DE102011056639A1

DE102011056639A1 - Verfahren zum Herstellen einer transparenten leitenden Oxidschicht und einer photovoltaischen Vorrichtung

Info

Publication number: DE102011056639A1
Application number: DE102011056639A
Authority: DE
Inventors: Holly Ann Blaydes; David William Vernooy; Juan Carlos Rojo; George Theodore Dalakos; Allan Robert Northrup; Peter Joel Meschter; Hongying Peng; Yangang Andrew Xi; Anping Zhang; Hongbo Cao; Robert Dwayne Gossman
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: First Solar Malaysia Sdn Bhd
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2012-06-28
Also published as: TW201233836A; US20120164785A1; MY151237A; US8476105B2; TWI558830B; SE1151169A1; CN102569064A; SE537990C2; SG182077A1

Abstract

In einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt. Das Verfahren schließt das Anordnen einer im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht auf einem Träger und das thermische Behandeln der im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht in einer Atmosphäre ein, die im Wesentlichen frei von Cadmium aus einer externen Quelle ist, um eine transparente Schicht zu bilden, wobei die transparente Schicht einen elektrischen Widerstand von weniger als 2 × 10–4 Ohm-cm aufweist. Es wird auch ein Verfahren zum Herstellen einer photovoltaischen Vorrichtung angegeben.

Description

HINTERGRUND
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Verfahren zum Bilden transparenter leitender Oxidschichten für photovoltaische Vorrichtungen. Spezieller bezieht sich die Erfindung auf Verfahren zum Bilden einer kristallinen Cadmiumzinnoxidschicht durch Erhitzen bei Abwesenheit von Cadmium aus einer externen Quelle.
Dünnfilm-Solarzellen oder photovoltaische Vorrichtungen schließen typischerweise eine Vielzahl von Halbleiterschichten ein, die auf einem transparenten Substrat angeordnet sind, wobei eine Schicht als eine Fensterschicht und eine zweite Schicht als eine Absorberschicht dient. Die Fensterschicht gestattet das Eindringen solarer Strahlung zur Absorberschicht, wo die optische Energie in nutzbare elektrische Energie umgewandelt wird. Photovoltaische Zellen auf der Grundlage eines Cadmiumtellurid/Cadmiumsulfid (CdTe/CdS)-Heteroüberganges sind ein solches Beispiel von Dünnfilm-Solarzellen.
Typischerweise ist eine dünne Schicht aus transparentem leitenden Oxid (TCO) zwischen dem Substrat und der Fensterschicht (z. B. CdS) abgeschieden, um als ein vorderer Kontakt-Stromsammler zu wirken. Konventionelle TCOs, wie Zinnoxid, Indiumzinnoxid und Zinkoxid, haben jedoch hohe elektrische Widerstände bei einer Dicke, die für eine gute optische Durchlässigkeit erforderlich ist. Der Einsatz von Cadmiumzinnoxid (CTO) als TCO ergibt bessere elektrische, optische und mechanische Eigenschaften ebenso wie Stabilität bei erhöhten Temperaturen. Dünnfilm-Solarzellen auf CTO/CdS-Grundlage haben jedoch noch Herausforderungen, so resultieren z. B. dicke CdS-Filme typischerweise in geringen Vorrichtungseffektivitäten, während dünne CdS-Filme zu verringerter Spannung bei offenem Stromkreis (V_OC) führen. In einigen Fällen wird eine dünne Schicht aus einem Puffermaterial, wie eine Zinnoxid (SnO₂)-Schicht zwischen der Cadmiumzinnoxid (CTO)- und der Fenster (CdS)-Schicht angeordnet, um hohe Vorrichtungswirksamkeiten mit dünnen CdS-Filmen zu erzielen.
Ein typisches Verfahren, das zum Herstellen einer CTO-Schicht hoher Qualität benutzt wird, schließt das Abscheiden einer Schicht aus amorphem Cadmiumzinnoxid auf einem Substrat, gefolgt von langsamen thermischen Erhitzen der CTO-Schicht ein, die in der Gegenwart eines CdS-Films in enger Nachbarschaft zu der Oberfläche des CTO-Films erhitzt wird, um eine erwünschte Transparenz und einen erwünschten Widerstand zu erzielen. Der Gebrauch des teueren CdS für jede Erhitzungsstufe kann für das Herstellen in großem Maßstab wirtschaftlich nachteilig sein, da der CdS-Film nicht wieder verwendbar ist und die Kosten des CdS und des Glasträgers das Verfahren in großem Maßstab teuer machen. Das Erhitzen von CTO auf CdS-Grundlage ist schwierig in einer kontinuierlichen Herstellungsumgebung großen Maßstabes auszuführen, da das Verfahren das Zusammenbauen und Auseinandernehmen von Platten vor und nach den Erhitzungsstufen erfordert.
Es gibt daher einen Bedarf, die Anzahl von Stufen zum Abscheiden und Erhitzen einer CTO-Schicht während des Herstellens photovoltaischer Vorrichtungen zu verringern, was zu verringerten Kosten und verbesserten Herstellungsfähigkeiten führt. Weiter gibt es einen Bedarf, kosteneffektive Elektroden und photovoltaische Vorrichtungen bereitzustellen, die unter Einsatz von Cadmiumzinnoxid mit den erwünschtenelektrischen und optischen Eigenschaften hergestellt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden bereitgestellt, um diese und andere Bedürfnisse zu erfüllen. Eine Ausführungsform ist ein Verfahren. Das Verfahren schließt das Anordnen einer im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht auf einem Träger und das thermische Behandeln der im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht in einer Atmosphäre ein, die im Wesentlichen frei von Cadmium aus einer externen Quelle ist, um eine transparente Schicht zu bilden, wobei die transparente Schicht einen elektrischen Widerstand von weniger als etwa 2 × 10^–4 Ohm-cm aufweist.
Ein andere Ausführungsform ist ein Verfahren. Das Verfahren schließt das Anordnen einer im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht auf einem Träger durch reaktives Zerstäuben aus einem oder mehreren Targets und das thermische Behandeln der im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht in einer Atmosphäre ein, die im Wesentlichen frei von Cadmium aus einer externen Quelle ist, um eine transparente Schicht zu bilden, wobei die transparente Schicht einen elektrischen Widerstand von weniger als etwa 2 × 10^–4 Ohm-cm aufweist.
Noch eine andere Ausführungsform ist ein Verfahren zum Herstellen einer photovoltaischen Vorrichtung. Das Verfahren schließt das Anordnen einer im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht auf einem Träger, das thermische Behandeln der im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht in einer Atmosphäre, die im Wesentlichen frei von Cadmium aus einer externen Quelle ist, um eine transparente Schicht zu bilden, wobei die transparente Schicht einen elektrischen Widerstand von weniger als etwa 2 × 10⁴ Ohm-cm aufweist, Anordnen einer ersten Halbleiterschicht auf der transparenten Schicht, Anordnen einer zweiten Halbleiterschicht auf der ersten Halbleiterschicht und Anordnen einer rückwärtigen Kontaktschicht auf der zweiten Halbleiterschicht ein, um eine photovoltaische Vorrichtung zu bilden.
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, worin:
1 eine schematische Darstellung einer im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht ist, die auf einem Träger angeordnet ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
2 eine schematische Darstellung einer transparenten Schicht ist, die auf einem Träger angeordnet ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
3 eine schematische Darstellung einer transparenten Schicht ist, die auf einem Träger angeordnet ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
4 eine schematische Darstellung einer photovoltaischen Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist.
5 eine schematische Darstellung einer photovoltaischen Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist.
6 die gewichtete Absorption in Abhängigkeit vom Flächenwiderstand für eine transparente Schicht zeigt, die durch Glühen in der Nähe von CdS und durch thermisches Standardglühen gebildet ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
7 die Röntgenstrahlenbeugungs (XRD)-Muster für eine transparente Schicht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
8A ein Röntgenstrahlen-Photoelektronen-Spektroskopie (XPS)-Profil einer transparenten Schicht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
8B ein Röntgenstrahlen-Photoelektronen-Spektroskopie (XPS)-Profil einer transparenten Schicht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
9 die Wirkung einer Aufheizrate auf den Flächenwiderstand gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
10 die prozentuale Extinktion einer transparenten Schicht zeigt, die durch reaktives Zerstäuben unter Benutzung von Targets mit unterschiedlichen Cd:Sn-Atomverhältnissen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung abgeschieden wurde.
11 den elektrischen Widerstand einer transparenten Schicht zeigt, die durch reaktives Zerstäuben unter Einsatz von Targets mit verschiedenen Cd:Sn-Atomverhältnissen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung abgeschieden wurde.
12 die Trägerdichte einer transparenten Schicht zeigt, die durch reaktives Zerstäuben unter Benutzung von Targets mit verschiedenen Cd:Sn-Atomverhältnissen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung abgeschieden wurde.
13 die Mobilität einer transparenten Schicht zeigt, die durch reaktives Zerstäuben unter Benutzung von Targets mit verschiedenen Cd:Sn-Atomverhältnissen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung abgeschieden wurde.
14 die Wirkung der Bedingungen des reaktiven Zerstäubens auf den elektrischen Widerstand einer transparenten Schicht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
15 die Wirkung der Bedingungen des reaktiven Zerstäubens auf die Trägerdichte einer transparenten Schicht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
16 die Wirkung der Bedingungen des reaktiven Zerstäubens auf die Mobilität einer transparenten Schicht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
17 den Nutzeffekt einer photovoltaischen Zelle und die optische Absorption gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
18 den Vergleich zwischen den Nutzeffektwerten einer photovoltaischen Zelle zeigt, erhalten unter Benutzung von CTO-Filmen, die durch thermisches Standarderhitzen und Erhitzen in CdS-Nähe erhitzt wurden, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Wie detailliert unten erläutert wird, bieten einige der Ausführungsformen der Erfindung ein Verfahren zum Bilden einer kristallinen Cadmiumzinnoxid-Schicht durch Erhitzen in Abwesenheit einer externen Cadmiumquelle. Einige andere Ausführungsformen der Erfindung bieten ein Verfahren zum Anordnen eines amorphen Cadmiumzinnoxid-Films durch gemeinsames reaktives Zerstäuben und Bilden einer kristallinen Cadmiumzinnoxid-Schicht durch Erhitzen in Abwesenheit einer externen Cadmiumquelle. Die Verfahren ermöglichen ein kosteneffektives Herstellungsverfahren zum Bilden von kristallinem Cadmiumzinnoxid durch Eliminieren der Benutzung eines teuren CdS/Glas-Opferteiles, wie es typischerweise beim Erhitzen in CdS-Nähe benutzt wird. Weiter gestatten die Verfahren ein kontinuierliches Verfahren unter Vermeidung der Notwendigkeit des Zusammenbaus und Auseinandernehmens von Platten während des Verfahrens zum Erhitzen, was in einem höheren Durchsatz und geringeren Herstellungskosten resultiert.
Die gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung hergestellten kristallinen Cadmiumzinnoxid-Filme haben elektrische und optische Eigenschaften, vergleichbar Cadmiumzinnoxid-Filmen, die unter Einsatz von CdS-Film erhitzt wurden und signifikant bessere als nicht erhitzte Cadmiumzinnoxid-Filme oder Cadmiumzinnoxid-Filme, die in Abwesenheit einer äußeren Cadmiumquelle erhitzt wurden. In einigen Ausführungsformen wird der amorphe Cadmiumzinnoxid-Film vorteilhafterweise in Abwesenheit einer externen Cadmiumquelle erhitzt, um einen elektrischen Widerstand von weniger als etwa 2 × 10^–4 Ohm-cm, eine Mobilität von mehr als etwa 45 cm²/V-s und eine Trägerdichte von mehr als etwa 8 × 10²⁰ cm^–3 zu erhalten. In einer besonderen Ausführungsform wird der amorphe Cadmiumzinnoxid-Film vorteilhafterweise in Abwesenheit einer äußeren Cadmiumquelle erhitzt, um einen elektrischen Widerstand von weniger als etwa 1,5 × 10^–4 Ohm-cm, eine Mobilität von mehr als etwa 50 cm²/V-s und eine Trägerdichte von mehr als etwa 9 × 10²⁰ cm^–3 zu erhalten. Kristalline CTO-Filme mit einer Kombination geringer Extinktion, geringen Widerstandes, hoher Mobilität und hoher Trägerdichte können erwünscht sein, um die Effizienz und Herstellbarkeit von Dünnfilm-Solarzellen zu fördern. Ein Verfahren zum Herstellen kristalliner CTO-Filme, die eine solche vorteilhafte Kombination elektrischer und optischer Eigenschaften aufweisen, wird gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geboten. In einigen Ausführungsformen wurden durch Variieren von einem oder mehreren der Zerstäubungsbedingungen, der Erhitzungsbedingungen, der Targetzusammensetzung oder der Zusammensetzung der abgeschiedenen Cadmiumzinnoxid-Schicht die erwünschte Kombination elektrischer und optische Eigenschaften der kristallinen Cadmiumzinnoxid-Schicht vorteilhafterweise erhalten.
Näherungsausdrücke, wie sie in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen benutzt werden, können angewendet werden, um irgendeine quantitative Repräsentation zu modifizieren, die möglicherweise variieren könnte, ohne in einer Änderung der Grundfunktion zu resultieren, mit der sie in Beziehung steht. Ein durch einen Begriff oder Begriffe wie „etwa” modifizierter Wert ist demgemäß nicht auf den genauen angegebenen Wert beschränkt. In einigen Fällen können die Näherungsausdrücke der Genauigkeit eines Instrumentes zum Messen des Wertes entsprechen.
In der folgenden Beschreibung und in den Ansprüchen schließen die Einzahlformen „ein”, „eine” und „der/die/das” die Pluralformen ein, sofern der Kontext nicht klar etwa anderes verlangt.
Die Begriffe „kann” und „kann sein”, wie sie hierin benutzt werden, deuten die Möglichkeit eines Vorkommens innerhalb eines Satzes von Umständen, ein Vorhandensein einer spezifischen Eigenschaft, Charakteristik oder Funktion an und/oder qualifizieren ein anderes Verb durch Ausdrücken einer oder mehrerer von einer Fähigkeit oder Möglichkeit, die mit dem qualifizierten Verb verbunden ist. Der Gebrauch von „kann” und „kann sein” deuten demgemäß an, dass ein modifizierter Begriff augenscheinlich angemessen, fähig oder geeignet für eine angezeigte Kapazität, Funktion oder einen Einsatz ist, während berücksichtigt wird, dass unter gewissen Umständen der modifizierte Begriff manchmal nicht angemessen, fähig oder geeignet ist. Unter gewissen Umständen kann z. B. ein Ereignis oder eine Kapazität erwartet werden, während unter anderen Umständen das Ereignis oder die Kapazität nicht vorkommen können, – dieser Unterschied wird durch die Begriffe „kann” und „kann sein” ausgedrückt.
Die Begriffe „transparente Region”, „transparente Schicht” und „transparente Elektrode”, wie sie hierin benutzt werden, beziehen sich auf eine Region, eine Schicht oder einen Gegenstand, der eine mittlere Durchlässigkeit von mindestens 80% der auftreffenden elektromagnetischen Strahlung mit einer Wellenlänge in einem Bereich von etwa 300 nm bis etwa 850 nm gestattet. Der Begriff „angeordnet auf”, wie er hierin benutzt wird, bezieht sich auf Schichten, die direkt in Kontakt mit jeder anderen oder indirekt angeordnet sind, indem sie dazwischen liegende Schichten aufweisen.
Wie unten detailliert erläutert, sind einige Ausführungsformen der Erfindung auf ein Verfahren zum Bilden einer verbesserten kristallinen Cadmiumzinnoxid-Schicht für eine transparente Elektrode und eine photovoltaische Vorrichtung gerichtet. Das Verfahren wird unter Bezugnahme auf die 1–4 beschrieben. Wie angezeigt schließt z. B. das Verfahren in 1 das Anordnen einer im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht 120 auf einem Träger 110 ein. Die im Wesentlichen amorphe Cadmiumzinnoxid-Schicht 120 schließt eine erste Oberfläche 122 und eine zweite Oberfläche 124 ein. In einer Ausführungsform liegt die zweite Oberfläche 124 benachbart zum Träger 110.
Der Begriff „Cadmiumzinnoxid”, wie er hierin benutzt wird, schließt eine Zusammensetzung von Cadmium, Zinn und Sauerstoff ein. In einigen Ausführungsformen schließt Cadmiumzinnoxid eine stöchiometrische Zusammensetzung von Cadmium und Zinn ein, worin z. B. das Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn etwa 2:1 beträgt. In einigen anderen Ausführungsformen schließt Cadmiumzinnoxid eine nicht-stöchiometrische Zusammensetzung von Cadmium und Zinn ein, worin z. B. das Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in einem Bereich von weniger als etwa 2:1 oder größer als etwa 2:1 liegt. Die Begriffe „Cadmiumzinnoxid” und „CTO”, wie sie hierin benutzt werden, können austauschbar benutzt werden. In einigen Ausführungsformen kann Cadmiumzinnoxid weiter Dotierungsmittel wie z. B. Kupfer, Zink, Calcium, Yttrium, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Zinn, Ruthenium, Magnesium, Indium, Zink, Palladium, Rhodium, Titan, Fluor, Aluminium oder Kombinationen davon einschließen. „Im Wesentliches amorphes Cadmiumzinnoxid”, wie es hierin erwähnt wird, bezieht sich auf eine Cadmiumzinnoxid-Schicht, die kein bestimmtes kristallines Muster hat, wie durch Röntgenstrahlenbeugung (XRD) beobachtet.
In gewissen Ausführungsformen kann Cadmiumzinnoxid als ein transparentes leitendes Oxid (TCO) wirken. Cadmiumzinnoxid, als ein TCO, hat zahlreiche Vorteile, einschließlich hervorragender elektrischer, optischer, Oberflächen- und mechanischer Eigenschaften sowie größere Stabilität bei erhöhten Temperaturen, verglichen mit Zinnoxid, Indiumoxid, Indiumzinnoxid und anderen transparenten leitenden Oxiden.
Die elektrischen Eigenschaften von Cadmiumzinnoxid können teilweise von der Zusammensetzung von Cadmiumzinnoxid abhängen, die in manchen Ausführungsformen durch die Atomkonzentration von Cadmium und Zinn oder alternativ in einigen anderen Ausführungsformen durch das Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in Cadmiumzinnoxid charakterisiert ist. Das Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn, wie es hierin benutzt wird, bezieht sich auf das Verhältnis der Atomkonzentration von Cadmium zu Zinn in Cadmiumzinnoxid. Atomkonzentrationen von Cadmium und Zinn und das entsprechende Atomverhältnis werden z. B. gewöhnlich unter Anwendung der Röntgenstrahlen-Photoelektronen-Spektroskopie (XPS) gemessen.
In einer Ausführungsform beträgt das Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 weniger als etwa 2,5:1. In einer anderen Ausführungsform ist das Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 gleich oder geringer als etwa 2:1. In noch einer anderen Ausführungsform ist das Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 gleich oder geringer als etwa 1,8:1. In einer besonderen Ausführungsform ist das Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 etwa 2:1. In einer Ausführungsform liegt das Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 in einem Bereich von etwa 1,2:1 bis etwa 2,5:1. In einer anderen Ausführungsform liegt das Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 in einem Bereich von etwa 1,4:1 bis etwa 2,25:1. In noch einer anderen Ausführungsform liegt das Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 in einem Bereich von etwa 1,5:1 bis etwa 2:1. In einer besonderen Ausführungsform liegt das Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 in einem Bereich von etwa 1,7:1 bis etwa 2:1.
In einer Ausführungsform liegt die Atomkonzentration von Cadmium in der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 in einem Bereich von etwa 20% bis etwa 40% des gesamten atomaren Gehaltes des Cadmiumzinnoxids. In einer anderen Ausführungsform liegt die Atomkonzentration von Cadmium in der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 in einem Bereich von etwa 25% bis etwa 35% des gesamten atomaren Gehaltes von Cadmiumzinnoxid. In einer besonderen Ausführungsform liegt die Atomkonzentration von Cadmium in der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 in einem Bereich von etwa 28% bis etwa 32% des gesamten Atomgehaltes von Cadmiumzinnoxid. In einer Ausführungsform liegt die Atomkonzentration von Zinn in der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 in einem Bereich von etwa 10% bis etwa 30% des gesamten Atomgehaltes von Cadmiumzinnoxid. In einer anderen Ausführungsform liegt die Atomkonzentration von Zinn in der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 in einem Bereich von etwa 15% bis etwa 28% des gesamten Atomgehaltes von Cadmiumzinnoxid. In einer besonderen Ausführungsform liegt die Atomkonzentration von Zinn in der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 in einem Bereich von etwa 18% bis etwa 24% des gesamten Atomgehaltes von Cadmiumzinnoxid. In einer Ausführungsform liegt die Atomkonzentration von Sauerstoff in der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 in einem Bereich von etwa 30% bis etwa 70% des gesamten Atomgehaltes von Cadmiumzinnoxid. In einer anderen Ausführungsform liegt die Atomkonzentration von Sauerstoff in der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 in einem Bereich von etwa 40% bis etwa 60% des gesamten Atomgehaltes von Cadmiumzinnoxid. In einer besonderen Ausführungsform liegt die Atomkonzentration von Sauerstoff in der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 in einem Bereich von etwa 44% bis etwa 50% des gesamten Atomgehaltes von Cadmiumzinnoxid.
In einer Ausführungsform wird die im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 auf dem Träger 110 mit irgendeiner geeigneten Technik angeordnet, wie Zerstäuben, Verdampfen, chemische Dampfabscheidung, Schleuderüberziehen, Sprühüberziehen oder Tauchüberziehen. In einer Ausführungsform kann die im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 z. B. durch Tauchen eines Trägers 110 in eine Lösung eines Reaktionsproduktes gebildet werden, das Cadmium und Zinn enthält, die von einer Cadmiumverbindung und einer Zinnverbindung stammen.
In einer besonderen Ausführungsform wird die im Wesentliche amorphe CTO-Schicht 120 auf dem Träger 110 durch Zerstäuben angeordnet. Der Begriff „Zerstäuben”, wie er hierin benutzt wird, bezieht sich auf ein Verfahren des physikalischen Dampfabscheidens (PVD) zum Abscheiden dünner Filme durch Auswerfen von Material von einem Target oder einer Quelle, das sich dann auf einem Substrat abscheidet, wie z. B. dem Träger 110. In einer Ausführungsform kann die im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 auf dem Träger 110 durch Magnetron-Zerstäuben angeordnet werden. Der Begriff „Magnetron-Zerstäuben”, wie er hierin benutzt wird, bezieht sich auf ein Zerstäubungs-Abscheiden oder -Ätzen mit Hilfe eines Magnetrons unter Nutzung gekreuzter elektrischer und magnetischer Felder. In einer Ausführungsform kann die im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 auf dem Träger 110 durch Radiofrequenz(RF)-Magnetron-Zerstäuben oder durch Gleichstrom (DC)-Magnetron-Zerstäuben angeordnet werden. RF-Zerstäuben oder DC-Zerstäuben bezieht sich auf ein Zerstäubungsverfahren, bei dem während des Zerstäubungsverfahrens eine RF-Energiequelle bzw. eine DC-Energiequelle benutzt wird. In einigen Ausführungsformen wird eine im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 auf dem Träger 110 durch gemeinsames Zerstäuben angeordnet, d. h., Zerstäuben unter Einsatz mehrerer Targets. In einer besonderen Ausführungsform wird eine im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 auf dem Träger 110 durch Zerstäuben eines einzelnen Targets angeordnet. Das/die Zerstäubungstarget(s) kann nach irgendeinem Verfahren hergestellt, gebildet oder geformt sein und in irgendeiner Gestalt, Zusammensetzung oder Konfiguration vorliegen, die zum Einsatz mit irgendeinem(r) geeigneten Zerstäubungswerkzeug, -Maschine, -Vorrichtung, -System geeignet ist.
In einer Ausführungsform wird eine im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 auf dem Träger 110 durch Zerstäuben von einem oder mehreren Targets angeordnet, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Cadmiumoxid, Zinnoxid und Kombinationen davon. In einigen Ausführungsformen wird eine im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 auf dem Träger 110 durch gemeinsames Zerstäuben angeordnet, wobei ein erstes Target Cadmiumoxid und ein zweites Target Zinnoxid einschließt. In einigen Ausführungsformen wird eine im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 auf dem Substrat durch Zerstäuben eines einzelnen Targets angeordnet, das eine Kombination von Cadmiumoxid und Zinnoxid einschließt. In einer besonderen Ausführungsform wird eine im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 auf dem Träger 110 unter Einsatz eines keramischen Cadmiumzinnoxid-Targets angeordnet. In solchen Fällen kann die im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 auf den Träger 110 durch nicht-reaktive Zerstäubungsverfahren angeordnet werden, wobei keine Reaktion zwischen den von den Targets ausgeworfenen Materialien stattfindet.
In einer besonderen Ausführungsform wird die im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 auf dem Träger 110 durch reaktives Zerstäuben angeordnet. Der Begriff „reaktives Zerstäuben”, wie er hierin benutzt wird, bezieht sich auf ein Zerstäubungsverfahren, bei dem der abgeschiedene Film durch chemische Reaktion zwischen dem vom Target ausgeworfenen Material und einem reaktiven Gas gebildet wird, das in die Vakuumkammer eingeführt ist. Die Zusammensetzung des Films kann durch Variieren der relativen Drucke der inerten und reaktiven Gase kontrolliert werden. In einer Ausführungsform wird die im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 auf dem Träger 110 durch reaktives Zerstäuben in Gegenwart eines reaktiven Gases, wie Sauerstoff, angeordnet. In solchen Fällen wird eine im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 auf dem Träger 110 durch Zerstäuben von einem oder mehreren Targets angeordnet, das/die aus einer Gruppe bestehend aus Cadmium, Zinn und Kombinationen davon ausgewählt sind. In einer Ausführungsform wird eine im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 auf dem Träger 110 durch reaktives Zerstäuben unter Einsatz eines einzelnen metallischen Targets angeordnet, wobei das metallische Target eine Mischung von Cadmium- und Zinnmetall einschließt oder durch reaktives gemeinsames Zerstäuben unter Einsatz von zwei verschiedenen Metalltargets, d. h. einem Cadmiumtarget und einem Zinntarget.
Die Dicke, Zusammensetzung und Morphologie der durch Zerstäuben aufgebrachten CTO-Schicht 120 kann teilweise von den benutzten Zerstäubungsbedingungen abhängen, wie z. B. der Targetzusammensetzung, der Art des eingesetzten Zerstäubungsgases, dem Volumen des Zerstäubungsgases, dem Zerstäubungsdruck oder der Zerstäubungsenergie. Ohne durch eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass durch Variieren der Zerstäubungsbedingungen zum Abscheiden einer im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 die resultierende kristalline Cadmiumzinnoxid-Schicht, die die erwünschten optischen und elektrischen Eigenschaften aufweist, gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung vorteilhaft hergestellt werden kann.
In einer Ausführungsform kann das Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in der abgeschiedenen im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 direkt proportional dem Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in dem/den Target(s) sein. In einigen Ausführungsformen kann das Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in der abgeschiedenen im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 geringer sein als das Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in dem/den Target(s). In einigen anderen Ausführungsformen kann das Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in der abgeschiedenen im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 im Wesentlichen gleich dem Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in dem/den Target(s) sein. Ohne durch eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass beim Abscheiden einer im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 auf dem Träger 110 durch reaktives Zerstäuben die Atomkonzentration von Cadmium und Zinn in der abgeschiedenen Schicht direkt proportional der Atomkonzentration von Cadmium und Zinn in dem einen oder den mehreren Zerstäubungstarget(s) sein kann.
In einer Ausführungsform liegt das Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in dem einen oder den mehreren Zerstäubungstarget(s) in einem Bereich von etwa 1,2:1 bis etwa 2,5:1. In einer anderen Ausführungsform liegt das Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in dem einen oder den mehreren Zerstäubungstarget(s) in einem Bereich von etwa 1,4:1 bis etwa 2,25:1. In noch einer anderen Ausführungsform liegt das Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in dem einen oder den mehreren Zerstäubungstarget(s) in einem Bereich von etwa 1,5:1 bis etwa 2:1. In einer besonderen Ausführungsform liegt das Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in dem einen oder den mehreren Zerstäubungstarget(s) in einem Bereich von etwa 1,5:1 bis etwa 1,8:1.
In einer Ausführungsform wird eine im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 auf dem Träger 110 durch Zerstäuben unter Einsatz von Sauerstoffgas, als der Zerstäubungsatmosphäre, angeordnet. In einer anderen Ausführungsform wird eine im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 auf dem Träger 110 durch Zerstäuben unter Einsatz einer Mischung von Sauerstoff- und Argongas, als der Zerstäubungsatmosphäre, angeordnet. In einigen Ausführungsformen ist der prozentuale Gehalt von Sauerstoffgas größer als etwa 90 Vol.-% der Gesamtmenge des Gases, das während des Zerstäubungsverfahrens benutzt wird. In einigen Ausführungsformen beträgt der prozentuale Gehalt von Sauerstoffgas etwa 100 Vol.-% der Gesamtmenge des während des Zerstäubungsverfahrens eingesetzten Gases. In einigen anderen Ausführungsformen liegt der prozentuale Gehalt des Sauerstoffgases in einem Bereich von etwa 60 Vol.-% bis etwa 100 Vol.-% der Gesamtmenge des während des Zerstäubungsverfahrens benutzten Gases. In einer Ausführungsform wird das Zerstäubungsverfahren unter Benutzung einer Energiequelle bei einer Zerstäubungsenergie in einem Bereich von etwa 50 W bis etwa 150 W ausgeführt. In einer Ausführungsform wird das Zerstäubungsverfahren bei einem Zerstäubungsdruck in einem Bereich von etwa 1 mTorr bis etwa 20 mTorr ausgeführt.
In einer Ausführungsform wird eine im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 auf dem Träger 110 durch Zerstäuben unter Einsatz eines Cadmiumzinnoxid-Targets mit einem Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn von etwa 2:1 angeordnet. Das Zerstäuben wird in einer Sauerstoff und Argon enthaltenden Atmosphäre (worin die Konzentration des Sauerstoffes größer als 90% ist) und bei einem Zerstäubungsdruck von etwa 16 mTorr ausgeführt. In einer anderen Ausführungsform wird eine im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 auf dem Träger 110 durch Zerstäuben unter Einsatz eines Cadmium- und Zinn-Mischmetalltargets mit einem Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn von etwa 2:1 angeordnet. Das Zerstäuben wird unter Einsatz einer Energiequelle von 150 W, eines Zerstäubungsdruckes von 8 mTorr und einer Atmosphäre ausgeführt, die einen Sauerstoffgehalt von 100% enthält.
In einigen Ausführungsformen wird die Dicke der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 durch Variieren eines oder mehrerer der Prozess-Parameter kontrolliert, die während der Abscheidungsstufe benutzt werden. In einer Ausführungsform wird die Dicke der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 derart eingestellt, dass sie in einem Bereich von etwa 50 nm bis etwa 600 nm liegt. In einer anderen Ausführungsform hat die im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 eine Dicke in einem Bereich von etwa 100 nm bis etwa 500 nm. In einer besonderen Ausführungsform hat die im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 eine Dicke in einem Bereich von etwa 200 nm bis etwa 400 nm.
Wie z. B. in 1 gezeigt, schließt der Träger 110 weiter eine erste Oberfläche 112 und eine zweite Oberfläche 114 ein, wobei in einer Ausführungsform die Solarstrahlung auf die erste Oberfläche 112 auftrifft und die im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 benachbart der zweiten Oberfläche 114 angeordnet ist. In einem solchen Fall wird die Konfiguration des Trägers 110 und der CTO-Schicht 120 auch als „Superstrat”-Konfiguration bezeichnet. In einer Ausführungsform ist der Träger 110 über den Bereich von Wellenlängen transparent, für den die Durchlässigkeit für den Träger 110 erwünscht ist. In einer Ausführungsform kann der Träger 110 für sichtbares Licht mit einer Wellenlänge in einem Bereich von etwa 400 nm bis etwa 1000 nm transparent sein. In noch einer anderen Ausführungsform liegt der Koeffizient der thermischen Ausdehnung des Trägers 110 nahe dem Koeffizienten der thermischen Ausdehnung der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120, um ein Reißen oder Wölben der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 während der Wärmebehandlung zu verhindern. In einigen Ausführungsformen schließt der Träger 110 ein Material ein, das in der Lage ist, Temperaturen bei der Wärmebehandlung von mehr als etwa 600°C zu widerstehen, wie z. B. Siliciumdioxid- und Borsilikat-Glas. In einigen anderen Ausführungsformen schließt der Träger 110 ein Material ein, das eine Erweichungstemperatur von weniger als 600°C aufweist, wie z. B. Sodakalkglas. In einigen Ausführungsformen können gewisse andere Schichten zwischen der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 und dem Träger 110 angeordnet werden, wie z. B. eine Antireflexionsschicht, eine an den Index anpassende Schicht und/oder eine Diffusionssperrschicht.
In einigen anderen Ausführungsformen, wie sie z. B. in 2 veranschaulicht sind, wird die im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 auf einem Träger 110 derart angeordnet, dass die Solarstrahlung auf die erste Oberfläche 131 der transparenten Schicht auftrifft, und die zweite Oberfläche 133 der transparenten Schicht benachbart der zweiten Oberfläche 114 des Trägers 110 angeordnet ist. In solchen Fällen wird die Konfiguration des Trägers 110 und der CTO-Schicht 120 auch als „Substrat”-Konfiguration bezeichnet. Der Träger 110 schließt einen Stapel von mehreren Schichten, wie z. B. eine rückwärtige Kontaktschicht, die auf einem rückwärtigen Substrat angeordnet ist, eine zweite Halbleiterschicht, die auf der rückwärtigen Kontaktschicht angeordnet ist, und eine erste Halbleiterschicht ein, die auf der zweiten Halbleiterschicht angeordnet ist. In solchen Ausführungsformen wird die im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 auf der ersten halbleitenden Schicht angeordnet.
Das Verfahren schließt weiter das thermische Behandeln der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 in einer Atmosphäre ein, die im Wesentlichen frei von Cadmium von einer externen Quelle ist, um eine transparente Schicht 120 zu bilden, wie in 2 gezeigt. In einigen Ausführungsformen kann während des thermischen Behandelns der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 ein Verlust an Cadmium (z. B. durch Sublimation) oder Cadmiumoxid (CdO) von der Oberfläche der amorphen CTO-Schicht 120 auftreten, was zu einer Erhitzungsatmosphäre führen kann, die Cadmium oder CdO einschließt. Demgemäß bedeutet „im Wesentlichen frei von Cadmium von einer externen Quelle”, wie hierin benutzt, dass Cadmium oder Cadmiumoxid nicht von einer externen Quelle bereitgestellt wird, obwohl es als Resultat der Sublimation oder Oberflächenzersetzung von der amorphen CTO-Schicht 120 vorhanden sein kann. Weiter bedeutet „im Wesentlichen frei von Cadmium von einer externen Quelle”, wie hierin benutzt, dass der Dampfdruck von Cadmium von einer externen Quelle in der Atmosphäre, in der das thermische Behandeln ausgeführt wird, geringer als etwa 1 mTorr ist. In einer Ausführungsform schließt das Verfahren das thermische Behandeln der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht in einer Atmosphäre ein, die einen Cadmium-Dampfdruck von weniger als etwa 10^–4 Torr aufweist. In einer Ausführungsform schließt das Verfahren das thermische Behandeln der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 in einer Atmosphäre ein, die einen Cadmium-Dampfdruck von weniger als etwa 10^–5 Torr aufweist.
In einer Ausführungsform bezieht sich das thermische Behandeln der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 in einer Atmosphäre, die im Wesentlichen frei von Cadmium ist, auf das thermische Behandeln der amorphen CTO-Schicht 120 in Abwesenheit eines CdS-Films. In einer anderen Ausführungsform bezieht sich das thermische Behandeln der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 in einer Atmosphäre, die im Wesentlichen frei von Cadmium ist, auf das thermische Behandeln der amorphen CTO-Schicht 120 in der Abwesenheit irgendeiner zusätzlichen externen Quelle von Cadmium, die konventionell zum Erhitzen von Cadmiumzinnoxid benutzt wird, wie z. B. dem Behandeln der amorphen CTO-Schicht 120 mit einer Lösung, die Cadmium oder eine Cadmiumquelle enthält, vor, während oder nach der Erhitzungsstufe.
Die abgeschiedene CTO-Schicht 120 ist im Wesentlichen amorph. Wie bereits erwähnt, wird die im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 weiter thermisch durch Erhitzen der amorphen CTO-Schicht 120 in einer Atmosphäre behandelt, die im Wesentlichen frei von Cadmium aus einer externen Quelle ist. In einigen Ausführungsformen bildet das thermische Behandeln der amorphen CTO-Schicht 120 eine transparente Schicht 130, die Cadmiumzinnoxid einschließt, das eine im Wesentlichen einphasige Spinell-Kristallstruktur aufweist. Die thermische Behandlungsstufe der vorliegenden Erfindung eliminiert die zusätzliche Stufe des Herstellens eines CdS-Films auf einem Substrat, das später zum Erhitzen von CTO benutzt wird. Sie verringert auch die Menge an CdS, die bei der Herstellung einer photovoltaischen Vorrichtung eingesetzt wird, und ist wirtschaftlich vorteilhaft, da CdS ein teueres Material ist.
In einer Ausführungsform schließt das thermische Behandeln der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 das Erhitzen der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 bei einer Behandlungstemperatur unter Vakuumbedingungen und für eine Dauer ein, die genügen, um die Bildung der transparenten Schicht 130 zu gestatten, die die erwünschten elektrischen und optischen Eigenschaften aufweist. Die Zusammensetzung, Dicke, Morphologie, elektrischen Eigenschaften und optischen Eigenschaften der transparenten Schicht 130 können vorteilhafterweise durch Variieren von einem oder mehreren von der Behandlungstemperatur, der Dauer der Wärmebehandlung und den Vakuumbedingungen, die während der Wärmebehandlung angewendet werden, kontrolliert werden.
In einer Ausführungsform wird die im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 auf eine Behandlungstemperatur in einem Bereich von etwa 500°C bis etwa 700°C erhitzt. In einer anderen Ausführungsform wird die im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 auf eine Behandlungstemperatur in einem Bereich von etwa 550°C bis etwa 680°C erhitzt. In einer besonderen Ausführungsform wird die im Wesentlichen amorphe CTO-Schicht 120 auf eine Behandlungstemperatur in einem Bereich von etwa 600°C bis etwa 650°C erhitzt.
In einer Ausführungsform wird die im Wesentliche amorphe CTO-Schicht 120 bei der Behandlungstemperatur für eine Dauer in einem Bereich von etwa 1 Minute bis etwa 70 Minuten erhitzt. In einer anderen Ausführungsform wird die im Wesentliche amorphe CTO-Schicht 120 bei der Behandlungstemperatur für eine Zeitdauer in einem Bereich von etwa 10 Minuten bis etwa 60 Minuten erhitzt. In einer besonderen Ausführungsform wird die im Wesentliche amorphe CTO-Schicht 120 bei der Behandlungstemperatur für eine Zeitdauer in einem Bereich von etwa 20 Minuten bis etwa 40 Minuten erhitzt. Die Zeitdauer für das Erhitzen bezieht sich auf die Zeit, während der die CTO-Schicht 120 der Erhitzungstemperatur in dem Glühofen ausgesetzt ist. Die Zeitdauer zum Erhitzen schließt nicht die anfängliche Periode ein, während der CTO-Film auf die Glühtemperatur erhitzt wird. Demgemäß bedeutet eine Zeitdauer des Erhitzens von 20 Minuten, dass, nachdem der CTO-Film die Glühtemperatur nach der Aufheizperiode erreicht hat, er der Glühtemperatur für eine Zeitdauer von 20 Minuten ausgesetzt wird. In einigen anderen Ausführungsformen kann die Zeitdauer des Erhitzens in einem Bereich von etwa 0 Sekunden bis etwa 15 Sekunden liegen. Eine Zeitdauer des Erhitzens von 0 Sekunden bedeutet, dass der CTO-Film, nachdem er die Glühtemperatur nach dem Aufheizen erreicht hat, er sofort aus dem Ofen entfernt wird.
Das thermische Erhitzungsverfahren wird weiter durch Variieren der während des thermischen Behandelns angewendeten Druckbedingungen kontrolliert. In einer Ausführungsform wird das thermische Erhitzen unter Vakuumbedingungen ausgeführt, die hier als ein Druck von weniger als einer Atmosphäre definiert sind. In einigen Ausführungsformen kann das thermische Behandeln in der Gegenwart von Argon- oder Stickstoffgas bei einem konstanten Druck ausgeführt werden. In einigen anderen Ausführungsformen kann das thermische Behandeln unter dynamischem Druck mittels kontinuierlichen Pumpens ausgeführt werden. In einer Ausführungsform wird das thermische Behandeln in Gegenwart von Stickstoffgas bei einem Druck von weniger als etwa 500 Torr ausgeführt. In einer anderen Ausführungsform wird das thermische Behandeln in der Gegenwart von Argongas bei einem Druck gleich oder weniger als etwa 250 Torr ausgeführt. In noch einer anderen Ausführungsform wird das thermische Behandeln in der Gegenwart von Argongas bei einem Druck in einem Bereich von etwa 90 Torr bis etwa 490 Torr ausgeführt. In einigen anderen Ausführungsformen wird das thermische Behandeln in der Gegenwart von Argongas bei einem Druck in einem Bereich von etwa 500 Torr bis etwa 1 Bar ausgeführt. „Druckbedingungen”, wie der Begriff hier benutzt wird, bezieht sich auf den tatsächlichen Druck der Probe während des Erhitzungsverfahrens.
Wie oben erwähnt, resultiert das thermische Erhitzen der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 in der Bildung einer transparenten Schicht 130. In einer Ausführungsform schließt die transparente Schicht 130 im Wesentlichen gleichförmiges einphasiges polykristallines CTO ein, das z. B. durch Erhitzen der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 gebildet ist. In eineigen Ausführungsformen hat das im Wesentlichen kristalline Cadmiumzinnoxid eine inverse Spinel-Kristallstruktur. Das im Wesentlichen gleichförmige einphasige kristalline CTO, das die transparente Schicht 130 bildet, wird hierin als „Cadmiumzinnoxid” bezeichnet, im Unterschied zu einer „im Wesentlichen amorphen CTO”-Schicht 120, die auf dem Träger 110 angeordnet und thermisch behandelt wird, um die transparente Schicht 130 zu bilden. In einigen Ausführungsformen kann die transparente Schicht die erwünschten elektrischen und optischen Eigenschaften aufweisen und als eine transparente leitende Oxid-(TCO)-Schicht wirken. In einigen Ausführungsformen kann die transparente Schicht 130 weiter eine amorphe Komponente einschließen, wie z. B. amorphes Cadmiumoxid, amorphes Zinnoxid oder Kombinationen davon.
In einer Ausführungsform schließt die transparente Schicht 130, wie z. B. in 2 gezeigt, eine im Wesentlichen homogene Konzentration von Cadmiumzinnoxid über die Dicke der Schicht 130 ein. In einem solchen Fall sind die Atomkonzentrationen von Cadmium und Zinn in der transparenten Schicht im Wesentlichen konstant über die Dicke der Schicht. Der Begriff „im Wesentlichen konstant”, wie er hierin benutzt wird, bedeutet, dass die Variation in den Atomkonzentrationen von Cadmium und Zinn weniger als etwa 10% über die Dicke der transparenten Schicht 130 sind.
In einer anderen Ausführungsform schließt die transparente Schicht, wie z. B. in 2 gezeigt, eine erste Region 132 und eine zweite Region 134 ein. Die erste Region 132 schließt Cadmiumzinnoxid und die zweite Region 134 schließt Zinn und Sauerstoff ein. In einigen Ausführungsformen schließt die zweite Region 134 Cadmium ein, und eine Atomkonzentration von Cadmium in der zweiten Region 134 ist geringer als eine Atomkonzentration von Cadmium in der ersten Region 132. Demgemäß resultiert in solchen Fällen das thermische Erhitzen der im Wesentlichen amorphen CTO-Schicht 120 in der Bildung einer transparenten Schicht 130, die eine an Cadmium verarmte Region innerhalb der zweiten Region 134 aufweist. In einer Ausführungsform ist die Atomkonzentration von Cadmium in der zweiten Region 134 geringer als etwa 20% des gesamten Atomgehaltes der zweiten Region 134.
Die transparente Schicht kann weiter durch ein oder mehrere von der Dicke, den elektrischen Eigenschaften oder den optischen Eigenschaften charakterisiert sein. In einer Ausführungsform hat die transparente Schicht 130 eine Dicke in einem Bereich von etwa 100 nm bis etwa 600 nm. In einer anderen Ausführungsform hat die transparente Schicht 130 eine Dicke in einem Bereich von etwa 150 nm bis etwa 450 nm. In einer besonderen Ausführungsform hat die transparente Schicht 130 eine Dicke in einem Bereich von etwa 100 nm bis etwa 400 nm. In einigen Ausführungsformen hat die transparente Schicht 130 eine mittlere optische Durchlässigkeit von mehr als etwa 80%. In einigen anderen Ausführungsformen hat die transparente Schicht 130 eine mittlere optische Durchlässigkeit von mehr als etwa 90%. In einer besonderen Ausführungsform hat die transparente Schicht 130 eine mittlere optische Durchlässigkeit von mehr als etwa 95%.
Die transparente Schicht 130, die als eine TCO-Schicht wirken kann, kann weiter charakterisiert werden durch ihre elektrischen Widerstands-, ihre Mobilitäts- und ihre Trägerdichtewerte. In einigen Ausführungsformen hat die transparente Schicht 130 einen elektrischen Widerstand (ρ), der geringer als etwa 2 × 10^–4 Ohm-cm ist. In einigen anderen Ausführungsformen hat die transparente Schicht 130 einen elektrischen Widerstand (ρ), der geringer als etwa 1,75 × 10^–4 Ohm-cm ist. In einer besonderen Ausführungsformen hat die transparente Schicht 130 einen elektrischen Widerstand (ρ), der geringer als etwa 1,5 × 10^–4 Ohm-cm ist. In einigen Ausführungsformen hat die transparente Schicht 130 eine Mobilität von mehr als etwa 45 m²/V-s. In einigen Ausführungsformen hat die transparente Schicht 130 eine Mobilität von mehr als etwa 50 m²/V-s. In einer besonderen Ausführungsform hat die transparente Schicht 130 eine Mobilität, die größer ist als etwa 60 m²/V-s. In einigen Ausführungsformen hat die transparente Schicht 130 eine Trägerdichte, die größer als etwa 7 × 10²⁰ cm^–3 ist. In einigen anderen Ausführungsformen hat die transparente Schicht 130 eine Trägerdichte, die größer als etwa 8 × 10²⁰ cm^–3 ist. In einer besonderen Ausführungsformen hat die transparente Schicht 130 eine Trägerdichte, die größer als etwa 9 × 10²⁰ cm^–3 ist.
Wie früher hierin bemerkt, wird die thermische Behandlungsstufe in Abwesenheit eines CdS-Films ausgeführt, der konventionell für das Erhitzen von Cadmiumzinnoxid eingesetzt wurde. Die thermische Behandlungsstufe der vorliegenden Erfindung eliminiert somit die zusätzliche Stufe des Herstellens eines CdS-Opferfilms auf einem nicht wieder benutzbaren Substrat, das später zum Erhitzen des Cadmiumzinnoxids und zum Erhalten einer kristallinen CTO-Schicht benutzt wird, die die erwünschten elektrischen und optischen Eigenschaften aufweist. Weiter verringert die thermische Behandlungsstufe auch die Menge an CdS, die bei der Herstellung einer photovoltaischen Vorrichtung eingesetzt wird, und ist wirtschaftlich vorteilhaft, das CdS ein teueres Material ist. Die Methode gestattet auch ein kontinuierliches Verfahren zum Bilden der CTO-Schicht bei minimaler Intervention, die typischerweise erforderlich ist für das Zusammenbauen/Auseinanderbauen der CTO- und der CdS-Schichten vor und nach dem Erhitzungsverfahren. Demgemäß resultiert das Erhitzungsverfahren der vorliegenden Erfindung auch in einer verminderten Behandlungszeit, was zu höheren Durchsätzen führt, die zu geringeren Herstellungskosten führen können.
Wie weiter unten detailliert erläutert, sind einige Ausführungsformen der Erfindung weiter auf Verfahren zum Herstellen photovoltaischer Vorrichtungen gerichtet. In einer Ausführungsform wird das Verfahren unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Wie z. B. in 4 gezeigt, schließt das Verfahren weiter das Anordnen einer ersten Halbleiterschicht 140 auf der transparenten Schicht 130, das Anordnen einer zweiten Halbleiterschicht 150 auf der ersten Halbleiterschicht 140 und das Anordnen einer rückwärtigen Kontaktschicht 160 auf der zweiten Halbleiterschicht 150 ein, um eine photovoltaische Vorrichtung 300 zu bilden. Wie früher bemerkt, vermeidet die Erhitzungsstufe die Notwendigkeit für ein oder mehrere zusätzliche Herstellungsstufen, die während des konventionellen Erhitzens des im Wesentlichen amorphen CTO angewendet werden, das einen CdS-Film benutzt. Die Konfiguration, wie sie in 4 gezeigt ist, wird typischerweise als eine „Superstrat”-Konfiguration bezeichnet, bei der die Solarstrahlung 440 auf den Träger 110 auftrifft. In einer solchen Konfiguration ist es demgemäß erwünscht, dass der Träger 110 im Wesentlichen transparent ist.
In einer Ausführungsform wird das Verfahren zum Herstellen einer photovoltaischen Vorrichtung in „Substrat”-Konfiguration bereitgestellt. Das Verfahren schließt das Bilden einer transparenten Schicht 130, wie zuvor beschrieben, auf einem Träger 110 derart ein, dass die Solarstrahlung 400 auf die transparente Schicht 130 auftrifft, wie in 5 gezeigt. In einer solchen Ausführungsform schließt der Träger 110 eine rückwärtige Kontaktschicht 160, die auf einem rückwärtigen Substrat 190 angeordnet ist, eine zweite Halbleiterschicht 150, die auf der rückwärtigen Kontaktschicht 160 angeordnet ist, eine erste Halbleiterschicht 140, die auf der zweiten Halbleiterschicht 150 angeordnet ist, und die transparente Schicht 130 ein, die auf der ersten halbleitenden Schicht 140 angeordnet ist. In einer solchen Konfiguration kann das rückwärtige Substrat ein Metall einschließen, da die Solarstrahlung auf die transparente Schicht 130 auftrifft.
In einigen Ausführungsformen kann die erste Halbleiterschicht 140 und die zweite Halbleiterschicht 150 mit einem p-Typ-Dotierungsmittel oder einem n-Typ-Dotierungsmittel dotiert sein, um einen Heteroübergang zu bilden. Ein Heteroübergang, wie er in diesem Zusammenhang genannt wird, ist ein Halbleiterübergang, der aus Schichten unterschiedlichen Halbleitermaterials zusammengesetzt ist. Diese Materialien haben üblicherweise nicht-gleiche Bandspalte. Als ein Beispiel kann ein Heteroübergang durch Kontakt zwischen einer Schicht oder Region eines Leitfähigkeitstyps mit einer Schicht oder Region entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps gebildet werden z. B. ein „p-n”-Übergang.
In einigen Ausführungsformen schließt die zweite Halbleiterschicht 150 eine Absorberschicht ein. Die Absorberschicht ist ein Teil einer photovoltaischen Vorrichtung, wo die Umwandlung elektromagnetischer Energie des auftreffenden Lichtes (z. B. Sonnenlicht) in Elektron-Loch-Paare (d. h. in elektrischen Strom) stattfindet. Ein photoaktives Material wird typischerweise zum Bilden der Absorberschicht benutzt. Geeignete Beispiele photoaktiver Materialien schließen Cadmiumtellurid (CdTe), Cadmiumzinktellurid (CdZnTe), Cadmiummagnesiumtellurid (CdMgTe), Cadmiummangantellurid (CdMnTe), Cadmiumschwefeltellurid (CdSTe), Zinktellurid (ZnTe), CIS (Kupfer, Indium, Schwefel), CIGS (Kupfer, Indium, Gallium, Selen), CZTS (Kupfer, Zink, Zinn, Schwefel) und Kombinationen davon ein.
Die oben erwähnten photoaktiven Halbleitermaterialien können allein oder in Kombination benutzt werden. Weiter können diese Materialien in mehr als einer Schicht vorhanden sein, wobei jede Schicht eine andere Art photoaktiven Materials oder Kombinationen der Materialien in separaten Schichten aufweist. In einer besonderen Ausführungsform schließt die zweite Halbleiterschicht 150 oder die Absorberschicht Cadmiumtellurid (CdTe) als das photoaktive Material ein. CdTe ist ein wirksames photoaktives Material, das in photovoltaischen Dünnfilmvorrichtungen eingesetzt wird. CdTe ist relativ einfach abzuscheiden und wird daher für die Produktion in großem Maßstabe als geeignet angesehen. In einer Ausführungsform hat die zweite Halbleiterschicht 150 eine Dicke in einem Bereich von etwa 1500 nm bis etwa 4000 nm.
Die erste Halbleiterschicht 140 wird benachbart der transparenten Schicht 130 angeordnet. In einer besonderen Ausführungsform schließt die erste Halbleiterschicht 140 Cadmiumsulfid (CdS) ein und kann als die „Fensterschicht” bezeichnet werden. In einer Ausführungsform hat die erste Halbleiterschicht 140 eine Dicke in einem bereich von etwa 30 nm bis etwa 150 nm. Eine rückwärtige Kontaktschicht 160 ist weiter benachbart der zweiten Halbleiterschicht 150 angeordnet und steht in ohmschem Kontakt damit. Die rückwärtige Kontaktschicht 160 kann ein Metall, einen Halbleiter oder eine Kombination davon einschließen. In einigen Ausführungsformen kann die rückwärtige Kontaktschicht 160 Gold, Platin, Molybdän oder Nickel oder Zinktellurid einschließen. In einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere zusätzliche Schichten zwischen der zweiten Halbleiterschicht 150 und der rückwärtigen Kontaktschicht 160 angeordnet sein, wie z. B. eine p⁺-Typ-Halbleiterschicht. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Halbleiterschicht 150 p-Typ-Cadmiumtellurid (CdTe) einschließen, das weiter behandelt oder dotiert sein kann, um den Widerstand des rückwärtigen Kontaktes zu verbessern, wie z. B. durch Cadmiumchlorid-Behandlung oder Bilden einer Zinktellurid- oder Kupfertellurid-Schicht auf der Rückseite. In einer Ausführungsform kann der Widerstand des rückwärtigen Kontaktes verbessert werden durch Erhöhen der p-Typ-Träger in dem CdTe-Material, um eine p⁺-Typ-Schicht auf der Rückseite des CdTe-Materials zu bilden, das sich in Kontakt mit der rückwärtigen Kontaktschicht befindet.
In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren weiter das Anordnen einer Pufferschicht 170 zwischen der transparenten Schicht und der ersten Halbleiterschicht 140 ein, wie z. B. in 4 gezeigt. In einer Ausführungsform schließt die Pufferschicht 170 ein Oxid ein, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zinnoxid, Indiumoxid, Zinkoxid, Zinkstannat und Kombinationen davon. In einer besonderen Ausführungsform schließt die Pufferschicht 170 Zinnoxid oder ein ternäres Mischoxid davon ein.
Eine oder mehrere der ersten Halbleiterschicht 140, der zweiten Halbleiterschicht 150, der rückwärtigen Kontaktschicht 160 oder der Pufferschicht 170 (wahlweise) kann/können durch eine oder mehrere der folgenden Techniken abgeschieden werden: Zerstäuben, Verdampfen, Elektroabscheiden, Siebdruck, Sprühen, physikalisches Dampfabscheiden oder Sublimation im geschlossenen Raum. Ein oder mehrere dieser Schichten können weiter erhitzt oder nachfolgend behandelt werden, um die photovoltaische Vorrichtung 300 herzustellen.
BEISPIELE
Die folgenden Beispiele werden angegeben, um gewisse Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weiter zu veranschaulichen. Diese Beispiele sollen nicht in irgendeiner Weise die Erfindung einschränken.
Beispiel 1 Aufbringen einer Cadmiumzinnoxid-Schicht durch nicht-reaktives Zerstäuben aus einem Keramiktarget
Dünnfilme aus Cadmiumzinnoxid (CTO) wurden auf einem 1,3 mm dicken Glasträger durch nicht-reaktives Magnetron-Gleichstrom (DC)-Zerstäuben aus einem vorumgesetzten Cadmiumstannat-Target zubereitet, das ein Cd:Sn-Verhältnis von etwa 2:1 aufwies. Das Zerstäubungsverfahren wurde in einer Sauerstoff und Argon enthaltenden Atmosphäre (worin die Konzentration von Sauerstoff größer als 90% war) bei einem Druck von etwa 16 mTorr ausgeführt. Die Dicke des durch Zerstäuben aufgebrachten CTO-Films betrug etwa 230 nm. Das Cadmium-zu-Zinn-Verhältnis in den durch Zerstäuben hergestellten Filmen wurde durch induktiv gekoppelte Plasmaspektroskopie (ICP) und Röntgenstrahlen-Fluoreszenzspektroskopie (XRF) bestimmt und betrug etwa 1,77.
Beispiel 2 Erhitzen des nicht-reaktiv zerstäubten Cadmiumzinnoxids unter Anwendung eines CdS-Films
In Beispiel 1 hergestellte Proben wurden durch Anordnen der hergestellten CTO-Filme in Kontakt mit einem mit CdS überzogenen Glasträger (hierin als Erhitzen in CdS-Nähe oder „CPA” bezeichnet) erhitzt. Die Baueinheit wurde bei einer Temperatur von etwa 630°C für etwa 20 Minuten in Gegenwart von Argon bei einem Druck von etwa 160 Torr erhitzt.
Beispiel 3 Erhitzen von nicht-reaktiv zerstäubtem Cadmiumzinnoxid ohne CdS-Film
Es wurden unter Anwendung des in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrens Dünnfilme von Cadmiumzinnoxid (CTO) auf einem Glasträger hergestellt. Drei CTO-Proben (1,5 Zoll × 1,5 Zoll) wurden geschnitten und in Quarzrohren von 2 Zoll Durchmesser abgedichtet. Nachdem die CTO-Proben in das Quarzrohr eingeführt worden waren, wurde Vakuum angelegt. Danach wurde das Rohr entweder unter Vakuum gehalten oder mit 50 Torr bzw. 100 Torr N₂ gefüllt. Die CTO-Proben wurden für 20 Minuten bei 630°C in einen Dreizonen-Rohrofen erhitzt, der mit einer Vakuumkammer verbunden war, die vor dem Erhitzen auf eine Temperatur von 630°C vorerhitzt war. Wie ausgeführt, bezieht sich die Dauer des Erhitzens auf die Zeit, für die der CTO-Film der Erhitzungstemperatur im Ofen ausgesetzt war. Die Dauer schließt nicht die anfängliche Aufheizperiode ein, während der der CTO-Film auf die Erhitzungstemperatur aufgeheizt wurde. Eine Erhitzungsdauer von 0 Minuten bedeutet demgemäß, dass der CTO-Film, nachdem er nach der Aufheizperiode die Erhitzungstemperatur erreicht hatte, unmittelbar aus dem Ofen entfernt wurde. Eine typische Aufheizrate von 2–3°C/s wurde für die Erhitzungsexperimente benutzt. Um die Wirkung der Aufheizrate auf elektrische Eigenschaften weiter zu verstehen, wurde auch ein Bereich von Aufheizraten von 0,28°C/s bis 20°C/s angewendet.
Es wurden drei verschiedene Proben unter drei verschiedenen Druckbedingungen hergestellt: ~200 Torr (Probe 1), ~90 Torr (Probe 2) und ~8 × 10^–3 Torr (Probe 3). „Druckbedingungen”, wie der Begriff hierin benutzt wird, bezieht sich auf den tatsächlichen Druck der Probe während des Erhitzungsverfahrens und nicht auf den Gasdruck. Erhitzen in Abwesenheit von CdS oder einer externen Quelle von Cadmium wird hierin als thermisches Standarderhitzungsverfahren oder „STA” bezeichnet.
Der Flächenwiderstand der CTO-Proben, die mit oder ohne CdS-Filme erhitzt worden waren, wurde unter Benutzung einer 4-Punkt-Sonde gemessen, wobei die Sonde nahe dem Zentrum der Probe angeordnet war. Die gesamte Durchlässigkeit und Reflexion wurden unter Benutzung eines Cary UV-Vis-Spektrometers gemessen, um die optische Absorption als eine Funktion der Wellenlänge zu berechnen. Die Gesamtabsorption wurde dann, gewichtet zum solaren Photonenflussspektrum, zwischen 325 und 850 nm berechnet.

6 zeigt die gewichteten Absorptions- und Flächenwiderstandswerte für CTO-Proben, die in Abwesenheit eines CdS-Films (Beispiel 2) erhitzt wurden, verglichen mit CTO-Proben, die in Anwesenheit eines CdS-Films (Beispiel 1) erhitzt wurden. 6 zeigt, dass die Absorptions- und Flächenwiderstandswerte von Proben, die in Abwesenheit von Cadmium erhitzt wurden (STA-erhitzt) vergleichbar sind den Werten, die durch Erhitzen in Gegenwart von CdS-Film (CPA-erhitzt) wurden. Weiter wurden der Flächenwiderstand (R_Fläche) ~7,39 ± 0,5 Ω/Quadrat und 3,81 ± 11% optische Absorption erhalten durch Erhitzen bei 630°C für 20 Minuten unter 200 Torr Erhitzungsdruck (wie in 6 veranschaulicht). Für die gleiche Erhitzungs-Temperatur und -Zeit nahm der Flächenwiderstand ab, wenn der Druck von 8 × 10^–3 Torr auf 200 Torr erhöht wurde. Tabelle 1 fasst die optischen und elektrischen Eigenschaften von Hall-Messungen für Proben zusammen, die in der Abwesenheit von CdS-Film erhitzt wurden. Tabelle 1 Elektrische und optische Eigenschaften von Proben, die in Abwesenheit von CdS-Film erhitzt wurden

Probe	Erhitzungsdruck (Torr)	Dicke (nm)	R_Fläche (Ω/Quadrat)	Absorption	Widerstand (Ωcm)	Mobilität (cm²/V·s)	Träger-Konzentration (cm^–3)
1	~200	214	7,01	3,86	1,47E–04	47,1	9,00E+20
2	~90	214	10,78	2,94	2,12E–04	45,7	6,44E–20

7 zeigt Röntgenstrahl-Beugungsmuster, erhalten von dem Satz von drei Proben, die bei drei verschiedenen Drucken erhitzt wurden, was veranschaulicht, dass in allen Fällen die erhitzten Filme nur aus Cadmiumzinnoxid-Spinelphase ohne nachweisbare Anwesenheit von Zinnoxid oder anderen sekundären Phasen bestand. Die XRD-Muster schienen auch anzuzeigen, dass eine bessere Kristallqualität z. B. schärfere und engere Bragg-Peaks, direkt mit geringeren Flächenwiderstandswerten in Beziehung standen, wie z. B. das Erhitzen in Anwesenheit von CdS-Film bei 200 Torr zeigt.
8A und 8B zeigen die XPS-Tiefenprofile von Cadmiumzinnoxid-Film, der unter einem Vakuum bei 200 Torr bzw. 90 Torr erhitzt worden war. XPS-Tiefenprofile für Proben, die unter 90 und 200 Torr erhitzt worden waren, zeigen eine an Cadmium verarmte Region (zweite Region) nahe der Oberfläche in beiden Proben. Weiter zeigen die XPS-Tiefenprofile, dass das Cadmium-zu-Zinn-Atomverhältnis in der Masse der Probe (erste Region) in einem Bereich von etwa 1,4 bis etwa 1,5 für die beiden Proben nach der Erhitzungsstufe lag.
9 zeigt die Wirkung der Aufheizrate auf den Flächenwiderstand von erhitzten CTO-Filmen. Eine langsame Aufheizrate schien den R_Fläche dramatisch zu erhöhen, und eine optimale Aufheizrate von 2–3°C/s wurde bestimmt.
Beispiel 4 Aufbringen von Cadmiumzinnoxid-Schicht durch reaktives Zerstäuben aus einem gemischten Metalltarget
CTO-Filme wurden auf einem Borsilikatglas durch reaktives Zerstäuben aus einem Mischmetalltarget in Anwesenheit von Sauerstoff bei verschiedenen Zerstäubungsdrucken gebildet. Es wurden drei verschiedene Mischmetalltargets mit Cadmium-zu-Zinn-Atomverhältnissen von etwa 1,5:1, 2:1 und 2,5:1 unter Benutzung verschiedener Sauerstoffkonzentrationen und Zerstäubungsdrucke zerstäubt. Tabelle 2 zeigt die verschiedenen Zerstäubungsbedingungen, die für die verschiedenen Targets angewendet wurden, und die entsprechende Dicke der abgeschiedenen Cadmiumzinnoxid-Schicht.

Tabelle 2 Bedingungen des reaktiven Zerstäubens, die für die verschiedenen Targets benutzt wurden, und die entsprechende Dicke der Cadmiumzinnoxid-Schicht, wie abgeschieden.

Target Cd:Sn-Atomverhältnis	Sauerstoff (Vol.-%)	Zerstäubungs-Leistung (W)	Zerstäubungs-Druck (mTorr)	Dicke (nm)
1,5:1	100	60	8	213
1,5:1	100	100	8	216
1,5:1	100	100	16	228
1,5:1	100	150	8	216
1,5:1	100	150	16	220
2:1	100	50	8	210
2:1	100	100	8	224
2:1	100	100	8	224
2:1	100	100	16	225
2:1	100	150	8	226
2,5:1	100	150	8	235
2,5:1	60	150	8	221
2,5:1	60	100	8	229
2,5:1	80	100	8	246
2,5:1	80	150	8	248

Beispiel 5 Erhitzen von reaktiv zerstäubtem Cadmiumzinnoxid unter Einsatz von CdS-Film
Das Erhitzen in der Nähe von Cadmium (CPA) wurde ausgeführt durch Anordnen der oben in Beispiel 3 hergestellten CTO-Filme in Kontakt mit einem mit CdS überzogenen Glasträger. Die Baueinheit wurde bei einer Temperatur von 630°C für etwa 20 Minuten in Gegenwart von N₂-Gas bei einem Druck in einem Bereich von etwa 80 Torr bis 250 Torr erhitzt.
Beispiel 6 Erhitzen von reaktiv zerstäubtem Cadmiumzinnoxid ohne CdS-Film
Es wurde ein thermisches Standarderhitzen (STA) an in Beispiel 4 hergestellten Proben unter Anwendung des in Beispiel 2 beschriebenen Verfahrens durch Erhitzen der durch Zerstäuben aufgebrachten Filme bei einer Erhitzungstemperatur von 630°C für 20 Minuten und in der Gegenwart von N₂-Gas bei einem Erhitzungsdruck von etwa 200 Torr ausgeführt.
Der Flächenwiderstand der mit oder ohne CdS-Filme erhitzten CTO-Proben wurde unter Einsatz einer Vier-Punkt-Sonde gemessen, wobei die Sonde nahe dem Zentrum der Probe angeordnet wurde. Die Gesamtdurchlässigkeit und Reflexion wurden unter Einsatz eines Cary UV-Vis-Spektrophotometers gemessen, um die optische Absorption als eine Funktion der Wellenlänge zu berechnen. Die Gesamtabsorption wurde dann, gewichtet zum solaren Photonenfluss-Spektrum, zwischen 325 nm und 850 nm berechnet.
10 zeigt den Vergleich zwischen den prozentualen Extinktionswerten für CPA- und STA-erhitzte CTO-Filme, die unter Einsatz verschiedener Target-Konzentrationen und unter Anwendung verschiedener Zerstäubungsbedingungen durch reaktives Zerstäuben aufgebracht worden waren. Wie in 10 gezeigt, schien die prozentuale Extinktion mit der Zunahme im atomaren Cadmium-zu-Zinn-Verhältnis zuzunehmen. Bei einem atomaren Cadmium-zu-Zinn-Verhältnis von 2:1 waren die prozentualen Extinktionswerte zwischen den CPA- und STA-erhitzten CTO-Filmen vergleichbar. Wie in 10 gezeigt, nehmen die Widerstandswerte zu, während das atomare Cadmium-zu-Zinn-Verhältnis von 2:1 bis 2,5:1 zunimmt.
11 zeigt den Vergleich zwischen den elektrischen Widerstandwerten für CPA- und STA-erhitzte CTO-Filme, die unter Einsatz verschiedener Target-Konzentrationen und unter Anwendung verschiedener Zerstäubungsbedingungen durch Zerstäuben aufgebracht wurden. Wie in 11 gezeigt, waren bei einem atomaren Cadmium-zu-Zinn-Verhältnis von 2:1 die Widerstandswerte zwischen den CPA- und STA-erhitzten CTO-Filmen vergleichbar. 12 und 13 zeigen die Trägerdichte- bzw. Mobilitätswerte für CPA- und STA-erhitzte CTO-Filme, die unter Einsatz verschiedener Target-Konzentrationen und unter Anwendung verschiedener Zerstäubungsbedingungen durch Zerstäuben aufgebracht wurden. Wie in den 12 und 13 gezeigt, nehmen die Trägerdichte- und Mobilitätswerte ab, während das atomare Cadmium-zu-Zinn-Verhältnis von 2:1 zu 2,5:1 zunimmt.
14–16 zeigen die elektrischen Widerstands-, Trägerkonzentrations- bzw. Mobilitäts-Werte für CPA- uns STA-erhitzte CTO-Filme, die unter Anwendung eines Targets mit einem Cd:Sn-Verhältnis von 2:1 durch Zerstäuben aufgebracht wurden, als eine Funktion verschiedener Zerstäubungsbedingungen. Wie in den 14–16 veranschaulicht, resultieren eine höhere Zerstäubungsenergie und ein höherer Zerstäubungsdruck in höheren elektrischen Widerstands-, Trägerkonzentrations- und Mobilitätswerten, was anzeigt, dass die elektrischen und optischen Eigenschaften der transparenten Schicht durch Variieren der Zerstäubungsbedingungen vorteilhaft kontrolliert werden können. Die optischen und elektrischen Eigenschaften für die CPA- und die konventionell STA-erhitzten CTO-Filme waren vergleichbar, was die Notwendigkeit einer separaten Erhitzungsstufe auf CdS-Grundlage vermeidet. Alle in den 6–16 angegebenen Werte wurden in dem gleichen Laboratorium unter Anwendung der gleichen Ausrüstung und der gleichen analytischen Techniken erhalten.
Beispiel 7 Vergleich zwischen den elektrischen Eigenschaften von in der Literatur berichteten CTO-Filmen und den CTO-Filmen, die gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung durch Zerstäuben aufgebracht und erhitzt worden sind.
Die in den Beispielen 1 und 4 hergestellten CTO-Filme wurden auch unter Anwendung einer Kombination verschiedener Target-Konzentrationen, Erhitzungsbedingungen, verschiedener Zeitdauern und unter verschiedenen Druckbedingungen erhitzt, wobei man sowohl das thermische Standarderhitzungsverfahren (STA) als auch das Erhitzen in der Nähe von Cadmium (CPA) benutzte. Das atomare Cadmium-zu-Zinn-Verhältnis in dem amorphen CTO-Film, wie abgeschieden, wurde unter Anwendung von XPS bestimmt und es lag in einem Bereich von etwa 1,77 bis etwa 2:1. Wie bereits beschrieben, bedeutet eine Erhitzungsdauer von 0 Minuten, dass der CTO-Film bis zu der erwünschten Erhitzungstemperatur aufgeheizt wurde und nach Erreichen der Erhitzungstemperatur unmittelbar aus dem Ofen entfernt wurde.

Tabelle 3 Abscheidungs- und Erhitzungs-Bedingungen für CTO-Filme gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung und für die in der Literatur offenbarten CTO-Filme.

	CTO-Filmabscheidung		Erhitzen
Probe	Target (Cd:Sn)-Verhältnis	Amorpher CTO-Film (Cd:Sn)-Verhältnis	Temp. (°C)	Zeit (min)	Druck und Umgebung
1^a	2:1	1,77:1	630	20	480 Torr N₂
1^a	2:1	1,77:1	630	20	200 Torr N₂
3^a	2:1	1,77:1	630	20	90 Torr N₂
4^a	2:1	1,77:1	630	20	172 Torr N₂
5^a	2:1	1,77:1	600	0	145 Torr N₂
6^a	2:1	1,77:1	600	20	269 Torr N₂
7^a	2:1	1,77:1	630	20	163 Torr N₂
8^a	2:1	1,77:1	660	0	157 Torr N₂
9^a	2:1	1,77:1	660	20	182 Torr N₂
10^a	2:1	1,77:1	630	20	158 Torr N₂
11^a	2:1	1,77:1	630	20	156 Torr N₂/CdS
12^b	2:1	2:1	630	20	240 Torr N₂
13^b	2,5:1	2,5:1			2
14^b	2:1	2:1	630	20	248 Torr N₂/CdS
15^b	2,5:1	2,5:1			2
16^b	1,5:1	1,5:1	630	20	153 Torr N₂/CdS
17^b	1,5:1	1,5:1	630	20	165 Torr N₂
Wu, Thin Solid Films, 1996 (286) 274–276°	2:1	-	680	10–30	Ar/CdS
Miyake et al. US 4349425d	2:1	-	200–400	-	4 × 10^–6 Torr (Vakuum) 5 × 10^–2 Torr Ar
Tahar et al., J. Am. Ceram Soc, 2001 (84) 85–91 ^e	-	-	680	30	strömendes N₂
Mamazza Jr. et al. Thin Solid Films, 2005 (484) 26–33 ^f	-	2,15:1	600	20	500 Torr N₂/He

^a Proben 1–11 wurden durch nicht-reaktives DC-Magnetron-Zerstäuben aus einem keramischen Cadmiumstannat-Target bei Raumtemperatur in der Gegenwart von O₂ (> 90%) bei einem Zerstäubungsdruck von 16 mTorr durch Zerstäuben abgeschieden.
^b Proben 12–15 wurden durch reaktives DC-Magnetron-Zerstäuben unter Anwendung eines gemischten Cd/Sn-Metalltargets bei 150 W, 8 mTorr, in 100% O₂ abgeschieden.
^b Probe 16 wurde durch reaktives DC-Magnetron-Zerstäuben unter Einsatz eines gemischten Cd-Sn-Metalltargets bei 60 W, 8 mTorr in 100% O₂ abgeschieden.
^b Probe 17 wurde durch reaktives DC-Magnetron-Zerstäuben unter Einsatz eines gemischten Cd-Sn-Metalltargets bei 100 W, 8 mTorr, in 100% O₂ abgeschieden.
^c Dünnfilme wurden durch nicht-reaktives DC-Magnetron-Zerstäuben aus einem keramischen Cadmiumstannat-Target bei Raumtemperatur in der Gegenwart von O₂ (100%) bei 10–17,5 mTorr abgeschieden.
^d Dünnfilme wurden durch reaktives DC-Zerstäuben unter Einsatz einer Cd-Sn-Legierung bei 2–2,5 kV, 10 mTorr unter Einsatz von 2–100% O₂ abgeschieden.
^e Dünnfilme wurden durch Tauchüberziehen unter Einsatz von Cadmiumacetat und Zinnisopropoxid zubereitet.
^f Dünnfilme wurden durch gemeinsames RF-Magnetron-Zerstäuben aus Cadmiumoxid- und Zinnoxid-Targets bei Raumtemperatur in der Gegenwart von Ar (100%) bei 3 mTorr zubereitet.
”–” bedeutet, dass die Abscheidungs- oder Erhitzungs-Bedingungen aus der Literatur nicht erhältlich waren

Tabelle 4 zeigt den Vergleich zwischen den elektrischen Eigenschaften von CTO-Filmen gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung und den in der Literatur offenbarten CTO-Filmen. Wie in Tabelle 4 veranschaulicht, wurde durch Zerstäubungsabscheiden eines amorphen CTO-Films (Cd:Sn ~1,77) aus einem keramischen Target und unter Anwendung des thermischen Standard-Erhitzungsverfahrens ein CTO-Film (Probe 3) mit einem Widerstand von 1,38 × 10⁴ Ohm-cm, einer Mobilität von 52,4 cm²/V·s und einer Trägerdichte von 8,64 × 10²⁰ cm^–3 vorteilhafterweise erhalten. Diese Werte waren vergleichbar den besten berichteten Werten (Widerstand von 1,28 × 10⁴ Ohm-cm, Mobilität von 54,5 cm²/V·s und eine Trägerdichte von 8,94 × 10²⁰ cm^–3) in der Literatur von Wu et al. Wie in Tabelle 4 gezeigt, wurde weiter durch reaktives Zerstäuben ein amorpher CTO-Film (Cd:Sn 2:1) von einem gemischten Metalltarget und unter Anwendung des thermischen Standard-Erhitzungsverfahrens ein CTO-Film (Probe 14) mit einem Widerstand von 1.48 × 10⁴ Ohm-cm, einer Mobilität von 61,66 cm²/V·s und einer Trägerdichte von 6,85 × 10²⁰ cm^–3 vorteilhaft erhalten. Die für CTO-Filme mit einem Cd:Sn-Verhältnis von etwa 1,77 (Probe 3) und einem Cd:Sn-Verhältnis von etwa 2 (Probe 14) erhaltenen elektrischen Eigenschaften waren signifikant besser als die in der Literatur für CTO-Filme berichteten Eigenschaften, die in Abwesenheit von CdS erhitzt worden waren. Weiter wurden signifikant verbesserte elektrische und optische Eigenschaften unter Einsatz eines amorphen CTO-Films mit einem Cd:Sn-Verhältnis von etwa 1,77 bis etwa 2:1 im Vergleich zu den Eigenschaften erhalten, die von Mamazza Jr. et al. für das gleiche Cd:Sn-Verhältnis berichtet wurde. Die von Mamazza et al. z.B. für ein Cd:Sn-Verhältnis in einem Bereich 1,5:1 bis 2:1 berichteten Widerstandswerte sind 3- bis 4-mal höher als die gemäß einigen Ausführungsformen erhaltenen Widerstandswerte. Der beste erzielt Widerstandswert, der von Mamazza Jr. et al. berichtet wurde, ist 2,07 × 10⁴ Ohm-cm, wobei die CTO-Filme unter gemeinsamem Zerstäuben eines amorphen CTO-Films mit einem Cd:Sn-Verhältnis von 2,15 abgeschieden wurden. Die Mobilitätswerte und die Trägerdichtewerte, die von Mamazza Jr. et al. erzielt wurden, sind jedoch signifikant geringer. Wie bereits erwähnt, können kristalline CTO-Filme, die eine Kombination geringer Absorption, geringen Widerstandes, hoher Mobilität und hoher Trägerdichte aufweisen, zum Fördern der Effizienz und Herstellbarkeit von Dünnfilm-Solarzellen erwünscht sein. Ein Verfahren zum Herstellen kristalliner CTO-Filme, die eine solche vorteilhafte Kombination elektrischer und optischer Eigenschaften aufweisen, wird gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geboten.

Tabelle 4 Vergleich zwischen den elektrischen Eigenschaften von CTO-Filmen gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung und von in der Literatur offenbarten CTO-Filmen. Es wurden die besten erzielten elektrischen Eigenschaften, die in der Literatur berichtet sind, in die Tabelle aufgenommen.

		Elektrische Eigenschaften
Probe	Dicke (nm)	Flächen-Widerstand (Ohm/Quadrat)	Widerstand (× 10^–4 Ohmcm)	Mobilität (cm²/V·s)	Träger-Dichte (× 10²⁰ cm^–3)
1	200	6,9	1,38	52,4	8,64
2	214	7,01	1,47	47,1	9,00
3	214	10,78	2,12	45,7	6,44
4	220	7,700	1,69	53,3	6,96
5	230	9,268	2,13	37,4	8,26
6	223	7,319	1,63	49,3	8,06
7	212	7,591	1,61	49,4	7,99
8	229	6,925	1,59	45,4	8,99
9	215	8,217	1,77	54,1	6,62
10	217	7,27	1,58	53,2	7,35
11	225	5,6	1,28	52	9,14
12	226	6,54	1,48	61,66	6,85
13	235	9,65	2,27	42,79	6,44
14	226	6,36	1,44	66,3	6,55
15	221	14,25	3,15	41,46	4,78
16	213	10,44	2,22	45,98	6,1
17	215	14,43	3,12	42,8	4,68
Wu et al., Thin Solid Films, 1996 (286) 274–2760	510	2,5	1,28	54,5	8,94
Miayke et al., US 4349425d	24,5	363	8,89	29,4	2,69
Tahar et al., J. Am. Ceram. Soc, 2001 (84) 85-91 ^e		14,3	3,3	12,0	15,5
Mamazza Jr. et al., Thin Solid Films, 2005 (484) 26-33f	200		2,07	32,3	7,4

Beispiel 8 CdTe-Zellen, die unter Einsatz von CTO-Filmen hergestellt wurden, die nach dem Verfahren des Erhitzens in CdS-Nähe und nach dem thermischen Standard-Erhitzungsverfahren erhitzt worden sind
Es wurden CdTe-Solarzellen auf CTO-Filmen hergestellt, die unter Anwendung des thermischen Standard-Erhitzungsverfahrens (Beispiel 2) erhitzt waren, um deren Leistungsfähigkeit mit der von Zellen zu vergleichen, bei denen CTO in der engen Nähe von CdS erhitzt war (Beispiel 3). Ein Satz von 1,5 Zoll × 1,5 Zoll-Teilen, einschließlich eines etwa 200 nm dicken erhitzten CTO-Films auf einem 1,3 mm dicken Corningglas, wurde bewertet durch Ausführen eines Vorrichtungs-Integrationslaufes. Es wurden vier Teile unter Anwendung des thermischen Standarderhitzungs-(STA)-Verfahrens und zwei Teile unter Anwendung des Verfahrens zum Erhitzen in enger CdS-Nähe erhitzt. Alle Teile wurden gewaschen und mit einem 105 nm dicken 5% Zn:SnO₂ (ZTO)-Film überzogen. Die Vorrichtungen wurden hergestellt unter Einsatz von 80 nm CdS:O (5%), 3 μm oxidiertem CdTe, das bei 550°C abgeschieden war, einem CdCl₂-Aktivierungsverfahren und einer rückwärtigen Kontaktschicht aus Gold.
Die Proben wurden in einem Solarsimulator ohne Zellisolation gemessen. Tabelle 5 Die anfänglichen R_Fläche- und optischen Absorptions-Charakteristiken der erhitzten Teile, die für die Vorrichtungsintegration angesetzt wurden.

Proben-Nr. Erhitzungs-Verfahren R_Fläche (Ohm/Quadrat) Optische Absorption (%)

1 CPA 6,3 3,78

2 CPA 6,3 3,78

3 STA 6,75 3,17

4 STA 10,53 3,12

5 STA 6,69 3,82

6 STA 8,73 3,19
Alle Teile, die für diese Vorrichtungsintegration eingesetzt wurden, hatten eine anfängliche gewichtete optische Absorption von weniger als 5%, wie in Tabelle 5 gezeigt. 17 zeigt die Zelleffizienz-Verteilung als eine Funktion der anfänglichen optischen Absorption jedes Teiles. 18 zeigt die Effizienz-Verteilung aufgrund des Erhitzungsverfahrens (STA gegenüber CPA). Die in 17 gezeigten Resultate veranschaulichen, dass das Anwenden des thermischen Standard-Erhitzungsverfahrens zum Erhitzen der abgeschiedenen CTO-Filme keine nachteilige Auswirkung auf die Leistungsfähigkeit von CdTe-Zellen zu haben scheint. 18 zeigt, dass es keine direkte Korrelation zwischen der anfänglichen optischen Absorption der Teile, die in dieser Untersuchung eingesetzt wurden, und dem Strom bei offenem Stromkreis (I_SC) der Zellen gibt, die aus solchen Teilen hergestellt waren. Der höchste mittlere I_SC wurde in dem Teil mit der höchsten anfänglichen optischen Absorption erhalten.
Die vorhergehenden Beispiele sind lediglich veranschaulichend und dienen nur als Beispiele für einige der Merkmale der Erfindung. Die beigefügten Ansprüche sollen die Erfindung so breit beanspruchen, wie vorgestellt und die hierin gegebenen Beispiele sind veranschaulichend für ausgewählte Ausführungsformen von einer Vielfalt aller möglichen Ausführungsformen. Es ist daher die Absicht der Anmelderin, dass die beigefügten Ansprüche nicht durch die Auswahl von Beispielen beschränkt werden, die benutzt wurden, Merkmale der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen. Der Begriff „umfasst” und seine grammatikalischen Varianten, wie sie in den Ansprüchen benutzt werden, erstrecken sich logischerweise auch auf Ausdrücke variierenden und differierenden Ausmaßes, wie z. B. darauf jedoch nicht beschränkt, „bestehend im Wesentlichen aus” und „bestehend aus” und schließen diese ein. Falls erforderlich, wurden Bereiche angegeben, die alle Unterbereiche darin einschließen. Es wird erwartet, dass sich Variationen in diesen Bereichen für einen Fachmann von selbst ergeben und wo sie nicht bereits der Öffentlichkeit gewidmet wurden, sollten solche Variationen, wo möglich, als durch die beigefügten Ansprüche abgedeckt verstanden werden. Es ist auch vorgesehen, dass Fortschritte in Wissenschaft und Technik Äquivalente und Substitutionen ermöglichen, die wegen der Ungenauigkeit der Sprache noch nicht vorgesehen sind, und diese Variationen sollten, wo möglich, ebenfalls als durch die beigefügten Ansprüche abgedeckt verstanden werden.
In einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt. Das Verfahren schließt das Anordnen einer im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht auf einem Träger und das thermische Behandeln der im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht in einer Atmosphäre ein, die im Wesentlichen frei von Cadmium aus einer externen Quelle ist, um eine transparente Schicht zu bilden, wobei die transparente Schicht einen elektrischen Widerstand von weniger als 2 × 10^–4 Ohm-cm aufweist. Es wird auch ein Verfahren zum Herstellen einer photovoltaischen Vorrichtung angegeben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 4349425 [0094, 0096]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Miyake et al. [0094]
Tahar et al., J. Am. Ceram Soc, 2001 (84) 85–91 [0094]
Mamazza Jr. et al. Thin Solid Films, 2005 (484) 26–33 [0094]
Wu et al. [0095]
Mamazza Jr. et al. [0095]
Mamazza et al. [0095]
Mamazza Jr. et al. [0095]
Mamazza Jr. et al. [0095]
Wu et al., Thin Solid Films, 1996 (286) 274–2760 [0096]
Miayke et al., [0096]
Tahar et al., J. Am. Ceram. Soc, 2001 (84) 85-91 [0096]
Mamazza Jr. et al., Thin Solid Films, 2005 (484) 26-33f [0096]

Claims

Verfahren, umfassend: Anordnen einer im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht auf einem Träger und thermisches Behandeln der im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht in einer Atmosphäre, die im Wesentlichen frei von Cadmium von einer externen Quelle ist, um eine transparente Schicht zu bilden, wobei die transparente Schicht einen elektrischen Widerstand von weniger als etwa 2 × 10^–4 Ohm-cm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die transparente Schicht einen elektrischen Widerstand von weniger als etwa 1,8 × 10^–4 Ohm-cm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die transparente Schicht einen elektrischen Widerstand von weniger als etwa 1,5 × 10^–4 Ohm-cm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in der im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht geringer als etwa 2,5:1 ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in der im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht gleich oder geringer als etwa 2:1 ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in der im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht gleich oder geringer als etwa 1,8:1 ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in der im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht in einem Bereich von etwa 1,7:1 bis etwa 2:1 liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die transparente Schicht Cadmiumzinnoxid umfasst, das eine im Wesentlichen einphasige Spinel-Kristallstruktur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das thermische Behandeln das Erhitzen der amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht bei einer Behandlungstemperatur unter Vakuumbedingungen und für eine Zeitdauer umfasst, die zum Bilden der transparenten Schicht genügen.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das thermische Behandeln das Erhitzen der im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht bei einer Behandlungstemperatur in einem Bereich von etwa 500°C bis etwa 700°C umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das thermische Behandeln das Erhitzen der im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht für eine Zeitdauer in einem Bereich von etwa 1 Minute bis etwa 60 Minuten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das thermische Behandeln bei einem Druck von weniger als etwa 500 Torr ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das thermische Behandeln bei einem Druck gleich oder geringer als etwa 250 Torr ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Aufbringen einer im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht Zerstäuben, Verdampfen, chemische Dampfabscheidung, Schleuderüberziehen oder Tauchüberziehen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Anordnen einer im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht das Zerstäuben eines oder mehrerer Targets mit einem Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in einem Bereich von etwa 1,5:1 bis etwa 2,5:1 umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Anordnen einer im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht das Zerstäuben eines oder mehrerer Targets mit einem Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in einem Bereich von etwa 1,5:1 bis etwa 2:1 umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Anordnen einer im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht das Zerstäuben eines Cadmiumzinnoxid umfassenden einzelnen Targets umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Anordnen einer im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht das reaktive Zerstäuben eines Cadmium und Zinn umfassenden einzelnen Targets umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die transparente Schicht umfasst: (a) eine erste Region, die Cadmiumzinnoxid umfasst, und (b) eine zweite Region, die Cadmium, Zinn und Sauerstoff umfasst, wobei eine Atomkonzentration von Cadmium in der zweiten Region geringer ist als eine Atomkonzentration von Cadmium in der ersten Region.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die transparente Schicht eine Dicke in einem Bereich von etwa 100 nm bis etwa 400 nm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die transparente Schicht eine Mobilität von mehr als etwa 45 cm²/Vs aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die transparente Schicht eine mittlere optische Durchlässigkeit von mehr als etwa 95% aufweist.
Verfahren, umfassend: Anordnen einer im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht auf einem Träger durch reaktives Zerstäuben eines oder mehrerer Targets und thermisches Behandeln der im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht in einer Atmosphäre, die im Wesentlichen frei von Cadmium aus einer externen Quelle ist, um eine transparente Schicht zu bilden, wobei die transparente Schicht einen elektrischen Widerstand von weniger als etwa 2 × 10^–4 Ohm-cm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 23, worin das Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in dem einen oder den mehreren Targets geringer als etwa 2,5:1 ist.
Verfahren nach Anspruch 23, worin das Atomverhältnis von Cadmium zu Zinn in dem einen oder den mehreren Targets gleich oder geringer als etwa 2:1 ist.
Verfahren nach Anspruch 23, worin das Anordnen einer im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht das reaktive Zerstäuben von einem Cadmium und Zinn umfassenden Target umfasst.
Verfahren nach Anspruch 23, worin das Anordnen einer im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht das reaktive Zerstäuben von einem Cadmium umfassenden ersten Target und einem Zinn umfassenden zweiten Target umfasst.
Verfahren nach Anspruch 23, worin das Anordnen einer im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht das reaktive Zerstäuben von einem oder mehreren Targets in einer Atmosphäre umfasst, die Sauerstoff bei einer Konzentration von mehr als etwa 60 Vol.-% umfasst.
Verfahren nach Anspruch 23, worin das Anordnen einer im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht das reaktive Zerstäuben eines oder mehrerer Targets bei einem Druck in einem Bereich von etwa 1 mTorr bis etwa 20 mTorr umfasst.
Verfahren nach Anspruch 23, worin die transparente Schicht einen elektrischen Widerstand von weniger als etwa 1,5 × 10^–4 Ohm-cm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 23, worin die transparente Schicht mittlere optische Durchlässigkeit von mehr als etwa 95% aufweist.
Verfahren, umfassend: Anordnen einer im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht auf einem Träger; thermisches Behandeln der im Wesentlichen amorphen Cadmiumzinnoxid-Schicht in einer Atmosphäre, die im Wesentlichen frei von Cadmium aus einer externen Quelle ist, um eine transparente Schicht zu bilden, wobei die transparente Schicht einen elektrischen Widerstand von weniger als etwa 2 × 10^–4 Ohm-cm aufweist; Anordnen einer ersten Halbleiterschicht auf der transparenten Schicht; Anordnen einer zweiten Halbleiterschicht auf der ersten Halbleiterschicht und Anordnen einer rückwärtigen Kontaktschicht auf der zweiten Halbleiterschicht, um eine photovoltaische Vorrichtung zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 32, worin die erste Halbleiterschicht Cadmiumsulfid umfasst.
Verfahren nach Anspruch 32, worin die zweite Halbleiterschicht Cadmiumtellurid umfasst.
Verfahren nach Anspruch 32, weiter umfassend das Anordnen einer Pufferschicht zwischen der transparenten Schicht und der ersten Halbleiterschicht.
Verfahren nach Anspruch 32, worin die Pufferschicht ein Oxid umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zinnoxid, Indiumoxid, Zinkoxid und Kombinationen davon.