專利名稱：基于碲化鎘的薄膜光伏器件使用的硫化鎘層及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題一般涉及硫化鎘薄膜層及它們的沉積方法。更具體地，本文公開的主題涉及用于在碲化鎘薄膜光伏器件中使用的硫化鎘層以及它們的制造方法。
背景技術(shù)：
基于與硫化鎘(CdS)配對作為光反應(yīng)組件的碲化鎘(CdTe)的、薄膜光伏(PV)模塊(也稱之為“太陽電池板(solar panel)”)在工業(yè)中正獲得廣泛接受和關(guān)注。CdTe是具有特別適于將太陽能轉(zhuǎn)換為電的特性的半導(dǎo)體材料。例如，CdTe具有約1. 45eV的能量帶隙，其使得它與太陽能電池應(yīng)用中歷史上使用的、較低帶隙(例如，對于硅約1. IeV)半導(dǎo)體材料相比，能夠從太陽譜轉(zhuǎn)換更多的能量。而且，與較低帶隙材料相比，CdTe在較低或漫射 (diffuse)光條件下轉(zhuǎn)換輻射能量，并且因此與其它傳統(tǒng)材料相比，具有一天期間或陰天條件下更長的有效轉(zhuǎn)換時間。當CdTe光伏模塊暴露于諸如日光的光能時，η型層和ρ型層的結(jié)一般負責(zé)電位和電流的生成。特別是，碲化鎘(CdTe)層和硫化鎘(CdS)形成了 ρ-η異質(zhì)結(jié)，其中CdTe層充當ρ型層(即，正的、電子接受層(electron accepting layer))，而CdS 層充當η型層(即，負的、電子施予層(electron donating layer))。硫化鎘層是光伏器件中的“窗口層”，因為光能穿過它進入到碲化鎘層之內(nèi)。然而， 硫化鎘的約2. 42eV的光學(xué)帶隙限制了藍至紫外中能穿過硫化鎘層的輻射量。因而，到達碲化鎘層的輻射在較高能量區(qū)中減少，導(dǎo)致了否則可用的輻射能量被吸收和/或反射，而不是在碲化鎘層中轉(zhuǎn)換為電流。因此，存在對移動(shift)和/或擴展硫化鎘層的光學(xué)帶隙的需要，特別是在較高能量區(qū)(例如，藍到紫外波長)中，以便增加基于碲化鎘的薄膜光伏器件的輸出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面和優(yōu)點將部分地在下面的描述中陳述，或者可從描述中顯而易見， 或者可通過實踐本發(fā)明而了解。一般地提供了碲化鎘薄膜光伏器件。在一個實施例中，器件能包括襯底，襯底上的透明傳導(dǎo)氧化層；透明傳導(dǎo)氧化層上的電阻透明緩沖層；電阻透明緩沖層上的硫化鎘層； 硫化鎘層上的碲化鎘層；以及，碲化鎘層上的背接觸層。硫化鎘層能包括大于0%到約20% 的摩爾百分比中的氧。在一個具體實施例中，基本沒有氧的第二硫化鎘層能位于硫化鎘層和碲化鎘層之間。還一般地提供了在襯底上沉積硫化鎘層的方法。例如，硫化鎘層能在濺射氣氛中、 從硫化鎘靶濺射在襯底上，濺射氣氛包括按照體積大于0%到約20%的量中的氧和惰性氣體。在一個具體實施例中，第二硫化鎘層能在基本沒有氧的第二濺射氣氛中濺射在硫化鎘層上。還一般地提供了制造碲化鎘薄膜光伏器件的方法。在一個實施例中，電阻透明緩沖層能沉積在透明傳導(dǎo)氧化層上。硫化鎘層能在濺射氣氛中、從硫化鎘靶濺射在電阻透明緩沖層上，濺射氣氛包括按照體積大于0%到約20%的量中的氧和惰性氣體。碲化鎘層能沉積在硫化鎘層上。參考下面的描述和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的這些和其它特征、方面以及優(yōu)點將變得更好理解。結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成其一部分的附圖示出本發(fā)明的實施例，以及同描述一起用來解釋本發(fā)明的原理。


針對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的、本發(fā)明的完整和使能性的公開(包括其最佳模式)， 在參考附圖的說明書中陳述，在附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的、示例性碲化鎘薄膜光伏器件的截面圖的一般性示意圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的、示例性碲化鎘薄膜光伏器件的截面圖的一般性示意圖；圖3示出了示例性硫化鎘層和由多個分級的層形成的第二硫化鎘層的截面圖的一般性示意圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的、示例性DC濺射室的截面圖的一般性示意圖；以及圖5示出了制造包括碲化鎘薄膜光伏器件的光伏模塊的示例性方法的流程圖。在本說明書和附圖中重復(fù)使用的引用字符旨在表示相同或相似的特征或要素。
具體實施例方式現(xiàn)在，將詳細參考本發(fā)明的實施例，其一個或多個示例示于附圖中。每個示例通過解釋本發(fā)明而不是限制本發(fā)明的方式來提供。實際上，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然的是在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，能在本發(fā)明中進行多種修改和變化。例如，作為實施例一部分示出或描述的特征能與另一個實施例一起使用，以產(chǎn)生又一個實施例。因而，本發(fā)明意在覆蓋如所附權(quán)利要求及它們等同范圍之內(nèi)的此類修改和變化。在本公開中，當某層被描述為在另一層或襯底“上”或“上方”時，理解的是所述層或者能彼此直接接觸，或者具有層之間的另一層或特征。因而，這些術(shù)語簡單描述層彼此之
間的相對位置，而不一定意味著“在......之上”，因為上面或下面的相對位置依賴于器件
對觀察者的朝向。另外，盡管發(fā)明不限于任何具體的膜厚度，但是描述光伏器件任何膜層的術(shù)語“薄” 一般是指具有小于約10微米(“百萬分之一米”或“μ m”)的厚度的膜層。要理解，本文提到的范圍和限制包括位于規(guī)定限制之內(nèi)的所有范圍(即，子范圍)。例如，從約100到約200的范圍也包括了從110到150、170到190、153到162、以及 145. 3到149. 6的范圍。此外，直到約7的限制也包括了直到約5、直到3、以及直到約4. 5 的限制，以及包括了在該限制之內(nèi)的范圍(例如從約1到約5，和從約3. 2到約6. 5)。一般而言，公開了器件和方法，用于包括氧的硫化鎘層(例如，氧摻雜的硫化鎘層)，具體地，這些硫化鎘層包括在基于碲化鎘的薄膜器件中。在硫化鎘層中包括氧能導(dǎo)致光學(xué)帶隙移動，以包括更高的能量輻射(例如藍和紫外輻射)。因而，包括氧的硫化鎘層能允許更多光進入碲化鎘層以用于到電流的轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致了更有效的光伏器件。
向硫化鎘層添加氧可導(dǎo)致在硫化鎘層的結(jié)構(gòu)之內(nèi)形成氧化鎘(CdO)。包括在硫化鎘層中的氧的量能根據(jù)需要的光學(xué)帶隙移動而變化。在大多數(shù)實施例中，硫化鎘層中的氧的摩爾百分比能大于O %到約20 %，例如約1 %到約18 %在具體實施例中，硫化鎘層中的氧的摩爾百分比能是約3%到約16%，例如約5%到約15%。如果在硫化鎘層中包括了多于約20摩爾％ (20molar%)的氧，則該層可變得太絕緣，并且負面影響結(jié)果光伏器件的性能。從沉積硫化鎘層期間存在的氧氣，能夠供給氧。例如，當從硫化鎘靶濺射硫化鎘層時，氧氣能包括在濺射氣氛中，例如以按照濺射氣氛的體積、大于0%到約20%的氧濃度 (例如，約到約18% (按照體積)或約5%到約15% (按照體積))。濺射氣氛的剩余百分比可包括惰性氣體(一種或多種)，例如氬。濺射沉積涉及從作為材料源的靶噴出材料，及將噴出的材料沉積在襯底上，以形成膜。DC濺射一般涉及對位于濺射室之內(nèi)襯底(即，陽極)附近的金屬靶(即，陰極)施加直流電，以形成直流放電。濺射室能具有反應(yīng)氣氛(例如，氧氣氛、氮氣氛)，其在金屬靶和襯底之間形成等離子體場。也可存在其它惰性氣體(例如，氬等)。反應(yīng)氣氛的壓力能在約lmTorr和約20mTorr之間，以用于磁控管濺射。該壓力能甚至更高，以用于二極管濺射(例如，從約25mTorr到約IOOmTorr)。當施加電壓時從靶釋放金屬原子之時，金屬原子沉積在襯底表面上。例如，當氣氛包含氧時，從金屬靶釋放的金屬原子能在襯底上形成金屬氧化物層。施加到源材料的電流能依賴于源材料的尺寸、濺射室的尺寸、襯底表面積的量、 以及其它變量而變化。在一些實施例中，施加的電流能從約2amp到約20amp。相反地，RF 濺射涉及通過在靶(例如，陶瓷源材料)和襯底之間施加交流(AC)信號或射頻(RF)信號，激發(fā)容性放電。濺射室能具有可包含或可不包含反應(yīng)物質(zhì)(例如，氧、氮等)的惰性氣氛(例如，氬氣氛)，其具有在約ImTorr和約20mTorr之間的壓力，以用于磁控管濺射。而且，該壓力能甚至更高，以用于二極管濺射(例如，從約25mTorr到約IOOmTorr)。圖4示出了一般性示意圖，作為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的、示例性DC濺射室60的截面圖。DC功率源62配置成控制和供給DC功率到室60。如示出的，DC功率源施加電壓到陰極64，以在陰極64和由室壁形成的陽極之間創(chuàng)建電壓電勢(voltage potential)，以使得襯底在陰極和陽極之間。玻璃襯底12分別經(jīng)由導(dǎo)線68和69，被保持在頂部支撐66和底部支撐67之間。一般地，玻璃襯底12位于濺射室60之內(nèi)，以使得硫化鎘層18形成在面對陰極64的表面上，且一般在TCO層14和RTB層16 (未示出)上，如下面所討論的。一旦引燃濺射氣氛，等離子體場70就被創(chuàng)建，并響應(yīng)于陰極64和充當陽極的室壁之間的電壓電勢而被維持。該電壓電勢引起等離子體場70之內(nèi)的等離子體離子朝向陰極 64加速，引起來自陰極64的原子朝向玻璃襯底12上的表面噴出。因此，陰極64能稱之為 “靶”，并且充當用于在面對陰極64的玻璃襯底12的表面上形成硫化鎘層18的源材料。為了形成硫化鎘層，陰極64能夠是金屬合金靶，例如硫化鎘的靶。另外，在一些實施例中，能夠利用多個陰極64。多個陰極64能對形成包括幾種類型材料的層特別有用(例如，共濺射)。由于濺射氣氛包含氧氣，因此等離子體場70的氧顆粒能與噴出的靶原子反應(yīng)，以形成包括氧的硫化鎘層18。盡管僅示出單個DC功率源62，但能通過使用耦合在一起的多個功率源來實現(xiàn)電壓電勢。另外，示例性濺射室60示為具有豎直朝向，但是能利用任何其它配置。在退出濺射室60后，襯底12能進入相鄰的退火爐(未示出)，以開始退火處理。
當前提供的濺射包括氧的硫化鎘層的方法能用于利用硫化鎘層的任何膜堆疊的形成中。例如，包括氧的硫化鎘層能在形成利用碲化鎘層的任何碲化鎘器件期間使用，例如，在公開于 Murphy 等人的、名稱為 “Ultra-high Current Density Cadmium Telluride PhotovoltaicModules.，，的美國公開No. 2009/0194165中的碲化鎘薄膜光伏器件中。圖1代表能根據(jù)本文描述的方法形成的、示例性碲化鎘薄膜光伏器件10。圖1的示例性器件10包括用作襯底的頂部片玻璃12。在該實施例中，玻璃12能稱之為“超底 (superstrate) ”，因為當使用碲化鎘薄膜光伏器件10時，即使它向上面向輻射源(例如，太陽)，它仍是隨后的層在其上形成的襯底。頂部片玻璃12能夠是高透射玻璃(例如，高透射硼硅酸鹽玻璃)、低鐵浮法玻璃、或其它高透明材料。玻璃一般足夠厚以為隨后的膜層提供支持(例如，從約0. 5mm到約IOmm厚)，并且基本是平的以提供用于形成隨后的膜層的良好表面。在一個實施例中，玻璃12能夠是低鐵浮法玻璃，其包含小于約0.015% (按照重量) 的鐵(Fe)，并且可具有關(guān)注譜(例如，波長從約300nm到約900nm)中約0. 9或更大的透射性(transmissiveness)。在另一實施例中，可利用硼硅酸鹽玻璃，以更好地承受高溫處理。圖1的示例性器件10的玻璃12上示出了透明傳導(dǎo)氧化(TCO)層14。TCO層14允許光以最少吸收通過，同時還允許由器件10產(chǎn)生的電流旁路行進到不透明金屬導(dǎo)體(未示出)。例如，TCO層14能具有少于約30歐姆每平方(ohmper square)的片電阻，例如從約 4歐姆每平方到約20歐姆每平方(例如，從約8歐姆每平方到約15歐姆每平方)。在某些實施例中，TCO層14能具有在約0. 1 μ m和約1 μ m之間(例如，從約0. 1 μ m到約0. 5 μ m， 例如從約0. 25 μ m到約0. 35 μ m)的厚度。示例性碲化鎘薄膜光伏器件10上的TCO層14上示出了電阻透明緩沖層16 (RTB 層)。RTB層16 —般比TCO層14具更多電阻性，且能幫助保護器件10，使之免于器件10的處理期間在TCO層14和隨后的層之間的化學(xué)交互。例如，在某些實施例中，RTB層16能具有大于約1000歐姆每平方(例如，從約IOk歐姆每平方到約1000M歐姆每平方)的片電阻。 RTB層16還能具有寬光學(xué)帶隙(例如，大于約2. 5eV，例如從約2. 7eV到約3. OeV)。在不希望由具體理論束縛的情況下，認為TCO層14和硫化鎘層18之間的RTB層16 的出現(xiàn)能通過減少界面缺陷(即，硫化鎘層18中的“針孔”)的可能性，允許相對薄的硫化鎘層18被包括在器件10中，界面缺陷在TCO層14和碲化鎘層22之間形成分路(shunt)。 因而，認為RTB層16允許TCO層14和碲化鎘層22之間的、改善的粘附性和/或交互，從而允許相對薄的硫化鎘層18形成在其上，而沒有此類相對薄的硫化鎘層18直接形成在TCO 層14上時將否則導(dǎo)致的顯著不利影響。例如，RTB層16能包括氧化鋅(ZnO)和氧化錫(SnO2)的組合物，其能稱為氧化鋅錫層(“ΖΤ0”)。在一個具體實施例中，RTB層16能包括比氧化鋅多的氧化錫。例如，RTB 層16能具有Zn0/Sn02的化學(xué)計量比在約0.25和約3之間(例如，以約一比二(1 2)的、 氧化錫對氧化鋅的化學(xué)計量比)的合成物。RTB層16能通過濺射、化學(xué)汽相沉積、噴霧熱解或任何其它適合的沉積方法形成。在一個具體實施例中，RTB層16能通過濺射(例如， DC濺射或RF濺射)在TCO層14上形成(如下面關(guān)于硫化鎘層18的沉積更詳細討論的)。 例如，能通過向金屬源材料(例如，元素的鋅、元素的錫、或其混合物)施加DC電流并在存在氧化氣氛(例如，O2氣體)時將該金屬源材料濺射到TCO層14上、使用DC濺射方法來沉積RTB層16。當氧化氣氛包括氧氣(即，O2)時，該氣氛能夠是大于約95% (例如，大于約99% )的純氧。在某些實施例中，RTB層16能具有約0.075 μ m和約1 μ m之間(例如，從約0. Ιμπι 到約0. 5 μ m)的厚度。在具體實施例中，RTB層16能具有約0. 08 μ m和約0. 2 μ m之間(例如，從約0. 1 μ m到約0. 15 μ m)的厚度。圖1的示例性器件10的RTB層16上示出了包括氧的硫化鎘層18。硫化鎘層18 是η型層，其一般包括硫化鎘(CdS)和氧，但還可包括其它材料，例如硫化鋅、硫化鋅鎘等、 及其混合物以及摻雜劑和其它雜質(zhì)。硫化鎘層18能具有寬帶隙(例如，從約2.25eV到約 2. 5eV，例如約2. 4eV)，以便允許大多數(shù)的輻射能量(例如，太陽輻射)通過。因此，硫化鎘層18被認為是器件10上的透明層。硫化鎘層18能通過濺射、化學(xué)汽相沉積、化學(xué)浴沉積、以及其它合適的沉積方法形成。在一個具體實施例中，硫化鎘層18能通過濺射(例如，直流(DC)濺射或射頻(RF) 濺射)形成在電阻透明層16上。由于電阻透明層16的存在，硫化鎘層18能具有小于約0. 1 μ m(例如，約IOnm和約IOOnm之間，例如從約50nm到約80nm)的厚度，在電阻透明層16和硫化鎘層18之間最小限度地存在針孔。另外，具有小于約0. Ιμπι厚度的硫化鎘層18減少了硫化鎘層18對輻射能量的任何吸收，有效增加了到達在下面的碲化鎘層22的輻射能量的量。圖2示出了另一個示例性器件10，其具有包括氧的硫化鎘層18上的第二硫化鎘層 19。第二硫化鎘層19能被包括在包括氧的硫化鎘層18和碲化鎘層20之間，以改善在包括氧的硫化鎘層18和碲化鎘層20之間形成的結(jié)。在一個具體實施例中，第二硫化鎘層19能基本沒有氧，以抑制氧從包括氧的硫化鎘層18擴散到碲化鎘層20中。如在本文中使用的，術(shù)語“基本沒有”是指不多于不顯著的痕量(trace amount)存在，并包含完全沒有(例如，0摩爾％直到0. 0001摩爾％ )。例如， 能從包括氧的第一濺射氣氛濺射包括氧的硫化鎘層18。然后，能在基本沒有氧的第二濺射氣氛中濺射第二硫化鎘層19。例如，能在包含惰性氣體(例如，氬)而沒有任何氧存在的濺射氣氛(例如，基本由惰性氣體(例如，氬)或多種惰性氣體組成)中，從硫化鎘的陶瓷靶濺射第二硫化鎘層19。在一個實施例中，濺射氣氛能由氬組成，以用于在包括氧的硫化鎘層 18上濺射第二硫化鎘層19。當存在時，第二硫化鎘層19能具有約IOnm到約100nm(例如，約IOnm到約50nm) 的厚度，而包括氧的硫化鎘層18具有約IOnm到約IOOnm (例如，約IOnm到約50nm)的厚度。在另一個實施例中，第二硫化鎘層19能由多個層組成，其中，每個層在離開包括氧的硫化鎘層18和朝向碲化鎘層20的方向中，具有減少量的氧。例如，圖4第二硫化鎘層19的另一示例性實施例包括逐步形成的、減少的氧含量的多個層(分別為層1到5)，以共同定義第二硫化鎘層19。每個單獨的層1-5具有減少的氧含量，使得層2具有比層1少的氧含量，層3具有比層2少的氧含量，層4具有比層3少的氧含量，以及層5具有比層4 少的氧含量。例如，層1能具有約15摩爾％到約20摩爾％的氧含量；層2能具有約10摩爾％到約15摩爾％的氧含量；層3能具有約5摩爾％到約10摩爾％的氧含量；層4能具有約0. 1摩爾％到約5摩爾％的氧含量；以及層5能基本沒有氧。盡管示例性逐步分級的第二硫化鎘層19具有五個層1-5，但能夠使用任何數(shù)目的逐步層來形成分級的第二硫化鎘層 19。另外，層1-5的每個都能形成為變化的厚度，例如從約Inm到約50nm的厚度。在某些實施例中，層1-5的每個的厚度能從約5nm到約50nm，例如從約IOnm到約30nm。在一個實施例中，層1-5的每個能具有基本相同的厚度。能通過在單個室或一系列連續(xù)室中濺射期間減少濺射氣氛中的氧的量，來獲得此類分級的第二硫化鎘層19。在圖1的示例性碲化鎘薄膜光伏器件10中的硫化鎘層18上，示出了碲化鎘層20。 碲化鎘層20是ρ型層，其一般包括碲化鎘(CdTe)，但還可包括其它材料。作為器件10的ρ 型層，碲化鎘層20是與硫化鎘層18(即，η型層)相互作用的光伏層，以從輻射能量的吸收 (通過由于它的高吸收系數(shù)而吸收進入器件10的多數(shù)輻射能量，以及形成電子_空穴對) 來產(chǎn)生電流。例如，碲化鎘層20 —般能由碲化鎘形成并能具有為吸收輻射能量而調(diào)整的帶隙(例如，從約1. 4eV到約1. 5eV，例如約1. 45eV)，以創(chuàng)建具有輻射能量吸收時最高電位 (電壓)的、最大數(shù)量的電子-空穴對。電子可從P型側(cè)(即，碲化鎘層20)穿過結(jié)行進到 η型側(cè)(即，硫化鎘層18)，并且相反地，空穴可從η型側(cè)傳遞到ρ型側(cè)。因而，在硫化鎘層 18和碲化鎘層20之間形成的ρ-η結(jié)形成二極管，其中電荷不平衡導(dǎo)致跨越ρ-η結(jié)的電場的創(chuàng)建。常規(guī)電流被允許在僅一個方向中流動且分離了光感應(yīng)的電子_空穴對。能通過諸如汽相傳輸沉積、化學(xué)汽相沉積(CVD)、噴霧熱解(spraypyrolysis)、電沉積、濺射、近空間升華(CSS)等任何已知的處理來形成碲化鎘層20。在一個具體實施例中，通過濺射來沉積硫化鎘層18，而通過近空間升華來沉積碲化鎘層20。在具體實施例中， 碲化鎘層20能具有約0. 1 μ m和約10 μ m之間(例如從約1 μ m和約5 μ m)的厚度。在一個具體實施例中，碲化鎘層20能具有約2 μ m和約4 μ m之間(例如約3 μ m)的厚度。一系列形成后的處置能施加到碲化鎘層20的暴露表面。這些處置能調(diào)整碲化鎘層20的功能性，并為隨后粘附到背接觸層(一個或多個)22而制備它的表面。例如，碲化鎘層20能在升高的溫度(例如，從約350°C到約500°C，例如從約375°C到約424°C )退火足夠的時間(例如，從約1到約10分鐘)，以創(chuàng)建碲化鎘的品質(zhì)ρ型層(quality p-typelayer)。 在不希望由理論束縛的情況下，認為退火碲化鎘層20(和器件10)將通常輕ρ型摻雜的或甚至η型摻雜的碲化鎘層20轉(zhuǎn)換成具有相對低電阻率的、更強ρ型碲化鎘層20。另外，在退火期間碲化鎘層20能再結(jié)晶并經(jīng)歷顆粒生長。為了用氯化物離子來摻雜碲化鎘層20，能在存在氯化鎘時執(zhí)行退火碲化鎘層20。 例如，碲化鎘層20能用包含氯化鎘的水溶液來洗滌(wash)，并然后在升高的溫度退火。在一個具體實施例中，在存在氯化鎘時退火碲化鎘層20之后，能洗滌表面以去除形成在表面上的任何氧化鎘。該表面的制備能通過從表面去除氧化物(例如，Cd0、CdTe03、 CdTe2O5等)而留下碲化鎘層20上的富Te(Te-rich)表面。例如，可用適合的溶劑(例如， 也稱為1，2 二氨基乙烷(lddiaminoethane)或“DAE”的乙二胺)來洗滌表面，以從表面去除任何氧化鎘。另外，銅能添加到碲化鎘層20。伴隨合適的蝕刻，銅添加到碲化鎘層20能在碲化鎘層20上形成銅-碲化物表面，以便獲得碲化鎘層20 (S卩，ρ型層)和背接觸層(一個或多個)之間的低電阻電接觸。特別是，銅的添加能在碲化鎘層20和背接觸層22之間創(chuàng)建碲化亞銅(Cu2Te)的表面層。因而，碲化鎘層20的富Te表面能通過碲化鎘層20和背接觸層22之間的較低電阻率，來增強由器件創(chuàng)建的電流的收集。銅能通過任何處理施加到碲化鎘層20的暴露表面。例如，銅能在具有合適溶劑的溶液(例如甲醇、水等、或其組合物)中被洗滌或噴射在碲化鎘層20的表面上，然后退火。 在具體實施例中，可以氯化銅、碘化銅、或醋酸銅的形式在溶液中供給銅。退火溫度足以允許銅離子擴散到碲化鎘層20中，例如從約125°C到約300°C (例如，從約150°C到約200°C )， 對于約5分鐘到約30分鐘，例如從約10到約25分鐘。碲化鎘層20上示出了背接觸層22。背接觸層22 —般用作背電接觸，相對于用作前電接觸的、相對的TCO層14。背接觸層22能形成在碲化鎘層20上，且在一個實施例中直接與其接觸。背接觸層22合適地由一個或多個高傳導(dǎo)材料(例如，元素的鎳、鉻、銅、錫、 鋁、金、銀、锝或其合金或混合物)制成。另外，背接觸層22能夠是單個層或能夠是多個層。 在一個具體實施例中，背接觸層22能包括石墨，例如由金屬(例如，上面描述的金屬)的一個或多個層跟隨的、P層上沉積的碳層。如果由一個或多個金屬制成或包含一個或多個金屬，則背接觸層22適于通過諸如濺射或金屬蒸發(fā)的技術(shù)來施加。如果它由石墨和聚合物混和物(blend)制成，或由碳膠制成，則通過用于散布混和物或膠的任何適合方法(例如，絲網(wǎng)印刷、噴射或通過“刮”刀(“doCtor”blade))向半導(dǎo)體器件施加該混和物或膠。在施加石墨混和物或碳膠后，能加熱器件，以將該混和物或膠轉(zhuǎn)換成傳導(dǎo)的背接觸層。如果使用碳層，則其厚度能從約0. 1 μ m到約10 μ m,例如從約1 μ m到約5 μ m。如果背接觸的金屬層用于背接觸層22或作為背接觸層22的部分，則其厚度能從約0. 1 μ m到約1. 5 μ m。圖1的示例性碲化鎘薄膜光伏器件10中還示出封裝玻璃24。其它組件(未示出)能包括在示例性器件10中，例如匯流條、外部接線、激光蝕刻劑(Iaseretch)等。例如，當器件10形成光伏模塊的光伏電池時，多個光伏電池能例如通過電接線連接而串聯(lián)連接，以獲得期望的電壓。串聯(lián)連接的電池的每端能附連到諸如導(dǎo)線或匯流條的適合導(dǎo)體，以將光伏生成的電流引導(dǎo)到用于連接到使用生成的電的器件或其它系統(tǒng)的便利位置。獲得此串聯(lián)連接的便利方式是激光刻劃器件，以將該器件分成由互連連接的一系列電池。在一個具體實施例中，例如，能使用激光來刻劃半導(dǎo)體器件的沉積的層， 以將器件分成多個串聯(lián)連接的電池。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的、制造光伏器件的示例性方法30的流程圖。 根據(jù)示例性方法30，在32，TCO層形成在玻璃襯底上。在34，電阻透明緩沖層形成在TCO層上。在36，包含氧的硫化鎘層形成在電阻透明緩沖層上?？蛇x地，在38，在硫化鎘層上形成基本沒有氧的第二硫化鎘層。在40，在硫化鎘層上形成碲化鎘層。在42，碲化鎘層能在存在氯化鎘時退火，并在44被洗滌，以移除表面上形成的氧化物。在46，能以銅來摻雜碲化鎘層。在48，能在碲化鎘層上方施加背接觸層(一個或多個)，并能在50在背接觸層上方施加封裝玻璃。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當認識到其它處理和/或處置能包括在方法30中。例如， 該方法還可包括激光刻劃，以在器件中形成電隔離的(isolated)的光伏電池。然后，這些電隔離的光伏電池能串聯(lián)連接，以形成光伏模塊。而且，電導(dǎo)線能連接到光伏模塊的正極端子和負極端子，以提供利用由光伏模塊產(chǎn)生的電流的引線(lead wire)。本書面描述使用示例來公開包括最佳模式的本發(fā)明，以及還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能實踐本發(fā)明，包括制作和使用任何器件或系統(tǒng)及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明可取得專利的范圍由權(quán)利要求來定義，且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果此類其它示例包括與權(quán)利要求字面語言無不同的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求字面語言無實質(zhì)不同的等效結(jié)構(gòu)要素，則它們旨在在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。光伏器件10
透明傳導(dǎo)氧化層14
電阻透明緩沖層16
硫化鎘層18
第二硫化鎘層19
層1-5
碲化鎘層20
封裝玻璃24
方法30
步驟 32、34、36、38、40、42、44、46、48、50
濺射室60
DC功率源62
陰極64
襯底12
頂部支撐66
底部支撐67
導(dǎo)線68和69
等離子體場70
權(quán)利要求
1.一種碲化鎘薄膜光伏器件(10)，包括襯底(12)；透明傳導(dǎo)氧化層(14)，在所述襯底(12)上；硫化鎘層(18)，在所述透明傳導(dǎo)氧化層(14)上，其中，所述硫化鎘層(18)包括在大于 0%到約20%的摩爾百分比中的氧；碲化鎘層(20)，在所述硫化鎘層(18)上；以及，背接觸層(22)，在所述碲化鎘層(20)上。
2.如權(quán)利要求1所述的器件(10)，其中，所述硫化鎘層(18)包括約到約18%的、 優(yōu)選是約5%到約15%的摩爾百分比中的氧。
3.如權(quán)利要求1或2所述的器件(10)，還包括在所述硫化鎘層(18)和所述碲化鎘層(20)之間的第二硫化鎘層(19)，其中，所述第二硫化鎘層基本沒有氧。
4.如權(quán)利要求3所述的器件(10)，其中，所述第二硫化鎘層(19)包括硫化鎘。
5.如權(quán)利要求3或4所述的器件(10)，其中，所述第二硫化鎘層(19)具有約IOnm到約IOOnm的厚度。
6.如權(quán)利要求1或2所述的器件(10)，還包括包括多個層的第二硫化鎘層(19)，其中在離開所述硫化鎘層(18)并朝向所述碲化鎘層(20)的方向中，每個層具有減少量的氧。
7.如前面權(quán)利要求任一項所述的器件(10)，其中，所述硫化鎘層(18)包括在從所述透明傳導(dǎo)氧化層(14)到所述碲化鎘層(20)的方向中減少的分級濃度中的氧。
8.如前面權(quán)利要求任一項所述的器件(10)，還包括在透明傳導(dǎo)氧化(14)層和所述硫化鎘層(18)之間的電阻透明緩沖層(16)。
9.一種在襯底上沉積硫化鎘層(18)的方法，所述方法包括在濺射氣氛中，從靶(64)將硫化鎘層(18)濺射在襯底(12)上，其中，所述靶(64)包括硫化鎘，并且其中，所述濺射氣氛包括按照體積大于0 %到約20 %的量中的、優(yōu)選是按照體積約2%到約15%的量中的氧和惰性氣體。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述濺射氣氛具有約IOmTorr到約150mTorr的濺射壓力。
11.如權(quán)利要求9或10所述的方法，還包括在第二濺射氣氛中，將第二硫化鎘層(19)濺射到所述硫化鎘層(18)上，其中，所述第二濺射氣氛基本沒有氧。
12.如權(quán)利要求9到11的任一項所述的方法，其中，所述第二濺射氣氛基本由惰性氣體組成。
13.如權(quán)利要求9到12的任一項所述的方法，其中，所述濺射氣氛中氧的量在濺射期間減少，以使得所述硫化鎘層(18)具有在離開所述襯底的方向中減少的氧的分級濃度。
14.如權(quán)利要求9到13的任一項所述的方法，還包括濺射包括多個層的第二硫化鎘層(19)，其中每個層在離開所述襯底的方向中具有減少量的氧。
15.一種制造碲化鎘薄膜光伏器件(10)的方法，所述方法包括將電阻透明緩沖層(16)沉積在透明傳導(dǎo)氧化層(14)上，其中所述透明傳導(dǎo)氧化層 (14)在襯底(12)上；根據(jù)權(quán)利要求9到14的任一項的方法，將硫化鎘層(18)濺射在所述電阻透明緩沖層 (16)上；以及，將碲化鎘層(20)沉積在所述硫化鎘層(18)上。
全文摘要
本發(fā)明為基于碲化鎘的薄膜光伏器件使用的硫化鎘層及其制造方法。提供了碲化鎘薄膜光伏器件10。器件10能包括襯底12，襯底12上的透明傳導(dǎo)氧化層14；透明傳導(dǎo)氧化層14上的電阻透明緩沖層16；電阻透明緩沖層16上的硫化鎘層18；硫化鎘層18上的碲化鎘層20；以及，碲化鎘層20上的背接觸層22。硫化鎘層18能包括大于0％到約20％的摩爾百分比中的氧。在一個具體實施例中，基本沒有氧的第二硫化鎘層19能位于硫化鎘層18和碲化鎘層20之間。本發(fā)明還提供了在襯底12上沉積硫化鎘層18的方法和制造碲化鎘薄膜光伏器件10的方法。
文檔編號C23C14/34GK102237418SQ201110159219
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者J·A·德雷頓, R·D·戈斯曼, S·D·費爾德曼-皮博迪 申請人:初星太陽能公司