe界面重组的结构中，PLI的厚度依赖性大体上更具线性。相反，在具有较多的界面重组的结构中，PLI的厚度依赖性大体上更具二次性。图7-8中显示的数据倾向于显示PLI与厚度之间更具线性的相关性。因此，该数据指示了在所测试的结构中界面重组少。
图9-11给出了TRPL测量的结果，显示了作为CdTe厚度的函数的在CZT-CdTe双势垒异质结构中的衰减时间。为了获得TRPL测量结果，利用光脉冲激发样品，且然后关于时间来测量光致发光上的衰减。TRPL是用于测量半导体中少数载流子的寿命的有用技术。如从图9-10看到的那样，衰减时间大体上随着CdTe厚度的增大而增加。这指示了电子在CdTe双异质结构中比在裸CdTe层中存活(即，不与空穴重组)得更久。因此，使用具有CdTe的CdZnTe、CdMnTe和CdMgTe异质界面减少了CdTe界面处的重组，且延长了有效的载流子寿命。与PLI类似，有效寿命的更具线性的厚度依赖性指示低界面重组，而更具二次性的依赖性指示高界面重组。图11中显示的数据倾向于显示寿命与厚度之间更具线性的相关性，从而指示了低界面重组。
再次参照图3和图4，将具有线性渐变Zn浓度的CdZnTe-p+层插入到小面积的太阳能电池中。结果显示，电子反射器层的线性渐变可用于在形成可形成电子重组中心的错配位错之前定制临界厚度。如在图3中看到的那样，CZT层的临界厚度随着Zn的浓度的增大而线性地减小。如图4中显示的那样，CdZnTe层的临界厚度为大约38.5 nm(其中Zn的摩尔分数为0.2)、大约9.76 nm(其中Zn的摩尔分数为0.5)，以及大约5.31 nm(其中Zn的摩尔分数为0.75)。
图12-15显示了包括具有从0到100 nm的范围的不同厚度的CdTe盖层的太阳能电池的多种特性，以及利用这样的太阳能电池实现的改进。生产了具有假晶性的50 nm厚的CdMgTe假晶应变电子反射器层的太阳能电池。Mg的摩尔分数是变化的。太阳能电池包括具有从0到100 nm的范围的不同厚度的CdTe盖层。图12显示了来自太阳能电池的Voc数据。如从图12看到的那样，在具有CdMgTe假晶应变电子反射器层的情况下，Voc稍微得到改善。在Mg摩尔分数为25%的情况下获得最优的Voc。图13描绘了作为跨越太阳能电池中的CdMgTe电子反射器层的厚度的函数的Mg浓度。图13显示了与CdTe层相邻的假晶应变电子反射器层中的Mg的渐变轮廓。如从图13中的图表看到的那样，在假晶应变电子反射器层的边缘附近的Mg的浓度显著小于在假晶应变电子反射器层的中心附近的Mg的浓度。图13显示了在这些示例中，Mg的渐变轮廓是钟形的。
图14是显示作为CdMgTe假晶应变电子反射器层中Mg的摩尔分数的函数的PLI的图表。如从图14看到的那样，在添加具有15%或25%摩尔分数的Mg的CdMgTe假晶应变电子反射器层的情况下，PLI增大5倍。图15显示了当存在CdMgTe假晶应变电子反射器层时，量子效率在长波长下提高。
在上文的示例中限定了本文公开的太阳能电池、吸收器结构、后接触结构和方法的某些实施例。应理解，虽然这些示例指示了本公开的特定实施例，但这些示例仅作为例示而给出。根据上文的讨论和这些示例，本领域技术人员可确定本公开的本质特征，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可作出多种改变和修改，以使本文描述的组分和方法适应于多种用途和状况。在不脱离本公开的本质范围的情况下，可作出多种改变，且可用等效物替代其元件。另外，在不脱离本公开的本质范围的情况下，可作出许多修改，以使特定的情形或材料适应于本公开的教导。

Claims (80)

1.一种用于太阳能电池的吸收器结构，所述吸收器结构包括：
第一p型半导体层；
第二p型半导体层；以及
在所述第一p型半导体层与所述第二p型半导体层之间的电子反射器层，所述电子反射器层包括CdMTe层，其中M选自Zn、Mg和Mn；
其中所述电子反射器层具有足够小的厚度，以使所述电子反射器层为假晶性的，并且所述CdMTe层中的M浓度在所述电子反射器层中的峰值位置处足以形成在所述峰值位置处的至少大约120 meV的导带势垒高度。
2. 根据权利要求1所述的吸收器结构，其特征在于，所述导带势垒高度在所述峰值位置处的范围为从大约120 meV到大约200 meV。
3.根据权利要求1或2所述的吸收器结构，其特征在于，所述第一p型半导体层和所述第二p型半导体层中的一个或两个包括CdSeTe合金。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的吸收器结构，其特征在于，所述CdMTe层掺杂有选自氮、磷、砷、锑、铋、铜、银和金的掺杂剂。
5.根据权利要求1到3中任一项所述的吸收器结构，其特征在于，所述吸收器结构进一步包括在所述第二p型半导体层上的界面层，所述界面层包括CdMTe层，其中M选自Zn、Mg和Mn。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的吸收器结构，其特征在于，所述电子反射器层包括渐变M浓度，使得所述电子反射器层与所述第一p型半导体层形成第一假界面，并且与所述第二p型半导体层形成第二假界面。
7.根据权利要求6所述的吸收器结构，其特征在于，所述渐变M浓度在所述第一假界面或所述第二假界面处不是突变的。
8.根据权利要求6所述的吸收器结构，其特征在于，所述渐变M浓度是三角形渐变浓度。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的吸收器结构，其特征在于，M是在所述峰值位置处以至少大约17%的摩尔分数存在的Mg。
10.根据权利要求1到8中任一项所述的吸收器结构，其特征在于，M是在所述峰值位置处以至少大约14%的摩尔分数存在的Mn。
11.根据权利要求1到8中任一项所述的吸收器结构，其特征在于，M是在所述峰值位置处以至少大约31%的摩尔分数存在的Zn。
12.根据权利要求1到8中任一项所述的吸收器结构，其特征在于，所述电子反射器层包括CdZnTe，其中Zn在峰值浓度处以从大约0.31到大约0.51的范围的摩尔分数存在。
13.根据权利要求1到8中任一项所述的吸收器结构，其特征在于，所述电子反射器层包括CdMnTe，其中Mn在峰值浓度处以从大约0.14到大约0.24的范围的摩尔分数存在。
14.根据权利要求1到8中任一项所述的吸收器结构，其特征在于，所述电子反射器层包括CdMgTe，其中Mg在峰值浓度处以从大约0.17到大约0.28的范围的摩尔分数存在。
15.根据权利要求1到14中任一项所述的吸收器结构，其特征在于，所述第一p型半导体层掺杂有选自氮、磷、砷、锑、铋、铜、银和金的掺杂剂。
16.根据权利要求1到15中任一项所述的吸收器结构，其特征在于，所述第二p型半导体层掺杂有选自氮、磷、砷、锑、铋、铜、银和金的掺杂剂。
17. 根据权利要求1到16中任一项所述的吸收器结构，其特征在于，所述电子反射器层具有从大约10 nm到大约100 nm的范围的厚度。
18.一种太阳能电池，其包括：
支承件；
在所述支承件上的前接触部；
在所述前接触部上的光伏异质结，所述光伏异质结形成在n型层与第一p型半导体层之间；
在所述第一p型半导体层上的电子反射器层，在所述第一p型半导体层与所述电子反射器层之间形成第一界面，所述电子反射器层具有厚度且包括CdMTe层，其中M选自Mg、Mn和Zn；
在所述电子反射器层上的第二p型半导体层，在所述电子反射器层与所述第二p型半导体层之间形成第二界面；以及
后接触部；
其中，所述电子反射器层的厚度足够小，以使所述电子反射器层为假晶性的。
19. 根据权利要求18所述的太阳能电池，其特征在于，所述CdMTe层中的M浓度在所述电子反射器层中的峰值位置处足以形成在所述峰值位置处的至少大约120 meV的导带势垒高度。
20. 根据权利要求19所述的太阳能电池，其特征在于，所述导带势垒高度在所述峰值位置处在大约120 meV与大约200 meV之间。
21.根据权利要求19所述的太阳能电池，其特征在于，所述电子反射器层具有渐变M浓度，使得所述M浓度从在所述第一界面处基本上为零增大到在所述电子反射器层中、在所述第一界面与所述第二界面中间的位置处的峰值浓度，并且从所述峰值浓度减小到在所述第二界面处基本上为零。
22.根据权利要求21所述的太阳能电池，其特征在于，所述电子反射器层的厚度和渐变在所述第一界面和所述第二界面处形成基本上无位错的假界面。
23.根据权利要求21所述的太阳能电池，其特征在于，在所述电子反射器层中、在所述第一界面与所述第二界面中间的所述峰值浓度的位置大致等距地在所述第一界面与所述第二界面之间。
24.根据权利要求21所述的太阳能电池，其特征在于，渐变浓度具有三角形轮廓。
25.根据权利要求18所述的太阳能电池，其特征在于，M是在所述峰值位置处以至少大约17%的摩尔分数存在的Mg。
26.根据权利要求18所述的太阳能电池，其特征在于，M是在所述峰值位置处以至少大约14%的摩尔分数存在的Mn。
27.根据权利要求18所述的太阳能电池，其特征在于，M是在所述峰值位置处以至少大约31%的摩尔分数存在的Zn。
28.根据权利要求18所述的太阳能电池，其特征在于，所述n型层包括高电阻率的缓冲层。
29.根据权利要求18所述的太阳能电池，其特征在于，所述n型层包括CdS窗口层。
30.根据权利要求18所述的太阳能电池，其特征在于，所述CdMTe层掺杂有选自氮、磷、砷、锑、铋、铜、银和金的掺杂剂。
31.根据权利要求18所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一p型半导体层掺杂有选自氮、磷、砷、锑、铋、铜、银和金的掺杂剂。
32.根据权利要求18所述的太阳能电池，其特征在于，所述第二p型半导体层掺杂有选自氮、磷、砷、锑、铋、铜、银和金的掺杂剂。
33.根据权利要求18所述的太阳能电池，其特征在于，所述电子反射器层掺杂有选自氮、磷、砷、锑、铋、铜、银和金的掺杂剂。
34. 根据权利要求18所述的太阳能电池，其特征在于，所述电子反射器层具有从大约10 nm到大约100 nm的范围的厚度。
35.根据权利要求18所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池进一步包括在所述第二p型半导体层上的第二电子反射器层，以及在所述第二电子反射器层上的第三p型半导体层。
36.根据权利要求35所述的太阳能电池，其特征在于，所述第二电子反射器层掺杂有选自氮、磷、砷、锑、铋、铜、银和金的掺杂剂。
37.根据权利要求36所述的太阳能电池，其特征在于，所述第三p型半导体层掺杂有选自氮、磷、砷、锑、铋、铜、银和金的掺杂剂。
38. 根据权利要求35所述的太阳能电池，其特征在于，各电子反射器层具有从大约10nm到大约100 nm的范围的厚度。
39.根据权利要求35所述的太阳能电池，其特征在于，所述第三p型半导体层包括CdSeTe合金。
40.根据权利要求18所述的太阳能电池，其特征在于，所述电子反射器层包括CdZnTe，其中Zn在所述峰值浓度处以从大约0.31到大约0.51的范围的摩尔分数存在。
41.根据权利要求18所述的太阳能电池，其特征在于，所述电子反射器层包括CdMnTe，其中Mn在峰值浓度处以从大约0.14到大约0.24的范围的摩尔分数存在。
42.根据权利要求18所述的太阳能电池，其特征在于，所述电子反射器层包括CdMgTe，其中Mg在峰值浓度处以从大约0.17到大约0.28的范围的摩尔分数存在。
43.根据权利要求18所述的太阳能电池，其特征在于，所述后接触部包括ZnTe的p+层。
44.根据权利要求18所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一p型半导体层和所述第二p型半导体层中的一个或两个包括CdSeTe合金。
45.一种光伏模块，其包括串联地和/或并联地连接的多个根据权利要求18所述的太阳能电池。
46.一种用于薄膜太阳能电池的吸收器结构，所述吸收器结构包括：
第一p型半导体层；
第二p型半导体层；以及
在所述第一p型半导体层与所述第二p型半导体层之间的电子反射器层，所述电子反射器层包括CdMTe层，其中M选自Zn、Mg和Mn；
其中所述电子反射器层具有足够小的厚度，以使所述电子反射器层为假晶性的，并且所述CdMTe层中的M浓度在所述电子反射器层中的峰值位置处足以形成在所述峰值位置处的至少大约120 meV的导带势垒高度。
47. 根据权利要求46所述的吸收器结构，其特征在于，所述导带势垒高度在所述峰值位置处的范围为从大约120 meV到大约200 meV。
48.根据权利要求46所述的吸收器结构，其特征在于，所述吸收器结构进一步包括在所述第二p型半导体层上的界面层，所述界面层包括CdMTe层，其中M选自Zn、Mg和Mn。
49.根据权利要求46所述的吸收器结构，其特征在于，所述电子反射器层包括渐变M浓度，使得所述电子反射器层与所述第一p型半导体层形成第一假界面，并且与所述第二p型半导体层形成第二假界面。
50.根据权利要求49所述的吸收器结构，其特征在于，所述渐变M浓度在所述第一假界面或所述第二假界面处不是突变的。
51.根据权利要求49所述的吸收器结构，其特征在于，所述渐变M浓度是三角形渐变浓度。
52.一种太阳能电池，其包括根据权利要求46所述的吸收器结构。
53.一种太阳能电池，其包括：
支承件；
在所述支承件上的前接触部；
在所述前接触部上的光伏异质结，所述光伏异质结形成在n型层与第一p型半导体层之间；
在所述第一p型半导体层上的电子反射器层，在所述第一p型半导体层与所述电子反射器层之间形成第一界面，所述电子反射器层具有厚度且包括CdMTe层，其中M选自Mg、Mn和Zn；
在所述电子反射器层上的第二p型半导体层，在所述电子反射器层与所述第二p型半导体层之间形成第二界面；以及
后接触部；
其中，所述电子反射器层的厚度足够小，以使所述电子反射器层为假晶性的。
54. 根据权利要求53所述的太阳能电池，其特征在于，所述CdMTe层中的M浓度在所述电子反射器层中的峰值位置处足以形成在所述峰值位置处的至少大约120 meV的导带势垒高度。
55. 根据权利要求54所述的太阳能电池，其特征在于，所述导带势垒高度在所述峰值位置处在大约120 meV与大约200 meV之间。
56.根据权利要求54所述的太阳能电池，其特征在于，所述电子反射器层具有渐变M浓度，使得所述M浓度从在所述第一界面处基本上为零增大到在所述电子反射器层中、在所述第一界面与所述第二界面中间的位置处的峰值浓度，并且从所述峰值浓度减小到在所述第二界面处基本上为零。
57.根据权利要求53到56中任一项所述的太阳能电池，所述电子反射器层的厚度和渐变在所述第一界面和所述第二界面处形成基本上无位错的假界面。
58.根据权利要求53到57中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，在所述电子反射器层中、在所述第一界面与所述第二界面中间的所述峰值浓度的位置大致等距地在所述第一界面与所述第二界面之间。
59.根据权利要求53到58中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，渐变浓度具有三角形轮廓。
60.根据权利要求53到59中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，M是在所述峰值位置处以至少大约17%的摩尔分数存在的Mg。
61.根据权利要求53到59中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，M是在所述峰值位置处以至少大约14%的摩尔分数存在的Mn。
62.根据权利要求53到59中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，M是在所述峰值位置处以至少大约31%的摩尔分数存在的Zn。
63.根据权利要求53到59中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述电子反射器层包括CdZnTe，其中Zn在所述峰值浓度处以从大约0.31到大约0.51的范围的摩尔分数存在。
64.根据权利要求53到59中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述电子反射器层包括CdMnTe，其中Mn在峰值浓度处以从大约0.14到大约0.24的范围的摩尔分数存在。
65.根据权利要求53到59中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述电子反射器层包括CdMgTe，其中Mg在峰值浓度处以从大约0.17到大约0.28的范围的摩尔分数存在。
66.根据权利要求53到65中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述n型层包括高电阻率的缓冲层。
67.根据权利要求53到66中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述n型层包括CdS窗口层。
68.根据权利要求53到67中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述CdMTe层掺杂有选自氮、磷、砷、锑、铋、铜、银和金的掺杂剂。
69.根据权利要求53到68中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一p型半导体层掺杂有选自氮、磷、砷、锑、铋、铜、银和金的掺杂剂。
70.根据权利要求53到69中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述第二p型半导体层掺杂有选自氮、磷、砷、锑、铋、铜、银和金的掺杂剂。
71.根据权利要求53到70中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述电子反射器层掺杂有选自氮、磷、砷、锑、铋、铜、银和金的掺杂剂。
72. 根据权利要求53到71中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述电子反射器层具有从大约10 nm到大约100 nm的范围的厚度。
73.根据权利要求53到72中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池进一步包括在所述第二p型半导体层上的第二电子反射器层，以及在所述第二电子反射器层上的第三p型半导体层。
74.根据权利要求73所述的太阳能电池，其特征在于，所述第二电子反射器层掺杂有选自氮、磷、砷、锑、铋、铜、银和金的掺杂剂。
75.根据权利要求73或74所述的太阳能电池，其特征在于，所述第三p型半导体层掺杂有选自氮、磷、砷、锑、铋、铜、银和金的掺杂剂。
76. 根据权利要求73到75中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，各电子反射器层具有从大约10 nm到大约100 nm的范围的厚度。
77.根据权利要求73到76中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述第三p型半导体层包括CdSeTe合金。
78.根据权利要求53到77中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述后接触部包括ZnTe的p+层。
79.根据权利要求53到78中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一p型半导体层和所述第二p型半导体层中的一个或两个包括CdSeTe合金。
80.一种光伏模块，其包括串联地和/或并联地连接的多个根据权利要求53到79中任一项所述的太阳能电池。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114447164A (zh) * 2022-04-08 2022-05-06 南昌凯迅光电股份有限公司 一种具有渐变结构的正极性led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
EP3903352B1 (en) * 2018-12-27 2022-03-30 First Solar, Inc. Photovoltaic devices and methods of forming the same

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010009436A2 (en) * 2008-07-17 2010-01-21 Uriel Solar Inc. High power efficiency, large substrate, polycrystalline cdte thin film semiconductor photovoltaic cell structures grown by molecular beam epitaxy at high deposition rate for use in solar electricity generation
CN101779290A (zh) * 2007-09-25 2010-07-14 第一太阳能有限公司 包括界面层的光伏器件
US20130104985A1 (en) * 2011-11-01 2013-05-02 General Electric Company Photovoltaic device with mangenese and tellurium interlayer
CN104064618A (zh) * 2014-05-16 2014-09-24 中国科学院电工研究所 一种p-i-n结构CdTe电池及其制备方法
CN104638038A (zh) * 2013-11-06 2015-05-20 恒基伟业知识产权管理顾问（北京）有限公司 一种碲化镉薄膜太阳能电池的电子反射层及制造方法
CN105474410A (zh) * 2013-06-27 2016-04-06 第一太阳能有限公司 光伏器件及其形成方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5294808A (en) 1992-10-23 1994-03-15 Cornell Research Foundation, Inc. Pseudomorphic and dislocation free heteroepitaxial structures
JP2011515852A (ja) 2008-03-18 2011-05-19 ソレクサント・コーポレイション 薄膜太陽電池の改善されたバックコンタクト
EP2452370A4 (en) * 2009-07-10 2013-01-02 First Solar Inc PV MODULES WITH ZINC
US7939363B1 (en) * 2010-10-27 2011-05-10 General Electric Company Systems and methods of intermixing cadmium sulfide layers and cadmium telluride layers for thin film photovoltaic devices
EP2769419A1 (en) 2011-10-17 2014-08-27 First Solar, Inc. Photovoltaic device and method of formation
US9231134B2 (en) 2012-08-31 2016-01-05 First Solar, Inc. Photovoltaic devices
CN103855232B (zh) 2012-12-07 2017-09-08 第一太阳能马来西亚有限公司 光伏器件及其制造方法
US20140166107A1 (en) 2012-12-13 2014-06-19 Intermolecular, Inc. Back-Contact Electron Reflectors Enhancing Thin Film Solar Cell Efficiency
US20140261667A1 (en) 2013-03-15 2014-09-18 First Solar, Inc. Photovoltaic device having improved back electrode and method of formation
US9437760B2 (en) * 2013-03-15 2016-09-06 First Solar, Inc. Method of reducing semiconductor window layer loss during thin film photovoltaic device fabrication, and resulting device structure
EP2969273A4 (en) 2013-03-15 2016-10-12 First Solar Inc METHOD FOR PRODUCING A PHOTOVOLTAIC MODULE
WO2014153439A1 (en) 2013-03-22 2014-09-25 First Solar, Inc. Photovoltaic device including a back contact and method of manufacturing
US9871154B2 (en) 2013-06-21 2018-01-16 First Solar, Inc. Photovoltaic devices
US20150207011A1 (en) * 2013-12-20 2015-07-23 Uriel Solar, Inc. Multi-junction photovoltaic cells and methods for forming the same
US9431569B2 (en) 2013-12-26 2016-08-30 First Solar, Inc. Zinc blende cadmium—manganese—telluride with reduced hole compensation effects and methods for forming the same
PL3496173T3 (pl) * 2015-06-12 2020-08-10 Oxford Photovoltaics Limited Materiał perowskitowy
US9702988B1 (en) * 2016-01-06 2017-07-11 Raytheon Company Combined neutron and gamma-ray detector and coincidence test method
US10396232B2 (en) * 2016-03-31 2019-08-27 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University CdTe-based double heterostructures and related light-conversion devices
EP3754727A1 (en) 2016-10-12 2020-12-23 First Solar, Inc Photovoltaic device with transparent tunnel junction

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101779290A (zh) * 2007-09-25 2010-07-14 第一太阳能有限公司 包括界面层的光伏器件
WO2010009436A2 (en) * 2008-07-17 2010-01-21 Uriel Solar Inc. High power efficiency, large substrate, polycrystalline cdte thin film semiconductor photovoltaic cell structures grown by molecular beam epitaxy at high deposition rate for use in solar electricity generation
US20130104985A1 (en) * 2011-11-01 2013-05-02 General Electric Company Photovoltaic device with mangenese and tellurium interlayer
CN105474410A (zh) * 2013-06-27 2016-04-06 第一太阳能有限公司 光伏器件及其形成方法
CN104638038A (zh) * 2013-11-06 2015-05-20 恒基伟业知识产权管理顾问（北京）有限公司 一种碲化镉薄膜太阳能电池的电子反射层及制造方法
CN104064618A (zh) * 2014-05-16 2014-09-24 中国科学院电工研究所 一种p-i-n结构CdTe电池及其制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114447164A (zh) * 2022-04-08 2022-05-06 南昌凯迅光电股份有限公司 一种具有渐变结构的正极性led及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
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WO2018013641A1 (en) 2018-01-18

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