專利名稱：單片集成太陽能模塊和制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及光伏電池，并且更特別地涉及單片集成碲化鎘(CdTe)模塊。
背景技術(shù)：
PV(或太陽能)電池用于將太陽能轉(zhuǎn)換成電能。典型地，在它的基本形式中，PV電池包括用設(shè)置在襯底層上的兩層或三層制成的半導(dǎo)體結(jié)，以及用于采用電流的形成傳遞電能到外部電路的兩個(gè)接觸(導(dǎo)電層)。此外，常常采用另外的層以增強(qiáng)PV器件的轉(zhuǎn)換效率。有多種PV電池的候選材料系統(tǒng)，其中每個(gè)具有某些優(yōu)勢和劣勢。CdTe是突出的多晶薄膜材料，具有大約1.45-1.5電子伏特的近理想帶隙。CdTe還具有非常高的吸收率，并且CdTe的膜可以使用低成本技術(shù)制造。為了形成太陽能模塊，PV電池必須電互連。常規(guī)的互連方式牽涉經(jīng)由疊瓦 (shingling)或金屬帶將分立電池連接在一起。在常規(guī)方式中，互連的電池不維持公共襯底。另一個(gè)互連技術(shù)是單片集成，其中PV電池作為電池制造工藝的一部分而電互連。 單片集成典型地被實(shí)現(xiàn)以用于薄膜PV模塊，其中PV層沉積在大面積襯底之上。薄膜PV模塊通過將模塊分割成串聯(lián)連接的個(gè)體電池實(shí)現(xiàn)以提供高電壓輸出。劃線和圖案化步驟常常用于將大面積分割成電互連的電池同時(shí)維持公共襯底。該方式典型地應(yīng)用于沉積在玻璃上的太陽能電池。存在若干方式用于實(shí)現(xiàn)單片集成，并且每個(gè)方式具有除其他因素之外涉及制造順序、要求的工具和材料相互作用的各種優(yōu)勢和劣勢。薄膜PV制造中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)中的一個(gè)涉及需要將相鄰電池的頂部接觸隔離，即劃線通過頂部導(dǎo)電外層而不損傷下面的層。對于形成單片互連，三個(gè)劃線是典型必需的。劃線之間的間距應(yīng)該足夠?qū)捯钥朔幌Ｍ碾娺B接的可能性。然而，由劃線占用的總面積加上劃線之間的任何空間應(yīng)該理想地盡可能小以最大化PV電池的吸收面積。機(jī)械劃線對于柔性襯底常常是不實(shí)用的，并且如果下面的層是比上面的層具有更高吸收性，激光劃線可以是大有希望的。圖1圖示二硒化銅銦鎵(Cu (In, Ga) Se2或CIGS)電池的示例常規(guī)單片PV電池互連工藝。如示出的，例如在圖1中，該工藝以在襯底62上沉積第一導(dǎo)電層60開始。對于圖示的工藝，該第一導(dǎo)電層60使用橫過模塊的線形切口 64劃線。例如CIGS層等半導(dǎo)體層66 然后如在圖1中描繪來沉積。平行于第一劃線64的第二劃線68將CIGS層66隔離成個(gè)體 PV電池。例如透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層的第二導(dǎo)電層70然后也如在圖1中描繪來沉積。 該單片集成工藝用第三劃線72完成，其留下串聯(lián)連接74，其中來自第二導(dǎo)電層70的TCO將一個(gè)PV電池76的頂部連接到下一個(gè)PV電池78的底部。所得的單片集成CIGS電池76、78 具有稱為“襯底幾何結(jié)構(gòu)”的結(jié)構(gòu)。即，電池76、78設(shè)置在絕緣襯底62 (其典型地是玻璃) 上并且包括用TCO層70形成的透明上接觸。由于在對于柔性襯底上生長的電池對準(zhǔn)三個(gè)劃線方面的內(nèi)在困難，單片互連在應(yīng)用中典型地限于玻璃襯底上的PV模塊制造。然而，為了制造輕量和堅(jiān)固的CdTe太陽能模塊，使用例如金屬或聚合物網(wǎng)等柔性襯底將是可取的。常規(guī)CdTe PV電池采用“上覆層(superstrate) ”幾何結(jié)構(gòu)沉積，如在圖2中圖示的。如在圖2中示出的，CdTe太陽能電池80在玻璃襯底82上形成。透明導(dǎo)電層84 (典型地 TCO層84)沉積在玻璃襯底82上。接著，可選的高電阻透明導(dǎo)電氧化物(high resistance transparent conductive oxide) (HRT)層 86 可沉積在該 TCO 層 84 上，并且典型地 CdS 層 88沉積在該HRT層86上。CdTe層90沉積在該CdS層88上，并且形成背接觸92。另外，可包括上玻璃襯底94以提供廉價(jià)的環(huán)境阻擋物。然而，采用上覆層幾何結(jié)構(gòu)制造的常規(guī)CdTe電池可以具有某些缺點(diǎn)。例如，因?yàn)槲阵w層在高溫下的隨后沉積，優(yōu)化窗口層可能是不可能的。此外，采用上覆層幾何結(jié)構(gòu)沉積的常規(guī)CdTe電池典型地在玻璃襯底82上形成，其可以增加總重量并且減損所得PV模塊的堅(jiān)固性。因此提供用于采用襯底幾何結(jié)構(gòu)制造CdTe PV電池的方法使得可以采用例如金屬或聚合物網(wǎng)等柔性襯底將是可取的。提供用于單片集成采用襯底幾何結(jié)構(gòu)沉積的CdTe PV 電池的方法以便減少處理時(shí)間和成本將進(jìn)一步是可取的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面在于包括第一導(dǎo)電層和絕緣層的單片集成光伏(PV)模塊。該第一導(dǎo)電層設(shè)置在該絕緣層下面。該單片集成PV模塊進(jìn)一步包括背接觸金屬層、P型半導(dǎo)體層和具有至少大約五(5) μ m的中等晶粒大小并且包括鎘和碲的大致上本征的半導(dǎo)體層。該單片集成PV模塊進(jìn)一步包括η型半導(dǎo)體層。該大致上本征半導(dǎo)體層設(shè)置在該ρ型半導(dǎo)體層和該η型半導(dǎo)體層之間從而形成有源半導(dǎo)體堆疊。該背接觸金屬層設(shè)置在該絕緣層和該有源半導(dǎo)體堆疊之間。該單片集成PV模塊進(jìn)一步包括設(shè)置在該有源半導(dǎo)體堆疊上面的第二導(dǎo)電層和至少一個(gè)延伸通過該背接觸金屬層的第一溝槽。該第一溝槽中的每個(gè)將相應(yīng)PV電池的背接觸金屬層與相應(yīng)相鄰PV電池的背接觸金屬層分開。至少一個(gè)第二溝槽延伸通過P型半導(dǎo)體、大致上本征半導(dǎo)體和η型半導(dǎo)體層。該第二溝槽中的每個(gè)將相應(yīng)PV 電池的P型半導(dǎo)體、大致上本征半導(dǎo)體和η型半導(dǎo)體層與相應(yīng)相鄰PV電池的ρ型半導(dǎo)體、 大致上本征半導(dǎo)體和η型半導(dǎo)體層分開。至少一個(gè)第三溝槽延伸通過第二導(dǎo)電層。該第三溝槽中的每個(gè)將相應(yīng)PV電池的第二導(dǎo)電層與相應(yīng)相鄰PV電池的第二導(dǎo)電層分開。本發(fā)明的另一個(gè)方面在于用于單片集成光伏(PV)電池的方法。該單片集成方法包括提供第一導(dǎo)電層、在該第一導(dǎo)電層上沉積絕緣層、在該絕緣層上沉積背接觸金屬層以及形成至少一個(gè)延伸通過該背接觸金屬層的第一溝槽。該單片集成方法進(jìn)一步包括在該背接觸金屬層上沉積有源半導(dǎo)體堆疊。該有源半導(dǎo)體堆疊包括設(shè)置在P型半導(dǎo)體層和η型半導(dǎo)體層之間的具有至少大約五(5) μ m的中等晶粒大小的大致上本征的半導(dǎo)體層。該單片集成方法進(jìn)一步包括形成至少一個(gè)延伸通過P型、大致上本征和η型半導(dǎo)體層的第二溝槽、 至少部分在該有源半導(dǎo)體堆疊上沉積第二導(dǎo)電層以及形成至少一個(gè)延伸通過該第二導(dǎo)電層的第三溝槽。


當(dāng)下列詳細(xì)說明參照附圖(其中類似的符號在整個(gè)附圖中代表類似的部件)閱讀時(shí)，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)勢將變得更好理解，其中圖1圖示CIGS的示例常規(guī)單片PV電池互連工藝；圖2圖示采用“上覆層”配置制造的常規(guī)CdTe PV電池；圖3是采用“襯底”配置制造的示例CdTe n-i-p結(jié)構(gòu)的示意剖視圖；圖4圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于制造采用“襯底”配置并且具有圖3中示出的n-i-p結(jié)構(gòu)的CdTe PV電池的示例單片集成工藝的前三個(gè)步驟；圖5圖示在圖4中示出的示例工藝的接著的三個(gè)步驟；圖6是具有HRT層并且采用“襯底”配置制造的另一個(gè)示例CdTen-i-p結(jié)構(gòu)的示意剖視圖；圖7是采用“襯底”配置沉積并且具有圖6的HRT層和n-i-p結(jié)構(gòu)的示例單片集成CdTe模塊的示意剖視圖；圖8是采用“襯底”配置制造的示例CdTe p-i-n結(jié)構(gòu)的示意剖視圖；圖9是采用具有p-i-n結(jié)構(gòu)的PV電池的“襯底”幾何結(jié)構(gòu)制造的示例單片集成PV 模塊的示意剖視圖。
具體實(shí)施例方式提供單片集成采用“襯底”配置制造的CdTe PV電池的方法。單片互連模塊200 可用例如在圖3中描繪的CdTe n-i-p結(jié)構(gòu)或在圖8中描繪的CdTe p-i-n結(jié)構(gòu)等單個(gè)器件 210來配制。圖3和8的結(jié)構(gòu)中的每個(gè)采用用于CdTe電池的“襯底”(如與常規(guī)的“上覆層”相反)配置。在圖3和8中示出的配置包括第一導(dǎo)電層12、p型半導(dǎo)體層14、大致上本征(i型)的半導(dǎo)體層16、n型半導(dǎo)體層18和第二導(dǎo)電層22。如在圖3和8中指示的，該ρ 型半導(dǎo)體層14、大致上本征(i型)的半導(dǎo)體層16、η型半導(dǎo)體層18形成有源半導(dǎo)體堆疊 30。對于在圖3中示出的示例設(shè)置，第一導(dǎo)電層12設(shè)置在ρ型半導(dǎo)體層14下面，而η型半導(dǎo)體層18設(shè)置在第二導(dǎo)電層22下面，使得光入射通過η型半導(dǎo)體層18。對于圖3中示出的配置，大致上本征的CdTe層16設(shè)置在ρ型半導(dǎo)體層14和η型半導(dǎo)體層18之間，由此形成n-i-p結(jié)構(gòu)30。如本領(lǐng)域內(nèi)已知的，在大致上本征的CdTe層中產(chǎn)生的載流子對由相應(yīng)摻雜層產(chǎn)生的內(nèi)場分開，以便形成光伏電流。如此，n-i-p結(jié)構(gòu)當(dāng)暴露于適當(dāng)?shù)恼彰鲿r(shí)產(chǎn)生光伏電流，其由與器件的適當(dāng)層電連通的導(dǎo)電層12、22收集。相似地，對于圖8中示出的示例設(shè)置，第一導(dǎo)電層12設(shè)置在η型半導(dǎo)體層18下面，并且P型半導(dǎo)體層14設(shè)置在第二導(dǎo)電層22下面，使得光入射通過ρ型半導(dǎo)體層14，由此形成p-i-n結(jié)構(gòu)(其也由標(biāo)號30指示)。大致上本征的半導(dǎo)體層16包括鎘和碲，并且更特別地包括從由碲化鎘(CdTe)、碲化鎘鋅、碲化鎘硫、碲化鎘錳、碲化鎘鎂和其的組合構(gòu)成的組選擇的材料。如這里使用的，短語“大致上本征”應(yīng)該理解為指示具有小于大約每立方厘米(CC)IO13的載流子濃度的材料。 如將由本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員認(rèn)識到的，對于主動摻雜的材料和沒有主動引入摻雜劑形成的材料兩者可以獲得該范圍中的載流子濃度。CdTe的η型摻雜劑的非限制性示例包括鋁、銦、 氯、溴和碘。對于CdTe，適合的ρ型摻雜劑非限制性地包括銅、氮、磷、銻、砷和鈉。對于某些配置，大致上本征的半導(dǎo)體層16包括碲化鎘(CdTe)。然而，本征層16在某些實(shí)施例中可包括將不導(dǎo)致大的帶隙偏移(例如，<0. IeV的帶隙偏移)的來自族II和族VI或族III和族V的其他元素，，例如鋅、硫、錳和鎂等。對于特定配置，鎘在CdTe中的原子百分比在從大約48-52原子百分比的范圍中，并且碲在CdTe中的原子百分比在從大約 45-55原子百分比的范圍中。采用的CdTe可以是富Te的，例如碲的原子百分比可在從大約52-55原子百分比的范圍中。對于特定配置，鋅、硫、錳或鎂在CdTe中的原子百分比小于大約10原子百分比，并且更特別地，大約8原子百分比，并且再更特別地，大約6原子百分比，且?guī)锻Ａ粼?. 4-1. 6eV范圍中。已經(jīng)認(rèn)定通過添加小原子百分比的鋅，所得的本征碲化鎘鋅的缺陷密度相對于CdTe減小。然而，相反缺陷態(tài)可偏移到帶內(nèi)不同的能級，導(dǎo)致不同的自補(bǔ)償能級(例如可導(dǎo)致更多施主/受主型狀態(tài)，或更少深缺陷(其可提高壽命))， 這是可能的。然而，十原子百分比的鋅將使帶隙移到大約135eV。相似地，硫的添加將在大約1.4和1.5eV之間改變所得的本征碲化鎘硫的帶隙(對于小的原子S百分比)。參見，例如 D.W.Lane "A review of the optical band gap of thin film CdSxTe1^" Solar Energy Materials & Solar Cells 90(2006) 1169-1175,以及 Jihua Yang 等‘‘Alloy composition and electronic structure of CdlAxZnxTe by surface photovoltage spectroscopy" Journal of Applied Physics 91 卷第 2 其月 703-707 頁。傳統(tǒng)上，基于CdTe的器件的性能已經(jīng)通過將塊體性質(zhì)賦予CdTe來說明。然而，越來越多地存在的表明是器件性能主要由晶界的性質(zhì)控制。根據(jù)特別的實(shí)施例，大致上本征的半導(dǎo)體層16包括許多由晶界分開的晶粒并且具有至少大約五(5) μπι的中等晶粒大小。 該晶粒是輕P型的或輕η型的。對于特別的實(shí)施例，大致上本征的半導(dǎo)體層16內(nèi)至少百分之九十(90%)的晶粒(在剖視圖中)特征在于至少大約五(5) μπι的晶粒大小。根據(jù)更特別的示例，大致上本征的半導(dǎo)體層16內(nèi)至少90%的晶粒特征在于至少大約十(10) μπι的晶粒大小，并且更特別地至少大約二十00) μπι的晶粒大小。另外，對于某些配置，大致上本征的半導(dǎo)體層16具有小于二( μ m的厚度。對于更特別的配置，大致上本征的半導(dǎo)體層 16的中等晶粒大小與大致上本征的半導(dǎo)體層16的厚度的比率大于二，并且更特別地，大于五，并且再更特別地，大于十。在一個(gè)非限制性示例中，中等晶粒大小與大致上本征的半導(dǎo)體層的厚度的比率是大約2. 5。有益地，通過控制該比率，晶界相對遠(yuǎn)，使得電荷載流子更可能碰到前和背接觸中的一個(gè)(相比晶界)(尤其在漂移器件中)。為了避免勢壘在ρ-i界面形成，ρ型半導(dǎo)體層14的材料應(yīng)該選擇成避免ρ型和本征層之間的帶隙不連續(xù)。例如，在本征和ρ型材料之間的界面處Δ1<0.0&ν。P型半導(dǎo)體層14的非限制性示例材料包括碲化鋅(ZnTe)、CdTe、碲化鎂(MgTe)、碲化錳(MnI1e)、碲化鈹(BeTe)、碲化汞(HgTe)、碲化銅(CuxTe)和其的組合。這些材料應(yīng)該也理解為包括其的合金。例如，CdTe可以與鋅、鎂、錳和/或硫合金化以形成碲化鎘鋅、碲化鎘銅、碲化鎘錳、 碲化鎘鎂和其的組合。這些材料可主動摻雜為P型。適合的摻雜劑基于半導(dǎo)體材料改變。 對于CdTe，適合的ρ型摻雜劑非限制性地包括銅、金、氮、磷、銻、砷、銀、鉍和鈉。根據(jù)特別的實(shí)施例，P型半導(dǎo)體層14包括摻雜的ZnTe (例如，ZnTeiCu或SiTe: N)并且具有在大約 50-100nm范圍中的厚度。對于某些配置，ρ型半導(dǎo)體層14和大致上本征的半導(dǎo)體層16形成從ρ型半導(dǎo)體材料轉(zhuǎn)變到大致上本征CdTe的成分梯度層。例如，該轉(zhuǎn)變可在大約IOOnm的距離上發(fā)生。對于在圖3中示出的配置，其中ρ型半導(dǎo)體層14在器件的背面，對ρ型半導(dǎo)體層厚度沒有實(shí)際限制。相反，P型半導(dǎo)體層可剛好足夠厚而成為“存在的”并且足夠薄以不貢獻(xiàn)電阻。然而，對于在圖8中示出的配置，其中光通過ρ型半導(dǎo)體層14進(jìn)入，ρ型半導(dǎo)體層 14的厚度需要最小化，但它必須足夠厚以在電性上是存在的從而在本征層中產(chǎn)生電場。對于在圖8中示出的配置，對于某些示例，本征層的厚度與ρ型半導(dǎo)體層的厚度的比率大于 5 1，并且對于特別的示例是大約20 1，并且對于再更特別的示例是大約100 1。例如，本征CdTe層可以是2 μ m厚并且ρ型窗口層在厚度上可是lOOnm。然而，如果ρ型窗口層被更高摻雜，P型層可如20nm那樣薄，使得該比率是100 1。對于在圖3中示出的配置，η型半導(dǎo)體層18起窗口層的作用。S卩，對于在圖3中示出的配置，η型半導(dǎo)體層18是PV器件10的結(jié)形成層。η型半導(dǎo)體層18的添加引致產(chǎn)生光伏效應(yīng)的電場。η型半導(dǎo)體層18的非限制性示例材料包括硫化鎘(CdS)、硫化銦(III) (1 )、硒化銦(Inje3)、硫化鋅(ZnS)、碲化鋅(SiTe)、硒化鋅(&^e)、硒化鎘(CcKe)、充氧硫化鎘(CdS:0)、氧化銅(Cu2O)和&ι(0，Η)和其的組合。根據(jù)特別實(shí)施例，η型半導(dǎo)體層 18包括CdS并且具有在大約50-200nm范圍中、并且更特別地在50和IOOnm之間的厚度。 對于某些配置，鎘在硫化鎘中的原子百分比在大約45-55原子百分比的范圍中，并且更特別地在大約48-52原子百分比的范圍中。對于更特定的配置，η型半導(dǎo)體層18包括CdS，由此提供在大致上本征的半導(dǎo)體層 16和該CdS層18之間的異質(zhì)結(jié)界面。對于圖3的設(shè)置的一個(gè)非限制性示例配置，η型半導(dǎo)體層18包括基于非晶硅的窗口層(a-Si:H)。相似地，對于圖8的p-i-n設(shè)置的一個(gè)非限制性示例配置，η型半導(dǎo)體層18包括CdTe并且ρ型半導(dǎo)體層14包括基于非晶硅的窗口層 (a-Si:Η)ο對于特定配置，第一導(dǎo)電層12包括金屬襯底，并且該金屬襯底12的非限制性材料包括鎳、鎳合金、銅和銅合金、不銹鋼和不銹鋼合金以及鉬和鉬合金。為了在圖3中示出的半導(dǎo)體堆疊上進(jìn)行單片集成，第一導(dǎo)電層12必須由一個(gè)或多個(gè)絕緣層與半導(dǎo)體層14、16、 18分開。對于圖3中示出的配置，PV電池210進(jìn)一步包括設(shè)置在第一導(dǎo)電層12和ρ型半導(dǎo)體層14之間的絕緣層對。相似地，對于圖8中示出的配置，PV電池210進(jìn)一步包括設(shè)置在第一導(dǎo)電層12和η型半導(dǎo)體層18之間的絕緣層Μ。對于特別實(shí)施例，絕緣層M包括硅、鈦、錫、鉛或鍺。絕緣層M的非限制性示例材料包括使用例如二氧化硅(SiO2)、二氧化鈦(TiO2)和氧碳化硅(SiOC)等材料形成的單晶或多晶絕緣體。根據(jù)更多特別實(shí)施例，絕緣層具有化學(xué)式SiOxCyHz,并且X、y和Z每個(gè)分別具有在大約0. 001-2，更特別地大約0. 01至大約0. 9，并且再更具體地大約0. 1至大約0. 5的范圍中的值。在一個(gè)非限制性示例中，χ是大約1.8，y是大約0.4并且ζ是大約0.07。當(dāng)用這些材料形成時(shí)，絕緣層M在高于或等于大約300°C的溫度、更特別地在高于或等于大約400°C的溫度、并且再更特別地在高于或等于大約500°C的溫度保持它的絕緣性質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，絕緣層M是大致上非晶的?；诮^緣層的總重量，絕緣層M可以具有大約10至大約90重量百分比(wt% )的非晶含量。對于特別的設(shè)置，絕緣層M是完全地非晶的。對于特別的配置，絕緣層M具有在大約1-100 μ m、更特別地大約1_50 μ m、并且再更特別地大約2-20 μ m的范圍中的厚度。在一個(gè)非限制性示例中，絕緣層M具有大約5 μ m 的厚度。
有益地，絕緣層M的存在將電池電隔離以便于將PV電池10單片集成進(jìn)入太陽能模塊(例如200等)。另外，絕緣層M可擔(dān)當(dāng)擴(kuò)散阻擋物以防止金屬(例如，鎳)從接觸 12擴(kuò)散進(jìn)入圖3的n-i-p配置的ρ型材料14。在圖3中示出的配置進(jìn)一步包括設(shè)置在絕緣層M和ρ型半導(dǎo)體層14之間的金屬層觀。相似地，在圖8中示出的配置進(jìn)一步包括設(shè)置在絕緣層M和η型半導(dǎo)體層18之間的金屬層28。該金屬層觀可包括鉬、鋁、鉻、金、鎢、鉭、鈦、鎳、其的合金或其的組合/堆疊。 在一個(gè)非限制性示例中，該金屬層觀包括鉬或其的合金(可能與鋁組合，其中鋁最遠(yuǎn)離半導(dǎo)體層)。對于圖3的n-i-p配置，該金屬層觀用于建立與ρ型層14的歐姆接觸。相似地，對于圖8的p-i-n配置，該金屬層觀用于建立與η型層18的歐姆接觸。對于某些設(shè)置，第二導(dǎo)電層22包括透明導(dǎo)電氧化物(TCO)。透明導(dǎo)電氧化物的非限制性示例包括氧化銦錫(ITO)、摻雜氟的氧化錫(SnO:F)或FT0、摻雜銦的氧化鎘、錫酸鎘(Cd2SnO4)或CTO和摻雜的氧化鋅(ZnO)，例如摻雜鋁的氧化鋅(Ζη0:Α1)或ΑΖ0、氧化銦鋅(IZO)和氧化鋅錫(SiSnOx)和其的組合。取決于采用的特定TC0(和取決于它的薄層電阻)，TCO層22的厚度可在大約50-500nm、并且更特別地100_200nm的范圍中。對于特別配置，第一導(dǎo)電層12包括織構(gòu)化襯底。該織構(gòu)化襯底12的非限制性材料包括鎳、鎳合金、銅和銅合金以及鉬和鉬合金。如在US2007/0044832，F(xiàn)ritzemeier, "Photovoltaic Template”(光伏模板)中公開的，織構(gòu)化襯底可通過使襯底變形形成，并且本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員已知的金屬變形技術(shù)可以用于產(chǎn)生尖銳的織構(gòu)。Fritzemeier教導(dǎo)了面心立方(fee)金屬、體心立方(bcc)金屬和一些基于fee金屬的合金可以用作變形襯底材料，因?yàn)樗鼈兛梢允褂帽娝苤臐L壓變形和退火工藝來雙軸織構(gòu)化。特別地，“立方織構(gòu)”可以使用可控滾壓和退火工藝在fee金屬和合金中獲得，使得所得的變形織構(gòu)化金屬帶擁有接近單晶質(zhì)量的織構(gòu)。中間外延膜可在預(yù)期的半導(dǎo)體膜沉積之前沉積在該織構(gòu)化襯底上。優(yōu)選地，襯底12的織構(gòu)在該中間外延膜的織構(gòu)中復(fù)制。有益地，該織構(gòu)化襯底12可以用作具有至少大約五(5) μ m的中等晶粒大小的大致上本征的半導(dǎo)體層16的生長的模板。 通過使用大晶粒，即比膜的厚度大得多的晶粒，在與晶界關(guān)聯(lián)的缺陷處的電子空穴復(fù)合減少。如果晶粒的質(zhì)量足夠高，可以獲得超出一納秒的載流子壽命。有益地，通過獲得更長的載流子壽命，可以獲得更高的效率。在一個(gè)非限制性示例中，第一導(dǎo)電層12包括織構(gòu)化襯底(例如，沖壓的鎳襯底)， 其中薄金屬膜(沒有示出)沉積在該沖壓襯底上以擔(dān)當(dāng)阻擋物來防止鎳擴(kuò)散進(jìn)入隨后沉積的半導(dǎo)體層和/或增強(qiáng)到圖3的n-i-p配置的ρ型半導(dǎo)體層14 (以及到圖8的p-i-n配置的η型半導(dǎo)體層18)的歐姆接觸。用于形成薄金屬膜的金屬應(yīng)該選擇成優(yōu)化PV器件10 的效率并且優(yōu)選地在CdTe的環(huán)境中保持穩(wěn)定。在一個(gè)非限制性示例中，使用鉬(或其的合金)膜。在其他示例中，采用鉭或鎢(或其的合金)膜。另外，還必須減少界面缺陷，以便增加載流子壽命。為了減少PV電池10中的界面缺陷，η型半導(dǎo)體層18與大致上本征半導(dǎo)體層16的晶體排列以及ρ型半導(dǎo)體層14與大致上本征的半導(dǎo)體層16的晶體排列需要控制。例如，對于在圖3中示出的n-i-p配置，η型半導(dǎo)體層18和大致上本征的半導(dǎo)體層16應(yīng)該大致上晶格匹配(即，它們的晶體結(jié)構(gòu)和晶格常數(shù)應(yīng)該足夠接近)以允許η型半導(dǎo)體層18在大致上本征的半導(dǎo)體層16上的定向生長。 然而，還可應(yīng)用其他鈍化技術(shù)。更關(guān)鍵地，對于在圖3中示出的n-i-p配置，ρ型半導(dǎo)體層14和大致上本征的半導(dǎo)體層16應(yīng)該大致上晶格匹配以允許大致上本征的半導(dǎo)體層16在ρ 型半導(dǎo)體層14上的定向生長。特別地，對于在圖3中示出的n-i-p配置，本征層的定向生長是更關(guān)鍵的，從而在P型層14和本征層16之間的界面處的晶格匹配是特別重要的。相似地，對于在圖8中示出的p-i-n配置，本征層的定向生長是關(guān)鍵的，從而在η型層18和本征層16之間的界面處的晶格匹配是特別重要的。本發(fā)明的單片集成光伏(PV)模塊200實(shí)施例參照圖4-7和9描述，并且采用具有 n-i-p結(jié)構(gòu)的PV電池的“襯底”幾何結(jié)構(gòu)制造的單片集成PV模塊200在圖5的最下面的部分中示出。相似地，采用具有P-i-n結(jié)構(gòu)的PV電池的“襯底”幾何結(jié)構(gòu)制造的單片集成PV 模塊200在圖9中示出。盡管圖4和5圖示具有n-i-p結(jié)構(gòu)的CdTe PV電池的單片集成工藝，可采用相似的工藝來單片集成具有P-i-n結(jié)構(gòu)的CdTe PV電池，其中η型和ρ型層18、 14的沉積順序顛倒。如示出的，例如在圖5和9中，單片集成PV模塊200包括第一導(dǎo)電層12和絕緣層 Μ。對于圖4中示出的設(shè)置，該第一導(dǎo)電層設(shè)置在該絕緣層下面。該第一導(dǎo)電層12和該絕緣層M在上文參照圖3和8詳細(xì)論述。根據(jù)特別的實(shí)施例，該第一導(dǎo)電層12包括織構(gòu)化襯底12，并且更特別地該絕緣層M與該織構(gòu)化襯底12的粗糙度共形。單片集成PV模塊200進(jìn)一步包括背接觸金屬層^、ρ型半導(dǎo)體層14、大致上本征的半導(dǎo)體層16和η型半導(dǎo)體層18。對于在圖9中示出的p-i-n設(shè)置，該背接觸金屬層觀設(shè)置在絕緣層M和該η型半導(dǎo)體層18之間。對于在圖5中示出的n-i-p設(shè)置，該背接觸金屬層觀設(shè)置在絕緣層M和該P(yáng)型半導(dǎo)體層14之間。根據(jù)特別的實(shí)施例，該ρ型半導(dǎo)體層14包括摻雜的SiTe (例如，ZnTe: Cu或SiTe N)并且具有在大約50_100nm范圍中的厚度。該背接觸金屬層28和該ρ型半導(dǎo)體層14在上文參照圖3詳細(xì)論述。大致上本征半導(dǎo)體層16具有至少大約五( μ m的中等晶粒大小。大致上本征半導(dǎo)體層16在上文參照圖3和8詳細(xì)論述并且包括鎘和碲，并且更特別地包括從由碲化鎘 (CdTe)、碲化鎘鋅、碲化鎘硫、碲化鎘錳、碲化鎘鎂和其的組合構(gòu)成的組選擇的材料。對于示例配置，大致上本征半導(dǎo)體層16具有小于二( μ m的厚度。對于特定設(shè)置，大致上本征的半導(dǎo)體層16的中等晶粒大小與大致上本征的半導(dǎo)體層的厚度的比率大于二。對于某些配置，大致上本征的半導(dǎo)體層16包括多個(gè)晶粒，并且至少百分之九十(90%)的晶粒(在剖視圖中)特征在于至少大約五(5) μ m的晶粒大小。如示出的，例如在圖5和9中，單片集成PV模塊200進(jìn)一步包括第二導(dǎo)電層22。 對于兩個(gè)配置，大致上本征的半導(dǎo)體層16設(shè)置在ρ型半導(dǎo)體層14和η型半導(dǎo)體層18之間， 由此形成有源半導(dǎo)體堆疊30 (如在圖3和8中示出的)。對于在圖5中示出的n-i-p設(shè)置， η型半導(dǎo)體層18設(shè)置在本征半導(dǎo)體層16和第二導(dǎo)電層22下面。相似地，對于在圖9中示出的P-i-n設(shè)置，ρ型半導(dǎo)體層14設(shè)置在本征半導(dǎo)體層16和第二導(dǎo)電層22下面。η型半導(dǎo)體層18和第二導(dǎo)電層22在上文參照圖3和8詳細(xì)論述。對于在圖4和9中示出的示例配置，至少一個(gè)第一溝槽11延伸通過背接觸金屬層 28。第一溝槽11中的每個(gè)將相應(yīng)PV電池210(參見，例如圖3和8)的背接觸金屬層28與相應(yīng)相鄰PV電池210的背接觸金屬層觀分開。對于特別的實(shí)施例，第一溝槽11的寬度 WJ參見圖5和11)在大約50-200 μ m的范圍中。對于某些配置，寬度W1選擇為吸收體層 14的厚度的至少兩倍。
如示出的，例如在圖5和9中，至少一個(gè)第二溝槽13延伸通過ρ型半導(dǎo)體、大致上本征半導(dǎo)體和η型半導(dǎo)體層14、16、18。第二溝槽13中的每個(gè)將相應(yīng)PV電池210(參見， 例如圖3和8)的ρ型半導(dǎo)體、大致上本征半導(dǎo)體和η型半導(dǎo)體層(全體為有源半導(dǎo)體堆疊 30) 14、16、18與相應(yīng)相鄰PV電池210的有源PV半導(dǎo)體堆疊30分開。對于特別的實(shí)施例， 第二溝槽13的寬度W2 (參見圖5和9)在大約50-200 μ m的范圍中。第二溝槽13的寬度 W2可選擇成平衡與更大的寬度W2關(guān)聯(lián)的增加的面積損失與較低的電阻。至少一個(gè)第三溝槽15延伸通過第二導(dǎo)電層22，使得第三溝槽15中的每個(gè)將相應(yīng) CdTe PV電池210(參見，例如圖3和8)的第二導(dǎo)電層22與相應(yīng)相鄰CcTTe PV電池210的第二導(dǎo)電層22分開。對于在圖5和11中示出的示例設(shè)置，至少一個(gè)第三溝槽15延伸通過有源PV半導(dǎo)體和第二導(dǎo)電層14、16、18、22中的每個(gè)。第三溝槽15中的每個(gè)將相應(yīng)CdTe PV電池210 (參見，例如圖3和8)的有源PV半導(dǎo)體和第二導(dǎo)電層14、16,18,22與相應(yīng)相鄰 CdTe PV電池210的有源PV半導(dǎo)體和第二導(dǎo)電層14、16、18、22分開。對于某些配置，寬度 W3選擇為ρ型半導(dǎo)體層14的厚度的至少兩倍。為了容易說明，僅單組第一、第二和第三溝槽11、13、15在圖4、5、7和9中示出。然而，PV模塊200可包括許多這些溝槽，使得許多PV電池210包括在模塊200中。對于在圖4和5中示出的示例配置，第一溝槽11中的每個(gè)用形成P型半導(dǎo)體層14 的材料至少部分填充，使得第一溝槽11和P型半導(dǎo)體層14形成一體件。相似地，圖9中示出的示例配置，第一溝槽11中的每個(gè)用形成η型半導(dǎo)體層18的材料至少部分填充，使得第一溝槽11和η型半導(dǎo)體層18形成一體件。對于在圖5和9中示出的示例配置，第二溝槽13中的每個(gè)用形成第二導(dǎo)電層22 的材料至少部分填充，使得第二溝槽13和第二導(dǎo)電層22形成一體件。更一般地，第二溝槽13用具有小于大約10_30hm-cm的電阻率的導(dǎo)電互連材料至少部分填充以提供從PV電池 210的第二導(dǎo)電層22到相鄰PV電池210的背接觸金屬層28的電流路徑，如例如在圖5和 9中指示的。導(dǎo)電互連材料采用這樣的方式圖案化使得它不電連接PV電池10的第二導(dǎo)電層22?？捎糜谔峁?dǎo)電互連材料的適合的導(dǎo)電聚合物可非限制性地包括聚苯胺、聚乙炔、 聚_3，4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)、聚-3，4-丙烯二氧噻吩(PProDOT)、聚磺苯乙烯(PSS)、聚乙烯咔唑(PVK)、有機(jī)金屬前驅(qū)物、分散體或碳納米管等。盡管沒有明確示出，第一溝槽11可用電阻材料至少部分填充。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，該電阻材料可具有大于大約lOOhm-cm的電阻率。適合的示例材料非限制性地包括負(fù)光阻劑。對于特別的實(shí)施例，第一、第二和第三溝槽11、13、15中的一個(gè)或多個(gè)通過液體分配法至少部分填充，該方法非限制性地例如噴墨印刷、絲網(wǎng)印刷、柔性版印刷、凹版印刷、氣溶膠分配、擠出、注射器分配或其的任何組合等。相似地，第三溝槽15可用電阻材料至少部分填充(沒有明確示出)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，該電阻材料可具有大于大約lOohm-cm的電阻率。適合的示例材料非限制性地包括像SiO2的或像Al2O3的材料，其可以印刷在劃線內(nèi)。圖6和7圖示單片集成PV模塊100的另外可選特征。圖6是具有HRT層20并且采用“襯底”幾何結(jié)構(gòu)制造的示例PV堆疊210的示意剖視圖，并且圖7是采用“襯底”幾何結(jié)構(gòu)沉積并且包括圖6的HRT層20的示例單片集成PV模塊200的示意剖視圖。對于在圖 7中示出的示例配置，單片集成PV模塊200進(jìn)一步包括設(shè)置在η型半導(dǎo)體層18和第二導(dǎo)電層22之間的高電阻透明導(dǎo)電氧化物(HRT)層20。如在圖7中指示的，第二和第三溝槽 13、15也延伸通過該HRT層20。根據(jù)特別實(shí)施例，該HRT層20的厚度在大約50nm至大約 IOOnm的范圍中。有益地，該HRT層20充當(dāng)緩沖層并且可以增加PV電池210的效率。該 HRT層20的適合材料的非限制性示例包括二氧化錫(SnO2)、ZTO(錫酸鋅)、摻雜鋅的氧化錫(Sn02:Zn)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦(In2O3)和其的組合。對于在圖8和9中示出的ρ+η 配置，該HRT層將不存在，因?yàn)槭褂忙研痛翱趯?，其中η型層設(shè)置在器件的底部。用于單片集成采用“襯底”幾何結(jié)構(gòu)沉積的光伏(PV)電池(210)的方法參照圖4-9 描述。如指示的，例如在圖4中，該單片集成方法包括提供第一導(dǎo)電層12。如上文論述的， 第一導(dǎo)電層12的示例材料包括鎳、銅、鉬、不銹鋼和其的合金。這些材料可例如通過濺射或蒸發(fā)沉積。另外，這些材料還可提供為箔，使得可以形成柔性器件。該金屬箔可在厚度上多達(dá)幾mm。對于特別的實(shí)施例，第一導(dǎo)電層12包括織構(gòu)化襯底12，其可使用已知的金屬變形技術(shù)形成，例如但不限于滾壓變形和退火工藝等。如上文提到的，對于某些配置，第一導(dǎo)電層12包括織構(gòu)化襯底12且薄金屬膜(沒有示出)沉積在其上。該薄膜可通過濺射或蒸發(fā)沉積或可提供為箔。對于在圖4中示出的示例工藝，單片集成方法進(jìn)一步包括在第一導(dǎo)電層12上沉積絕緣層M。對于圖示的示例，該絕緣層M沉積在第一導(dǎo)電層12上。然而，還可有中間層。 在使用織構(gòu)化襯底12的情況下，進(jìn)行該絕緣層M的沉積使得該絕緣層M與該織構(gòu)化襯底 12的粗糙度共形。對于特別的設(shè)置，該絕緣層M可使用氣相沉積技術(shù)沉積。其他的示例沉積技術(shù)在美國專利申請序列號 12/138，OOHnsulating coating,methods of manufacture thereof and articles comprising the same，，中描述，其全文結(jié)合于此。根據(jù)特別的實(shí)施例，絕緣層M在膨脹熱等離子體(ETP)中沉積，并且金屬有機(jī)前驅(qū)物在該等離子體中使用。更特別地，該前驅(qū)物引入ETP并且由該ETP產(chǎn)生的等離子流設(shè)置在第一導(dǎo)電層12(或中間層(沒有示出))的表面上。對于更特別的實(shí)施例，金屬有機(jī)前驅(qū)物包括硅、鈦、錫、鉛或鍺。如果需要的話，在施加絕緣層M之前，可以蝕刻第一導(dǎo)電層12。 對于特別的工藝，第一導(dǎo)電層12首先加熱到期望的溫度，接著絕緣層設(shè)置在其上。如在美國專利申請序列號12/138,001中解釋的，如與例如濺射或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)等其他技術(shù)比較，ETP的使用允許絕緣層在相對低的溫度快速沉積。 在某些處理參數(shù)下，絕緣層M可以以大于或等于大約0. 1 μ m每分鐘的速率、并且更特別地以大于或等于大約5 μ m每分鐘的速率、并且再更特別地以大于或等于大約10 μ m每分鐘的速率、并且甚至更特別地以大于或等于大約100 μ m每分鐘的速率沉積。對于特別的設(shè)置， 絕緣層M以大約0. 1-100 μ m每分鐘的速率沉積并且具有大約1-50 μ m的厚度。與在美國專利申請序列號12/138，001中的論述相似，ETP可以用于在單個(gè)操作中施加絕緣層到第一導(dǎo)電層12的大面積。絕緣層可包括在單個(gè)步驟中或在多個(gè)步驟(如果需要的話)中施加的單層。多組等離子體發(fā)生器可用于增加沉積率和/或覆蓋的面積。ETP 工藝可在單個(gè)沉積腔或在多個(gè)沉積腔中進(jìn)行。對于在圖4中示出的示例工藝，單片集成方法進(jìn)一步包括在絕緣層M上沉積背接觸金屬層28。盡管對于圖示的示例，該金屬背接觸層觀沉積在絕緣層M上，還可以有一個(gè)或多個(gè)中間層(沒有示出)。該金屬背接觸層觀典型地使用濺射或蒸發(fā)(例如，e束或分子束外延)沉積。
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在圖4中示出的示例單片集成工藝進(jìn)一步包括形成至少一個(gè)延伸通過背接觸金屬層觀的第一溝槽11。該第一溝槽11在上文論述并且可例如通過進(jìn)行激光或機(jī)械劃線形成。對于在圖4中示出的示例工藝，單片集成方法進(jìn)一步包括在背接觸金屬層觀上沉積有源半導(dǎo)體堆疊30。如例如在圖3和10中示出的，該有源半導(dǎo)體堆疊30包括設(shè)置在ρ型半導(dǎo)體層14和η型半導(dǎo)體層14之間的大致上本征的半導(dǎo)體層16。對于在圖4中示出的示例工藝，ρ型半導(dǎo)體層14至少部分沉積在背接觸金屬層觀上，大致上本征的半導(dǎo)體層16沉積在ρ型半導(dǎo)體層14上，并且η型半導(dǎo)體層18沉積在大致上本征的半導(dǎo)體層16上，由此形成n-i-p結(jié)構(gòu)30。相似地，對于在圖8和9中示出的p-i-n 配置，η型半導(dǎo)體層18至少部分沉積在背接觸金屬層上，大致上本征的半導(dǎo)體層16沉積在 η型半導(dǎo)體層18上，并且ρ型半導(dǎo)體層14沉積在大致上本征的半導(dǎo)體層16上。半導(dǎo)體層 14,16和18的示例材料在上文列出。ρ型和本征層16典型地通過近空間升華(CSQ或氣相輸運(yùn)沉積。備選地，P型層和/或本征層14、16可使用濺射、蒸發(fā)(例如，e束或分子束外延)或化學(xué)氣相沉積來沉積。η型半導(dǎo)體層18的示例材料在上文列出。η型層18典型地通過化學(xué)浴(或氣相) 沉積或電化學(xué)沉積來沉積。例如，化學(xué)浴沉積可用于沉積CdS層18。備選地，η型層18還可使用濺射沉積。摻雜劑可使用多種技術(shù)引入半導(dǎo)體層14和/或18內(nèi)，如例如在共同受讓的美國專利申請序列號 12/415, 267 "Layer for Thin Film Photovoltaics and a Solar Cell Made Therefrom”中論述的，其全文通過應(yīng)用結(jié)合于此。如例如在圖5中示出的，單片集成方法進(jìn)一步包括形成至少一個(gè)延伸通過ρ型、大致上本征和η型半導(dǎo)體層14、16、18的第二溝槽13。該第二溝槽13在上文論述并且可例如通過進(jìn)行激光或機(jī)械劃線形成。在圖5中示出的示例單片集成工藝進(jìn)一步包括至少部分在有源半導(dǎo)體堆疊30上沉積第二導(dǎo)電層22。對于圖5的n-i-p配置，該第二導(dǎo)電層22沉積在η型層18上，而對于圖9的p-i-n配置，該第二導(dǎo)電層22沉積在ρ型層14上。該第二導(dǎo)電層(或背接觸)22 典型地通過濺射TCO層22沉積。單片集成方法進(jìn)一步包括形成至少一個(gè)延伸通過第二導(dǎo)電層22的第三溝槽15。 對于在圖5和9中示出的示例設(shè)置，單片集成方法進(jìn)一步包括形成至少一個(gè)延伸通過ρ型半導(dǎo)體、大致上本征的半導(dǎo)體、η型半導(dǎo)體和第二導(dǎo)電層14、16、18、22的第三溝槽15。該第三溝槽15在上文論述并且可例如通過進(jìn)行激光或機(jī)械劃線形成。對于在圖4和5中示出的示例工藝，第一溝槽11在ρ型半導(dǎo)體層14的沉積之前形成。對于該特別的工藝順序，沉積P型半導(dǎo)體層14的步驟進(jìn)一步包括用形成ρ型半導(dǎo)體層14的材料至少部分填充第一溝槽11，使得第一溝槽11和ρ型半導(dǎo)體層14形成一體件。相似地，對于在圖9示出的示例p-i-n器件配置，第一溝槽11在η型半導(dǎo)體層18 的沉積之前形成。對于該特別的工藝順序，沉積η型半導(dǎo)體層18的步驟進(jìn)一步包括用形成 η型半導(dǎo)體層18的材料至少部分填充第一溝槽11，使得第一溝槽11和η型半導(dǎo)體層18形成一體件，如在圖9中示出的。相似地，對于在圖5示出的示例工藝，第二溝槽13在第二導(dǎo)電層22的沉積之前形成。對于該特別的工藝順序，沉積第二導(dǎo)電層22的步驟進(jìn)一步包括用形成第二導(dǎo)電層22 的材料至少部分填充第二溝槽13，使得第二溝槽13和第二導(dǎo)電層22形成一體件，如在圖5中指示的。對于另一個(gè)工藝順序(沒有明確示出)，第一、第二和第三溝槽11、13、15在第二導(dǎo)電層22的沉積之后形成。對于該工藝順序，三個(gè)劃線可在單個(gè)步驟中在形成PV器件的各種層的沉積之后進(jìn)行。對于該特別的工藝順序，單片集成方法進(jìn)一步包括用電阻材料至少部分填充第一溝槽11并且用導(dǎo)電材料至少部分填充第二溝槽13。對于該實(shí)施例，劃線可順序或同時(shí)進(jìn)行。有益地，同時(shí)進(jìn)行劃線改進(jìn)它們的對準(zhǔn)。該導(dǎo)電材料可具有小于大約 IO-3Ohm-Cm的電阻率以提供從PV電池10的第二導(dǎo)電層22到相鄰PV電池10的背接觸金屬層觀的電流路徑?？捎糜谔峁?dǎo)電互連材料的示例導(dǎo)電聚合物在上文列出。對于另一個(gè)工藝順序(沒有明確示出)，單片集成方法進(jìn)一步包括用電阻材料至少部分填充第三溝槽15。示例電阻材料在上文列出。相似地，對于另一個(gè)工藝順序(沒有明確示出)，第一和第二溝槽11、13在第二導(dǎo)電層22的沉積之前同時(shí)形成。對于該特別的工藝順序，單片集成方法進(jìn)一步包括用電阻材料至少部分填充第一溝槽11。示例電阻材料在上文列出。對于在圖6和7中圖示的示例設(shè)置，單片集成方法進(jìn)一步包括在沉積η型半導(dǎo)體層18之后和沉積第二導(dǎo)電層22之前沉積高電阻透明導(dǎo)電氧化物(HRT)層20。對于圖示的設(shè)置，第二和第三溝槽13、15在該HRT層20的沉積之后形成，使得第二和第三溝槽13、15 也延伸通過該HRT層，如例如在圖7中示出的。該可選的HRT層20典型地使用濺射沉積。有益地，上文描述的方法便于具有n-i-p或p-i-n配置的CdTe PV電池單片集成進(jìn)入金屬襯底上的太陽能模塊。另外，本發(fā)明通過具有有提高的載流子壽命的大晶粒且同時(shí)獲得其中減少了降低壽命的晶界的P-i-n型器件而對現(xiàn)有技術(shù)器件加以改進(jìn)。因此，可以獲得更高的I。值。盡管僅本發(fā)明的某些特征已經(jīng)在本文中圖示和描述，許多修改和改變將被本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員想到。因此，要理解附上的權(quán)利要求意在涵蓋所有這樣的修改和改變，它們落入本發(fā)明的真正精神內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種單片集成光伏(PV)模塊000)，其包括 第一導(dǎo)電層(12)；絕緣層(M)，其中所述第一導(dǎo)電層設(shè)置在所述絕緣層下面； 背接觸金屬層08)； P型半導(dǎo)體層(14)；具有至少大約五(5) μ m的中等晶粒大小并且包括鎘和碲的大致上本征的半導(dǎo)體層 (16)；η型半導(dǎo)體層(18)，其中所述大致上本征半導(dǎo)體層(16)設(shè)置在所述ρ型半導(dǎo)體層(14) 和所述η型半導(dǎo)體層(18)之間從而形成有源半導(dǎo)體堆疊(30)，其中所述背接觸金屬層設(shè)置在所述絕緣層和所述有源半導(dǎo)體堆疊(30)之間；第二導(dǎo)電層(22)，其中所述第二導(dǎo)電層0 設(shè)置在所述有源半導(dǎo)體堆疊(30)上面； 延伸通過所述背接觸金屬層08)的至少一個(gè)第一溝槽(11)，其中所述至少一個(gè)第一溝槽(11)中的每個(gè)將相應(yīng)PV電池OlO)的背接觸金屬層08)與相應(yīng)相鄰PV電池(210) 的背接觸金屬層08)分開；延伸通過所述P型半導(dǎo)體、大致上本征半導(dǎo)體和η型半導(dǎo)體層(14、16、18)的至少一個(gè)第二溝槽(13)，其中所述至少一個(gè)第二溝槽(13)中的每個(gè)將相應(yīng)PV電池OlO)的ρ型半導(dǎo)體、大致上本征半導(dǎo)體和η型半導(dǎo)體層(14、16、18)與相應(yīng)相鄰PV電池QlO)的ρ型半導(dǎo)體、大致上本征半導(dǎo)體和η型半導(dǎo)體層(14、16、18)分開；延伸通過所述第二導(dǎo)電層0 的至少一個(gè)第三溝槽(15)，其中所述至少一個(gè)第三溝槽(15)中的每個(gè)將相應(yīng)PV電池OlO)的第二導(dǎo)電層02)與相應(yīng)相鄰PV電池OlO)的第二導(dǎo)電層02)分開。
2.如權(quán)利要求1所述的單片集成PV模塊000)，其中所述第一導(dǎo)電層(12)包括織構(gòu)化襯底(12)，其中所述絕緣層04)與所述織構(gòu)化襯底(1 的粗糙度共形。
3.如權(quán)利要求1所述的單片集成PV模塊000)，其中所述背接觸金屬層08)設(shè)置在所述絕緣層04)和所述ρ型半導(dǎo)體吸收體層(14)之間，其中所述η型半導(dǎo)體層(18)設(shè)置在所述大致上本征的半導(dǎo)體層(16)和所述第二導(dǎo)電層0 之間，并且其中所述至少一個(gè)第一溝槽(11)用形成所述P型半導(dǎo)體層(14)的材料至少部分填充，使得所述至少一個(gè)第一溝槽(11)和所述P型半導(dǎo)體層(14)形成一體件。
4.如權(quán)利要求1所述的單片集成PV模塊000)，其中所述背接觸金屬層08)設(shè)置在所述絕緣層04)和所述ρ型半導(dǎo)體吸收體層(14)之間，其中所述η型半導(dǎo)體層(18)設(shè)置在所述大致上本征的半導(dǎo)體層(16)和所述第二導(dǎo)電層0 之間，所述單片集成PV模塊進(jìn)一步包括設(shè)置在所述η型半導(dǎo)體層(18)和所述第二導(dǎo)電層0 之間的高電阻透明導(dǎo)電氧化物(HRT)層(20)，其中所述第二和第三溝槽(13、巧)延伸通過所述HRT層。
5.如權(quán)利要求1所述的單片集成PV模塊000)，其中所述背接觸金屬層08)設(shè)置在所述絕緣層04)和所述η型半導(dǎo)體吸收體層(18)之間，其中所述ρ型半導(dǎo)體層(14)設(shè)置在所述大致上本征的半導(dǎo)體層(16)和所述第二導(dǎo)電層0 之間，并且其中所述至少一個(gè)第一溝槽(11)用形成所述η型半導(dǎo)體層(18)的材料至少部分填充，使得所述至少一個(gè)第一溝槽(11)和所述η型半導(dǎo)體層(18)形成一體件。
6.如權(quán)利要求1所述的單片集成PV模塊000)，其中所述至少一個(gè)第二溝槽(13)用形成所述第二導(dǎo)電層0 的材料至少部分填充，使得所述至少一個(gè)第二溝槽(1 和所述第二導(dǎo)電層0 形成一體件。
7.如權(quán)利要求1所述的單片集成PV模塊000)，其中所述至少一個(gè)第三溝槽(15)還延伸通過所述P型半導(dǎo)體、大致上本征半導(dǎo)體和η型半導(dǎo)體層(14、16、18)中的每個(gè)，并且其中所述至少一個(gè)第三溝槽(15)中的每個(gè)將相應(yīng)PV電池OlO)的ρ型半導(dǎo)體、大致上本征半導(dǎo)體、η型半導(dǎo)體和第二導(dǎo)電層(14、16、18、22)與相應(yīng)相鄰PV電池QlO)的ρ型半導(dǎo)體、大致上本征半導(dǎo)體、η型半導(dǎo)體和第二導(dǎo)電層(14、16、18、22)分開。
8.一種用于單片集成光伏(PV)電池OlO)的方法，其包括 提供第一導(dǎo)電層(12)；在所述第一導(dǎo)電層(1 上沉積絕緣層04)； 在所述絕緣層04)上沉積背接觸金屬層08)；形成延伸通過所述背接觸金屬層08)的至少一個(gè)第一溝槽(11)，其中所述至少一個(gè)第一溝槽(11)中的每個(gè)將相應(yīng)PV電池OlO)的背接觸金屬層08)與相應(yīng)相鄰PV電池 (210)的背接觸金屬層08)分開；在所述背接觸金屬層08)上沉積有源半導(dǎo)體堆疊(30)，其中所述有源半導(dǎo)體堆疊 (30)包括設(shè)置在ρ型半導(dǎo)體層(14)和η型半導(dǎo)體層(14)之間的具有至少大約五(5) μ m 的中等晶粒大小的大致上本征的半導(dǎo)體層(16)；形成延伸通過所述P型、大致上本征和η型半導(dǎo)體層(14、16、18)的至少一個(gè)第二溝槽 (13)，其中所述至少一個(gè)第二溝槽(13)中的每個(gè)將相應(yīng)PV電池OlO)的ρ型、大致上本征和η型半導(dǎo)體層(14、16、18)與相應(yīng)相鄰PV電池QlO)的ρ型、大致上本征和η型半導(dǎo)體層(14、16、18)分開；至少部分在所述有源半導(dǎo)體堆疊(30)上沉積第二導(dǎo)電層0 ；以及形成延伸通過所述第二導(dǎo)電層0 的至少一個(gè)第三溝槽(15)，其中所述至少一個(gè)第三溝槽(15)中的每個(gè)將相應(yīng)PV電池OlO)的第二導(dǎo)電層02)與相應(yīng)相鄰PV電池(210) 的第二導(dǎo)電層02)分開。
9.如權(quán)利要求8所述的單片集成方法，其中沉積所述有源半導(dǎo)體堆疊(30)的步驟包括至少部分在所述背接觸金屬層上沉積所述P型半導(dǎo)體層(14)； 在所述P型半導(dǎo)體層(14)上沉積所述大致上本征的半導(dǎo)體層(16)；以及在所述大致上本征的半導(dǎo)體層(16)上沉積所述η型半導(dǎo)體層(18)， 其中形成至少一個(gè)第一溝槽(11)的步驟在沉積所述P型半導(dǎo)體層(14)的步驟之前進(jìn)行，并且其中沉積所述P型半導(dǎo)體層(14)的步驟進(jìn)一步包括用形成所述ρ型半導(dǎo)體層(14) 的材料至少部分填充所述至少一個(gè)第一溝槽(11)，使得所述至少一個(gè)第一溝槽(11)和所述P型半導(dǎo)體層(14)形成一體件。
10.如權(quán)利要求8所述的單片集成方法，其中沉積所述有源半導(dǎo)體堆疊(30)的步驟包括至少部分在所述背接觸金屬層上沉積所述η型半導(dǎo)體層(18)； 在所述η型半導(dǎo)體層(18)上沉積所述大致上本征的半導(dǎo)體層(16)；以及在所述大致上本征的半導(dǎo)體層(16)上沉積所述ρ型半導(dǎo)體層(14)，其中形成至少一個(gè)第一溝槽(11)的步驟在沉積所述η型半導(dǎo)體層(18)的步驟之前進(jìn)行，并且其中沉積所述η型半導(dǎo)體層(18)的步驟進(jìn)一步包括用形成所述η型半導(dǎo)體層(18) 的材料至少部分填充所述至少一個(gè)第一溝槽(11)，使得所述至少一個(gè)第一溝槽(11)和所述η型半導(dǎo)體層(18)形成一體件。
全文摘要
本發(fā)明名稱為單片集成太陽能模塊和制造方法。提供單片集成光伏(PV)模塊(200)并且其包括第一導(dǎo)電層(12)和絕緣層(24)。該第一導(dǎo)電層設(shè)置在該絕緣層下面。該P(yáng)V模塊進(jìn)一步包括背接觸金屬層(28)、p型半導(dǎo)體層(14)、具有至少大約5μm的中等晶粒大小并且包括鎘和碲的大致上本征的半導(dǎo)體層(16)和n型半導(dǎo)體層(18)。該大致上本征半導(dǎo)體層設(shè)置在該p型和該n型半導(dǎo)體層之間從而形成有源半導(dǎo)體堆疊(30)。該背接觸金屬層設(shè)置在該絕緣層和該有源半導(dǎo)體堆疊之間。該P(yáng)V模塊進(jìn)一步包括設(shè)置在該有源半導(dǎo)體堆疊(30)上的第二導(dǎo)電層(22)、至少一個(gè)延伸通過該背接觸金屬層(28)的第一溝槽(11)、至少一個(gè)延伸通過該有源半導(dǎo)體堆疊的第二溝槽(13)和至少一個(gè)延伸通過該第二導(dǎo)電層(22)的第三溝槽(15)。
文檔編號H01L27/142GK102299158SQ20111015357
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者B·A·科列瓦爾 申請人:通用電氣公司