TWI502751B - 經塗覆基材及包含該基材的半導體元件 - Google Patents

Description

經塗覆基材及包含該基材的半導體元件 主張優先權

此申請案基於2008年9月5日提出申請之美國臨時申請案第61/094,602號主張優先權，該優先權案在此併入本文中以供參考。

發明領域

本發明係關於塗覆技術及經塗覆基材。

發明背景

經塗覆之玻璃物件在習知技術領域中是已知的。已存在有許多對玻璃物件施與多層的技術，包括濺鍍、化學汽相沉積(CVD)、物理汽相沉積(PVD)，及其它技術。濺鍍可包括由於藉由高能離子對標靶之轟擊，而使原子自固態標靶材料噴射的製程。在典型的CVD製程中，基材可暴露至一或多種在該基材表面反應及/或分解的揮發性前驅物，以產生所欲的沉積材料。通常亦產生揮發性副產物，其藉由通過反應室之氣體流而去除。

理想的是塗覆基材之二側。由加工時間及成本支出的觀點，理想的是在未使基材多次通過一裝置之下塗覆基材之二側。因此，可看出在習知技術領域中仍存在對於一裝置之需求，此裝置能夠在毋須使基材通過此裝置超過一次之下，塗覆基材之二側。

發明概要

一般而言，一種製造光學元件基材之方法可包括：藉由化學汽相沉積在該基材之一第一表面上沉積一抗反射層；以及藉由濺鍍在該基材之一第二表面上沈積一透明導電層。該光學元件可為CdTe薄膜光伏打元件。抗反射層沉積可在透明導電層沉積之前發生、在透明導電層沉積之後發生，或實質上與透明導電層沉積同時發生。

一種光學元件基材可包括一基材；一與該基材之一第一表面接觸的濺鍍之透明導電層，以及一與該基材之一第二表面接觸的抗反射層。在特定的情況中，一基材可為一玻璃基材。該光學元件基材可使用於一光伏打電池，且該光伏打電池可為CdTe薄膜光伏打元件。該透明導電層可為銦錫氧化物。

一種光學元件基材可包括：一基材、一與該基材之一第一表面接觸的濺鍍之透明導電層、一鄰接該透明導電層之活性光伏打層，及一與該基材之一第二表面接觸的抗反射層。在特定的情況中，一基材可為一玻璃基材。該光學元件基材可使用於一光伏打電池，且該光伏打電池可為CdTe薄膜光伏打元件。該透明導電層可為銦錫氧化物。

一或多個實施例的細節係陳述於附帶的圖式及下述的發明說明中。其它特徵、目的及優點將顯見於發明說明及圖式，及申請專利範圍。

圖式簡單說明

第1圖為一具有多層之基材的概要圖；第2圖為二階段沉積系統的概要圖；第3圖為二階段沉積系統的概要圖；第4圖為單一些階段沉積系統的概要圖；以及第5圖為單一些階段沉積系統的概要圖。

詳細說明

參考第1圖，一光伏打電池可包括一透明導電層120。該透明導電層120可為透明導電氧化物，其可包括例如銦錫氧化物。該透明導電層120係沉積在一基材100上。該基材100可為例如玻璃。該光伏打電池亦可包括沉積在該基材100之另一側上的一抗反射層130。該抗反射塗層130可為非常薄之二層堆疊物。該透明導電氧化物膜120可為摻氟氧化錫、摻鋁氧化鋅，或銦錫氧化物等等。

在製造期間，當玻璃離開退火窯時，可使用化學汽相沉積將抗反射塗層施覆至該基材。或者，在半導體層的沉積期間，可藉由化學汽相沉積添加抗反射塗層，或可在半導體層的沉積之後添加抗反射塗層。化學汽相沉積可為例如大氣壓化學汽相沉積系統、低壓化學汽相沉積系統，或超高真空化學汽相沉積系統。亦可使用物理汽相沉積將抗反射塗層施覆至該基材。物理汽相沉積可涉及單純物理製桯，例如高溫真空蒸發或電漿濺鍍轟擊。

參考第2圖，二階段系統可包括一初始化學汽相沉積反應室200，其使抗反射塗層沉積在一玻璃基材210上。該基材210在輸送機220上行進通過該初始反應室200。接下來，後續反應室230使用濺鍍使一透明導電氧化物層沉積在該基材210上。該基材210沿著輸送機220持續通過該後續反應室230。或者，該濺鍍反應室230可為該初始反應室，而該化學汽相沉積反應室200可為該後續反應室。

參考第3圖，二階段系統可包括一初始濺鍍反應室300，其使該抗反射塗層沉積在一玻璃基材310上。如上文中所述，該基材310在一輸送機320上行進通過該初始反應室300。接下來，一後續反應室330使用濺鍍將一透明導電氧化物層沉積在該基材310上。該基材310沿著輸送機320持續通過該後續反應室330。或者，該透明導電氧化物濺鍍反應室330可為該初始反應室，而該抗反射濺鍍反應室300可為該後續反應室。

參考第4圖，單一階段系統可包括一反應室410之下方化學汽相沉積部400，其將該抗反射塗層沉積在一玻璃基材420上。反應室410之一上方部430使用濺鍍將一透明導電氧化物層沉積在該基材420上。該基材420在一輸送機440上行進通過該反應室410。參考第5圖，單一階段系統可包括一反應室510之下方濺鍍部500，其將該抗反射塗層沉積在一玻璃基材520上。反應室510之一上方部530使用濺鍍將一透明導電氧化物層沉積在該基材520上。該基材520在該輸送機540上行進通過該反應室510。

普通的光伏打電池可具有多層。此多層可包括一為透明導電層之底層、一覆蓋層、一窗口層、一吸收層及一頂層。每一層可在一生產線之不同沉積站，依需求利用每一沉積站之個別的沉積氣體供應源及真空密封的沉積反應室來沉積。基材可經由輥式輸送機由沉積站轉移至沉積站，直至沉積所有所欲層為止。頂部基材層可放置在頂層的頂部，以形成夾層物且完成該光伏打電池。

在光伏打元件製造中的半導體層之沉積係描述於例如美國專利第5,248,349、5,372,646、5,470,397、5,536,333、5,945,163、6,037,241及6,444,043號中，其各自併入本文中以供參考。沉積可涉及自來源至基材之蒸氣的輸送，或封閉系統中固體的昇華。用於製造光伏打電池之裝置可包括輸送機，例如具有輥的輥式輸送機。也可能用其他形式的輸送機。輸送機輸送每一基材至一系列之一或多個沉積站，以供在該基材之暴露表面上沉積多數材料層。輸送機係描述於2007年3月28日提出申請之美國專利申請案序號第11/692,667號，其係併入本文中以供參考。

沉積反應室可加熱至達到不低於約450℃及不超過約700℃的加工溫度，例如溫度範圍可為450-550℃、550-650℃、570-600℃、600-640℃或任何其他大於約450℃及小於約700℃的溫度範圍。沉積反應室包括連接至沉積蒸氣供應源的沉積分佈器。此分佈器可連接至多數蒸氣供應源以供不同層之沉積，或該基材可移動通過多數且不同之各自具有本身的蒸氣分佈器及供應源的沉積站。此分佈器可為具有變化之噴頭幾何的噴嘴形式，以促進蒸氣供應源的均一分佈。

窗口層及吸收層可包括例如二元半導體，其例如第II-VI、III-V或IV族半導體，例如ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdO、CdS、CdSe、CdTe、MgO、MgS、MgSe、MgTe、HgO、HgS、HgSe、HgTe、MnO、MnS、MnTe、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、TlN、TlP、TlAs、TlSb或其等之混合物。窗口層及吸收層之例子為被CdTe層塗覆的CdS層。一頂層可覆蓋此等半導體層。此頂層可包括一金屬，例如鋁、鉬、鉻、鈷、鎳、鈦、鎢或其等之合金。該頂層亦可包括金屬氧化物或金屬氮化物或其等之合金。

一光伏打電池之該底層可為一透明導電層。一薄覆蓋層可在該透明導電層之頂部且至少部分覆蓋該透明導電層。下一沉積層為第一半導體層，其可供作一窗口層且可基於一透明導電層及該覆蓋層的使用而更薄。下一沉積層為該第二半導體層，其供作該吸收層。依需要在整個製造過程中可將其他層，例如包括摻雜劑的層，沈積或放置在該基材上。

該透明導電層可為一透明導電氧化物，例如類似氧化錫之金屬氧化物，其可摻雜例如氟。此層可沉積在前接觸與該第一半導體層之間，且可具有高至足以降低該第一半導體層中之針孔效應的電阻。在該第一半導體層中的針孔可造成該第二半導體層及該第一接觸之間的分流形成，造成環繞針孔之局部電場上的汲極。此路徑之電阻的小量增加可戲劇性地降低受到分流影響的區域。

可設置一覆蓋層以供應此電阻的增加。此覆蓋層可為一具有高度化學穩定性之非常薄的材料層。與具有相同厚度之可相比的半導體材料厚度相較，此覆蓋層可具有較高的透明性。適合使用於作為一覆蓋層之材料的例子包括二氧化矽、三氧化二鋁、二氧化鈦、三氧化二硼及他類似物。此覆蓋層亦可供用於電氣地且化學地分離該透明導電層與該第一半導體層，以避免在高溫下發生且可負面地影響效能及安定性的反應。此覆蓋層亦可提供一導電表面，其可更適合用於接受該第一半導體層之沉積。舉例而言，該覆蓋層可提供具有降低之表面粗糙度的表面。

該第一半導體層可供作為該第二半導體層之窗口層。該第一半導體層可比該第二半導體層薄。因為該第一半導體層較薄，其可容許較短波長之入射光穿透至該第二半導體層。

該第一半導體層可為第II-VI、III-V或IV族半導體，例如ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdO、CdS、CdSe、CdTe、MgO、MgS、MgSe、MgTe、HgO、HgS、HgSe、HgTe、MnO、MnS、MnTe、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、TlN、TlP、TlAs、TlSb或其等之混合物或合金。其可為二元半導體，例如其可為CdS。該第二半導體層可沉積在該第一半導體層上。當該第一半導體層供作為一窗口層時，該第二半導體可供作為一入射光的吸收層。類似該第一半導體層，該第二半導體層亦可為第II-VI、III-V或IV族半導體，例如ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdO、CdS、CdSe、CdTe、MgO、MgS、MgSe、MgTe、HgO、HgS、HgSe、HgTe、MnO、MnS、MnTe、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、TlN、TlP、TlAs、TlSb或其等之混合物。

該第二半導體層可沉積在一第一半導體層上。一覆蓋層可供用於電氣地且化學地分離一透明導電層與該第一半導體層，以避免在高溫下發生且可負面地影響效能及安定性的反應。該透明導電層可沉積在一基材上。

已描述了許多實施例。然而，應瞭解的是，在未偏離本發明之精神及範疇之下，可進行各種不同的改良。舉例而言，半導體層可包括各種不同的其他材料，如同此等材料可使用於緩衝層及覆蓋層一般。因此，其他實施例係落於下述申請專利範圍的範疇中。

100．．．基材

120．．．透明導電層，透明導電氧化物膜

130．．．抗反射層

200．．．初始化學汽相沉積反應室，初始反應室

210．．．玻璃基材

220．．．輸送機

230‧‧‧後續反應室，濺鍍反應室，抗反射濺鍍反應室

300‧‧‧初始濺鍍反應室，初始反應室

310‧‧‧玻璃基材

320‧‧‧輸送機

330‧‧‧後續反應室，透明導電氧化物濺鍍反應室

400‧‧‧下方化學汽相沉積部

410‧‧‧反應室

420‧‧‧玻璃基材

430‧‧‧上方部

440‧‧‧輸送機

500‧‧‧下方濺鍍部

510‧‧‧反應室

520‧‧‧玻璃基材

530‧‧‧上方部

540‧‧‧輸送機

第1圖為一具有多層之基材的概要圖；

第2圖為二階段沉積系統的概要圖；

第3圖為二階段沉積系統的概要圖；

第4圖為單一些階段沉積系統的概要圖；以及

第5圖為單一些階段沉積系統的概要圖。

100．．．基材

120．．．透明導電層，透明導電氧化物膜

130．．．抗反射層

Claims (21)

1. 一種製造光伏打元件之方法，該光伏打元件包含一玻璃基材，該方法包含：將該玻璃基材水平地傳送通過一沉積反應室，該玻璃基材係在其一側上具有一第一沉積表面以及在一相反側上具有一第二沉積表面，並且該傳送係以該第一沉積表面朝下及該第二沉積表面朝上來進行；藉由化學汽相沉積，在該第一沉積表面上且與該第一沉積表面直接接觸地沉積一抗反射層，其中該抗反射層的沉積係發生在該沉積反應室內完全位於該玻璃基材之下方的下方部中；藉由濺鍍，在該第二沉積表面上沈積一透明導電氧化層，其中該透明導電氧化層的沉積係發生在該沉積反應室內完全位於該玻璃基材之上方的上方部中；以及，將一半導體層沉積於該透明導電氧化層上方。
2. 如請求項1之方法，其中該光伏打元件為CdTe薄膜光伏打元件。
3. 如請求項1之方法，其中該透明導電氧化層包含一金屬氧化物。
4. 如請求項1之方法，其中該沉積一抗反射層的步驟係發生在該沉積一透明導電氧化層的步驟之前。
5. 如請求項1之方法，其中該沉積一抗反射層的步驟係發生在該沉積一透明導電氧化層的步驟之後。
6. 如請求項1之方法，其中該沉積一抗反射層的步驟係實質上與該沉積一透明導電氧化層的步驟同時發生。
7. 如請求項1之方法，其中該沉積一抗反射層的步驟包含大氣壓化學汽相沉積。
8. 如請求項3之方法，其中該金屬氧化物係選自由摻雜氟之氧化錫、摻雜鋁之氧化鋅及銦錫氧化物所構成之群組。
9. 一種製造光伏打元件之方法，係包含：使一在相反側上具有第一及第二沉積表面的基材水平地通過一沉積反應室，其中該基材係組構成供用於一薄膜光伏打元件者；在一沉積反應室內完全位於該基材之下方的下方部中，藉由化學汽相沉積，在該基材之第一沉積表面上沉積一抗反射層；及在該沉積反應室內完全位於該基材之上方的上方部中，藉由濺鍍，在該基材之第二沉積表面上沉積一透明導電氧化層。
10. 如請求項9之方法，其中該基材係為玻璃。
11. 如請求項9之方法，其中該光伏打元件係一CdTe薄膜光伏打元件。
12. 如請求項9之方法，其中該沉積一抗反射層的步驟係發生在該沉積一透明導電氧化層的步驟之前。
13. 如請求項9之方法，其中該沉積一抗反射層的步驟係發生在該沉積一透明導電氧化層的步驟之後。
14. 如請求項9之方法，其中該沉積一抗反射層的步驟係實質上與該沉積一透明導電氧化層的步驟同時發生。
15. 如請求項9之方法，其中該沉積一抗反射層的步驟包含大氣壓化學汽相沉積。
16. 一種製造光學元件基材之方法，係包含：使該基材沿著一輸送機側向地通過一沉積反應室，其中該基材係組構成供用於一薄膜光伏打元件者；在該基材之一外表面上沉積一抗反射層，該外表面係用於接受藉由化學汽相沉積產生的入射光；及藉由濺鍍在該基材之一內表面上沉積一透明導電氧化層；其中該基材係為玻璃；及其中該抗反射層係在該沉積反應室內完全位於該基材之下方的下方部中被沉積，且其中該透明導電氧化層係在該沉積反應室內完全位於該基材之上方的上方部中被沉積。
17. 如請求項16之方法，其中該沉積一抗反射層的步驟係實質上與該沉積一透明導電氧化層的步驟同時發生。
18. 如請求項16之方法，其中該光學元件係一CdTe薄膜光伏打元件。
19. 如請求項16之方法，其中該透明導電氧化層包含一金屬氧化物，該金屬氧化物係選自由摻雜氟之氧化錫、摻雜鋁之氧化鋅及銦錫氧化物所構成之群組。
20. 如請求項1之方法，其中該半導體層係與該沉積抗反 射層的步驟實質上同時地被沉積。
21. 如請求項9之方法，進一步包含：沉積一半導體層，其中該半導體層係與該沉積抗反射層的步驟實質上同時地被沉積。