專利名稱：為進(jìn)一步處理保護(hù)硫化鎘的器件及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題一般涉及為進(jìn)一步處理而保護(hù)硫化鎘層以及被保護(hù)的硫化鎘層。 更具體地，本文公開的主題涉及保護(hù)用于在碲化鎘薄膜光伏器件的制造中使用的硫化鎘層的方法。
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 (也稱為“太陽電池板(solar panel)")在工業(yè)上正獲得廣泛接受和關(guān)注。CdTe是具有特別適于太陽能到電轉(zhuǎn)換的特性的半導(dǎo)體材料。例如，與歷史上用于太陽能電池應(yīng)用中的較低帶隙半導(dǎo)體材料(例如，對于硅約1. IeV)相比，CdTe具有約1. 45eV的能量帶隙，使其能夠從太陽譜轉(zhuǎn)換更多能量。而且，與較低帶隙材料相比，CdTe在較低或漫射光條件下轉(zhuǎn)換輻射能量，且由此與其它傳統(tǒng)材料相比，在一天期間或陰天條件下具有較長的有效轉(zhuǎn)換時間。 當(dāng)CdTe PV模塊暴露于光能(例如，陽光)時，η型層和ρ型層的結(jié)一般負(fù)責(zé)電位和電流的產(chǎn)生。特別是，碲化鎘(CdTe)層和硫化鎘(CcK)形成ρ-η異質(zhì)結(jié)，其中，CdTe層充當(dāng)ρ型層(即，正的、電子接受層(electron acc印tinglayer))，而CdS層充當(dāng)η型層(即，負(fù)的、 電子！^予層(electron donatinglayer))。在基于碲化鎘的PV器件處理期間，窗口層(例如，硫化鎘層)典型地先于碲化鎘層沉積。然而，在隨后的層(例如，碲化鎘層)沉積之前，硫化鎘層易受到暴露到大氣污染的影響。然而，硫化鎘層暴露于空氣能由于向硫化鎘層引入污染物，而不利地影響硫化鎘層和隨后的層(例如，碲化鎘層)之間的界面。另外，在經(jīng)由熱沉積處理(例如，近空間(close space)升華)在硫化鎘層上沉積隨后的碲化鎘層期間，由于硫化鎘的較低升華溫度，因此硫化鎘能從襯底表面升華。因而，硫化鎘層必須沉積得比期望的厚度更厚，以補(bǔ)償在隨后處理期間的該層的損失。另外，硫化鎘層的升華能向隨后的層(例如，碲化鎘層)添加硫和鎘的成分添加物(compositional addition)。在隨后的層沉積期間的熱處理也能改變硫化鎘的沉積時的(as-d印osited)形態(tài)(例如，不定形或細(xì)微顆粒尺寸)。因而，存在對在基于碲化鎘的PV器件制造期間保護(hù)硫化鎘層、而不會不利地影響結(jié)果的PV器件的方法的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面和優(yōu)點將在以下描述中部分地陳述，或從描述中可顯而易見，或可通過實踐發(fā)明來了解。一般地提供了用于保護(hù)襯底上的硫化鎘層的方法。在一個具體實施例中，該方法能包括在某個濺射壓力(例如，約IOmTon 到約150mTorr)從硫化鎘靶將硫化鎘層濺射到襯底上，以及在硫化鎘層上直接濺射蓋層(cap layer)。蓋層能被直接濺射到硫化鎘層上， 而不破壞濺射壓力的真空。還一般地提供了用于制造基于碲化鎘的薄膜光伏器件的方法。例如，該方法的一個具體實施例能包括在襯底上沉積硫化鎘層，并且在硫化鎘層上直接沉積蓋層。蓋層能包括碲化鎘。能加熱襯底，以使得從硫化鎘層升華至少部分的蓋層。然后，碲化鎘層能在硫化鎘層上沉積。還一般地提供了一種用于形成基于碲化鎘的薄膜光伏器件的中間襯底。該中間襯底能包括襯底、襯底上的透明傳導(dǎo)氧化層，透明傳導(dǎo)氧化層上的硫化鎘層，以及直接在硫化鎘層上的、具有約IOnm到約150nm厚度的蓋層。參考以下描述和所附權(quán)利要求將更好理解本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點。在說明書中結(jié)合并構(gòu)成其一部分的附圖示出了發(fā)明的實施例，并且與描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。


針對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，包括其最佳模式的本發(fā)明的充分的和使能性的公開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示意圖；圖2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；圖3示出了直接在硫化鎘層上的示例性蓋層；圖4示出了具有硫化鎘層和碲化鎘層之間保留的蓋層的示例性碲化鎘薄膜光伏器件；以及圖5示出了保護(hù)硫化鎘層的示例性方法的流程圖。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類似的特征或要素。
具體實施例方式現(xiàn)在詳細(xì)參考本發(fā)明實施例、附圖中示出的一個或多個示例。通過解釋本發(fā)明而不是限制本發(fā)明的方式提供每個示例。實際上，對本領(lǐng)域人員而言顯然的是，能夠?qū)Ρ景l(fā)明進(jìn)行多種修改和變形而不脫離發(fā)明的范圍和精神。例如，作為一個實施例的部分示出或描述的特征能與另一實施例一起使用，以產(chǎn)生又一個實施例。因而，本發(fā)明旨在覆蓋如所附權(quán)利要求和它們的等同的范圍之內(nèi)的此類修改和變形。在本公開中，當(dāng)層被描述為在另一層或襯底“上”或“上方”時，可理解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，由于上面或下面的相對位置依賴于器件對于觀察者的朝向，因此這些術(shù)語簡單描述層彼此之間的相對位置而不必意味著
“在......之上”。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“ym”)的厚度的膜層。要理解的是本文提到的范圍和限制包括位于規(guī)定限制中的所有范圍(S卩，子范圍)。例如，從約100到約200的范圍還包括從110到150,170到190,153到162、以及 145. 3到149. 6的范圍。而且，直到約7的限制還包括直到約5、直到3、和直到約4. 5的限制，以及限制中的范圍(例如從約1到約5、和從約3. 2到約6. 5)。一般說來，方法一般公開為將包括碲化鎘的蓋層直接施加在襯底上的、濺射的硫化鎘層上方。在將硫化鎘層暴露到任何環(huán)境氣氛或可能污染硫化鎘層的其它材料前，包括
4碲化鎘的蓋層能直接沉積在硫化鎘層上。因而，在隨后的層沉積之前，蓋層能保護(hù)硫化鎘層，使之免于暴露到環(huán)境污染物。同樣地，在沉積隨后的層(例如，碲化鎘層)前，能存儲已經(jīng)沉積有硫化鎘層的襯底，而沒有污染襯底上的膜層的重大風(fēng)險。另外，在隨后的層(具體的，碲化鎘層)的沉積處理期間，蓋層能保護(hù)在下面的硫化鎘層的沉積時的形態(tài)和化學(xué)計量。蓋層不僅能保護(hù)在下面的硫化鎘層使之免于暴露到空氣和其它空氣傳播的污染物，而且蓋層在隨后的沉積處理期間能保護(hù)在下面的硫化鎘層使之免于加熱、蒸發(fā)、晶化、 硫化鎘層中氣體成分(例如，氧氣)損失以及硫化鎘層中缺陷形成的影響。圖3例如示出了直接在襯底12上的硫化鎘層18上的蓋層19。在圖3中示出的示例性實施例中，襯底12和硫化鎘層18之間示出了透明傳導(dǎo)氧化層14和電阻透明緩沖層 16。蓋層能沉積到的厚度配置成抑制在隨后的層的熱沉積處理期間硫化鎘層的升華掉的量。因此，蓋層能幫助保持硫化鎘層的沉積時的厚度，特別是當(dāng)隨后的層的熱沉積處理在超過硫化鎘層的升華溫度的沉積溫度執(zhí)行時。具體而言，蓋層能夠是隨后的層的熱沉積處理(例如，碲化鎘層的近空間升華)期間硫化鎘層的升華掉的犧牲層。因而，根據(jù)要制造的期望的產(chǎn)品，能變化蓋層的厚度。在一個實施例中，能沉積相對薄的蓋層，以允許它在隨后的熱沉積處理期間被完全犧牲，并且仍允許部分在下面的硫化鎘層的升華。備選的是，蓋層能沉積到的厚度將在隨后的熱沉積處理期間被完全犧牲，但仍使在下面的硫化鎘層具有它最初的、沉積時的厚度。在再一實施例中，蓋層能沉積到的厚度將在硫化鎘層和隨后沉積的層之間留下直接位于硫化鎘層上的部分蓋層。例如，在隨后的層的沉積后，蓋層能夠在硫化鎘層上留下從約Inm到約50nm(例如，從約Inm到約lOnm)的厚度。圖4示出一示例性實施例，其具有保留在器件10中的、位于硫化鎘層18和碲化鎘層20之間的蓋層19(或蓋層19的一部分)。在某些實施例中，蓋層能沉積到約IOnm到約250nm(例如從約IOnm到約150nm) 的厚度。在一個具體實施例中，蓋層能從碲化鎘靶濺射到濺射的硫化鎘層上。例如，蓋層和硫化鎘層都能在真空(例如，約IOmTorr到約150mTorr的濺射壓力)下濺射，并且能濺射蓋層而不破壞來自濺射硫化鎘層的真空(例如，在不增加壓力高于約250mTorr的情況下從濺射硫化鎘層轉(zhuǎn)換到濺射蓋層)。蓋層還能在低于硫化鎘層的升華溫度的濺射溫度濺射，以幫助阻止來自硫化鎘層的材料升華。例如，蓋層能在小于約100°C (例如小于約50°C)的濺射溫度濺射。在一個具體實施例中，蓋層能在約室溫(即，約20°C到約25°C )的濺射溫度濺射。在一個實施例中，從碲化鎘靶濺射蓋層，能形成直接位于硫化鎘層上的、具有隨機(jī)朝向和多晶的碲化鎘的蓋層。在一個具體實施例中，蓋層能濺射成與它的主軸(primary axis)具有基本垂直的朝向。然后，蓋層或至少部分蓋層能直接在硫化鎘層上保持。在不希望由任何具體理論束縛的情況下，認(rèn)為碲化鎘層上的碲化鎘的近源升華能產(chǎn)生帶有跨電荷載流子傳輸方向伸展的顆粒邊界的微晶以及碲化鎘的微晶的多層。由于電荷載流子經(jīng)受了重新結(jié)合并通過此“橫向”顆粒邊界降低了傳輸速度，包括濺射的碲化鎘以便具有它主軸的基本垂直的朝向并在由其它物理或化學(xué)方法沉積隨后的碲化鎘層期間保留的蓋層還能提供從蓋層出現(xiàn)的顆粒朝向的延續(xù)(continuation)和成核(nucleation)。因此，隨后沉積在蓋層上方的碲化鎘層能延續(xù)蓋層的最初垂直顆粒朝向。因此，從蓋層出現(xiàn)的碲化鎘層能提供幾乎沒有或無基本上橫向或水平的顆粒邊界，從而導(dǎo)致基于碲化鎘的薄膜光伏器件的改善性能。在任何濺射條件下能執(zhí)行濺射蓋層。例如，蓋層能在約IOmTorr到約250mTorr (例如約10到約150mTorr)的濺射壓力從碲化鎘靶濺射。如所述的，能將蓋層直接濺射到硫化鎘層上，而不破壞硫化鎘層濺射和蓋層濺射期間和之間的真空。圖5示出用于保護(hù)襯底上硫化鎘的示例性方法100。在102，硫化鎘層沉積在襯底上。在104，蓋層直接沉積到硫化鎘層上。然后，在106能加熱襯底以升華蓋層，以及然后在 108碲化鎘層能沉積在硫化鎘層上。蓋層能用在使用硫化鎘層的任何膜堆疊的形成中。例如，在利用碲化鎘層的任何碲化鎘器件的形成期間能使用蓋層，例如在Murphy等人的名稱為“Ultra-high Current Density Cadmium TelluridePhotovoltaic Modules. ”的美國公布(No. 2009/0194165)中公開的碲化鎘薄膜光伏器件中。圖1和圖4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包括用作襯底的玻璃12的頂部片(top sheet)。在該實施例中，玻璃12能稱為“超底(superstrate) ”，因為在使用碲化鎘薄膜光伏器件10時即使它向上朝著輻射源(例如，太陽)，它還是在其上形成隨后的層的襯底。玻璃12的頂部片能夠是高透射玻璃(例如，高透射硼硅酸鹽玻璃)、低鐵浮法玻璃(low-iron floatglass)、或其它高透明玻璃材料。玻璃一般足夠厚，以為隨后的膜層(例如從約0.5mm到約IOmm厚)提供支持，并且玻璃基本是平的，以提供用于形成隨后的膜層的良好的表面。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% (重量)的鐵0 )，并且可具有關(guān)注的譜(例如從約300nm到約900nm的波長)中約0. 9或更大的透射率。在另一實施例中，可采用硼硅酸鹽玻璃，以更好的承受高溫處理。圖1的示例性器件10的玻璃12上示出了透明傳導(dǎo)氧化物(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(jìn)到不透明金屬導(dǎo)體(未示出)。例如，TCO層14能具有例如從約4歐姆每平方(ohm per square)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)的、少于約30歐姆每平方的片電阻 (sheet resistance)。TCO層14 一般包括至少一個傳導(dǎo)氧化物，例如氧化錫、氧化鋅或氧化錫銦或其混合物。另外，TCO層14能包括其它傳導(dǎo)透明材料。TCO層14還能包括錫酸鋅和 /或錫酸鎘。TCO層14能通過濺射、化學(xué)汽相沉積、噴霧熱解(spray pyrolysis)、或任何其它合適的沉積方法而形成。在一個具體實施例中，TCO層14能通過在玻璃12上濺射(例如， DC濺射或RF濺射)而形成。例如，能通過將包含化學(xué)計量比是約1到約2的SnO2和CdO 的熱壓靶濺射到玻璃12上，而形成錫酸鎘層。備選的是，能通過使用醋酸鎘和錫(II)氯化物前體(tin (II) chloride precursor)、由噴霧熱解來制備錫酸鎘。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. Ιμπι 到約0.5 μ m，例如，從約0. 2511111到約0. 35 μ m)的厚度。形成在超底表面上的、具有TCO層 14的適合的平板玻璃襯底能從許多玻璃制造商和供應(yīng)商處在商業(yè)上購買。例如，包括TCO層14的特別合適的玻璃12包括從Pilkington North America Inc.(托萊多、俄亥俄州)、 在TEC 15TC0名下可商業(yè)獲得的TEC 15玻璃，其包括具有15歐姆每平方的片電阻的TCO層。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更具電阻性，且能幫助保護(hù)器件10，使之免于在器件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，在某個實施例中，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(rèn)為TCO層14和硫化鎘層18之間出現(xiàn)的RTB 層16能允許相對薄的硫化鎘層18通過降低界面缺陷(即，硫化鎘層18中的“針孔”)的可能性而包括在器件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(rèn)為RTB層16允許TCO層14和碲化鎘層22之間改善的粘附和/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。RTB層16能包括例如氧化鋅(SiO)和氧化錫(SnO2)的組合物，其能稱之為氧化鋅錫層(“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ai0/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)的組合物。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(xì)討論的那樣)。例如， 能通過向金屬性源材料(例如，元素的鋅(elemental zinc)、元素的錫(elementaltin)、或其混合物)施加DC電流并在存在氧化氣氛(例如，O2氣體)時將該金屬性源材料濺射到 TCO層14上，使用DC濺射方法來沉積RTB層16。當(dāng)氧化氣氛包括氧氣(即，O2)時，該氣氛能夠是超過約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上示出了硫化鎘層18。硫化鎘層18是η型層， 其一般包括硫化鎘(CdS)，但還可包括其它材料，例如硫化鋅、硫化鎘鋅等、及其混合物以及摻雜劑和其它雜質(zhì)。在一個具體實施例中，硫化鎘層可包括直到約25% (原子百分比) (例如，從約5%到約20% (原子百分比))的氧。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)，以便允許最多的輻射能量(例如，太陽輻射)通過。因此，硫化鎘層18被認(rèn)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(chemical bath)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，射頻(RF)濺射)形成在電阻透明層16上。濺射沉積一般涉及從作為材料源的靶噴出材料，并將噴出的材料沉積在襯底上以形成薄膜。DC濺射一般涉及在濺射室之內(nèi)、向靠近襯底(即，陽極) 放置的金屬靶(即，陰極)施加電壓，以形成直流放電。濺射室能具有反應(yīng)氣氛(例如，氧氣氣氛、氮?dú)鈿夥?、氟氣?，其在金屬靶和襯底之間形成等離子體場。反應(yīng)氣氛的壓力能在約ImTorr和約20mTorr之間，以用于磁控管濺射。當(dāng)金屬原子在施加電壓時從靶釋放之時，金屬原子能與等離子體反應(yīng)并沉積到襯底表面上。例如，當(dāng)氣氛包含氧氣時，從金屬靶釋放的金屬原子能在襯底上形成金屬氧化物層。相反地，RF濺射一般涉及通過在靶(例如，陶瓷源材料)和襯底之間施加交流(AC)或射頻(RF)信號，激發(fā)電容性放電。濺射室能具有帶約ImTorr和約20mTorr之間的壓力的惰性氣氛(例如，氬氣氛)。由于電阻透明層16的存在，硫化鎘層18能具有小于約0. Iym(例如，在約IOnm 和約IOOnm之間，例如，從約50nm到約80nm)的厚度，其中在電阻透明層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. 1 μ m厚度的硫化鎘層18降低了硫化鎘層 18的任何輻射能量吸收，有效增加了到達(dá)在下面的碲化鎘層22的輻射能量的量。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，其中在碲化鎘層20沉積期間蓋層19已完全犧牲。另一方面，圖4示出了一示例性實施例，其中蓋層19 (或至少一部分蓋層19)保留在硫化鎘層18和碲化鎘層20之間。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P型層，碲化鎘層20是與硫化鎘層18 ( S卩，η型層)交互的光伏層，以通過由于它的高吸收系數(shù)而吸收進(jìn)入器件10的多數(shù)輻射能量及產(chǎn)生電子-空穴對，從輻射能量的吸收來產(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修整的帶隙(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(jìn)到η 型側(cè)(即，硫化鎘層18)，并且相反地，空穴可從η型側(cè)前進(jìn)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。碲化鎘層20能通過任何已知處理形成，例如汽相傳輸沉積、化學(xué)汽相沉積(CVD)、 噴霧熱解、電沉積(electro-d印osition)、濺射、近空間升華(CSQ等。在一個具體實施例中，通過濺射沉積硫化鎘層18，并通過近空間升華沉積碲化鎘層20。在具體實施例中，碲化鎘層20能具有例如從約1 μ m和約5 μ m之間的、約0. 1 μ m和約10 μ m之間的厚度。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。這些處置能修整碲化鎘層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)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(qualityp-type layer)。在不希望由理論束縛的情況下，認(rèn)為退火碲化鎘層20 (和器件10)將通常輕ρ型摻雜或甚至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(qiáng)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CdO、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(1，2 diaminoethane)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能形成碲化鎘層20上的銅-碲化物表面，以獲得碲化鎘層20 (即，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)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 之間的低電阻率來增強(qiáng)由器件造成的電流的收集。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、水等及其組合)中被噴射或洗滌在碲化鎘層20的表面上，然后退火。在具體實施例中，銅可以氯化銅、碘化銅、或醋酸銅形式施加在溶液中。退火溫度足以允許銅離子擴(kuò)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，與相反的用作前電接觸的TCO層14相對。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，例如由如上所述金屬的一個或多個金屬層跟隨的、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。如果由石墨和聚合物混和物制成，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和膠。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)背接觸層。如果使用碳層，則其厚度能從約0. 1 μ m 到約 ομπι，例如從約ιμπι到約5μπι。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M。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(laser etch)等。例如，當(dāng)器件10形成光伏模塊的光電池時，多個光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串電池。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2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，T⑶層形成在玻璃襯底上。在34，電阻透明層形成在TCO層上。 在36，硫化鎘層形成在電阻透明層上，而在38，蓋層直接形成在硫化鎘層上。在40，碲化鎘層能形成在硫化鎘層上(硫化鎘層的蓋層或完全升華掉，或僅部分升華掉)。在42，碲化鎘層能被退火(例如，在氯化鎘存在時)，并且被洗滌(例如，以去除形成在表面上的氧化物)。在44，能用銅來摻雜碲化鎘層。在46，背接觸層(一個或多個)能施加到碲化鎘層上方，而在48，封裝玻璃能施加到背接觸層上方。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到，在方法30中能包括其它處理和/或處置。例如，該方法還可包括激光刻劃以形成器件中的電隔離的(isolated)光電池。然后，這些電隔離的光電池能串聯(lián)，以形成光伏模塊。而且，電導(dǎo)線能連接到光伏模塊的正端子和負(fù)端子，以提供利用由光伏模塊所產(chǎn)生的電流的引出導(dǎo)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)利要求確定，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)利要求文字語言無實質(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)。器件10
襯底12
透明傳導(dǎo)氧化層14
電阻透明緩沖層16
硫化鎘層18
蓋層19
碲化鎘層20
背接觸層22
封裝玻璃M
方法30
步驟 32、34、36、38、40、42、44、46、48
方法100
步驟 102、104、106、108
權(quán)利要求
1.一種為進(jìn)一步處理而保護(hù)硫化鎘層18的方法，所述方法包括在濺射壓力從硫化鎘靶將硫化鎘層18濺射到襯底12上；以及在所述硫化鎘層18上直接濺射蓋層19，而不破壞所述濺射壓力的真空。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述蓋層19從碲化鎘靶直接濺射到所述硫化鎘層 18上，以具有它的主軸的基本垂直朝向。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述濺射壓力是約IOmTorr到約150mTorr。
4.如前面任一權(quán)利要求所述的方法，其中，在低于所述硫化鎘層18的升華溫度的濺射溫度來濺射所述蓋層19。
5.如前面任一權(quán)利要求所述的方法，其中，將所述蓋層19濺射到約IOnm到約150nm的厚度。
6.一種用于制造基于碲化鎘的薄膜光伏器件10的方法，所述方法包括在襯底12上沉積硫化鎘層18 ；在所述硫化鎘層18上直接沉積蓋層19，其中所述蓋層19包括碲化鎘；加熱所述襯底12，以從所述硫化鎘層18升華所述蓋層19的至少一部分；以及此后，在所述硫化鎘層18上沉積碲化鎘層20。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，在將所述硫化鎘層18暴露于空氣之前將所述蓋層 19沉積到所述硫化鎘層18上。
8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其中，完全升華所述蓋層19，以暴露所述硫化鎘層 18，使得所述碲化鎘層20直接沉積在所述硫化鎘層18上。
9.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其中，升華所述蓋層19，以在所述硫化鎘層18和所述碲化鎘層20之間留下所述蓋層19的一部分。
10.如權(quán)利要求6-9的任一項所述的方法，其中，在IOmTorr到約150mTorr的濺射壓力，從硫化鎘靶將所述硫化鎘層濺射到所述襯底上，并且在IOmTorr到約150mTorr的濺射壓力，從碲化鎘靶將所述蓋層直接濺射到所述硫化鎘層上，以及其中將所述蓋層直接濺射到所述硫化鎘層上，而不破壞IOmTorr到約150mTorr的所述濺射壓力。
11.如權(quán)利要求6-10的任一項所述的方法，其中，所述蓋層被沉積到約IOnm到約 150nm的厚度。
12.如權(quán)利要求6-11的任一項所述的方法，其中，從碲化鎘靶濺射所述蓋層，以具有它的主軸的基本垂直的朝向。
13.如權(quán)利要求6-12的任一項所述的方法，其中，加熱所述襯底到約250°C到約650°C 的沉積溫度，以升華所述蓋層。
14.一種用于形成基于碲化鎘的薄膜光伏器件10的中間襯底，所述中間襯底包括襯底12 ；所述襯底12上的透明傳導(dǎo)氧化層14 ；所述透明傳導(dǎo)氧化層14上的硫化鎘層18 ；直接在所述硫化鎘層18上的蓋層19，其中所述蓋層19具有約IOnm到約150nm的厚度，以及其中所述蓋層19包括碲化鎘。
15.如權(quán)利要求14所述的中間襯底，其中，所述蓋層包括碲化鎘且從碲化鎘靶被濺射， 以具有它的主軸的基本垂直的朝向。
全文摘要
本發(fā)明為進(jìn)一步處理保護(hù)硫化鎘的器件及方法。提供了用于保護(hù)襯底12上硫化鎘層18的方法。在一個具體實施例中，該方法能包括在10mTorr到約150mTorr的濺射壓力，從硫化鎘靶將硫化鎘層18濺射到襯底上，并在硫化鎘層上直接濺射蓋層19。蓋層19能在10mTorr到約150mTorr的濺射壓力從硫化鎘靶直接濺射到硫化鎘層18上，而不破壞濺射壓力。還提供了用于制造基于碲化鎘的薄膜光伏器件10的方法。
文檔編號H01L31/0352GK102237448SQ201110156160
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30日
發(fā)明者J·A·德雷頓, R·E·德馬雷 申請人:初星太陽能公司