專利名稱：用于形成氧化鎘錫層和光伏器件的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于形成光伏器件的方法。更具體地，本發(fā)明涉及用于通過快速熱退火形成多晶氧化鎘錫層的方法。
背景技術：
薄膜太陽能電池或光伏器件典型地包括多個設置在透明支撐體上的半導體層，其中ー層充當窗ロ層，并且第二層充當吸收體層。該窗ロ層允許太陽能輻射穿透到該吸收體層，在該吸收層，光能被轉換成可用的電能?；陧诨k/硫化鎘(CdTe/CcK)異質結的光伏電池是薄膜太陽能電池的一個這樣的示例。典型地，透明導電氧化物(TCO)的薄層沉積在支撐體和窗ロ層(例如，CdS)之間來起前接觸電流收集器的功能。然而，例如摻氟氧化錫、氧化銅錫和摻鋁氧化鋅等常規(guī)TCO 在對于良好的光學透射率必需的厚度下具有高電阻率。氧化鎘錫(CTO)用作TCO提供更好的電學、光學和機械性質，以及在升高的溫度下的穩(wěn)定性。然而，基于CdTe/CdS的薄膜太陽能電池仍然具有挑戰(zhàn)，例如厚CdS膜典型地由于降低的短路電流(Js。)導致低器件效率，然而薄CdS膜可以引起降低的開路電壓(Vqc)。在一些實例中，為了用薄CdS膜取得高器件效率，例如未摻雜的氧化錫(SnO2)層等緩沖材料的薄層插入氧化鎘錫(CTO)和窗ロ(CdS)層之間。用于制造CTO層的典型方法包括在支撐體上沉積非晶氧化鎘錫層，接著是CTO層 (其與CdS膜接觸或臨近CdS膜)的緩慢熱退火，來取得期望的透明度和電阻率。然而，CTO 的基于CdS的退火難以在大規(guī)模制造環(huán)境中實現(xiàn)。具體地，非常難在退火エ藝之前和之后組裝和拆解板，其典型地要求操作員的人工干預，并且存在可能導致CTO膜升華的未對準的高風險。此外，對于每個退火步驟在非可再用玻璃板上使用昂貴的CdS増加制造成本。對于CTO膜的熱處理采用的高退火溫度(> 550°C )進ー步不允許使用較便宜的低軟化溫度支撐體，例如鈉鈣玻璃等。在取得CTO的結晶化后，分開的緩沖層(例如，未摻雜氧化錫)被沉積在CTO層上， 其可進ー步后跟第二退火步驟來獲得良好的結晶質量。該緩沖層的性能通常部分取決于該層的結晶度和形態(tài)，并且受CTO的表面(該層沉積在CTO表面上)影響。高質量緩沖層對于在由此制造的太陽能電池中獲得期望的性能是可取的。從而，存在減少光伏器件的制造期間CTO和緩沖層的沉積和退火的步驟數(shù)目的需要，導致降低的成本和提高的制造能力。此外，存在提供使用具有期望的電學和光學性質的氧化鎘錫制造的成本有效的電極和光伏器件的需要。

發(fā)明內容
提供本發(fā)明的實施例來滿足這些和其他需要。ー個實施例是方法。該方法包括在支撐體上設置大致上非晶的氧化鎘錫層，并且通過將該非晶氧化鎘錫層的第一表面暴露于電磁輻射而將該非晶氧化鎘錫層快速熱退火來形成透明層。
另ー個實施例是制作光伏器件的方法。該方法包括在支撐體上設置大致上非晶的氧化鎘錫層并且通過將該非晶氧化鎘錫層的第一表面暴露于電磁輻射而將該非晶氧化鎘錫層快速熱退火來形成透明層。該方法進ー步包括在該透明層上設置第一半導體層；在該第一半導體層上設置第二半導體層；并且在該第二半導體層上設置背接觸層來形成光伏器件。再另ー個實施例是方法。該方法包括在支撐體上設置大致上非晶的氧化鎘錫層并且通過將該非晶氧化鎘錫層的第一表面暴露于電磁輻射而將該非晶氧化鎘錫層快速熱退火來形成透明層。該透明層包括具有大致上単相尖晶石型(spinel)晶體結構的氧化鎘錫， 并且具有小于大約的電阻率。


當下列詳細說明參照附圖閱讀吋，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是根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的設置在支撐體上的大致上非晶的氧化鎘錫層的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的透明電極的示意圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的透明電極的示意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的光伏器件的示意圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的光伏器件的示意圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的光伏器件的示意圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的光伏器件的示意圖。圖8是根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的光伏器件的示意圖。圖9A示出未退火的大致上非晶的氧化鎘錫層的數(shù)字圖像。圖9B根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例示出透明層的數(shù)字圖像。圖10根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例示出透明層的光學透射率曲線。圖11根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例示出透明層的作為燈功率的函數(shù)的薄層電阻值。圖12根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例示出透明層的XRD花樣。圖13A示出沉積態(tài)的大致上非晶的氧化鎘錫層的XPS輪廓。圖1 根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例示出透明層的XPS輪廓。圖14示出作為自耦變壓器(vasiac)設置的函數(shù)的薄層電阻。圖15示出作為脈沖寬度的函數(shù)的薄層電阻。圖16示出作為燈能量的函數(shù)的薄層電阻。圖17示出在每個退火步驟后大致上非晶的氧化鎘錫層的數(shù)字圖像。圖18根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例示出透明層的XRD花樣。圖19示出非晶氧化鎘錫和結晶氧化鎘錫的吸收曲線。
具體實施例方式如下文詳細論述的，本發(fā)明的實施例中的ー些提供用于通過快速熱退火形成結晶氧化鎘錫層的方法。該方法可通過排除使用昂貴的CdS/玻璃犧牲部分(典型地在臨近退火中使用)實現(xiàn)用于形成結晶氧化鎘錫的成本有效的可制造エ藝。此外，該方法允許避免在退火エ藝期間需要人工干預的連續(xù)エ藝，并且更快的退火時間可引起更高的生產能力和更低的制造成本。該快速熱退火エ藝還允許使用具有低于600°C的軟化溫度的較便宜的支撐體，例如鈉鈣玻璃等。本發(fā)明的實施例中的ー些進一歩提供用于形成具有漸變氧化鎘錫層的透明電極和光伏器件的方法。該漸變氧化鎘錫層可在一些實施例中有利地起透明導電氧化物層和緩沖層的功能，或備選地在一些其他實施例中便于設置結晶緩沖層，從而實現(xiàn)該緩沖層增強的結晶化和性能。該漸變氧化鎘錫層從而可在該光伏器件的生產期間提供成本降低以及通過減小窗ロ層中的光學吸收、降低全反射并且優(yōu)化該器件的開路電壓而增強的器件性能。如在本文中在說明書和權利要求書中使用的近似語言可應用于修飾任何定量表示，其可以獲準地改變而不引起它與之有關的基本功能中的變化。因此，由例如“大約”等術語或多個術語修飾的值不限于規(guī)定的精確值。在一些實例中，該近似語言可對應于用于測量該值的儀器的精確度。在下列說明書和權利要求書中，単數(shù)形式“一”和“該”包括復數(shù)個指代物，除非上下文清楚地另外指明。如本文使用的，術語“可”和“可以是”指示在一組情況內發(fā)生的可能性；具有規(guī)定的性質、特性或功能；和/或通過表達與修飾的動詞關聯(lián)的能力、性能或可能性中的ー個或多個來修飾該動詞。因此，“可”和“可以是”的使用指示所修飾的術語對于指示的能夠性、功能或使用是明顯適當?shù)?、有能力的或合適的，但考慮在一些情況下該修飾的術語可能有時不是適當?shù)摹⒂心芰Φ幕蚝线m的。例如，在一些情況下，可以預期事件或能夠性，而在其他情況下該事件或能夠性不能發(fā)生，該區(qū)別由術語“可”和“可以是”正確表達。如本文使用的術語“透明區(qū)域”、“透明層”和“透明電極”指允許入射電磁輻射的至少80%的平均透射的區(qū)域、層或物品，該電磁輻射具有在從大約300nm至大約850nm的范圍中的波長。如本文使用的，術語“設置在...上”指層直接互相接觸設置或通過在其之間具有插入層間接互相接觸設置。如下文詳細論述的，本發(fā)明的ー些實施例針對用于形成透明電極和光伏器件的改進的結晶氧化鎘錫層的方法。參考圖1-8描述該方法。如指示的，例如在圖1中，該方法包括在支撐體110上設置大致上非晶的氧化鎘錫層120。該大致上非晶的氧化鎘錫層120包括第一表面122和第二表面124。在一個實施例中，該第二表面1 鄰接于該支撐體110。如本文使用的，術語“氧化鎘錫”包括鎘、錫和氧的組成。在一些實施例中，氧化鎘錫包括鎘和錫的化學計量組成，其中例如鎘對錫的原子比是大約2 1。在一些其他實施例中，氧化鎘錫包括鎘和錫的非化學計量組成，其中例如鎘對錫的原子比在小于大約2 1或大于大約2 1的范圍中。如本文使用的，術語“氧化鎘錫”和“CT0”可互換地使用。在一些實施例中，氧化鎘錫可進一歩包括ー個或多個摻雜劑，例如銅、鋅、鈣、釔、鋯、鉿、釩、錫、 釕、鎂、銅、鋅、鈀、銠、鈦或其的組合。如本文使用的“大致上非晶的氧化鎘錫”指不具有如由X射線衍射(XRD)觀察到的明顯結晶花樣的氧化鎘錫層。在某些實施例中，氧化鎘錫可起透明導電氧化物(TCO)的功能。氧化鎘錫作為TCO 具有許多優(yōu)勢，其包括當與氧化錫、氧化銅、氧化銅錫和其他透明導電氧化物比較時具有較好的電學、光學、表面和機械性質以及在升高的溫度下増加的穩(wěn)定性。氧化鎘錫的這些電學性質可部分取決于在一些實施例中由鎘和錫的原子濃度，或備選地在一些其他實施例中由氧化鎘錫中鎘對錫的原子比表征的氧化鎘錫的組成。如本文使用的，鎘對錫的原子比指氧化鎘錫中鎘對錫的原子濃度的比率。鎘和錫的原子濃度和對應的原子比一般使用例如X射線光電子譜(XPS)來測量。在一個實施例中，大致上非晶的CTO層120中鎘對錫的原子比在從大約1.2 1 至大約3 1的范圍中。在另ー個實施例中，大致上非晶的CTO層120中鎘對錫的原子比在從大約1.5 1至大約2. 5 1的范圍中。在再另ー個實施例中，大致上非晶的CTO層 120中鎘對錫的原子比在從大約1.7 1至大約2. 15 1的范圍中。在一個特別實施例中，大致上非晶的CTO層120中鎘對錫的原子比在從大約1.4 1至大約2 1的范圍中。在一個實施例中，大致上非晶的CTO層120中鎘的原子濃度在從氧化鎘錫的總原子含量的大約20%至大約40%的范圍中。在另ー個實施例中，大致上非晶的CTO層120中鎘的原子濃度在從氧化鎘錫的總原子含量的大約25%至大約35%的范圍中。在特別實施例中，大致上非晶的CTO層120中鎘的原子濃度在從氧化鎘錫的總原子含量的大約至大約32%的范圍中。在一個實施例中，大致上非晶的CTO層120中錫的原子濃度在從氧化鎘錫的總原子含量的大約10%至大約30%的范圍中。在另ー個實施例中，大致上非晶的 CTO層120中錫的原子濃度在從氧化鎘錫的總原子含量的大約15%至大約的范圍中。 在特別實施例中，大致上非晶的CTO層120中錫的原子濃度在從氧化鎘錫的總原子含量的大約18%至大約的范圍中。在一個實施例中，大致上非晶的CTO層120中氧的原子濃度在從氧化鎘錫的總原子含量的大約30%至大約70%的范圍中。在另ー個實施例中，大致上非晶的CTO層120中氧的原子濃度在從氧化鎘錫的總原子含量的大約40%至大約60% 的范圍中。在特別實施例中，大致上非晶的CTO層120中氧的原子濃度在從氧化鎘錫的總原子含量的大約44%至大約50%的范圍中。在一個實施例中，大致上非晶的CTO層120通過例如濺射、化學氣相沉積、旋涂、噴涂或浸涂等任何適合的技術設置在支撐體110上。在一個實施例中，大致上非晶的CTO層 120可通過將支撐體110浸入由鎘化合物和錫化合物得到的包含鎘和錫的反應產物的溶液而形成。在特別實施例中，大致上非晶的CTO層120通過濺射設置在支撐體110上。在一個實施例中，大致上非晶的CTO層120可通過射頻(RF)濺射或直流(DC)濺射設置在支撐體110上。在一個實施例中，大致上非晶的CTO層120可在氧存在的情況下通過反應濺射設置在支撐體110上。在一些實施例中，大致上非晶的CTO層120使用陶瓷氧化鎘錫靶設置在支撐體110 上。在一些其他實施例中，大致上非晶的CTO層120使用氧化鎘和氧化錫靶通過共濺射或通過從包括氧化鎘和氧化錫的混合物的單個靶濺射而設置在支撐體110上。在ー些其他實施例中，大致上非晶的CTO層120使用單個金屬靶(其中該金屬靶包括鎘和錫金屬的混合物)通過反應濺射，或使用兩個不同的金屬靶(即，鎘靶和錫靶)通過反應共濺射來設置在支撐體110上。濺射靶可通過任何エ藝并且采用適合與任何適當?shù)臑R射工具、機器、設備或系統(tǒng)一起使用的任何形狀、組成或配置而制造、形成或成形。當通過濺射在支撐體110上沉積大致上非晶的CTO層120吋，沉積層中的鎘和錫
7的原子濃度可與濺射靶中鎘和錫的原子濃度成正比。在一個實施例中，濺射靶中鎘對錫的原子比在從大約1.4 1至大約3 1的范圍中。在另一個實施例中，濺射靶中鎘對錫的原子比在從大約1.5 1至大約2. 5 1的范圍中。在再另一個實施例中，濺射靶中鎘對錫的原子比在從大約1.7 1至大約2. 15 1的范圍中。在一個特別實施例中，濺射靶中鎘對錫的原子比在從大約1.4 1至大約2 1的范圍中。在一些實施例中，大致上非晶的CTO層120的厚度通過在設置步驟期間改變采用的處理參數(shù)中的一個或多個而控制。在一個實施例中，大致上非晶的CTO層120的厚度設計成在從大約50nm至大約600nm的范圍中。在另一個實施例中，大致上非晶的CTO層120的厚度具有在從大約IOOnm至大約500nm的范圍中的厚度。在特別實施例中，大致上非晶的CTO層120的厚度具有在從大約200nm至大約400nm的范圍中的厚度。如指示的，例如在圖1中，支撐體110進一步包括第一表面112和第二表面114。在一個實施例中，太陽輻射入射在該第一表面112上，并且大致上非晶的CTO層120設置鄰近該第二表面114。在這樣的實例中，支撐體110和CTO層120的配置也稱為“頂板”配置。在一個實施例中，支撐體110在對于期望通過支撐體110透射的波長范圍上是透明的。在一個實施例中，支撐體110可對于具有在從大約400nm至大約IOOOnm的范圍中的波長的可見光是透明的。在再另一個實施例中，支撐體110的熱膨脹系數(shù)接近大致上非晶的CTO層120的熱膨脹系數(shù)，來防止大致上非晶的CTO層120在熱處理期間開裂或彎曲。在一些實施例中，某些其他層可設置在大致上非晶的CTO層120和支撐體110之間，例如反射層等。在一些實施例中，支撐體110包括能夠耐受大于大約600°C的熱處理溫度的材料，例如硅石和硼硅酸鹽玻璃等。在一些其他實施例中，支撐體110包括具有低于600°C的軟化溫度的材料，例如鈉鈣玻璃等。典型地，使用例如鈉鈣玻璃等支撐體用于CTO的退火是不可能的，因為采用的退火溫度大于600°C，其大于鈉鈣玻璃的軟化溫度。從而，使用例如鈉鈣玻璃等支撐體對于其中對于退火采用大于600°C的溫度的光伏器件的生產是不可行的。在一些實施例中，本發(fā)明的快速熱退火步驟導致支撐體-非晶CTO組件的快速溫度增加，并且避免支撐體連續(xù)暴露于大于600°C的溫度持續(xù)延長的時間段。沒有被任何特別理論束縛的情況下，認為由于由非晶CTO層更大的能量吸收，快速熱退火步驟可比支撐體快得多地加熱非晶CTO層。因此，在一些實施例中，快速熱退火步驟可允許非晶CTO層被加熱到大于支撐體的溫度，從而將CTO層退火而不將支撐體軟化。在一些實施例中，該方法有利地允許使用例如鈉鈣玻璃等低軟化溫度(小于600°c )支撐體用于形成光伏器件。在一些其他實施例中，如例如在圖2中圖示的，大致上非晶的CTO層120設置在支撐體110上，使得太陽輻射入射在透明層的第一表面131上并且透明層的第二表面133設置鄰近支撐體110的第二表面114。在這樣的實例中，支撐體110和CTO層120的配置也稱為“襯底”配置。支撐體110包括如在圖6中圖示的多層的堆疊，例如背接觸層160設置在背支撐體190上，第二半導體層150設置在該背接觸層160上，并且第一半導體層140設置在該第二半導體層150上。在這樣的實施例中，大致上非晶的CTO層120設置在該第一半導體層140上。如指示的，例如在圖1中，該方法進一步包括將大致上非晶的CTO層的第一表面122暴露于電磁輻射100。如指示的，例如在圖2中，該方法此外包括將大致上非晶的CTO層120快速熱退火來形成透明層130。在一些實施例中，設置在支撐體110上的透明層130形成透明電極200。如本文使用的術語“快速熱退火”指以在大于大約200W/cm2的范圍中的入射功率密度輻照大致上非晶的CTO層120的表面來形成大致上結晶的CTO層。如本文使用的術語“入射功率密度”指在大致上非晶的CTO層120的第一表面122上每單位表面積入射的功率。在一些實施例中，快速熱退火進一步包括以使得大致上非晶的CTO層受到的加熱速率大于大約20°C /秒的入射功率密度輻照大致上非晶的CTO層120的表面。如本文使用的術語“加熱速率”指對非晶CTO層進行加熱來達到期望的退火溫度的平均速率。在某些實施例中，快速熱退火包括以使得大致上非晶的CTO層受到的加熱速率大于大約100°C/秒的入射功率密度輻照大致上非晶的CTO層120的表面。在一些其他實施例中，快速熱退火進一步包括以使得為了達到期望的退火溫度所花費的時間小于大約60秒的入射功率密度和加熱速率輻照大致上非晶的CTO層120的表面。如本文使用的術語“電磁輻射”指具有電和磁場兩者并且以波傳播的輻射。電磁輻射可按波長分類成無線電、微波、紅外、可見區(qū)域、紫外、X射線和伽瑪射線。在一個實施例中，大致上非晶的CTO層120的快速熱退火包括將大致上非晶的CTO層120暴露于高強度電磁輻射使得實現(xiàn)大致上非晶的CTO層120的可控退火。在一個實施例中，大致上非晶的CTO層120的快速熱退火包括將大致上非晶的CTO層120暴露于高強度紅外輻射100使得大致上非晶的CTO層120吸收可觀部分的可見光子(light photon)?！凹t外輻射”包括具有在大于大約700nm的范圍中的波長的電磁波。在一個實施例中，大致上非晶的CTO層120的快速熱退火包括將大致上非晶的CTO層120暴露于具有限定的強度-波長光譜的高強度電磁輻射使得大致上非晶的CTO層120吸收可觀部分的可見光子。圖19示出未退火非晶CTO和結晶CTO作為電磁輻射波長的函數(shù)的吸收曲線。如在圖19中圖示的，結晶CTO層的吸收輪廓不同于非晶CTO層的吸收輪廓。因此，在一些實施例中，非晶和結晶CTO的光學性質可有利地用于采用可控方式提供快速熱退火。如在圖4中圖示的，非晶未退火CTO對于具有小于300nm的波長的光子具有非常高的光學吸收(大于90%)。相似地，結晶CTO對于具有小于300nm的波長的光子大致上具有相同的光學吸收(大于30%)。在一個實施例中，大致上非晶的CTO層120暴露于具有在小于大約300nm的范圍中的波長的電磁輻射。在這樣的實例中，電磁輻射可經過濾光器使得具有大于大約300nm的波長的輻射從入射輻射去除。在該波長范圍中由非晶CTO層吸收的大量光子可引起膜內溫度的快速上升，非常快地導致從非晶到結晶形式的變化。沒有被任何理論束縛的情況下，認為通過使用在小于大約300nm的范圍中的波長，由大致上非晶的CTO層吸收的入射功率密度的量與由大致上結晶的CTO層吸收的功率密度大致上相同。因此，在這樣的實例中，大致上結晶的CTO層的加熱速率與大致上非晶的CTO層大致上相同，從而降低使結晶CTO層過熱的可能性。因為退火后CTO層的光學性質中的變化可能不影響由該層吸收的功率，小于300nm的波長的使用從而可允許非晶CTO層的更穩(wěn)定的退火。在一些實施例中，該方法包括將大致上非晶的CTO層120的第一表面122暴露于具有在小于大約300nm的范圍中的波長的紫外輻射100。術語“在范圍中的波長”指具有在該范圍中的波長的光譜的電磁輻射，并且不限于單個波長或單色輻射。在另一個實施例中，對于快速熱退火采用的電磁輻射具有在小于大約600nm的范圍中的波長。如在圖19中圖示的，結晶CTO的吸收輪廓在大約350nm至600nm的波長范圍之間的吸收中示出可觀的降低。因此，在這樣的實例中，由結晶CTO層吸收的入射功率密度的量低于由大致上非晶的CTO層吸收的功率密度。因此，在這樣的實施例中，大致上結晶的CTO層的加熱速率可低于大致上非晶的CTO層，從而降低使結晶CTO層過熱的可能性。在再另一個實施例中，對于快速熱退火采用的電磁輻射具有在從大約450nm至大約600nm的范圍中的波長。沒有被任何理論束縛的情況下，認為當大致上非晶的CTO層120變成結晶的時，因為結晶CTO對于在450nm至600nm的波長范圍中的電磁輻射是大致上透明的，因此光學吸收減小，如在圖19中圖示的。當CTO結晶時降低的光學吸收可導致結晶CTO層由于電磁輻射引起的顯著降低的加熱。因此，在這樣的實例中，快速熱退火工藝可基本上起“自限制”工藝的功能，即結晶的行為防止CTO層變得過熱到損傷該層的點。對于快速熱退火采用的選擇的波長范圍可部分取決于非晶CTO層的光學特性、結晶CTO層的光學性質以及使用的電磁輻射的光子光譜。在一些實施例中，大致上非晶的CTO層120的快速熱退火包括將第一表面122暴露于從不相干光源發(fā)射的電磁輻射。如本文使用的術語“光”指如上文限定的電磁輻射。如本文使用的術語“不相干光源”指配置成發(fā)射不同波長的光波或具有相同波長但互相不同相位(與其中光波互相同相位的相干光的情況相反)的光波的光源。如本文使用的術語“不相干光源”進一步指單個光源或多個光源。在一個實施例中，不相干光源從配置成發(fā)射具有在期望范圍中的波長的光或電磁輻射的任何適合的光源中來選擇。在一些實施例中，不相干光源從由鹵素燈、紫外燈、高強度放電燈和其的組合構成的組中選擇。在特別實施例中，不相干光源包括鹵素燈或鹵素燈的陣列。在一些實施例中，不相干光源可進一步配置成采用脈沖方式發(fā)射電磁輻射。在一些實施例中，不相干光源可以固定的脈沖寬度發(fā)射電磁輻射。如本文使用的術語“脈沖寬度”指非晶CTO層暴露于電磁輻射100持續(xù)的時間。不相干光源可部分地特征在于入射功率密度、燈功率或脈沖寬度中的一個或多個。在一個實施例中，不相干光源可具有在從大約lOOw/cm2至大約500w/cm2的范圍中的入射功率密度。在一個特別實施例中，不相干光源可具有在從大約200W/cm2至大約400W/cm2的范圍中的入射功率密度。在一個實施例中，不相干光源可特征在于在從大約1. 4kW至大約2kW的范圍中的燈功率。在一個特別實施例中，不相干光源可特征在于在從大約1. 4kff至大約1. Skff的范圍中的燈功率。如上文提到的，快速熱退火步驟在一些實施例中可包括具有功率1.4kW至大約1. Skff的單個燈，或者在一些其他實施例中可包括多個燈，每個具有在從大約1. 4kW至大約1.8kW的范圍中的功率。在一些實施例中，大致上非晶的CTO層120的第一表面122以固定脈沖寬度暴露于不相干光源。在一些其他實施例中，大致上非晶的CTO層120的第一表面122暴露于以可變脈沖寬度的不相干光源。在一個實施例中，大致上非晶的CTO層120暴露于電磁輻射100持續(xù)在從大約1秒至大約120秒的范圍中的時間。在另一個實施例中，大致上非晶的CTO層120暴露于電磁輻射100持續(xù)在從大約5秒至大約80秒的范圍中的時間。在特別實施例中，大致上非晶的CTO層120暴露于電磁輻射100持續(xù)在從大約10秒至大約40秒的范圍中的時間。在一些實施例中，快速熱退火步驟可進一步重復η次，其中η是在從2至20的范圍中的范圍。在特別實施例中，快速熱退火步驟可重復2-8次。對于牽涉熱退火步驟的重復的實施例，脈沖寬度可對每個熱退火步驟是相同的，或可對不同的退火步驟是不同的。熱退火步驟的數(shù)目或脈沖寬度可部分取決于支撐體110的厚度、大致上非晶的CTO層120的厚度或入射功率密度而改變。電磁輻射由大致上非晶的CTO層120吸收并且轉換成導致該層的溫度快速增加到處理溫度的熱能。沒有被理論束縛的情況下，認為該層內溫度的快速增加引起從大致上非晶的CTO到大致上結晶的CTO的變化。大致上非晶的CTO到大致上結晶的CTO的百分比轉換可部分取決于由大致上非晶的CTO層120吸收的入射功率密度的量和從該層120的熱損耗。在一個實施例中，大致上非晶的CTO層120至少吸收入射功率密度的百分之80。在另一個實施例中，大致上非晶的CTO層120至少吸收入射功率密度的百分之50。在特別實施例中，大致上非晶的CTO層120至少吸收入射功率密度的百分之10。如較早提到的，在一些實施例中，由大致上非晶的CTO層120吸收的功率密度的量可有利地通過調諧電磁輻射100的能量波長光譜而部分控制。在這樣的實例中，通過控制由大致上非晶的CTO層吸收的功率密度的量，可控制加熱速率或處理溫度中的一個或多個。在一個實施例中，大致上非晶的CTO層120以在從大約700°C至大約1200°C的范圍中的處理溫度加熱。在另一個實施例中，大致上非晶的CTO層以在從大約700°C至大約900°C的范圍中的處理溫度加熱。在特別實施例中，大致上非晶的CTO層以在從大約800°C至大約900°C的范圍中的處理溫度加熱。如使用的處理溫度指大致上非晶的CTO層在暴露于電磁輻射持續(xù)對于快速熱退火步驟足夠的時間后的溫度?？焖贌嵬嘶鸸に囘M一步通過改變在快速熱退火期間采用的壓力條件而控制。在一個實施例中，快速熱退火在真空條件下進行，真空條件在本文中限定為小于大氣壓的壓力條件。在一些實施例中，快速熱退火可在氬氣存在的情況下以恒定壓力進行。在一些其他實施例中，快速熱退火可通過連續(xù)抽吸在動態(tài)壓力下進行。在一個實施例中，快速熱退火在氬氣存在的情況下以等于或小于大約700托的壓力實行。在另一個實施例中，快速熱退火在氬氣存在的情況下以等于或小于大約500托的壓力實行。在再另一個實施例中，快速熱退火在氬氣存在的情況下以等于或小于大約250托的壓力實行。如上文提到的，大致上非晶的CTO層120的快速熱退火導致透明層130的形成。在一個實施例中，該透明層130包括大致上均勻的單相多晶CT0，其例如通過將大致上非晶的CTO層120退火而形成。在一些實施例中，大致上結晶的氧化鎘錫具有反尖晶石型晶體結構。形成該透明層130的該大致上均勻的單相結晶CTO在本文中稱為“氧化鎘錫”，如與設置在支撐體110上并且被熱處理來形成該透明層130的“大致上非晶的CT0”層120有區(qū)別。在一些實施例中，該透明層可具有期望的電學和光學性質，并且可起透明導電氧化物(TCO)層的功能。在一些實施例中，該透明層130可進一步包括非晶成分，例如非晶氧化鎘、非晶氧化錫或其的組合等。透明層可進一步特征在于厚度、電學性質或光學性質中的一個或多個。在一個實施例中，透明層130具有在從大約IOOnm至大約600nm的范圍中的厚度。在另一個實施例中，透明層130具有在從大約150nm至大約450nm的范圍中的厚度。在特別實施例中，透明
11層130具有在從大約IOOnm至大約400nm的范圍中的厚度。在一些實施例中，透明層130具有小于大約4χ10_4 Ω-cm的平均電阻率(ρ)。在一些其他實施例中，透明層130具有小于大約Ω-cm的平均電阻率(ρ)。在一些實施例中，透明層130具有大于大約80%的平均光學透射率。在一些其他實施例中，透明層130具有大于大約95%的平均光學透射率。如本文較早提到的，快速熱退火步驟在沒有常規(guī)用于將氧化鎘錫退火的CdS膜或鎘的外部源的情況下進行。因此，本發(fā)明的快速熱退火步驟消除在不可再用支撐體(其稍后用于氧化鎘錫的退火)上制備“犧牲”CdS膜的附加步驟(通過將CdS膜鄰近氧化鎘錫層或緊鄰正退火的氧化鎘錫層放置)。此外，快速熱退火步驟還降低在光伏器件的生產中使用的CdS的量，并且在經濟上是有利的，因為CdS是昂貴的材料。該方法還允許以最小干預(典型地對于CTO和CdS層在退火工藝之前和之后的組裝和拆解所需要的干預)形成CTO層的連續(xù)工藝。因此，快速熱退火工藝還導致引起更高生產能力的降低的處理時間，其可引起更低制造成本。在一個實施例中，如例如在圖2中指示的透明層130包括跨該層130的厚度的大致上均質的氧化鎘錫濃度。在這樣的實例中，跨透明層的厚度的該透明層中的鎘和錫的原子濃度是大致上恒定的。如本文使用的術語“大致上恒定的”意思是跨透明層130的厚度的鎘和錫的原子濃度中的變化小于大約10%。在另一個實施例中，如例如在圖3中指示的透明層包括第一區(qū)域132和第二區(qū)域134。該第一區(qū)域132包括氧化鎘錫，并且該第二區(qū)域134包括錫和氧。在一些實施例中，該第二區(qū)域134進一步包括鎘，并且鎘在該第二區(qū)域134中的原子濃度低于鎘在該第一區(qū)域132中的原子濃度。因此，在這樣的實例中，大致上非晶的CTO層120的快速熱退火導致在該第二區(qū)域134內具有鎘耗盡區(qū)的透明層130的形成。在一個實施例中，第一區(qū)域132包括具有大致上單相尖晶石型晶體結構的氧化鎘錫。如本文較早關于透明層130提到的，透明層130內的第一區(qū)域132在一些實施例中起TCO層的功能。第一區(qū)域132的電學性質可部分取決于氧化鎘錫的組成，其在一些實施例中由鎘和錫的原子濃度，或備選地在一些其他實施例中由氧化鎘錫中鎘對錫的原子比表征。因此，在一些實施例中，可有利地設計第一區(qū)域132中鎘對錫的原子比來提供期望的電學性質。在一個實施例中，第一區(qū)域132中鎘對錫的原子比在從大約1.2 1至大約3 1的范圍中。在另一個實施例中，第一區(qū)域132中鎘對錫的原子比在從大約1.5 1至大約2.5 1的范圍中。在再另一個實施例中，第一區(qū)域132中鎘對錫的原子比在從大約1.7 1至大約2. 15 1的范圍中。在一個特別實施例中，第一區(qū)域132中鎘對錫的原子比在從大約1.4 1至大約2 1的范圍中。在一個實施例中，第一區(qū)域132中鎘對錫的原子比跨第一區(qū)域132的厚度是大致上恒定的。如本文使用的術語“大致上恒定的”意思是鎘對錫的原子比中的變化跨第一區(qū)域132的厚度小于大約10%。在一個實施例中，第一區(qū)域132具有在從大約IOOnm至大約500nm的范圍中的厚度。在另一個實施例中，第一區(qū)域132具有在從大約150nm至大約450nm的范圍中的厚度。在特別實施例中，第一區(qū)域132具有在從大約IOOnm至大約400nm的范圍中的厚度。在一些實施例中，第一區(qū)域132的更高電導率可補足光學透射率。第一區(qū)域132的更高電導率或更低電阻率可允許更薄的第一區(qū)域，其進一步增加光學透射率。透明層130進一步包括通過大致上非晶的CTO層120的快速熱退火形成的第二區(qū)域134，其包括錫和氧。在一些實施例中，該第二區(qū)域134通過鎘以在快速熱退火期間采用的處理條件從氧化鎘錫的非化學計量升華形成。沒有被理論束縛的情況下，認為在非晶CTO層120上方鎘的蒸氣壓力高于錫的蒸汽壓力，導致在熱處理期間在表面的鎘耗盡。在一些實施例中，鎘從表面的可控耗盡導致具有可控厚度、形態(tài)和組成的第二區(qū)域134的形成。在一些實施例中，第二區(qū)域134可具有大于第一區(qū)域132的電阻率的電阻率。在一些實施例中，第一區(qū)域132可起TCO層的功能，并且第二區(qū)域可起緩沖層的功能。從而，在一些實施例中，該方法包括有利地設計透明層130的組成以跨該層的厚度改變使得透明層130既起TCO層又起緩沖層的功能。在一些其他實施例中，第二區(qū)域134可輔助單獨沉積的結晶緩沖(例如，氧化錫)層在透明層130上形核，導致更高質量的緩沖層。如上文參考第一區(qū)域132描述的，第二區(qū)域134的電學性質也可部分取決于第二區(qū)域134的組成或第二區(qū)域134中鎘對錫的濃度。在一些實施例中，第二區(qū)域134包括氧化錫。在一些實施例中，第二區(qū)域134進一步包括鎘。在一個實施例中，鎘在第二區(qū)域134中的原子濃度小于大約20%。在另一個實施例中，鎘在第二區(qū)域134中的原子濃度小于大約10%。在特別實施例中，鎘在第二區(qū)域134中的原子濃度小于大約0. 5%。在一些其他實施例中，第二區(qū)域134大致上沒有鎘。如本文使用的大致上沒有鎘意思是鎘在第二區(qū)域134中的原子濃度小于大約0. 01%。在一個實施例中，鎘在第二區(qū)域134中的原子濃度小于大約0. 001%。在一個實施例中，鎘在第二區(qū)域134中的原子濃度是大約0%。在一些實施例中，第二區(qū)域134中鎘對錫的原子比跨第二區(qū)域134的厚度是大致上恒定的。如較早提到的，如本文使用的術語“大致上恒定的”意思是鎘對錫的原子比中的變化跨第二區(qū)域134的厚度小于大約10%。在一些實施例中，第二區(qū)域134的厚度通過改變在快速熱退火工藝期間采用的處理溫度、持續(xù)時間和真空條件中的一個或多個控制。在一個實施例中，第二區(qū)域134的厚度設計成在從大約IOhm至大約300nm的范圍中。在另一個實施例中，第二區(qū)域Π4具有在從大約50nm至大約250nm的范圍中的厚度。在特別實施例中，第二區(qū)域Π4具有在從大約20nm至大約200nm的范圍中的厚度。如指示的，例如在圖4中，透明層130在一些實施例中進一步包括插入第一區(qū)域132和第二區(qū)域134之間的轉變區(qū)域136。該轉變區(qū)域136包括鎘、錫和氧，并且該轉變區(qū)域136中鎘對錫的原子比跨該轉變區(qū)域136的厚度改變。在一個特別實施例中，該轉變區(qū)域136中鎘對錫的原子比從第一區(qū)域132向第二區(qū)域134減小。在一些實施例中，轉變區(qū)域136包括鎘和錫的原子濃度的連續(xù)梯度。轉變區(qū)域136中鎘和錫的原子濃度的該連續(xù)梯度允許第一區(qū)域132(起透明導電氧化物(TCO)層的功能)和第二區(qū)域134(起緩沖層的功能)之間的組成的連續(xù)轉變。從而，本發(fā)明的漸變氧化鎘錫(CTO)層大致上消除了通過首先沉積TCO層然后是緩沖層而生產的器件結構所特有的TCO層和緩沖層之間的不連續(xù)界面。薄膜太陽能電池中功能層之間的不連續(xù)界面的存在可導致光學損耗、電學損耗或附著力變化性中的一個或多個。在一些實施例中，轉變區(qū)域136的厚度通過改變在快速熱退火工藝期間采用的處理溫度、持續(xù)時間和真空條件中的一個或多個控制。在一個實施例中，轉變區(qū)域136的厚度設計成在從大約IOnm至大約200nm的范圍中。在另一個實施例中，轉變區(qū)域136具有在從大約20nm至大約150nm的范圍中的厚度。在特別實施例中，轉變區(qū)域136具有在從大約40nm至大約IOOnm的范圍中的厚度。第一區(qū)域132和第二區(qū)域134可進一步特征在于它們的電學和光學性質。在一些實施例中，第二區(qū)域134具有是第一區(qū)域132的電阻率1000倍的電阻率。在一些其他實施例中，第二區(qū)域134具有是第一區(qū)域132的電阻率100倍的電阻率。在某些實施例中，第二區(qū)域134具有是第一區(qū)域132的電阻率50倍的電阻率。在一些實施例中，第一區(qū)域132具有小于大約虹10_4 Ω-cm的平均電阻率(P)。在一些其他實施例中，第一區(qū)域132具有小于大約hlO_4Q-cm的平均電阻率(ρ)。在一些實施例中，第二區(qū)域134具有大于大約10_3Q-cm的平均電阻率(ρ)。在一些實施例中，第二區(qū)域134具有大于大約10_2 Ω -cm的平均電阻率(P )。第一區(qū)域132和第二區(qū)域134進一步具有大于大約80%的平均光學透射率。在一些實施例中，如例如在圖2-4中指示的透明電極200具有大于大約80%的平均光學透射率。在一些其他實施例中，透明電極200具有大于大約95%的平均光學透射率。如下文詳細論述的，本發(fā)明的一些實施例進一步針對用于制作光伏器件的方法。參照圖1-8描述該方法。如指示的，例如在圖1中，該方法包括在支撐體110上設置大致上非晶的CTO層120。該大致上非晶的CTO層120包括第一表面122和第二表面124。此外，如例如在圖1中指示的，該方法包括將非晶氧化鎘錫層的第一表面122暴露于電磁輻射100。該方法進一步包括將大致上非晶的CTO層120快速熱退火來形成透明層130，如在圖2中指示的。在一些實施例中，設置在支撐體110上的透明層130形成透明電極200。如例如在圖5中指示的，該方法進一步包括在透明層130上設置第一半導體層140 ；在該第一半導體層140上設置第二半導體層150 ；并且在該第二半導體層150上設置背接觸層160來形成光伏器件300。如本文較早提到的，該快速熱退火步驟避免需要在使用CdS膜的大致上非晶的CTO的常規(guī)退火期間采用的一個或多個附加制造步驟。如在圖5中示出的配置典型地稱為“頂板”配置，其中太陽能輻射400入射在支撐體110上。因此，在這樣的配置中，支撐體110是大致上透明的，這是可取的。在一個實施例中，提供采用“襯底”配置制作光伏器件的方法。該方法包括在支撐體110上形成如較早描述的透明層130，使得太陽輻射400入射在透明層130上，如在圖6中示出的。在這樣的實施例中，該支撐體110包括設置在背支撐體190上的背接觸層160，第二半導體層150設置在該背接觸層160上，第一半導體層140設置在該第二半導體層150上，并且透明層130設置在該第一半導體層140上。在這樣的配置中，因為太陽輻射入射在透明層130上，該背支撐體可包括金屬。在一些其他實施例中，光伏器件可進一步包括設置在例如保護層(沒有示出)等透明層上的一個或多個層。在這樣的實例中，太陽輻射可入射在該保護層上并且不直接在透明層130上。本發(fā)明的快速熱退火方法可有利地允許使用采用“襯底”配置的CTO層生產光伏器件。沒有被任何特別理論束縛的情況下，認為由于非晶CTO層更大的吸收，快速熱退火步驟可比半導體層(例如CdS、CdTe等)快得多地加熱非晶CTO層。因此，在一些實施例中，快速熱退火步驟可允許非晶CTO層被加熱到大于半導體層的溫度，從而將CTO層退火而不改變半導體層的性質。
在一些實施例中，第一半導體層140和第二半導體層150可摻雜有ρ型摻雜劑或η型摻雜劑來形成異質結。如在該上下文中使用的，異質結是半導體結，其由具有不相似半導體材料的層構成。這些材料通常具有不相等的帶隙。作為示例，異質結可以通過一個導電性類型的層或區(qū)域與相反導電性的層或區(qū)域之間的接觸形成，例如“ρ-η”結。在一些實施例中，第二半導體層150包括吸收層。該吸收層是光伏器件的一部分，入射光(例如，日光)的電磁能到電子空穴對(即，到電流)的轉換在其中發(fā)生。光敏材料典型地用于形成該吸收層。適合的光敏材料包括碲化鎘(CdTe)、碲化鎘鋅(CdaiTe)、碲化鎘鎂(CdMgTe)、碲化鎘錳(CdMnTe)、碲化鎘硫(CdSTe)，碲化鋅(ZnTe)、CdnS2(銅、銦、硫)、CIS (銅、銦、硒)、CIGS (銅、銦、鎵、硒)、CIGSS (銅、銦、鎵、硒、硫)、硫化鐵(FeS2)和其的組合。上文提到的光敏半導體材料可獨自或組合使用。此外，這些材料可在超過一層中存在，每層具有不同類型的光敏材料或具有分開的層中的材料的組合。在一個特定實施例中，第二半導體層150包括碲化鎘(CdTe)作為吸收材料。CdTe是在薄膜光伏器件中使用的高效光敏材料。CdTe相對易于沉積并且因此認為適合于大規(guī)模生產。在一個實施例中，第二半導體層150具有從大約1500nm至大約4000nm范圍中的厚度。第一半導體層140設置鄰近透明層130。在特定實施例中，第一半導體層140包括硫化鎘(CdS)并且可稱為“窗口層”。在一個實施例中，第一半導體層140具有從大約30nm至大約150nm范圍中的厚度。背接觸層160進一步設置鄰近第二半導體層150并且與其歐姆接觸。背接觸層160可包括金屬、半導體或其的組合。在一些實施例中，背接觸層160可包括金、鉬、鉬或鎳或碲化鋅。在一些實施例中，一個或多個附加層可介于第二半導體層150和背接觸層160之間，例如ρ+型半導體層。在一些實施例中，第二半導體層150可包括ρ型碲化鎘(CdTe)，其可進一步處理或摻雜以降低背接觸電阻，例如通過氯化鎘處理或通過在背面上形成碲化鋅或碲化銅層。在一個實施例中，背接觸電阻可通過增加CdTe材料中的P型載流子而提高以在與背接觸層接觸的CdTe材料的背面上形成ρ+型層。在一些實施例中，方法進一步包括將緩沖層170設置在透明層和第一半導體層140之間，如指示的，例如在圖6中。在一個實施例中，緩沖層170包括從由氧化錫、氧化銦、氧化鋅、錫酸鋅和其的組合構成的組選擇的氧化物。在特定實施例中，緩沖層170包括氧化錫或其三元混合氧化物。如上文描述的，在一些實施例中，快速熱退火步驟導致在透明層130中形成第一區(qū)域132、第二區(qū)域134和轉變區(qū)域136。在這樣的實例中，如指示的，例如在圖7中，第一半導體層或窗口層140鄰近該第二區(qū)域134直接設置在透明層130上并且不需要沉積附加緩沖層的中間步驟。在這樣的實施例中，該第二區(qū)域134可在第二半導體層150(例如，CdTe)和第一區(qū)域132(起TCO的功能)之間起緩沖層或絕緣層的功能。此外，第二區(qū)域134還可減輕第一區(qū)域132(起TCO的功能)和第一半導體層140(例如，CdS)之間的界面處的應力并且從而在CdS/CdTe界面形成更低的應力水平，而該界面處缺陷貢獻于降低這些裝置的\c。因此，在某些實施例中，透明層130內的第二區(qū)域134可不需要將附加緩沖層設置在CTO層和第一半導體層140(例如，CdS)之間。在一些其他實施例中，附加緩沖層170在快速退火步驟之后鄰近第二區(qū)域134設置在透明層130上，如指示的，例如在圖8中。在這樣的實施例中，第一半導體層140設置在緩沖層170上并且緩沖層170設置鄰近第二區(qū)域134使得第二區(qū)域134便于在氧化鎘錫
15(CTO)層上設置更高質量的緩沖層170并且進一步降低氧化鎘錫(CTO)層132和緩沖層170之間的不連續(xù)界面的影響。第一半導體層140、第二半導體層150、背接觸層160或緩沖層170(可選)中的一個或多個可通過下列技術中的一個或多個沉積濺射、電沉積、絲網印刷、噴涂、物理氣相沉積或封閉空間升華。這些層中的一個或多個可進一步加熱或隨后處理以制造光伏器件300。示例提供下列示例來進一步說明本發(fā)明的某些實施例。這些示例不應該閱讀為采用任何方式限制本發(fā)明。示例1快速熱退火設置在硼硅酸鹽玻璃上的CTO層使用陶瓷靶和16. 5毫托的濺射壓力通過室溫DC濺射在硼硅酸鹽玻璃支撐體上制備氧化鎘錫(CTO)薄膜。該硼硅酸鹽玻璃支撐體具有大約1. 3mm的厚度?？焖贌嵬嘶?RTA)工藝在氬氣氛( 700托)中實行并且沒有使用鎘的附加源(以補償在熱退火期間從膜的Cd損耗)。若干0. 5英寸Xl英寸樣品從6英寸x6英寸板中切割，導致硼硅酸鹽玻璃上 216nm厚度的非晶CTO膜。這些樣品置于充滿氬的密封石英管中并且引入定制設計的快速退火系統(tǒng)，其基于單個2千瓦鹵素燈。該鹵素燈是脈沖的并且使用30秒固定脈沖寬度。改變燈的功率來探索其中將發(fā)生需要變換的區(qū)域。取決于系統(tǒng)設置，在一些實例中，估計的樣品峰值溫度在 900°C附近，其中來自入射輻射的約30W/cm2由樣品吸收。圖9a和9b可視化地捕捉快速熱退火(RTA)對設置在硼硅酸鹽玻璃支撐體上的CTO層的影響。圖9a示出退火之前CTO膜的數(shù)字圖像并且圖9b示出退火后CTO膜的數(shù)字圖像。肉眼清楚可見由于單個RTA循環(huán)引起的透明度提高。圖10示出使用RTA退火的兩個樣品(樣品1和2、的光學透射率，其與對于使用CdS臨近退火工藝、在相似的條件沉積以及在 630°C退火的CTO膜的透明曲線相比。定性地，用RTA獲得的透射率曲線與在臨近退火工藝后獲得的那個非常相似。使用4點探針在RTA之前和之后測量CTO膜的薄層電阻。在RTA之前，膜的薄層電阻太高而不能測量。圖11示出在RTA之后對CTO膜測量的作為鹵素燈輸入功率函數(shù)的薄層電阻。RTA試驗的結果示出在 1. 5千瓦功率獲得 70hmS/Square的最小薄層電阻并且存在相對寬范圍的功率(1. 42-1. 55千瓦)，對于該相對寬范圍的功率所保持的薄層電阻非常接近最小值( 70hms/sqUare)。隨著功率增加，薄層電阻持續(xù)上升超出最低點。圖12示出對于未退火和RTA退火樣品的χ射線衍射(XRD)花樣。如在圖12中看到的，對于沉積態(tài)的非晶CTO膜沒有觀察到XRD花樣。相比之下，對于在RTA步驟之后的CTO膜觀察到對應于氧化鎘錫的結晶立方尖晶石型相的明顯的峰。在一些樣品中，還在2 θ 30度處檢測到小的峰，表明氧化錫的存在。圖13a示出沉積態(tài)的大致上非晶的CTO膜的χ射線光電子光譜測量(XPQ輪廓，其圖示鎘對錫的原子比跨膜的厚度是均勻的。圖1 示出在經歷RTA之后CTO膜的XPS輪廓。圖13b圖示在退后之后，CTO膜示出至少兩個不同的濃度分布(a)示出對于大于大約400秒范圍中的蝕刻時間大致上恒定的鎘對錫的原子比的第一區(qū)域，以及(b)對于在0秒至大約400秒范圍中的蝕刻時間的鎘耗盡區(qū)域。如在圖13b中圖示的，該第一區(qū)域具有與對于沉積態(tài)非晶氧化鎘錫膜(圖13a)觀察到的大致上相同的鎘對錫的原子比。此外，圖1 中的XPS輪廓證實在退后步驟之后具有大約50nm厚度的鎘耗盡區(qū)域的存在。
圖14-16分別示出作為自耦變壓器設置(以最大電壓的百分比為單位)、脈沖寬度和燈功率的函數(shù)的RTA退火的CTO膜的薄層電阻值。圖14-16圖示RTA退火的CTO膜的電學性質可通過改變用于RTA的工藝參數(shù)而控制。示例2快速熱退火設置在鈉鈣玻璃上的CTO層使用陶瓷靶和16毫托的濺射壓力、通過室溫DC濺射在鈉鈣玻璃支撐體上制備CTO的三個膜。該鈉鈣玻璃支撐體具有大約3. 2mm的厚度。鈉鈣玻璃支撐體上的CTO膜使用如上文在示例1中描述的方法經歷RTA。然而，對于設置在鈉鈣玻璃支撐體上的CTO膜，使用對于每個循環(huán)30秒的脈沖寬度而重復3至4次快速熱退火處理。退火步驟的總持續(xù)時間是大約2分鐘。圖17示出隨每個連續(xù)退火循環(huán)朝提高的光學透明度的發(fā)展。鈉鈣玻璃上的CTO膜的更慢的退火速率可由于更厚的鈉鈣玻璃支撐體(3.2mm)引起，其造成不同的熱分布發(fā)生(當與更薄(1. 3mm)的硼硅酸鹽玻璃支撐體相比時)。圖18示出通過RTA退火的三個樣品的XRD花樣，其圖示非晶CTO轉換成結晶的立方尖晶石型相。使用RTA在鈉鈣玻璃上形成結晶CTO的證明表示即使在RTA步驟期間實現(xiàn)溫度范圍在800-900°C之間，可以獲得結晶CTO膜而沒有對鈉鈣玻璃支撐體的明顯損壞。如較早指出的，鈉鈣玻璃是更經濟的支撐體選擇，但因為它的軟化溫度大于^(TC，它作為支撐體的使用在CdS臨近退火工藝( 630°C )中排除。設置在鈉鈣支撐體上的RTA退火的CTO膜的平均薄層電阻是7. 6士0. 9歐姆/平方，其只稍高于設置在硼硅酸鹽玻璃上的CTO膜的平均薄層電阻(7. 1 士0. 2ohms/square)。前面的示例只是說明性的，起到僅示范本發(fā)明的特征中的一些的作用。附上的權利要求意在如已經設想的那樣寬泛地要求保護本發(fā)明并且本文呈現(xiàn)的示例說明從所有可能實施例的集合中選擇的實施例。因此，申請者的意圖是附上的權利要求不受到用于說明本發(fā)明的特征的示例選擇的限制。如在權利要求中使用的，詞“包括”和它在邏輯上的語法變化形式還涉及并且包括具有變化和不同程度的短語，例如但不限于“基本上由...構成”和“由...構成”。在必要的情況下，提供了范圍；那些范圍包括其間的所有子范圍。預計這些范圍中變化將啟示本領域內技術人員和還未致力于公眾的地方的從業(yè)者，如可能，那些變化應該解釋為由附上的權利要求涵蓋。還預期科學和技術的進步將使由于語言的不精確而現(xiàn)在未預想到的等同物和替代成為可能，并且如可能，這些變化還應該解釋為由附上的權利要求涵蓋。
權利要求
1.ー種方法，其包括在支撐體上設置大致上非晶的氧化鎘錫層；以及通過將所述大致上非晶的氧化鎘錫層的第一表面暴露于電磁輻射而將所述大致上非晶的氧化鎘錫層快速熱退火來形成透明層。
2.如權利要求1所述的方法，其中快速熱退火包括以大于大約200瓦/cm2的范圍中的入射功率密度輻照所述大致上非晶的CTO層的所述第一表面。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述電磁輻射包括紅外輻射、紫外輻射或其組合。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述電磁輻射具有小于大約600nm范圍中的波長。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述電磁輻射具有從大約450nm至大約600nm范圍中的波長。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述電磁輻射具有小于大約300nm范圍中的波長。
7.如權利要求1所述的方法，其中快速熱退火包括將所述大致上非晶的氧化鎘錫層暴露于從鹵素燈、紫外燈、高強度放電燈及其組合構成的組中選擇的ー個或多個不相干光源。
8.如權利要求1所述的方法，其中快速熱退火包括在從大約700°C至大約1000°C范圍中的處理溫度加熱所述大致上非晶的氧化鎘錫層。
9.如權利要求1所述的方法，其中快速熱退火包括將所述大致上非晶的氧化鎘錫層在從大約10秒至大約40秒范圍中的持續(xù)時間暴露于所述電磁輻射。
10.如權利要求1所述的方法，其中快速熱退火包括以大于大約20°C/s的加熱速率加熱所述大致上非晶的氧化鎘錫層。
11.如權利要求1所述的方法，其中快速熱退火包括將所述大致上非晶的氧化鎘錫層的第一表面在包括氧、氬、氮、氫、氦或其組合的氣氛中暴露于所述電磁輻射。
12.如權利要求1所述的方法，其中設置所述大致上非晶的氧化鎘錫層包括濺射、化學氣相沉積、旋涂或浸涂。
13.如權利要求1所述的方法，其中所述支撐體具有在小于大約600°C范圍中的軟化溫/又。
14.如權利要求1所述的方法，其中所述支撐體包括硼硅酸鹽玻璃或鈉鈣玻璃。
15.如權利要求1所述的方法，其中所述透明層包括具有大致上単相尖晶石型晶體結構的氧化鎘錫。
16.如權利要求1所述的方法，其中所述透明層包括(a)包括氧化鎘錫的第一區(qū)域；和(b)包括錫和氧的第二區(qū)域，其中所述第二區(qū)域中的鎘原子濃度小于所述第一區(qū)域中的鎘原子濃度。
17.如權利要求16所述的方法，其中所述第二區(qū)域中的鎘原子濃度小于大約20%。
18.如權利要求16所述的方法，其中所述第二區(qū)域大致上沒有鎘。
19.如權利要求16所述的方法，其中所述第二區(qū)域具有大于所述第一區(qū)域的電阻率的電阻率。
20.如權利要求16所述的方法，其進ー步包括介于所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域之間的轉變區(qū)域，其中所述轉變區(qū)域包括鎘、錫和氧，并且所述轉變區(qū)域中鎘對錫的原子比跨所述轉變區(qū)域的厚度改變。
21.如權利要求1所述的方法，其中所述透明層具有在從大約IOOnm至大約600nm范圍中的厚度。
22.如權利要求1所述的方法，其中所述透明層具有小于大約2xl0_4歐姆-厘米的電阻率。
23.如權利要求1所述的方法，其中所述透明層具有大于大約80%的平均光學透射率。
24.ー種方法，其包括在支撐體上設置大致上非晶的氧化鎘錫層；以及通過將所述大致上非晶的氧化鎘錫層的第一表面暴露于電磁輻射而將所述大致上非晶的氧化鎘錫層快速熱退火來形成透明層； 在所述透明層上設置第一半導體層； 在所述第一半導體層上設置第二半導體層；并且在所述第二半導體層上設置背接觸層來形成光伏器件。
25.如權利要求M所述的方法，其中所述第一半導體層包括硫化鎘。
26.如權利要求M所述的方法，其中所述第二半導體層包括碲化鎘。
27.如權利要求M所述的方法，其進ー步包括在所述透明層和所述第一半導體層之間設置緩沖層。
28.如權利要求M所述的方法，其中所述緩沖層包括從氧化錫、氧化銅、氧化鋅和其組合構成的組中選擇的氧化物。
29.ー種方法，其包括在支撐體上設置大致上非晶的氧化鎘錫層，以及通過將所述大致上非晶的氧化鎘錫層的第一表面暴露于電磁輻射而將所述大致上非晶氧化鎘錫層快速熱退火來形成透明層；其中所述透明層包括具有大致上単相尖晶石型晶體結構的氧化鎘錫，并且所述透明層具有小于大約2xl0_4歐姆-厘米的電阻率。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于形成氧化鎘錫層和光伏器件的方法。在本發(fā)明的一個方面，提供方法。該方法包括在支撐體上設置大致上非晶的氧化鎘錫層并且通過將該大致上非晶的氧化鎘錫層的第一表面暴露于電磁輻射而將該大致上非晶的氧化鎘錫層快速熱退火來形成透明層。還提供制造光伏器件的方法。
文檔編號H01L31/0224GK102569504SQ20111043761
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權日2010年12月17日
發(fā)明者B·E·布拉克特, J·C·羅霍, J·D·邁克爾, K·W·安德雷尼, S·費爾德曼-皮博迪 申請人:通用電氣公司