DE102011055618A1 - Verfahren zur Herstellung einer Cadmiumsulfidschicht - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Cadmiumsulfidschicht angegeben. Das Verfahren schließt eine Anzahl von Stufen ein, einschließlich des Bereitstellens eines Substrates und des Anordnens einer cadmiumhaltigen Schicht auf dem Substrat, gefolgt vom Sulfurieren der cadmiumhaltigen Schicht.
Description
- HINTERGRUND
- Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zum Herstellen von Cadmiumsulfid. Im Besonderen bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen von Cadmiumsulfidschichten, die z. B. in einer photovoltaischen oder einer Solarzelle eingesetzt werden.
- Solarenergie gibt es in vielen Teilen der Welt das ganze Jahr über reichlich. Unglücklicherweise wird die verfügbare Solarenergie nicht allgemein effizient zum Herstellen von Elektrizität benutzt. So erzielt z. B. eine typische Solarzelle eine Umwandlungseffizienz von weniger als etwa 20%. Die Kosten konventioneller photovoltaischer Zellen und von durch diese Zellen erzeugter Elektrizität sind allgemein sehr hoch. Darüber hinaus schließen photovoltaische Zellen typischerweise mehrere Schichten ein, die auf einem Substrat gebildet sind, und so erfordert das Herstellen von Solarzellen typischerweise eine signifikante Anzahl von Verfahrensstufen. Als ein Resultat erhöhen die hohe Anzahl von Verfahrensstufen, Schichten, Grenzflächen und die Komplexität das Ausmaß an Zeit und Geld, das zum Herstellen dieser Zellen erforderlich ist. Forscher sind kontinuierlich bestrebt, die Effizienz zu verbessern und die Produktionskosten photovoltaischer(PV)-Zellen zu verringern.
- Eine typische polykristalline PV-Dünnfilmzelle hat eine sehr dünne (weniger als 0,1 μm) Schicht, die „Fenster”-schicht genannt wird. Die Rolle der Fensterschicht besteht darin, einen Heteroübergang in Kombination mit einer Absorberschicht zu bilden. Die Fensterschicht ist erwünschtermaßen dünn genug und hat einen ausreichend breiten Bandspalt (2,4 eV oder mehr), um den größten Teil des verfügbaren Lichtes zur Absorberschicht durchzulassen. Für Solarzellen vom CIGS- und CdTe-Typ ist das üblichste Material für die Fensterschicht Cadmiumsulfid (CdS). Cadmiumsulfid ist ein Halbleiter mit direktem Bandspalt und hat viele andere Anwendungen z. B. in Lichtdetektoren und Photowiderständen.
- Es wurden verschiedenen Verfahren zum Abscheiden dünner CdS-Filme benutzt, z. B. Abscheidung aus einem chemischen Bad, Sole-Gel, elektrochemische Abscheidung, thermische Verdampfung, Zerstäuben und Sprühen. Die meisten dieser Verfahren sind jedoch prohibitiv teuer und/oder kompliziert und könnten so nicht dazu benutzt werden, Dünnfilme in großen Mengen zu vernünftigen Kosten herzustellen.
- Demgemäß besteht ein Bedarf an effizienteren und billigeren Verfahren zum Herstellen von Dünnfilmen aus Cadmiumsulfid für eine Produktion in großem Maßstab.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- Ausführungsformen der Erfindung sind auf ein Verfahren zum Herstellen einer Cadmiumsulfidschicht gerichtet.
- Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schließt das Verfahren eine Anzahl von Stufen ein, einschließlich des Bereitstellens eines Substrates und des Anordnens einer Cadmium enthaltenden Schicht auf dem Substrat. Die Cadmium enthaltende Schicht wird dann sulfuriert, um das Cadmium im Wesentlichen in Cadmiumsulfid zu überführen.
- ZEICHNUNG
- Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung besser verstanden, in der:
-
1 eine schematische Darstellung einer photovoltaischen Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, -
2 eine schematische Darstellung einer photovoltaischen Vorrichtung gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, -
3 ein Fließdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Cadmiumsulfidschicht gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt, -
4 ein Fließdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Cadmiumsulfidschicht gemäß einer beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt, -
5 ein Fließdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Cadmiumsulfidschicht gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt, -
6 eine schematische Querschnittsansicht einer Kammer zeigt, die zur Zerstäubungsabscheidung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geeignet ist. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
- Näherungsausdrücke, wie sie in der Beschreibung und den Ansprüchen benutzt werden, können eingesetzt werden, um irgendeine quantitative Darstellung zu modifizieren, die erlaubtermaßen variieren kann, ohne in einer Änderung der Grundfunktion zu resultieren, zu der sie in Beziehung steht. Ein durch einen Begriff oder Begriffe, wie „etwa” modifizierter Wert ist daher nicht auf den genauen angegebenen Wert beschränkt. In vielen Fällen kann der Näherungsausdruck der Genauigkeit des zum Messen des Wertes benutzten Instrumentes entsprechen.
- In der folgenden Beschreibung und in den Ansprüchen schließen die Singularformen „ein”, „eine” und „der/die/das” den Plural ein, sofern der Zusammenhang nicht klar etwas anderes diktiert. Die Begriffe „umfassend”, „einschließend” und „aufweisend” sollen einschließend sein und bedeuten, dass es andere zusätzliche Elemente zu den aufgeführten Elementen gibt. Der Gebrauch von „oben”, „unten”, „oberhalb”, „unterhalb„ und Variationen dieser Ausdrücke erfolgt der Bequemlichkeit halber, doch erfordert er keine besondere Orientierung der Komponenten, sofern nichts anderes erklärt ist. Die Begriffe „abgeschieden auf” oder „abgeschieden über”, wie sie hierin benutzt werden, beziehen sich sowohl auf gesichert oder angeordnet direkt in Kontakt mit und indirekt unter Verwendung dazwischen liegender Schichten.
- Die Begriffe „kann” und „kann sein”, wie sie hierin benutzt werden, zeigen eine Möglichkeit eines Auftretens innerhalb eines Satzes von Umständen, ein Aufweisen einer spezifischen Eigenschaft, Charakteristik oder Funktion und/oder qualifizieren ein anderes Verb durch Ausdrücken einer oder mehrerer von einer Fähigkeit, Tauglichkeit oder Möglichkeit, die mit dem qualifizierten Verb verbunden ist. Der Gebrauch von „kann” und „kann sein” zeigt daher, dass ein modifizierter Begriff augenscheinlich geeignet, tauglich oder passend für eine angezeigte Kapazität, Funktion oder Verwendung ist, während der modifizierte Begriff unter Berücksichtigung einiger Umstände manchmal nicht geeignet, tauglich oder passend sein mag. Unter einigen Umständen kann z. B. ein Vorkommen oder eine Kapazität erwartet werden, während unter anderen Umständen das Vorkommen oder die Kapazität nicht auftreten können – dieser Unterschied wird durch die Begriffe „kann” und „kann sein” erfasst.
- Der Begriff „transparent”, wie er hierin benutzt wird, bedeutet, dass ein Material den Durchgang eines beträchtlichen Anteils auftreffender Solarstrahlung gestattet. Der beträchtliche Teil kann mindestens etwa 80% der auftreffenden Solarstrahlung betragen.
- Ganz allgemein kann im Interesse der Kürze der Erläuterungen hierin eine Cadmiumtellurid (CdTe) als eine Absorberschicht einschließende photovoltaische(PV)-Zelle als eine „PV-CdTe-Zelle” bezeichnet werden und solche, die Cu(In,Ga,Al)(Se,S)2 (CIGS) einschließen, können als „PV-CIGS-Zellen” bezeichnet werden. Andere Beispiele von PV-Zellen können eine PV-Kupfer-Zink-Zinn-Sulfid(CZTS)-Zelle und eine PV-Metallsulfid-Zelle einschließen.
- Eine photovoltaische Zelle schließt allgemein ein Substrat, eine transparente Elektrode, eine CdS-Fensterschicht, eine Absorberschicht und eine Basiselektrode ein.
1 zeigt eine PV-CdTe-Zelle10 , die ein transparentes Substrat12 einschließt. Das Substrat12 schließt eine transparente leitende Schicht14 ein, die die transparente Elektrode bildet. Die CdS-Fensterschicht16 ist auf der transparenten leitenden Elektrode14 abgeschieden, gefolgt von der Absorberschicht18 . - Die transparente leitende Schicht
14 (auch als TCO-Schicht bezeichnet, wenn die Schicht ein Oxid einschließt) ist auf einer Oberfläche des Substrates12 angeordnet. Geeignete Materialien für die transparente leitende Schicht14 können ein Oxid, Sulfid, Phosphid, Tellurid oder Kombinationen davon einschließen. Diese transparenten leitenden Materialien können dotiert oder undotiert sein. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die transparente leitende Schicht14 ein Oxid, wie Titandioxid, Siliciumdioxid, Zinkoxid, Zinnoxid, aluminium-dotiertes Zinkoxid, fluor-dotiertes Zinnoxid, Cadmiumstannat (Cadmiumzinnoxid) oder Zinkstannat (Zinkzinnoxid) einschließen. In einer anderen Ausführungsform schließt die transparente leitende Schicht14 ein oder mehrere indiumhaltige Oxide ein. Einige Beispiele geeigneter indiumhaltiger Oxide sind Indiumzinnoxid (ITO), Ga-In-Sn-O, Zn-In-Sn-O, Ga-In-O, Zn-In-O und Kombinationen davon. Geeignete Phosphide können Indiumphosphid, Galliumphosphid und Ähnliche einschließen. - Eine wahlweise sekundäre transparente leitende Schicht
15 mit einem höherem Flächenwiderstand als dem der transparenten leitenden Schicht14 kann über der transparenten leitenden Schicht14 angeordnet sein. Diese sekundäre transparente leitende Schicht15 ist als eine einen hohen Widerstand aufweisende transparente(HRT)-Schicht oder als eine einen hohen Widerstand aufweisende transparente leitende Schicht bekannt. Undotiertes Zinkstannat (ZnSnO4), Zinkoxid (ZnO) und Zinnoxid (SnO2) können als die HRT-Schicht eingesetzt werden. Die HRT-Schicht erlaubt üblicherweise die Verwendung einer dünneren CdS-Fensterschicht in einer photovoltaischen Zelle als es ohne die HRT-Schicht möglich ist, wodurch die Quanteneffizienz der Zelle in der blauen Region erhöht wird. Die HRT-Schicht kann auch die Zelleffizienz durch Bilden einer Sperre gegen Diffusion unerwünschter Materialien vom Substrat12 und einem Frontkontakt zur CdS-Fensterschicht16 verbessern. -
2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer PV-CIGS-Zelle oder einer PV-Kupfer-Zink-Zinn-Sulfid(CZTS)-Zelle. Die Zelle20 schließt ein Substrat22 ein, das nicht-transparent sein kann. Eine nicht-transparente Schicht24 ist auf dem Substrat22 angeordnet, um die Absorberschicht zu bilden, und eine CdS-Fensterschicht26 ist über der nicht-transparenten Schicht24 abgeschieden. Eine transparente leitende Schicht28 kann auf der Fensterschicht26 angeordnet sein. In diesen Fällen schließt die nicht-transparente Schicht24 ein oder mehrere Elemente ein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Silber, Indium, Gallium, Aluminium, Zink, Zinn und Selen. In einer spezifischen Ausführungsform schließt die nicht-transparente Schicht Kupfer ein. - Zum Bilden einer Absorberschicht wird typischerweise eine photoaktives Material eingesetzt. Beispiele geeigneter photoaktiver Materialien können Cadmiumtellurid (CdTe), Cu(In,Ga,Al)(Se,S)2 (CIGS) und Kupfer-Zink-Zinn-Sulfid (CZTS) einschließen. In einigen Fällen können diese Materialien weiter mit einem oder mehreren zusätzlichen Elementen substituiert sein.
- Es gibt eine Anzahl von Wegen, um CdS-Dünnfilme abzuscheiden. Eine Art des Herstellens von CdS-Filmen ist die durch Sprühen einer Lösung eines Cadmiumsalzes und eines löslichen Sulfids. Cadmiumsulfid wird so durch eine doppelte Zersetzungsreaktion in situ auf dem Substrat gebildet. Siehe z. B.
US-PS 4,159,914 . Eine andere Sprühtechnik schließt die chemische Sprühabscheidung eines Oxidfilms von Cadmium, gefolgt von einer Behandlung des Oxidfilms mit Schwefelwasserstoff ein, der damit unter Bildung von Cadmiumsulfid reagiert. Siehe z. B.US-PS 4,242,374 . Der Cadmiumoxidfilm wird durch Sprühabscheidung und thermische Zersetzung eines löslichen Cadmiumsalzes, wie Cadmiumnitrat, Cadmiumoxalat oder Cadmiumacetat, erhalten. Diese Verfahren sind kompliziert und schwierig zu kontrollieren. Eine Doppelzersetzungs-Kondensation oder ähnliche Reaktion von zwei Chemikalien in situ zum Herstellen einer oder mehrerer verschiedener Chemikalien hängt von den relativen Anteilen der Chemikalien, ihren Konzentrationen, den Reaktionstemperaturen und der Reaktionszeit ab. - Das am meisten benutzte Verfahren zum Herstellen von CdS-Dünnfilmen ist das durch Zerstäuben eines CdS-Targets, das ein außerordentlich teueres Material ist. Zerstäuben ist eine gut bekannte und weite benutzte Technik für effiziente Überzüge in großem Maßstab. Das Zerstäuben eines CdS-Targets ist jedoch langsam und teuer hinsichtlich der Materialkosten.
- Hierin beschriebene Ausführungsformen der Erfindung bieten ein alternatives Verfahren, das sich mit den aufgeführten Nachteilen des Standes der Technik befasst. Das Verfahren zum Herstellen einer Cadmiumsulfidschicht schließt Stufen in der Reihenfolge ein, wie sie im Fließdiagramm
40 von3 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt sind. Stufe 42 stellt ein Substrat bereit. Die Substratauswahl hängt von der erwünschten Anwendung z. B. der Art der PV-Zelle ab. - Geeignete Beispiele von Substratmaterial können, ohne darauf beschränkt zu sein, Glas, Halbleiter, dotierten Halbleiter, amorphe Dielektrika, kristalline Dielektrika, Metall, Polymer und Kombinationen davon einschließen. In gewissen Ausführungsformen ist das Substrat eine Glasplatte. In gewissen anderen Ausführungsformen ist das Substrat ein flexibles Polyimid. In noch anderen Ausführungsformen schließt das Substrat ein Metall ein.
- Das Substrat hat, in einigen Ausführungsformen, eine im Wesentlichen planare Oberfläche. Eine „im Wesentlichen planare Oberfläche”, wie hierin definiert, bezieht sich üblicherweise auf eine im Wesentlichen flache Oberfläche. Die Oberfläche kann glatt sein, obwohl sie einen relativ untergeordneten Grad (z. B. eine RMS-Rauheit, die geringer als etwa 1 μm oder, spezifischer. geringer als etwa 300 nm ist) der Textur, Einbuchtungen und verschiedene Irregularitäten einschließen kann.
- Das Verfahren
40 schließt weiter die Stufe44 des Anordnens einer cadmiumhaltigen Schicht auf dem Substrat ein. In spezifischen Ausführungsformen schließt die Schicht Cadmiummetall ein. In einigen Ausführungsformen wird die cadmiumhaltige Schicht über der transparenten leitenden Schicht14 abgeschieden, wie in1 gezeigt und im Fließdiagramm von4 abgebildet. In diesen Fällen wird, wenn eine HRT-Schicht eingesetzt ist, die cadmiumhaltige Schicht über der HRT-Schicht15 abgeschieden. In einigen anderen Ausführungsformen wird die cadmiumhaltige Schicht über der nicht-transparenten Schicht24 abgeschieden, wie in2 gezeigt und im Fließdiagramm von5 abgebildet. - Es können verschiedene Dünnfilm-Abscheidungstechniken benutzt werden, um die cadmiumhaltige Schicht abzuscheiden z. B. Abscheidung aus einem chemischen Bad, Sol-Gel, elektrochemische Abscheidung, thermische Verdampfung, Zerstäuben und Sprühen. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine Vakuum-Abscheidungstechnik benutzt, um einen Film hoher Qualität zu erzielen. Nicht einschränkende Beispiele der Vakuum-Abscheidungstechnik schließen Verdampfungsabscheidung, physikalische Dampfabscheidung mittels Elektronenstrahl, Zerstäubungsabscheidung, Kathodenlichtbogen-Abscheidung oder Abscheidung mittels Impulslaser ein. In gewissen Ausführungsformen ist das Zerstäuben eine erwünschte Abscheidungstechnik für die Abscheidung von Filmen hoher Qualität über großen Bereichen in einfacher und kontrollierbarer Weise.
-
6 zeigt ein Beispiel eines Zerstäubungssystems50 . Das Zerstäubungssystem50 schließt typischerweise eine Vakuumkammer52 ein. Eine Zerstäubungsquelle56 ist mit einer Energiequelle54 verbunden und schließt eine Zerstäubungskanone und ein (nicht gezeigtes) Target für Zerstäubungsoperationen ein. Die Energiequelle54 kann ein Gleichstrom (DC), eine Radiofrequenz(RF)-Energie, ein bipolarer impulsartiger Gleichstrom, ein impulsartiger Gleichstrom hoher Leistung oder irgendeine Kombination davon sein. Die Zerstäubungsquelle56 ist auf einem Träger58 montiert, der sich in die Vakuumkammer52 erstreckt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schließt das Target Cadmiummetall ein. - Das Zerstäubungssystem
50 benutzt eine Atmosphäre von Gas, das schwere Ionen, wie Argon, aufweist. Ein Substrathalter60 trägt ein Substrat62 , das typischerweise in einer Orientierung und in einer Distanz gehalten wird, die für das Filmwachstum geeignet sind. Das Substrat62 kann erhitzt sein. Um eine Schicht aus Cadmiummetall abzuscheiden, wird das Substrat62 , in Abhängigkeit von der erwünschten Dicke der Schicht, in der Kammer52 für etwa 10 bis etwa 90 Minuten angeordnet. - Die Dicke der erwünschten Cadmiumsulfid(CdS)-Schicht ist in einer PV-Zelle typischerweise zu minimieren, um eine hohe Effizienz zu erzielen. In einigen Ausführungsformen kann die Dicke der cadmiumhaltigen Schicht zwischen etwa 10 Nanometern und etwa 200 Nanometern liegen, was zum Teil von der Zerstäubungszeit abhängt. In gewissen Ausführungsformen liegt die Dicke der Schicht im Bereich von etwa 50 Nanometern bis etwa 100 Nanometern. In einigen Ausführungsformen kann das Cadmiummetall unter Benutzung eines In-line-Systems mit mehreren Zerstäubungsquellen abgeschieden werden.
- Das Verfahren
40 schlieft weiter Stufe46 zum Sulfurieren der cadmiumhaltigen Schicht ein. „Sulfurieren”, wie es hierin benutzt wird, bezieht sich auf das Aussetzen der cadmiumhaltigen Schicht in einer schwefelhaltigen Atmosphäre, um das Cadmium in Cadmiumsulfid umzuwandeln. In einer Ausführungsform schließt die schwefelhaltige Atmosphäre ein schwefelhaltiges Gas ein. Geeignete Beispiele eines schwefelhaltigen Gases schließen, ohne darauf beschränkt zu sein, Schwefelwasserstoff, Kohlenstoffdisulfid, Schwefelhexafluorid (SF6), Schwefeldichlorid, Alkanthiole und Thioether ein. Andere Beispiele können metallorganische Vorstufen einschließen, obwohl diese Materialien unerwünschte organische Reste nach dem Verfahren hinterlassen können. - Darüber hinaus geschieht die Sulfurierung unterhalb einer Temperatur, bei der sich das gebildete Sulfid zersetzt oder es sublimiert. Die Sulfurierung der cadmiumhaltigen Schicht wird daher in einem Temperaturbereich von etwa 100°C bis etwa 1000°C ausgeführt. In gewissen Fallen liegt die Sulfurierungstemperatur in einem Bereich von etwa 200°C bis etwa 500°C. Die Umwandlung der cadmiumhaltigen Schicht in eine Cadmiumsulfidschicht hängt teilweise von der Dicke der Schicht, der Sulfurierungszeit und der ausgewählten Temperatur ab. In einigen Ausführungsformen kann die Sulfurierung der cadmiumhaltigen Schicht für eine Dauer im Bereich von etwa 2 Minuten bis etwa 5 Stunden und, in gewissen Ausführungsformen, von etwa 5 Minuten bis etwa 30 Minuten ausgeführt werden.
- Die Sulfurierungszeit und Sulfurierungstemperatur sind ausgewählt, um mindestens etwa 50% des Cadmiums in der cadmiumhaltigen Schicht in Cadmiumsulfid (CdS) umzuwandeln. In einigen Ausführungsformen werden mindestens etwa 80% des Cadmiums und in einigen Ausführungsformen wird im Wesentlichen das gesamte Cadmium in Cadmiumsulfid umgewandelt.
- In einer Ausführungsformen kann die Sulfurierung der cadmiumhaltigen Schicht innerhalb der Vakuumkammer nach der Abscheidung der Schicht ausgeführt werden, um z. B. eine Oxidation des Cadmiums zu vermeiden. In einer anderen Ausführungsform kann die Sulfurierung der cadmiumhaltigen Schicht jedoch außerhalb der Vakuumkammer ausgeführt werden, um z. B. eine Verunreinigung der Vakuumkammer zu vermeiden. Die cadmiumhaltige Schicht kann nach der Abscheidung in eine andere Region oder Zone der Vakuumkammer verschoben werden, um die Sulfurierung auszuführen.
- In einigen Ausführungsformen, z. B. in PV-CIGS- oder -CZTS-Zellen, wird die cadmiumhaltige Schicht auf der nicht-transparenten Schicht angeordnet. In diesen Fällen werden sowohl die nicht-transparente Schicht als auch die cadmiumhaltige Schicht gleichzeitig sulfuriert, um die Schicht aus photoaktivem Material bzw. die Cadmiumsulfidschicht zu bilden.
- In einigen Ausführungsformen kann eine gewisse Menge von Sauerstoff in die cadmiumhaltige Schicht eingebaut werden, um nach der Sulfurierung einen CdS:O-Film zu bilden. In diesen besonderen Fällen ist der Sauerstoffgehalt in der cadmiumhaltigen Schicht üblicherweise größer als etwa 1 Atom-% und geringer als etwa 50 Atom-%. In gewissen Ausführungsformen kann der Sauerstoffgehalt zwischen etwa 1 Atom-% und etwa 45 Atom-% und, spezifischer, zwischen etwa 2 Atom-% und etwa 20 Atom-% variieren.
- Das oben erläuterte Verfahren bietet vorteilhafterweise ein relativ wirtschaftliches Verfahren zum Abscheiden einer Cadmiumsulfidschicht, verglichen mit den derzeit verfügbaren Verfahren. Das Verfahren ist relativ wirtschaftlich hinsichtlich sowohl der Kosten als auch der Zeit. Das Zerstäuben von Cadmiumsulfid (CdS) ist schwierig und dauert aufgrund der geringen Wachstumsraten lange, verglichen mit der Zerstäuben von metallischem Cadmium. Weiter sind CdS-Targets relativ teuer, verglichen mit Targets aus metallischem Cadmium. Das vorliegende Verfahren spart daher Zeit und Materialkosten, verglichen mit der konventionellen Abscheidung von CdS.
- Das oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen einer Cadmiumsulfidschicht kann sehr einfach für industrielle Produktionslinien ausgenutzt werden.
- Während nur gewisse Merkmale der Erfindung hierin veranschaulicht und beschrieben wurden, sind dem Fachmann viele Modifikationen und Änderungen zugänglich. Es sollte daher klar sein, dass die beigefügten Ansprüche all solche Modifikationen und Änderungen abdecken, die in den wahren Geist der Erfindung fallen.
- Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Cadmiumsulfidschicht angegeben. Das Verfahren schließt eine Anzahl von Stufen ein, einschließlich des Bereitstellens eines Substrates und des Anordnens einer cadmiumhaltigen Schicht auf dem Substrat, gefolgt vom Sulfurieren der cadmiumhaltigen Schicht.
- Bezugszeichenliste
-
- 10
- eine PV-CdTe-Zelle
- 12
- ein transparentes Substrat
- 14
- eine transparente leitende Schicht
- 15
- eine wahlweise sekundäre transparente leitende Schicht
- 16
- eine CdS-Fensterschicht
- 18
- eine Absorberschicht
- 20
- eine PV-CIGS-Zelle
- 22
- ein Substrat
- 24
- eine nicht-transparente Schicht
- 26
- eine CdS-Fensterschicht
- 28
- eine transparente leitende Schicht
- 40
- ein Fließdiagramm
- 42
- Stufe des Bereitstellens eines Substrates
- 44
- Stufe des Anordnens einer cadmiumhaltigen Schicht auf dem Substrat
- 50
- ein Zerstäubungssystem
- 52
- eine Vakuumkammer
- 54
- eine Energiequelle
- 56
- eine Zerstäubungsquelle
- 58
- ein Träger
- 60
- ein Substrathalter
- 62
- ein Substrat
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- US 4159914 [0025]
- US 4242374 [0025]
Claims (10)
- Verfahren zum Herstellen einer Cadmiumsulfidschicht, wobei das Verfahren die Stufen umfasst: Bereitstellen eines Substrates, Anordnen einer Cadmium umfassenden Schicht auf dem Substrat zum Bilden einer cadmiumhaltigen Schicht und Sulfurieren der cadmiumhaltigen Schicht, um Cadmium im Wesentlichen in Cadmiumsulfid umzuwandeln, um eine Cadmiumsulfidschicht zu bilden.
- Verfahren nach Anspruch 1, worin das Substrat eine transparente leitende Schicht umfasst, die auf einer Oberfläche des Substrates angeordnet ist.
- Verfahren nach Anspruch 2, worin das Substrat weiter eine einen hohen Widerstand aufweisende transparente(HRT)-Schicht umfasst, die auf der transparenten leitenden Schicht angeordnet ist.
- Verfahren nach Anspruch 2, worin die cadmiumhaltige Schicht auf der transparenten leitenden Schicht abgeschieden ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, worin das Substrat eine nicht-transparente Schicht umfasst, die ein oder mehrere Elemente umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Silber, Indium, Gallium, Aluminium, Zink, Zinn und Selen.
- Verfahren nach Anspruch 5, worin die cadmiumhaltige Schicht auf der nicht-transparenten Schicht angeordnet ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, worin das Sulfurieren der cadmiumhaltigen Schicht das Aussetzen der cadmiumhaltigen Schicht gegenüber einer schwefelhaltigen Atmosphäre umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 7, worin die schwefelhaltige Atmosphäre ein Gas umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Schwefelwasserstoff, Kohlenstoffdisulfid, Schwefelhexafluorid, Schwefeldichlorid, Alkanthiolen und Thioethern.
- Verfahren nach Anspruch 7, worin die Sulfurierung der cadmiumhaltigen Schicht in einem Temperaturbereich von etwa 100°C bis etwa 1000°C ausgeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 7, worin die Sulfurierung der cadmiumhaltigen Schicht für eine Dauer in einem Bereich von etwa 2 Minuten bis etwa 5 Stunden ausgeführt wird.
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