專(zhuān)利名稱(chēng)：將碲化鎘層改性的方法和具有碲化鎘層的薄膜器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)針對(duì)薄膜和器件以及用于將薄膜和薄膜器件改性的方法。更特別地，本公開(kāi)針對(duì)含碲化鎘的薄膜和膜以及用于將碲化鎘層改性的方法。
背景技術(shù)：
能量需求在不斷增加。由于能量需求增加，作為化石燃料能源的備選的源重要性增加。一個(gè)這樣的備選能源是太陽(yáng)能。一般，太陽(yáng)能通過(guò)將輻射(例如，日光)轉(zhuǎn)換成可存儲(chǔ)或通過(guò)電力網(wǎng)傳輸?shù)碾娏Ξa(chǎn)生。一般，薄膜碲化鎘(CdTe)光伏電池包括CdTe/CdS結(jié)，當(dāng)該結(jié)暴露于光時(shí)其產(chǎn)生電力。然而，CdTe薄膜具有高接觸電阻。例如Cu摻雜和/或退火等另外的工藝步驟用以形成期望的電接觸。例如，用于改進(jìn)電接觸的一個(gè)已知方法是用硝酸和磷酸化學(xué)蝕刻表面，接著是銅摻雜步驟。該已知方法形成富碲表面，其具有減小的接觸電阻。然而，這些另外的工藝步驟要求可觀的能量和另外的材料來(lái)提供在光伏模塊中使用的期望接觸。需要的是碲化鎘薄膜層中改進(jìn)的接觸電阻和電接觸。另外，需要工藝和系統(tǒng)，其對(duì)于形成電接觸的已知工藝不要求需要另外的步驟和材料。

發(fā)明內(nèi)容
一個(gè)實(shí)施例包括這樣的層，該層包括設(shè)置在碲化鎘層內(nèi)的改性碲化鎘和未改性碲化鎘。改性區(qū)包括的碲化物濃度大于未改性碲化鎘區(qū)中的碲化物濃度。改性區(qū)還包括六方密排晶體結(jié)構(gòu)。本公開(kāi)的另一個(gè)方面包括將包括碲化鎘的層改性的方法。該方法包括提供該包括碲化鎘的層并且將集中電磁能引導(dǎo)于該層的至少一部分以從該碲化鎘層選擇性地去除鎘以形成具有的碲化物濃度大于未改性碲化鎘區(qū)中的碲化物濃度的改性區(qū)。另外，該方法包括將該層改性以產(chǎn)生六方密排晶體結(jié)構(gòu)。本公開(kāi)的另一個(gè)方面包括具有碲化鎘層的薄膜器件。該器件包括設(shè)置在該碲化鎘層內(nèi)的改性區(qū)和未改性碲化鎘區(qū)，該改性區(qū)具有的碲化物濃度大于未改性碲化鎘區(qū)中的碲化物濃度，該改性區(qū)包括六方密排晶體結(jié)構(gòu)并且該層設(shè)置在該器件內(nèi)。


圖1示出根據(jù)本公開(kāi)安裝在基底上的薄膜模塊。圖2是根據(jù)本公開(kāi)的組成模塊的電池的層系統(tǒng)的圖。圖3是根據(jù)本公開(kāi)的用于形成模塊的示范性工藝的工藝流程圖。圖4是根據(jù)本公開(kāi)的示范性工藝的工藝流程圖。圖5示出根據(jù)本公開(kāi)的用于執(zhí)行方法的設(shè)備。圖6示出根據(jù)本公開(kāi)的用于執(zhí)行方法的示范性方法。圖7示出根據(jù)本公開(kāi)的用于執(zhí)行方法的另一個(gè)示范性方法。
圖8示出激光改性碲化鎘層的X射線(xiàn)衍射花樣。圖9-13示出根據(jù)本公開(kāi)的改性碲化鎘的顯微照片。圖14示出隔離PV測(cè)試電池的電流密度電壓圖表的圖表。只要有可能，在整個(gè)附圖中將使用相同的標(biāo)號(hào)表示相同的部件。
具體實(shí)施例方式提供在對(duì)于形成電接觸的已知工藝不需要另外的步驟和材料的情況下形成的具有改進(jìn)的接觸電阻和電接觸的碲化鎘薄膜。本公開(kāi)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)包括與沒(méi)有處理的相同材料相比而言接觸電阻中的減小。本公開(kāi)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)包括將公開(kāi)的方法應(yīng)用于投產(chǎn)處理并且替代用于建立與CdTe薄膜的電接觸的已知工藝的一個(gè)或多個(gè)步驟。本公開(kāi)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)包括應(yīng)用該方法同時(shí)改變周邊環(huán)境的組成以便包含含有摻雜化合物的玻璃、液體或粉末。這樣的處理變化的示例包括在含Cu、 Cl、N、As、Sb、Ag、Au或P的化合物存在下對(duì)CdTe薄膜的激光表面處理。本公開(kāi)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)包括將晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成六方密排晶格晶體結(jié)構(gòu)。本公開(kāi)描述一種使用集中電磁能在碲化鎘薄膜結(jié)構(gòu)或?qū)又幸鸩牧匣蚧瘜W(xué)變化或改性以形成改性區(qū)的方法。如本文使用的“改性區(qū)”包括具有組成和/或結(jié)構(gòu)方面的材料變化的碲化鎘的一部分或一段。該改性區(qū)可包括膜或?qū)拥谋砻?、?nèi)部、邊緣或任何組合。 另外，該改性區(qū)可包括碲化鎘層中的某部分或全部。如本文使用的“接觸電阻”是由與襯底或例如CdTe等層的低品質(zhì)歐姆接觸引入的對(duì)電流流動(dòng)的電阻。在PV電池中，接觸電阻是在電池內(nèi)產(chǎn)生的電力的電阻損耗。較高的接觸電阻線(xiàn)性地相當(dāng)于較高的電力損耗。圖1示出安裝在基底103上的薄膜PV模塊100。該P(yáng)V模塊設(shè)置成接收光105。該 PV模塊分成串聯(lián)設(shè)置的多個(gè)電池107。該電池107由間隔、不導(dǎo)電材料和/或其他將電路分離的結(jié)構(gòu)劃分。例如，電池107可由通過(guò)激光劃刻形成的劃線(xiàn)互相隔離。當(dāng)PV模塊100 暴露于光105時(shí)，產(chǎn)生電力。本公開(kāi)不限于示出的設(shè)置并且可包括其他安裝設(shè)置和/或電池107。例如，電池107可代替沿模塊100的短尺寸而是沿模塊100的長(zhǎng)尺寸取向。本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例包括薄膜CdTe太陽(yáng)光伏(PV)模塊。這樣的模塊用于對(duì)許多應(yīng)用產(chǎn)生太陽(yáng)電力，例如大型地面安裝系統(tǒng)和在商業(yè)和居住建筑上的屋頂系統(tǒng)。圖2是組成PV模塊100的電池107的層系統(tǒng)的圖。電池107的層包括上板201、 第一導(dǎo)電層203、緩沖層205、第一半導(dǎo)體層207、第二半導(dǎo)體層209、第二導(dǎo)電層211和封裝玻璃213。電池107的層設(shè)置成當(dāng)暴露于光105時(shí)產(chǎn)生并且傳導(dǎo)采用可用形式的電力。上板201是薄膜在其上生長(zhǎng)的高透射玻璃板。上板201在下面的層之前接收光 105 (參見(jiàn)例如圖1)。上板201可以是高透射、低鐵浮法玻璃或?qū)τ诠?05具有高透射率的任何其他適合的玻璃材料。在另一個(gè)實(shí)施例中，上板201還可以是高透射硼硅酸鹽玻璃。在光105通過(guò)上板201后，光105的至少一部分通過(guò)第一導(dǎo)電層203。第一導(dǎo)電層 203可以是透明導(dǎo)電氧化物(TC0)，其允許光105的透射且具有很少的吸收或沒(méi)有吸收。第一導(dǎo)電層203也是導(dǎo)電的，其允許導(dǎo)電以提供電池107的串聯(lián)設(shè)置。在一個(gè)實(shí)施例中第一導(dǎo)電層203是大約0. 15-0. 3 μ m的化學(xué)計(jì)量錫酸鎘(名義上Cd2SnO4)。其他適合的第一導(dǎo)電層203可包括摻氟氧化錫、摻鋁氧化鋅、氧化銦錫、摻雜的氧化銦、摻鋅或鎘的氧化錫、氧化銅鋁或氧化鎘錫的另一個(gè)化合物(例如0(^1103等)。第一導(dǎo)電層203可允許光105通過(guò)而到達(dá)半導(dǎo)體層(例如，第一半導(dǎo)體層207和第二半導(dǎo)體層 209)同時(shí)也起歐姆電極的作用以運(yùn)送光生電荷載流子遠(yuǎn)離光吸收材料。緩沖層205鄰近第一導(dǎo)電層203。緩沖層205電阻更高并且保護(hù)電池107的層免于來(lái)自玻璃的化學(xué)相互作用和/或可能從隨后處理招致的相互作用。包括緩沖層205減小或防止跨電池107和跨模塊100可發(fā)生的電或其他損耗。緩沖層205的適合材料可包括含氧化錫的材料，例如摻鋅的氧化錫、氧化鋅和氧化錫的混合物(例如，具有0. 5至33原子％ Zn的氧化鋅錫)、錫酸鋅、氧化鎵、氧化鋁、氧化硅、氧化銦、氧化鎘和具有比第一導(dǎo)電層203 更高電阻以及保護(hù)電池107的層免于來(lái)自玻璃的相互作用或來(lái)自隨后處理的相互作用的能力的任何其他適合的阻擋材料。另外，包括緩沖層205允許第一半導(dǎo)體層207的形成，其允許光子通過(guò)同時(shí)維持能夠產(chǎn)生電力的高質(zhì)量結(jié)。在某些實(shí)施例中，緩沖層205可省略或由另一個(gè)材料或?qū)犹鎿Q。在一個(gè)實(shí)施例中，緩沖層205包括ZnO和SnO2W組合。例如，緩沖層205可形成至高達(dá)大約1. 5微米或大約0. 8-1. 5微米的厚度并且可包括采用大約一比二(1 2)化學(xué)計(jì)量比的ZnO和SnO2。如在圖2中示出的，第一半導(dǎo)體層207鄰近緩沖層205并且繼上板201、第一導(dǎo)電層203和緩沖層205之后接收光105。第一半導(dǎo)體層207包括寬帶隙η型半導(dǎo)體材料。第一半導(dǎo)體層207的適合的半導(dǎo)體材料包括但不限于CdS、SnO2, CdO、ZnO, AnSe, GaN, In2O2, CdSnO、ZnS, CdZnS或其他適合的η型半導(dǎo)體材料。在一個(gè)實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體層207包括CdS。第一半導(dǎo)體層207可具有從大約0.01至大約0.1 μπι的厚度。第一半導(dǎo)體層207 可通過(guò)化學(xué)浴沉積或通過(guò)濺射形成。第一半導(dǎo)體層207優(yōu)選地具有平滑表面并且大致上是均勻的并且沒(méi)有雜質(zhì)和針孔。第一半導(dǎo)體層207與第二半導(dǎo)體層209形成結(jié)以在電池107中形成光伏效應(yīng)，允許電力從光105產(chǎn)生。第二半導(dǎo)體層209可包括CcUCdTe或其他ρ型半導(dǎo)體材料。當(dāng)?shù)诙雽?dǎo)體層209提供有第一半導(dǎo)體層207時(shí)，當(dāng)暴露于光105時(shí)光伏效應(yīng)產(chǎn)生。如在圖2中示出的，第二半導(dǎo)體層209鄰近第一半導(dǎo)體層207。第二導(dǎo)電層211鄰近第二半導(dǎo)體層209并且提供導(dǎo)電材料，其能夠傳導(dǎo)當(dāng)暴露于光105時(shí)從第一半導(dǎo)體層207 和第二半導(dǎo)體層209的組合形成的電力。盡管圖2示出第一半導(dǎo)體層207和第二半導(dǎo)體層 209的兩層設(shè)置，可利用任何數(shù)目的層(包括界面層)來(lái)提供光伏效應(yīng)。第二導(dǎo)電層211可用任何適合的導(dǎo)電材料和其的組合制造。例如，適合的材料包括以下材料，其包括但不限于石墨、金屬銀、鎳、銅、鋁、鈦、鈀、鉻、鉬，金屬銀、鎳、銅、鋁、鈦、 鈀、鉻、和鉬的合金以及其的任何組合。在一個(gè)實(shí)施例中，第二導(dǎo)電層209可以是石墨、鎳和鋁合金的組合。封裝玻璃213可鄰近第二導(dǎo)電層211粘附。封裝玻璃213可以是適合與電池107 的薄膜使用的剛性結(jié)構(gòu)。封裝玻璃213可以是與上板201相同的材料或可以是不同的。另外，盡管沒(méi)有在圖2中示出，封裝玻璃213可包括開(kāi)口或結(jié)構(gòu)以允許到電池107的布線(xiàn)和/ 或連接。模塊100和個(gè)體電池107可包括沒(méi)有在圖2中示出的其他層和結(jié)構(gòu)。例如，上板 201和/或封裝玻璃213可包括阻擋涂層或其他結(jié)構(gòu)以便于減小或防止雜質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入層。 另外，封裝玻璃213可包括粘附層以將封裝玻璃213粘附到這些層。可在模塊100和/或電池107中存在的另外的結(jié)構(gòu)包括劃線(xiàn)、高壓線(xiàn)與匯流排連接(bussing)結(jié)構(gòu)、外部布線(xiàn)和與薄膜和/或PV結(jié)構(gòu)有用的各種常規(guī)部件。圖3示出用于形成模塊100的示范性工藝的工藝流程圖。該工藝包括形成電池 107的薄膜堆疊的形成，其中膜或?qū)釉谏习?01上形成(在圖2中從頂部向下示出)。如在圖3的流程圖中示出的，提供上板201(盒301)。上板201可由能夠收容用作光伏電池的薄膜并且足夠透明以允許光105透射的任何適合材料制造。繼提供上板201后，第一導(dǎo)電層203沉積到上板201上(盒30 。第一導(dǎo)電層203 是導(dǎo)電的，其允許導(dǎo)電以提供電池107的串聯(lián)設(shè)置。在一個(gè)實(shí)施例中第一導(dǎo)電層203是大約0. 15-0. 3 μ m的化學(xué)計(jì)量錫酸鎘(名義上Cd2SnO4)。其他適合的第一導(dǎo)電層203可包括摻氟氧化錫、摻鋁氧化鋅、氧化銦錫、摻雜的氧化銦、摻鋅或鎘的氧化錫、氧化銅鋁或氧化鎘錫的另一個(gè)化合物(例如CdSnO3等)。第一導(dǎo)電層203可例如通過(guò)直流(DC)或射頻(RF) 濺射形成。在一個(gè)實(shí)施例中，第一導(dǎo)電層203是濺射到上板201上的大致上非晶的Cd2SnO4 層。這樣的濺射可以從含化學(xué)計(jì)量數(shù)量的SnO2和CdO的熱壓靶按1比2的比例執(zhí)行到上板201。錫酸鎘可以備選地通過(guò)噴霧熱解使用醋酸鎘和氯化錫(II)前驅(qū)物制備。一旦沉積第一導(dǎo)電層203，緩沖層205可沉積到第一導(dǎo)電層203 (盒30 。在一個(gè)實(shí)施例中，緩沖層205可例如通過(guò)濺射形成。在一個(gè)示例中，緩沖層205可通過(guò)從熱壓靶濺射到第一導(dǎo)電層203上形成，熱壓靶含有例如按重量主要是Sn和1-22% Zn或化學(xué)計(jì)量數(shù)量的大約67mol % Sn02和大約33mol % ZnO0當(dāng)通過(guò)濺射沉積時(shí)，緩沖層205的氧化鋅錫材料可以是大致上非晶的。緩沖層205可具有大約200和3，000埃之間、或大約800和1，500 埃之間的厚度，以便具有可取的機(jī)械、光學(xué)和電性質(zhì)。緩沖層205可具有寬光學(xué)帶隙，例如大約3. 3eV或更高，以便允許光105的透射。第一半導(dǎo)體層207沉積在緩沖層205上(盒307)。在一個(gè)實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體層207可例如通過(guò)化學(xué)浴沉積或通過(guò)濺射形成。第一半導(dǎo)體層207可沉積到從大約0. 01 至0. Ιμπι的厚度。用作第一半導(dǎo)體層207的一個(gè)適合的材料是CdS。CdS層的適合厚度可在從大約500至1000埃的范圍內(nèi)。第一半導(dǎo)體層207與第二半導(dǎo)體層209形成結(jié)以在電池107中形成光伏效應(yīng)，允許它從光105產(chǎn)生電力。在第一半導(dǎo)體層207形成后，第二半導(dǎo)體層209沉積在第一半導(dǎo)體層207上(盒 309)。第二半導(dǎo)體層209可包括CcUCdTe或其他ρ型半導(dǎo)體材料。第二半導(dǎo)體層209可通過(guò)擴(kuò)散輸運(yùn)沉積、濺射或用于沉積P型半導(dǎo)體層薄膜材料的其他適合的沉積方法沉積。改性區(qū)513(參見(jiàn)圖幻在第二半導(dǎo)體層209上或內(nèi)形成(盒310)。該改性區(qū)513 是其中第二半導(dǎo)體層209的材料至少部分結(jié)晶的區(qū)域。該改性區(qū)513可位于沿第二半導(dǎo)體層209或可包括第二半導(dǎo)體層209的整個(gè)表面或整體。在一個(gè)實(shí)施例中，第二半導(dǎo)體層209 是碲化鎘膜層并且改性區(qū)513包括具有比未改性碲化鎘膜層更高濃度的碲的組成。未改性碲化鎘膜層包括當(dāng)碲化鎘另外大致上沒(méi)有暴露于集中電磁能503提供(參見(jiàn)例如圖5)時(shí)形成的層。另外，未改性碲化鎘膜層包括立法晶體結(jié)構(gòu)并且改性區(qū)513的組合包括六方密排結(jié)構(gòu)。繼第二半導(dǎo)體層209形成并且第二半導(dǎo)體層209改性以形成改性區(qū)513后，沉積第二導(dǎo)電層211 (盒311)。第二導(dǎo)電層211施加于第二半導(dǎo)體層209并且可與改性區(qū)513 接觸。第二導(dǎo)電層211可用任何適合的導(dǎo)電材料制造。第二導(dǎo)電層211可通過(guò)濺射、電沉
6積、絲網(wǎng)印刷、物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)或噴涂形成。在一個(gè)實(shí)施例中，第二導(dǎo)電層209是絲網(wǎng)印刷到表面上的石墨和濺射到其上的鎳和鋁合金的組合。上文描述的所有濺射步驟可在高純氣氛下在環(huán)境溫度磁控濺射。然而，可使用其他的沉積工藝，包括更高溫度的濺射、電沉積、絲網(wǎng)印刷、物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)或噴涂。另外處理可在連續(xù)線(xiàn)中提供或可以是一系列分批操作。當(dāng)工藝是連續(xù)工藝時(shí)，濺射或沉積腔被單獨(dú)隔離并且在每個(gè)涂覆周期期間達(dá)到涂覆條件并且然后重復(fù)。一旦第二導(dǎo)電層211形成，封裝玻璃213施加到第二導(dǎo)電層211(盒313)。在一個(gè)實(shí)施例中，封裝玻璃213用粘合劑或用于粘附的其他適合的化合物粘附到第二導(dǎo)電層211。 封裝玻璃213可以是適合與薄膜結(jié)構(gòu)一起使用的剛性材料并且可以是與上板201相同的材料或不同材料。封裝玻璃213可使用任何適合的方法粘附到第二導(dǎo)電層211。例如，封裝玻璃213可使用粘合劑或其他接合組成粘附到第二導(dǎo)電層211。盡管沒(méi)有在圖3中示出，在用于形成模塊100和電池107的工藝中可包括其他處理步驟。例如，還可利用清潔、蝕刻、摻雜、介電或其他選擇性的絕緣材料沉積、間隙層的形成、劃線(xiàn)、熱處理和布線(xiàn)。例如，可提供布線(xiàn)和/或高壓線(xiàn)與匯流排連接裝置以完成PV電路 (即，采用串聯(lián)設(shè)置的電池107)和提供PV電路到負(fù)載或其他外部裝置的連接性。可利用劃線(xiàn)以形成層與層之間的互連并且隔離電池和/或薄膜堆疊的層。劃線(xiàn)可使用用于劃線(xiàn)和/或互連薄膜層的任何已知技術(shù)完成。在一個(gè)實(shí)施例中，劃線(xiàn)使用從一個(gè)或多個(gè)方向弓丨導(dǎo)于一個(gè)或多個(gè)層的激光完成?？衫靡粋€(gè)或多個(gè)激光劃線(xiàn)以選擇性地去除薄膜層并且提供電池107的互連性和/或隔離。在一個(gè)實(shí)施例中，完成劃線(xiàn)和層沉積以互連和/或隔離電池107以提供具有采用串聯(lián)電設(shè)置的電池107的PV電路。圖4包括圖示用于形成改性區(qū)513的示范性方法的流程圖。該方法包括提供碲化鎘層(盒401)。碲化鎘可例如是光伏模塊的第二半導(dǎo)體層209(參見(jiàn)圖幻。在其他實(shí)施例中，碲化鎘可以是例如伽瑪檢測(cè)器等薄膜裝置內(nèi)的層。碲化鎘層包括碲化鎘、含鎘和碲化物的化合物和/或碲化鎘的合金。碲化鎘層限定為包含碲化鎘、含鎘和碲的化合物和/或碲化鎘的合金的任何層。另外，碲化鎘層可包括添加劑，例如Cu、Cl、N、As、Sb、Ag、Au 或 P ；或含 Cu、Cl、N、As、Sb、Ag、Au 或 P 的化合物。 方法進(jìn)一步包括引導(dǎo)來(lái)自能源501(參見(jiàn)例如圖幻的集中電磁能503朝向碲化鎘層(盒 403)。適合的能源可包括但不限于激光、射頻(Rf)、電子束、紅外線(xiàn)(IR)或用于快速熱處理 /退火(RTA)的源。激光器或其他能源配置成產(chǎn)生集中電磁能或束，其具有提供熱和/或其他適合的能量給碲化鎘膜的功率密度和/或波長(zhǎng)。術(shù)語(yǔ)“集中電磁能”包括采用任何適合的形式的定向能量，并且可包括但不限于激光束、定向Rf能量、電子束、定向頂能量或能夠提供能量給表面的任何其他定向或集中能量。熱和/或其他適合的能量可足以當(dāng)冷卻時(shí)提供層的改性。通過(guò)“改性”，其的修改或語(yǔ)法變化形式，表示層的表面或區(qū)域在物理和/或化學(xué)上被改變，導(dǎo)致組成和/或結(jié)構(gòu)中的變化，例如晶體結(jié)構(gòu)等的變化。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)射具有100-1500nm的波長(zhǎng)和從大約0. 01J/cm2至大約lOOJ/cm2或大約0. lj/cm2的流量密度的束的激光器充當(dāng)能源501。如在圖4中示出的，方法進(jìn)一步包括將碲化鎘層改性以形成改性區(qū)513(盒405)。 該改性區(qū)513包括大于碲化鎘層的剩余部分或未改性碲化鎘層中的碲化物的濃度的碲化物的濃度。盡管不希望被理論束縛，但當(dāng)暴露于集中電磁能503的能量時(shí)，碲化物的濃度中的變化可由鎘的增加的蒸發(fā)速率超過(guò)碲的蒸發(fā)速率引起(參見(jiàn)圖幻。碲的濃度增加降低了在改性區(qū)513的表面的接觸電阻。另外，改性區(qū)包括改性的晶體結(jié)構(gòu)，其中改性區(qū)的晶體結(jié)構(gòu)不同于碲化鎘層的晶體結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，改性區(qū)513的晶體結(jié)構(gòu)是六方密排結(jié)構(gòu)。 盡管不希望被理論束縛，但要確信組成的改變與通過(guò)暴露于集中電磁能503存在的能量結(jié)合導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)的改變。圖5圖示用于在薄膜堆疊(用于在光伏模塊中使用)上形成改性區(qū)513的設(shè)備。 如在圖5中示出的，能源501發(fā)射引導(dǎo)于第二半導(dǎo)體層209的表面505的集中電磁能503。 第二半導(dǎo)體層209可以是碲化鎘。能源501是能夠提供足夠熱和/或其他適合的能量到第二半導(dǎo)體層209的表面以將第二半導(dǎo)體層209改性的能源。例如，能源可配置成采用這樣的方式提供足夠熱和/或能量到表面505以將碲化鎘層改性以增加層中碲的濃度并且改變碲化鎘層的晶體結(jié)構(gòu)。碲的濃度中的增加足以降低改性區(qū)513的接觸電阻。在一個(gè)實(shí)施例中，能源是發(fā)射具有從大約100-1500nm的波長(zhǎng)的束503的激光器。適合的波長(zhǎng)包括^Onm、 350nm、532nm和1064nm。激光器的脈沖持續(xù)時(shí)間在從Ins至500ns的范圍內(nèi)。另外，激光器可包括具有從大約0. 01J/cm2至大約lj/cm2或大約0. lj/cm2的流量密度的束503。當(dāng)集中電磁能503接觸表面505時(shí)，第二半導(dǎo)體層209在集中電磁能503接觸表面505的位置被局部加熱。該熱足夠改變第二半導(dǎo)體層209的組成并且改變第二半導(dǎo)體層209的晶體結(jié)構(gòu)。在其中處理錫酸鎘的氣氛可以是例如空氣、CO、N2 = H2 (形成氣體)、&和其的組合等環(huán)境氣體組成。盡管上文已經(jīng)描述為接觸表面505，集中電磁能503可采用加熱第二半導(dǎo)體層 209內(nèi)的一部分的方式配置。圖6示出經(jīng)受本公開(kāi)的方法的包括碲化鎘的第二半導(dǎo)體層209的頂視圖。如示出的，集中電磁能503沿路徑601掃過(guò)從而局部加熱第二半導(dǎo)體層209的表面505。在集中電磁能503加熱表面后，第二半導(dǎo)體層209改性以形成改性區(qū)513。在圖6中示出的實(shí)施例包括路徑601，其在方向603上來(lái)回地跨表面505掃過(guò)。然而，集中電磁能503的路徑601不被這樣限制并且可包括集中電磁能503的任何適合的路徑601。圖7示出備選設(shè)置，其中利用多個(gè)束503同時(shí)將第二半導(dǎo)體層209的表面505改性。在該實(shí)施例中，束503可提供在方向603上的單程處理，其減少需要的工藝時(shí)間。與圖 6的實(shí)施例相似的，第二半導(dǎo)體層209沿束503的路徑601結(jié)晶以形成改性區(qū)513。示例光伏器件使用下列薄膜堆疊形成Sn02/ZT0/CdS/CdTe/NiV/Al/N iV。在示例1中， CdTe層包括激光處理，并且在比較示例中，CdTe沒(méi)有改性并且保持未改性。示例1-暴露于激光束的CdTe 該示例的CdTe層的激光處理利用下列條件第一遍處于以0度角度，流量密度0.3J/cm2，脈沖持續(xù)時(shí)間 150ns，脈沖重復(fù)頻率80kHz，波長(zhǎng)IO7Onm,掃描速度1000mm/s，以及掃描間隔100 μ m比較示例-沒(méi)有暴露于激光束的CdTe層該比較示例沒(méi)有處理并且按沉積的那樣被測(cè)試。在示例1和比較示例中形成的光伏器件中的每個(gè)人工地從該材料堆疊隔離，其中一個(gè)上具有引導(dǎo)于CdTe層的激光束。獲得如在圖14中示出的在光亮和黑暗(S卩，沒(méi)有光) 條件下的每個(gè)器件的電流密度電壓圖表。如在圖14中的電流密度電壓圖表中示出的，通過(guò)比較在圖14的對(duì)應(yīng)于> 0. 75V至IV的正向偏置下的黑暗條件曲線(xiàn)中的電流密度的斜率來(lái)比較電阻。激光處理材料(即，示例1)的斜率示出大約3. 9歐姆的電阻，而沒(méi)有激光處理的樣品(即，比較示例)的斜率給出大約37歐姆的電阻。暴露于激光束的集中電磁能的膜包括大于在比較示例的未處理層中的濃度的碲的濃度。該增加的濃度認(rèn)為是由于鎘的增加的蒸發(fā)速率超過(guò)碲的蒸發(fā)速率。圖8示出暴露于激光束的示例1的X射線(xiàn)衍射花樣。圖9-13示出示例1的CdTe層的改性區(qū)的顯微照片。 圖9示出包括CdTe的改性區(qū)513和第二半導(dǎo)體層209。圖10示出圖9的改性區(qū)513的放大圖。圖11示出包括CdTe的改性區(qū)513和第二半導(dǎo)體層209。圖12示出圖11的改性區(qū)的放大圖。圖13示出圖12的改性區(qū)513的另外的放大圖。在圖11-13中示出的樣品使用大于在圖9-10中示出的樣品的掃描速度獲得。在圖11-13中的樣品的掃描速度包括對(duì)應(yīng)于在每個(gè)位置單個(gè)脈沖打擊的速度。盡管上文已經(jīng)關(guān)于光伏模塊和光伏器件描述，本公開(kāi)的方法、薄膜結(jié)構(gòu)和設(shè)備可與其他薄膜器件一起使用?？膳c本公開(kāi)一起使用的其他薄膜器件包括但不限于光電檢測(cè)器、二極管應(yīng)用或利用具有多個(gè)具有不相似的不同熔點(diǎn)/蒸發(fā)點(diǎn)的材料成分的結(jié)構(gòu)的其他應(yīng)用。盡管本發(fā)明已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例描述，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將理解可做出各種改變并且等同物可代替其的元件而不偏離本發(fā)明的范圍。另外，可做出許多修改以使特定情況或材料適應(yīng)于本發(fā)明的講授而不偏離其的本質(zhì)范圍。因此，規(guī)定本發(fā)明不限于作為設(shè)想用于實(shí)施本發(fā)明的最佳模式公開(kāi)的特定實(shí)施例，而本發(fā)明將包括落入附上的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。部件列表
權(quán)利要求
1.一種包括改性碲化鎘和未改性碲化鎘的層009)，所述層(209)包括改性區(qū)(513)，其具有的碲化物濃度大于未改性碲化鎘區(qū)中的碲化物濃度，所述改性區(qū) (513)包括六方密排晶體結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的層009)，其中所述改性區(qū)(513)具有的接觸電阻小于所述未改性碲化鎘區(qū)的接觸電阻。
3.如權(quán)利要求1所述的層(209)，其中所述層(209)進(jìn)一步包括從由Cu、Cl、N、As、Sb、 Ag、Au或P和其組合構(gòu)成的組選擇的一個(gè)或多個(gè)元素。
4.如權(quán)利要求1所述的層009)，其中所述改性區(qū)(513)包括大致上與在圖8中示出的相同的X射線(xiàn)衍射花樣。
5.如權(quán)利要求1所述的層009)，其中所述層(209)形成光伏模塊(100)的半導(dǎo)體層。
6.如權(quán)利要求1所述的層009)，其中所述層(209)形成伽瑪射線(xiàn)檢測(cè)器的半導(dǎo)體層。
7.如權(quán)利要求2所述的層(209)，其中所述層(209)進(jìn)一步包括從由Cu、Cl、N、As、Sb、 Ag、Au或P和其組合構(gòu)成的組選擇的一個(gè)或多個(gè)元素。
8.如權(quán)利要求2所述的層009)，其中所述改性區(qū)(513)包括大致上與在圖8中示出的相同的X射線(xiàn)衍射花樣。
9.如權(quán)利要求2所述的層009)，其中所述層(209)形成光伏模塊(100)的半導(dǎo)體層。
10.如權(quán)利要求2所述的層009)，其中所述層(209)形成伽瑪射線(xiàn)檢測(cè)器的半導(dǎo)體層。
全文摘要
本發(fā)明名稱(chēng)為將碲化鎘層改性的方法和具有碲化鎘層的薄膜器件。包括設(shè)置在碲化鎘層內(nèi)的改性碲化鎘和未改性碲化鎘的層。該改性區(qū)包括的碲化物濃度大于未改性碲化鎘區(qū)中的碲化物濃度。該改性區(qū)還包括六方密排晶體結(jié)構(gòu)。還公開(kāi)用于將碲化鎘層改性的方法和薄膜器件。
文檔編號(hào)H01L31/036GK102290456SQ201110175409
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者J·M·弗里 申請(qǐng)人:初星太陽(yáng)能公司