CN111670504A - 具有v族掺杂剂的光伏器件和半导体层以及用于形成该光伏器件和该半导体层的方法 - Google Patents

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Abstract

光伏器件（100）能够包括吸收层（160）。吸收层（160）能够p型掺杂有V族掺杂剂并且能够具有大于4x1015cm‑3的V族掺杂剂的载流子浓度。吸收层（160）能够包括吸收层（160）的中心区域中的氧。吸收层（160）能够包括吸收层（160）的中心区域中的碱金属。用于载流子激活的方法能够包括在还原环境（220）中使吸收层（160）暴露于退火化合物。退火化合物（224）能够包括氯化镉和碱金属氯化物。

Description

具有V族掺杂剂的光伏器件和半导体层以及用于形成该光伏 器件和该半导体层的方法
背景技术
本说明书一般涉及高效的光伏器件和用于形成该光伏器件的方法，并且更具体地涉及带有具有提高的载流子浓度的V族的光伏器件和半导体层以及用于形成该光伏器件和该半导体层的方法。
光伏器件通过使用表现出光伏效应的半导体材料将光转换成电来产生电功率。遗憾的是，高效地生产光伏器件所必需的制造工艺可能使光伏器件的不理想的性质恶化。例如，半导体层有时经受氯化物热处置（CHT），其是含有氯和氧的气氛（atmosphere）中的退火工艺。CHT能够改进半导体层的晶体质量。例如，能够增大晶粒（grain）（微晶）尺寸。此外，能够纠正（cure）晶格结构中的缺陷，包括例如位于晶界区处的缺陷。晶格结构中的缺陷可能是降低光伏效率的载流子复合的来源。
半导体层能够掺杂有能够被激活（activate）以增大半导体层的电荷载流子浓度的材料，即，掺杂剂。将掺杂剂添加到半导体层能够产生具有主要为负的n型或正的p型电荷载流子的材料层。然而，使掺杂的半导体层经受CHT可能导致具有不足的电荷载流子浓度的掺杂的半导体层，即，电荷载流子浓度可能太低。例如，大部分的掺杂剂可能未能激活，并且未能促成电功率的产生。
因此，需要带有具有提高的载流子浓度的V族的备选光伏器件和备选半导体层，以及用于形成该备选光伏器件和该备选半导体层的备选方法。
发明内容
本文提供的实施例涉及用于执行碱和还原环境（reduced-ambient）热处置的方法以及根据所述方法形成的光伏器件。由本文描述的实施例提供的这些特征以及附加特征将结合附图鉴于以下详细描述更全面地理解。
附图说明
附图中所阐明的实施例本质上是说明性和示范性的，而不旨在限制权利要求所定义的主题。能够在结合以下附图阅读时理解说明性实施例的以下详细描述，其中，相似的结构用相似的参考标号指示，并且在附图中：
图1示意性地描绘根据本文示出和描述的一个或多个实施例的光伏器件；
图2示意性地描绘根据本文示出和描述的一个或多个实施例的衬底；
图3示意性地描绘根据本文示出和描述的一个或多个实施例的光伏器件；
图4和图5示意性地描绘根据本文示出和描述的一个或多个实施例的部分形成的光伏器件；以及
图6示意性地描绘根据本文示出和描述的一个或多个实施例用于执行碱和还原环境热处置的方法。
具体实施方式
本文描述了用于从光产生电功率的光伏器件的实施例。光伏器件一般包括由半导体材料形成的吸收层（absorber layer）。吸收层能够经受配置成激活掺杂剂的一个或多个处理步骤。如本文中所使用的，激活或进行激活能够意指操纵掺杂剂，使得掺杂剂充当（operate as）半导体内的电荷载流子，例如，被激活的p型掺杂剂充当受体。将在本文中更详细地描述光伏器件和用于激活光伏器件的吸收层的掺杂剂的方法的各种实施例。
现在参考图1，示意性地描绘光伏器件100的实施例。光伏器件100能够配置成接收光并且将光变换成电信号，例如，能够从光吸收光子，并且经由光伏效应将光子变换成电信号。因此，光伏器件100能够定义能量侧102，能量侧102配置成暴露于诸如例如太阳之类的光源。光伏器件102还能够定义从能量侧102偏移的相对侧104。注意，术语“光”能够指电磁光谱的各种波长，诸如但不限于电磁光谱的紫外（UV）、红外（IR）以及可见部分中的波长。光伏器件100能够包括安置在能量侧102与相对侧104之间的多个层。如本文中所使用的，术语“层”指的是在表面上提供的一定厚度的材料。每个层能够覆盖该表面的全部或任何部分。
光伏器件100能够包括配置成促进使光透射到光伏器件100中的衬底110。衬底110能够安置在光伏器件100的能量侧102。共同地参考图1和图2，衬底110能够具有基本上与光伏器件100的能量侧102面对的第一表面112和基本上与光伏器件100的相对侧104面对的第二表面114。一层或多层材料能够安置在衬底110的第一表面112与第二表面114之间。
衬底110能够包括透明层120，透明层120具有基本上与光伏器件100的能量侧102面对的第一表面122和基本上与光伏器件100的相对侧104面对的第二表面124。在一些实施例中，透明层120的第二表面124能够形成衬底110的第二表面114。透明层120能够由诸如例如玻璃之类的基本上透明的材料形成。合适的玻璃能够包括钠钙玻璃或铁含量降低的任何玻璃。透明层120能够具有任何合适的透射率（transmittance），在一些实施例中包括大约450 nm到大约800 nm。透明层120还可以具有任何合适的透射百分比，包括例如在一个实施例中超过大约50%、在另一个实施例中超过大约60%、在又一个实施例中超过大约70%、在另外的实施例中超过大约80%或又在另外的实施例中超过大约85%。在一个实施例中，透明层120能够由具有大约90%的透射率的玻璃形成。可选地，衬底110能够包括涂敷到透明层120的第一表面122的涂层126。涂层126能够配置成与光相互作用或改进衬底110的耐久性，涂层126诸如但不限于抗反射涂层、防污涂层或其组合。
再次参考图1，光伏器件100能够包括阻挡层130，阻挡层130配置成减轻污染物（例如钠）从衬底110的扩散，该扩散可能导致降解或脱层（delamination）。阻挡层130能够具有基本上与光伏器件100的能量侧102面对的第一表面132和基本上与光伏器件100的相对侧104面对的第二表面134。在一些实施例中，阻挡层130能够与衬底110相邻而提供。例如，阻挡层130的第一表面132能够在衬底100的第二表面114上提供。如本文中所使用的，短语“与……相邻”意味着将两个层邻接安置并且在层的至少一部分之间不存在任何中间材料。
一般而言，阻挡层130能够是基本上透明的、热稳定的、具有降低数量的针孔（pinhole）并且具有高阻钠能力和良好的粘着性质。备选地或另外地，阻挡层130能够配置成将颜色抑制应用于光。阻挡层130能够包括一层或多层合适的材料，包括但不限于氧化锡、二氧化硅、铝掺硅氧化物、硅氧化物、氮化硅或氧化铝。阻挡层130能够具有以第一表面132和第二表面134为边界的任何合适的厚度，包括例如在一个实施例中超过大约500 Å、在另一个实施例中超过大约750 Å或在另外的实施例中小于大约1200 Å。
仍然参考图1，光伏器件100能够包括透明导电氧化物（TCO）层140，TCO层140配置成提供电接触以输送由光伏器件100产生的电荷载流子。TCO层140能够具有基本上与光伏器件100的能量侧102面对的第一表面142和基本上与光伏器件100的相对侧104面对的第二表面144。在一些实施例中，TCO层140能够与阻挡层130相邻而提供。例如，TCO层140的第一表面142能够在阻挡层130的第二表面134上提供。一般而言，TCO层140能够由基本上透明并且具有宽带隙的一层或多层n型半导体材料形成。具体地，宽带隙能够具有与光的光子的能量相比更大的能量值，这能够减轻不期望的光吸收。TCO层140能够包括一层或多层合适的材料，包括但不限于二氧化锡、掺杂式二氧化锡（例如，F-SnO2）、氧化铟锡或锡酸镉。
光伏器件100能够包括缓冲层150，缓冲层150配置成在TCO层140与任何相邻的半导体层之间提供绝缘层。缓冲层150能够具有基本上与光伏器件100的能量侧102面对的第一表面152和基本上与光伏器件100的相对侧104面对的第二表面154。在一些实施例中，缓冲层150能够与TCO层140相邻而提供。例如，缓冲层150的第一表面152能够在TCO层140的第二表面144上提供。缓冲层140可以包括具有比TCO层140更高的电阻率的材料，包括但不限于本征二氧化锡、氧化锌镁（例如，Zn1-xMgxO）、二氧化硅（SiO2）、氧化铝（Al2O3）、氮化铝（AlN）、氧化锌锡、氧化锌、锡硅氧化物或其任何组合。在一些实施例中，缓冲层140的材料能够配置成基本上与相邻的半导体层（例如，吸收体（absorber））的带隙匹配。缓冲层150可以具有第一表面152与第二表面154之间的任何合适的厚度，包括例如在一个实施例中超过大约100 Å、在另一个实施例中大约100 Å与大约800 Å之间或在另外的实施例中大约150 Å与大约600 Å之间。
再次参考图1，光伏器件100能够包括配置成与另一层配合并且在光伏器件100内形成p-n结的吸收层160。因此，光的所吸收的光子能够释放电子-空穴对并且产生载流子流，这能够产出电功率。吸收层160能够具有基本上与光伏器件100的能量侧102面对的第一表面162和基本上与光伏器件100的相对侧104面对的第二表面164。吸收层160的厚度能够在第一表面162与第二表面164之间定义。吸收层160的厚度能够在大约0.5μm到大约10μm之间，诸如例如在一个实施例中在大约1μm到大约7μm之间或在另一个实施例中在大约2μm到大约5μm之间。
根据本文中所描述的实施例，吸收层160能够由具有过量的正电荷载流子（即，空穴或受体）的p型半导体材料形成。吸收层160能够包括任何合适的p型半导体材料，诸如II-VI族半导体。特定示例包括但不限于由镉、碲、硒或其任何组合构成的半导体材料。合适的示例包括但不限于碲化镉、镉、硒和碲的三元材料（例如，CdSexTe1-x）或包括镉、硒和碲的四元材料。在吸收层160包括硒和镉的实施例中，硒的原子百分比能够大于大约0原子百分比并且小于大约20原子百分比。在吸收层160包括碲和镉的实施例中，碲的原子百分比能够大于大约30原子百分比并且小于大约50原子百分比。注意，本文中所描述的原子百分比表示吸收层160的整体性，与吸收层160的总体组成相比，吸收层160内的特别位置处的材料的原子百分比能够随着厚度而变化。注意，碲、硒或两者的浓度能够通过吸收层160的厚度变化。例如，在吸收层160包括镉、硒以及碲的三元材料（CdSexTe1-x）时，x能够在吸收层160中随着与吸收层160的第一表面162的距离而变化。在一些实施例中，x的值能够在吸收层160中随着与吸收层160的第一表面162的距离而减小。
根据本文提供的实施例，吸收层160内的掺杂剂能够被激活到期望的电荷载流子浓度。在一些实施例中，吸收层160能够掺杂有V族掺杂剂，诸如，例如氮（N）、磷（P）、砷（As）、锑（Sb）、铋（Bi）、镆（ununpentium，Uup）或其组合。吸收层160内的掺杂剂的总剂量能够是受控制的。在一些实施例中，吸收层160的中心区域166中的V族掺杂剂的原子浓度能够大于大约1x1017cm-3，诸如，例如在一个实施例中在大约1x1017cm-3与大约5x1020cm-3之间、在另一个实施例中在大约3x1017cm-3与大约1x1019cm-3之间或在另外的实施例中在大约5x1017cm-3与大约5x1018cm-3之间。中心区域166是吸收层160的中间50%，其从吸收层160的第一表面162和第二表面164中的每个偏移吸收层160的厚度的25%。备选地或另外地，V族掺杂剂的浓度分布能够通过吸收层160的厚度变化。具体地，V族掺杂剂的量能够随着与吸收层160的第一表面162的距离而变化。
仍然参考图1，能够通过充分接近光伏器件100的具有过量的负电荷载流子（即，电子或供体）的部分而提供吸收层160来形成p-n结。在一些实施例中，吸收层160能够与n型半导体材料相邻而提供。备选地，一个或多个中间层能够在吸收层160与n型半导体材料之间提供。在一些实施例中，吸收层160能够与缓冲层150相邻而提供。例如，吸收层160的第一表面162能够在缓冲层150的第二表面154上提供。
现在参考图3，在一些实施例中，光伏器件200能够包括窗口层170，窗口层170包括n型半导体材料。除了窗口层170之外，光伏器件200还能够具有基本上与光伏器件100（图1）类似的层结构。吸收层160能够与窗口层170相邻而形成。窗口层170能够具有基本上与光伏器件200的能量侧102面对的第一表面172和基本上与光伏器件200的相对侧104面对的第二表面174。在一些实施例中，窗口层170能够定位在吸收层160与TCO层140之间。在一个实施例中，窗口层170能够定位在吸收层160与缓冲层150之间。窗口层170能够包括任何合适的材料，包括例如硫化镉、硫化锌、硫化镉锌、氧化锌镁或其任何组合。
再次参考图1，光伏器件100能够包括背接触层180，背接触层180配置成减轻掺杂剂的不期望的蚀变（alteration）并且提供与吸收层160的电接触。背接触层180能够具有基本上与光伏器件100的能量侧102面对的第一表面182和基本上与光伏器件100的相对侧104面对的第二表面184。背接触层180的厚度能够在第一表面182与第二表面184之间定义。背接触层180的厚度能够在大约5 nm到大约200 nm之间，诸如例如在一个实施例中在大约10nm到大约50 nm之间。
在一些实施例中，背接触层180能够与吸收层160相邻而提供。例如，背接触层180的第一表面182能够在吸收层160的第二表面164上提供。在一些实施例中，背接触层180能够包括来自I族、II族、VI族的材料的二元或三元组合，诸如，例如含有采用各种组成的锌、铜、镉和碲的一个或多个层。另外的示范性材料包括但不限于掺杂有碲化铜的碲化锌或与碲化铜熔合（alloy）的碲化锌。
光伏器件100能够包括导电层190，导电层190配置成提供与吸收层160的电接触。导电层190能够具有基本上与光伏器件100的能量侧102面对的第一表面192和基本上与光伏器件100的相对侧104面对的第二表面194。在一些实施例中，导电层190能够与背接触层180相邻而提供。例如，导电层190的第一表面192能够在背接触层180的第二表面184上提供。导电层190能够包括任何合适的导电材料，诸如，例如一层或多层含氮金属、银、镍、铜、铝、钛、钯、铬、钼、金等等。含氮金属层的合适的示例能够包括氮化铝、氮化镍、氮化钛、氮化钨、氮化硒、氮化钽或氮化钒。
光伏器件100能够包括背支撑件196，背支撑件196配置成与衬底110配合，以形成用于光伏器件100的壳体。背支撑件196能够安置在光伏器件100的相对侧102。例如，背支撑件196能够与导电层190相邻而形成。背支撑件196能够包括任何合适的材料，包括例如玻璃（例如，钠钙玻璃）。
共同地参考图1和图3，光伏器件100、200的制造一般包括通过包括但不限于以下各项的一个或多个工艺在层的“堆叠件（stack）”中相继地安置功能层或层前体：溅射、喷涂、蒸发、分子束沉积、热解、闭空间升华（CSS）、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）或气相输送沉积（vapor transport deposition，VTD）。一旦形成层，则通过随后的处置工艺来修改该层的物理特性可以是可取的。
共同地参考图4和图5，能够处理部分形成的器件的层。在一些实施例中，部分形成的光伏器件202能够包括与层堆叠件204相邻的吸收层160。堆叠件204能够包括光伏器件100、200（图1和图3）的安置在吸收层160与能量侧102之间的层中的一个或多个。备选地，部分形成的光伏器件206能够包括与层堆叠件208相邻的吸收层160。层堆叠件208能够包括光伏器件100、200（图1和图3）的在吸收层160与相对侧104之间的层中的一个或多个。
现在参考图6，描绘用于执行碱和还原环境热处置（ARHT）的方法210。ARHT是采用化学化合物和还原气氛的退火工艺。在一些实施例中，吸收层160能够在经受ARHT之前与V族掺杂剂掺杂。ARHT能够用于激活吸收层160内的掺杂剂。如本文更详细解释的，ARHT与其它热处置工艺相比能够激活更大量的掺杂剂并且产生更大的载流子浓度，同时提供吸收层160内的充分的晶粒生长。
共同地参考图4、图5和图6，用于执行ARHT的方法200能够包括用于使吸收层160暴露于还原环境220的工艺212。吸收层160的第一表面162或第二表面164能够经受还原环境220。还原环境220是通过去除氧及其它氧化气体或蒸气（vapor）来减轻氧化的气氛条件，即，还原环境能够基本上不存在容易使V族掺杂剂氧化的物质。另外，还原环境220能够包括配置成减轻V族氧化物的形成的合成气体（forming gas）。合成气体能够有力地比V族掺杂剂更有利于氧化，即，在ARHT期间合成气体的氧化反应能够具有比V族掺杂剂更多的负Gibbs自由能改变（ΔG）。
在一些实施例中，合成气体能够包括氢、氮或其组合。在一个实施例中，合成气体实质上由H2和N2的混合物组成。例如，合成气体能够包括大约50.0%至99.4%的N2和大约0.6%至3.0%的H2的混合物。备选地，合成气体能够包括0.5-100%的原子分数范围内的H2。因此，还原环境220能够包括实质上由100%的H2组成的合成气体。其它合适的还原剂能够包括甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）、硫化氢（H2S）以及氨化合物（NH3）。在一些实施例中，能够在处理室222内提供还原环境220，处理室222配置成基本上防止包含容易使还原环境220内的V族掺杂剂氧化的物质。因此，在一些实施例中，还原环境220能够实质上由合成气体组成。备选地或另外地，处理室222能够配置成维持部分真空压强（pressure）。因此，能够以大约200 Torr到大约800 Torr的范围内的，诸如，例如大约3 Torr到大约50 Torr的范围内的真空压强来提供还原环境220。
用于执行ARHT的方法200能够包括用于使吸收层160与退火化合物224接触的工艺214。在一些实施例中，退火化合物224能够作为溶液涂敷到吸收层160的第一表面162或第二表面164。例如，退火化合物224能够喷涂、旋涂或辊涂在吸收层160上。备选地或另外地，退火化合物224能够作为处理室222中的蒸气供应。退火化合物224包括氯化镉（CdCl2）和一种或多种碱金属氯化物的组合。碱金属氯化物能够由诸如例如锂（Li）、钠（Na）、钾（K）、铷（Rb）、铯（Cs）和钫（Fr）之类的碱金属形成。合适的碱金属氯化物包括但不限于LiCl、NaCl、KCl、RbCl或其组合。退火化合物224的组成被控制，使得维持镉与碱金属的期望比。一般而言，在按原子比测量时，退火化合物224包括比碱金属多得多的镉。例如，碱金属与镉的期望比小于大约百万分之10000（ppm），诸如，例如在一个实施例中在大约500 ppm到大约6000ppm之间、在另一个实施例中在大约750 ppm到大约4500 ppm之间或在另外的实施例中在大约1000 ppm与大约3000 ppm之间。
用于执行ARHT的方法200能够包括用于在还原环境220中使吸收层160退火的工艺216。一般而言，退火包括将吸收层160（例如，多晶半导体材料）加热达足以促进吸收层160的再结晶的时间和温度。例如，吸收层160能够在大约350℃与大约500℃之间的温度被处理达大约5分钟与大约60分钟之间，诸如，例如在一个实施例中，在大约400℃到大约500℃的范围内的温度被处理达大约10分钟到大约55分钟的持续时间，或在另一个实施例中，在大约400℃到大约450℃的范围内的温度被处理达大约15分钟到大约50分钟的持续时间。注意，虽然工艺212、工艺214和工艺216可以在图6中按循序方式描绘，但本文提供的实施例不限于工艺212、工艺214和工艺216的任何特定顺序。在一些实施例中，在处于还原环境220中时，并且在退火期间，吸收层160的表面能够最初与退火化合物224接触。在其它实施例中，吸收层160的表面能够与退火化合物224接触并且随后放置在还原环境220中并且退火。在一些实施例中，工艺212、工艺214和工艺216中的每个能够同时执行，即，对于退火的至少一部分，退火化合物224能够在还原环境220中保持与吸收层160接触。
除了能够由多晶半导体形成的吸收层160的再结晶之外，ARHT还可能导致吸收层160中的晶粒生长。此外，退火化合物224的成分（例如，碱金属、氯或两者）能够扩散到吸收层160中并且影响存在于吸收层中的V族掺杂剂的激活。如本文更详细解释的，退火化合物224的成分扩散到层堆叠件204、206的其它层中可能影响总体器件效率。
再次参考图1和图3，在ARHT之后，吸收层160能够包括与诸如例如CHT之类的先前已知的工艺相比相对高的载流子浓度。对于经受CHT的掺杂Cu的CdTe的吸收体器件，标称载流子浓度通常能够低于大约1x1015cm-3。相比之下，本公开的吸收层160，诸如，例如具有V族掺杂剂并且包括镉和碲或镉、硒和碲的吸收层160实现吸收层160中的大于大约4x1015cm-3的载流子浓度。在一些实施例中，吸收层160的载流子浓度大于大约8x1015cm-3，诸如，例如在一个实施例中大于大约1x1016cm-3，或在另一个实施例中在大约8x1015cm-3与大约6x1016cm-3之间。
如上面所提到的，在还原环境220中执行ARHT，以减少氧的存在。然而，在一些实施例中，氧能够扩散到吸收层160的中心区域166中。在这样的实施例中，吸收层160的中心区域166能够具有期望范围内的碱与氧的比，即，在所测量的深度，碱金属的原子浓度与氧的原子浓度的比。碱与氧的比在吸收层160的中心区域166中能够至少是0.1，诸如，例如在一个实施例中，碱与氧的比至少是0.75，在另一个实施例中，碱与氧的比至少是5，在另外的实施例中，碱与氧的比在大约10与大约1000之间，或在又一实施例中，碱与氧的比在大约10与大约100之间。
根据本文提供的实施例，吸收层中的碱金属的原子浓度能够大于大约1x1016cm-3。在一些实施例中，吸收层160中的碱金属的原子浓度大于大约2x1016cm-3，诸如，例如在一个实施例中大于大约1x1017cm-3，或在另一个实施例中在大约5x1016cm-3与大约1x1019cm-3之间。碱金属能够进一步扩散到光伏器件100、200的其它层中。在一些实施例中，碱金属能够扩散到TCO层140中。一般而言，TCO层140中的碱金属的原子浓度大于吸收层160中的碱金属的原子浓度。
申请人已发现，碱金属的过高浓度与TCO层140的薄层电阻的降级相关。因此，TCO层140与吸收层160之间的碱金属比，即，TCO层140中的碱金属的原子浓度与吸收层160中的碱金属的原子浓度的比能够是受控的。在一些实施例中，TCO层140与吸收层160之间的碱金属比能够小于大约1000，诸如，例如，在一个实施例中小于大约500，或在另一个实施例中，小于大约100。申请人已进一步发现，钾（K）和铷（Rb）已证明与其它碱金属相比的针对薄层电阻的改进的性能。实际上，钾（K）和铷（Rb）的存在已证明与没有任何碱金属的基于氯化镉的退火化合物相比的改进的性能。因此，在一些实施例中，碱金属能够由钾（K）、铷（Rb）或两者组成。
表1
Figure 742306DEST_PATH_IMAGE002
上面参考表1，表1的退火化合物列总结退火化合物中的氯化镉和碱金属氯化物的存在。碱浓度列总结退火化合物中的以百万分之一为单位的、碱金属与镉的原子比。比较性示例和示例1-7中的每个曾以类似的退火化合物来处理，其中在表1的退火化合物和碱浓度列中总结差异。因此，根据本文描述的ARHT工艺处理了示例1-7。比较性示例1能够被认为类似于CHT工艺，除了CHT曾在还原气氛中执行之外。效率列总结光伏器件的所测量的效率，所述光伏器件具有如表1中所总结的并且在器件集成之后的所处理的吸收层。化合物的吸收层曾是基本上类似的并且包括镉和碲。吸收层中的每个曾掺杂有大约1x1018cm-3的砷（As），这使用动态二次离子质谱（SIMS）验证了。载流子浓度列总结如表1中所总结的并且在器件集成之后的处理的吸收层的载流子浓度。从电容-电压（C-V）测量中推导了载流子浓度数。
如上面在表1中总结的，示例1-7中的每个证明了与比较性示例1相比在效率和载流子浓度上的改进。另外，包括了钾（K）的示例3-4证明了与包括了锂（Li）的示例1和示例2相比的改进的效率和载流子浓度。同样地，包括铷（Rb）的示例6-7证明了与示例1和示例2相比的改进的效率和载流子浓度。
现在应当理解，本文提供的实施例涉及增强V族掺杂激活的ARHT方法。使用本文描述的ARHT方法形成的光伏器件证明了相对高的载流子浓度。因此，本文提供的实施例解决与具有包括镉和碲的吸收层的光伏器件相关联的挑战中的一些。这样的器件能够努力实现高p型载流子浓度。对于基于掺杂Cu的CdTe的器件，标称载流子浓度能够低于3x1015cm-3，这导致差的器件性能（例如，效率）。
此外，本文描述的ARHT方法得出具有吸收层中的充分晶粒生长的器件。例如，诸如例如CHT之类的先前已知的工艺在还原环境中执行时，缺乏充分的晶粒生长。在不受理论约束的情况下，人们相信，由于缺乏氧，所以先前已知的工艺产出具有小的晶粒和差的载流子浓度稳定性的吸收层。本文描述的ARHT方法得出期望的晶粒生长。
根据本文提供的实施例，光伏器件能够包括吸收层。吸收层能够包括镉、碲和硒。吸收层能够p型掺杂有V族掺杂剂，并且能够具有大于4x1015cm-3的V族掺杂剂的载流子浓度。吸收层能够包括吸收层的中心区域中的氧。吸收层能够包括吸收层的中心区域中的碱金属。碱金属的原子浓度与氧的原子浓度的比在吸收层的中心区域中能够至少是0.1。
根据实施例，用于载流子激活的方法能够包括使吸收层暴露于还原环境。吸收层能够包括镉、碲、硒和V族掺杂剂。用于载流子激活的方法能够包括使吸收层与退火化合物接触。退火化合物能够包括氯化镉和碱金属氯化物。碱金属氯化物能够由碱金属形成。退火化合物中碱金属与镉的原子比能够小于百万分之10000。用于载流子激活的方法能够包括使吸收层退火，由此V族掺杂剂的至少一部分被激活。在使吸收层退火之后，吸收层能够具有大于4x1015cm-3的V族掺杂剂的载流子浓度。
注意，术语“基本上”和“大约”在本文中可用于表示可以归因于任何定量比较、值、测量或其它表示的固有程度的不确定性。这些术语在本文中还用于表示这样的程度：在该程度上，定量表示可以不同于所陈述的参考而不导致所讨论的主题的基本功能上的改变。
虽然已在本文中图示并且描述特定实施例，但应当理解，在不背离要求保护的主题的精神和范围的情况下，可以进行各种其它改变和修改。此外，虽然已在本文中描述要求保护的主题的各种方面，但这样的方面不需要组合利用。因此，预期所附权利要求涵盖要求保护的主题的范围内的所有此类改变和修改。

Claims (32)

1.一种包括吸收层的光伏器件，其中：
所述吸收层包括镉、碲和硒；
所述吸收层p型掺杂有V族掺杂剂并且具有大于4x1015cm-3的所述V族掺杂剂的载流子浓度；
所述吸收层包括所述吸收层的中心区域中的氧；
所述吸收层包括所述吸收层的所述中心区域中的碱金属；以及
所述碱金属的原子浓度与所述氧的原子浓度的比在所述吸收层的所述中心区域中至少是0.1。
2.根据权利要求1所述的光伏器件，其中，所述碱金属是钾。
3.根据权利要求1所述的光伏器件，其中，所述碱金属是铷。
4.根据权利要求1所述的光伏器件，其中，所述V族掺杂剂的所述载流子浓度在8x1015cm-3与6x1016cm-3之间。
5.根据权利要求4所述的光伏器件，其中，所述吸收层的所述中心区域中的所述V族掺杂剂的原子浓度大于1x1017cm-3。
6.根据权利要求1所述的光伏器件，包括安置在所述吸收层与所述光伏器件的能量侧之间的透明导电氧化物层，其中，所述透明导电氧化物层包括所述碱金属。
7.根据权利要求6所述的光伏器件，其中，所述透明导电氧化物层中的所述碱金属的原子浓度大于所述吸收层的所述中心区域中的所述碱金属的所述原子浓度。
8.根据权利要求7所述的光伏器件，其中，所述透明导电氧化物层中的所述碱金属的所述原子浓度与所述吸收层的所述中心区域中的所述碱金属的所述原子浓度的碱金属比小于1000。
9.一种用于载流子激活的方法，包括：
使吸收层暴露于还原环境，其中，所述吸收层包括镉、碲、硒和V族掺杂剂；
使所述吸收层与退火化合物接触，其中：
所述退火化合物包括氯化镉和碱金属氯化物；
所述碱金属氯化物由碱金属形成；
所述退火化合物中碱金属与镉的原子比小于百万分之10000；以及
使所述吸收层退火，由此所述V族掺杂剂的至少一部分被激活，并且其中，在使所述吸收层退火之后，所述吸收层具有大于4x1015cm-3的所述V族掺杂剂的载流子浓度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述还原环境包括配置成减轻V族氧化物的形成的合成气体，所述合成气体包括氢、氮或其组合。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述还原环境处于200 Torr与800 Torr之间的真空压强。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，使所述吸收层在350℃与500℃之间的温度退火达5分钟与60分钟之间。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述碱金属氯化物包括LiCl、KCl、RbCl或其组合。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述退火化合物中所述碱金属与镉的所述原子比在百万分之500与百万分之6000之间。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述碱金属是钾。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述碱金属是铷。
17.根据权利要求9所述的方法，其中，在使所述吸收层退火之后，所述吸收层具有在8x1015cm-3与6x1016cm-3之间的所述V族掺杂剂的载流子浓度。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述吸收层中的所述V族掺杂剂的原子浓度大于1x1017cm-3。
19.根据权利要求1至3中的任一项所述的光伏器件，其中，所述V族掺杂剂的所述载流子浓度在8x1015cm-3与6x1016cm-3之间。
20.根据权利要求1至3和19中的任一项所述的光伏器件，其中，所述吸收层的所述中心区域中的所述V族的原子浓度大于1x1017cm-3。
21.根据权利要求1至3和19至20中的任一项所述的光伏器件，包括安置在所述吸收层与所述光伏器件的能量侧之间的透明导电氧化物层，其中，所述透明导电氧化物层包括所述碱金属。
22.根据权利要求21所述的光伏器件，其中，所述透明导电氧化物层中的所述碱金属的原子浓度大于所述吸收层的所述中心区域中的所述碱金属的所述原子浓度。
23.根据权利要求22所述的光伏器件，其中，所述透明导电氧化物层中的所述碱金属的所述原子浓度与所述吸收层的所述中心区域中的所述碱金属的所述原子浓度的碱金属比小于1000。
24.根据权利要求9至10中的任一项所述的方法，其中，所述还原环境处于200 Torr与800 Torr之间的真空压强。
25.根据权利要求9至10和24中的任一项所述的方法，其中，使所述吸收层在350℃与500℃之间的温度退火达5分钟与60分钟之间。
26.根据权利要求9至10和24至25中的任一项所述的方法，其中，所述碱金属氯化物包括LiCl、KCl、RbCl或其组合。
27.根据权利要求9至10和24至26中的任一项所述的方法，其中，所述退火化合物中所述碱金属与镉的所述原子比在百万分之500与百万分之6000之间。
28.根据权利要求9至10和24至27中的任一项所述的方法，其中，所述碱金属是钾。
29.根据权利要求9至10和24至27中的任一项所述的方法，其中，所述碱金属是铷。
30.根据权利要求9至10和24至29中的任一项所述的方法，其中，在使所述吸收层退火之后，所述吸收层具有在8x1015cm-3与6x1016cm-3之间的所述V族掺杂剂的载流子浓度。
31.根据权利要求9至10和24至30中的任一项所述的方法，其中，所述吸收层中的所述V族的原子浓度大于1x1017cm-3。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，所述V族掺杂剂的所述载流子浓度在8x1015cm-3与6x1016cm-3之间。
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