專利名稱：薄膜光電電池及其形成方法
技術領域：
一般而言，本發(fā)明涉及光電太陽能電池，更具體而言，涉及薄膜光電電池及其形成方法。
背景技術：
薄膜光電(PV)太陽能電池是一類能源器件，利用光形式的可再生能源，將其轉換成可以用于各種用途的有用電能。薄膜PV電池是通過在襯底上沉積半導體和其他材料的各種薄的層和膜形成的多層半導體結構。這些PV電池可以被制成以由多個獨立電互連電池組成的一些形式存在的輕質柔性板(light-weight flexible sheet)。輕質和柔性的屬性給予薄膜PV電池廣泛的潛在應用性，使其能夠作為電源用于便攜式電子設備、航空航天、以及住宅和商業(yè)建筑，在這些建筑中，它們可以被結合到諸如屋頂板、外立面、以及天窗的各種建筑部件中。薄膜PV電池半導體封裝件一般包括在襯底上形成的底部接觸件或者電極、在底部電極上方由相反摻雜劑類型的吸收層和緩沖層形成的p-n結區(qū)域、在P_n結區(qū)域上方形成的頂部接觸件或者電極、以及形成用于連接頂部和底部電極的互連件(IC)。

發(fā)明內容
—方面，本發(fā)明提供了一種薄膜光電電池，包括:第一電極層，形成在襯底上；第一摻雜劑類型的吸收層，形成在所述第一電極層上，所述吸收層具有從所述吸收層的頂面部分地延伸至所述吸收層內的開口，所述開口具有側壁和底面；第二摻雜劑類型的緩沖層，形成在所述吸收層的頂面、所述開口的側壁、以及所述開口的底面上；以及第二電極層，形成在所述緩沖層上。在所述的光電電池中，所述吸收層還包括從所述吸收層的頂面部分地延伸至所述吸收層內的多個開口。在所述的光電電池中，所述開口的底面和所述吸收層的底面之間的厚度為約0.5 u m或更大。在所述的光電電池中，所述開口的縱橫比介于約0.01到約2之間。在所述的光電電池中，所述電池的階梯覆蓋率為約0.80或更大，并且所述電池的底部覆蓋率為約0.80或更大。在所述的光電電池中，所述第二電極層的第一表面是非平面的。所述的光電電池還包括:阻擋層，形成在所述襯底上，其中，所述第一電極層形成在所述阻擋層上。在所述的光電電池中，所述吸收層包含P-型硫屬化物材料。在所述的光電電池中，所述緩沖層包含n_型材料。在所述的光電電池中，所述緩沖層是共形的。在所述的光電電池中，所述第二電極層包含透光導電氧化物材料。
另一方面，本發(fā)明還提供了一種用于形成薄膜光電電池的方法，包括:在襯底上形成導電的第一電極層；在所述第一電極層上形成具有第一摻雜劑類型的吸收層；形成從所述吸收層的頂面部分地延伸至所述吸收層內的開口，所述開口限定出具有側壁和底面的吸收層內溝槽；在所述吸收層的頂面、所述溝槽的側壁、以及所述溝槽的底面上形成具有第二摻雜劑類型的緩沖層；以及在所述緩沖層上形成第二電極層。所述的形成薄膜光電電池的方法還包括:在所述吸收層的頂面中形成所述開口，使得所述溝槽的底面和所述吸收層的底面之間的厚度為約0.5 i! m或者更大。所述的形成薄膜光電電池的方法還包括:在所述吸收層的頂面中形成所述開口，從而使得所述吸收層內溝槽的縱橫比介于約0.01到約2之間。所述的形成薄膜光電電池的方法還包括:在所述吸收層的頂面中形成多個開口以限定出多個吸收層內溝槽，每個開口從所述吸收層的頂面部分地延伸至所述吸收層內。所述的形成薄膜光電電池的方法還包括:在所述第一電極層中形成開口，所述開口限定出延伸穿過所述第一電極層的垂直溝道；以及至少部分地用來自所述吸收層的材料填充所述第一電極層中的所述開口，從而將所述吸收層連接到所述襯底。所述的形成薄膜光電電池的方法還包括:在所述緩沖層和所述吸收層中形成開口，所述開口限定出延伸穿過所述緩沖層和所述吸收層的垂直溝道；以及至少部分地用來自所述第二電極層的材料填充所述緩沖層和所述吸收層中的所述開口，以將所述第二電極層電連接到所述第一電極層。所述的形成薄膜光電電池的方法還包括:形成限定出延伸穿過所述第二電極層、所述緩沖層、以及所述吸收層的垂直溝道的開口。在所述的形成薄膜光電電池的方法中，所述第二電極層的第一表面是非平面的。

又一方面，本發(fā)明還提供了一種用于形成薄膜光電電池的方法，包括:在襯底上形成導電的第一電極層；形成限定出延伸穿過所述第一電極層的垂直溝道的開口 ；在所述第一電極層上形成具有第一摻雜劑類型的吸收層；至少部分地用來自所述吸收層的材料填充所述第一電極層中的所述開口，從而將所述吸收層連接到所述襯底；形成從所述吸收層的頂面部分地延伸至所述吸收層內的開口，以限定出具有側壁和底面的吸收層內溝槽；在所述吸收層的頂面、所述溝槽的側壁、以及所述溝槽的底面上形成具有第二摻雜劑類型的緩沖層；形成限定出延伸穿過所述緩沖層和所述吸收層的垂直溝道的開口 ；在所述緩沖層上形成第二電極層；以及至少部分地用來自所述第二電極層的材料填充所述緩沖層和所述吸收層中的所述開口，從而將所述第二電極層電連接到所述第一電極層。


結合所附的示例性而非限制性的實施例，參考下面的詳細描述，本發(fā)明的各個方面對于本領域技術人員來說是顯而易見的或者變得顯而易見。圖1A是根據本發(fā)明實施例的具有襯底、第一電極層、和吸收層的薄膜光電電池的首Ij面?zhèn)纫晥D。圖1B是根據本發(fā)明實施例的具有襯底、第一電極層、吸收層、以及緩沖層的薄膜光電電池的剖面?zhèn)纫晥D。圖2是根據實施例的薄膜光電電池的剖面?zhèn)纫晥D。
圖3是示出根據本發(fā)明實施例的用于形成薄膜光電電池的方法的流程圖。圖4是根據實施例的薄膜光電電池的剖面?zhèn)纫晥D。圖5是根據本發(fā)明實施例的具有襯底、第一電極層、以及吸收層的薄膜光電電池的剖面?zhèn)纫晥D。圖6是根據本發(fā)明實施例的具有襯底、第一電極層、以及吸收層的薄膜光電電池的剖面?zhèn)纫晥D。圖7是示出根據本發(fā)明實施例的用于形成薄膜光電電池的方法的流程圖。
具體實施例方式下面描述改進的薄膜PV電池，其中該薄膜PV電池以增加其光吸收能力的方式來增大有效的P-n結區(qū)域?？梢允褂帽绢I域通常用于制造薄膜PV電池的任何適當的商業(yè)上可獲得的設備、或者可選地使用將來開發(fā)出來的設備來實施本文描述的薄膜PV電池制造工藝。p-n結區(qū)域的尺寸、及其光吸收能力直接與PV電池的可用功率和效率相關。p-n結區(qū)域的有效尺寸一般受到薄膜PV電池的表面積的限制。參考附圖(其中，為了便于理解附圖，對相似的元件給出相似的參考標號)，描述了薄膜光電(PV)電池及其形成方法的各個實施例。作為代表性實例組的促進教導來提供下面的描述。本領域技術人員將認識到，可以對本文描述的實施例做出很多改變，而仍獲得有益結果。下面論述的一些期望的有益效果可以通過選擇本文論述的一些部件或步驟而不利用其他部件或步驟來獲得也是顯而易見的。因此，本領域技術人員將認識到，很多修改和改變、以及本文描述的部件和步驟的子集都是可能的，甚至在某些 情況下可以是期望的。所以，提供的下面的描述為說明性的而非限制性的。預期結合附圖一起閱讀說明性實施例的這種描述，所述附圖被視為整個書面說明書的一部分。在本文所公開的實施例的描述中，對方向或者方位的任何提及僅僅是預期用于方便描述的目的，而不預期以任何方式限制本發(fā)明的范圍。相對位置的術語諸如“下方”、“上方”、“水平”、“垂直”、“在 上方”、“在 下方”、“向上”、“向下”、“頂部”、和“底部”以及其派生詞(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)應被解釋為是指如隨后所述的或者如論述中的附圖中所示的方位。這些相對位置術語僅僅是為了方便描述的目的，并且不需要在特定方位中構造或者操作裝置。除非另有明確描述，術語諸如“接合”、“附接”、“連接”和“互連”是指其中結構被直接或者通過中間結構間接固定或接合至另一個結構的關系，以及二者都是可移動的或者剛性的接合或者關系。本文用于描述結構/元件之間的關系的術語“鄰近”包括所提及的相應結構/元件之間的直接接觸和相應的結構/元件之間存在其他中間結構/元件。而且，參考示例性實施例說明本發(fā)明的部件和有益效果。因此，本發(fā)明的主旨和所附的權利要求顯然不限于這些優(yōu)選實施例。除非上下文明確且清楚地規(guī)定，如本文所使用的，諸如“一(個、種)”和“該”之類的單數冠詞的使用并不排除該冠詞的賓語的復數形式?，F在參考圖1A，提供了具有在形成PV電池工藝期間在原位形成的第一摻雜劑類型的吸收層130的薄膜PV電池100的實施例。PV電池100包括襯底110、在襯底上形成的第一電極層120、以及在第一電極層上形成的第一摻雜劑類型的吸收層130。吸收層130具有從吸收層的頂面部分地延伸至吸收層內的開口 135。開口 135具有底面和側壁。在優(yōu)選實施例中，開口 135的底面和吸收層130的底面之間的厚度為約0.5微米(Pm)(例如，從0.5iim到0.525iim)或者更大。在一些實施例中，開口 135的底面和吸收層130的底面之間的厚度可以是范圍為約0.5 ii m至Ij 3 ii m范圍(包括0.5 y m和3 y m，例如，0.475 u m到
3.15 um)的厚度。在一些實施例中，厚度的范圍可以為約I Pm到2 iim(包括Iiim和2 iim，例如，0.95 u m 到 2.1 u m)。小于約0.m的厚度可能導致吸收層130中的光吸收能力較低，效率降低、和/或流入襯底Iio的泄漏電流。出于成本的考慮，基本上大于約0.5 ilm的厚度也是不太可取的。在實施例中，開口的縱橫比介于約0.01(例如，0.0095)到約2(例如，2.1)之間。如本文所使用的，開口 135的縱橫比被定義為用開口 135的寬度除以開口 135的高度。開口135可以優(yōu)選具有范圍為約0.5 ii m至Ij 2.5 ii m(包括0.5 y m和2.5 y m，例如，0.475 u m到
2.625 u m)的高度，并且具有范圍為約20 y m至30 y m(包括20 y m和30 y m，例如，19 y m至31.5iim)的寬度。在一些實施例中，開口 135可以具有范圍為約0.1iim到IOiim(包括0.1iim和1011111，例如，0.09511111到10.5 u m)的寬度。在其他實施例中，開口 135可以具有范圍為約0.4iim到200iim(包括0.4iim和200iim，例如，0.38iim至Ij 105 u m)的寬度。在實施例中，開口 135可以沿著襯底110的長度延伸。在另一實施例中，開口 135可以沿著襯底110的寬度延伸。在又一實施例中，開口 135可以沿著襯底110的表面積進行定位。開口135可以增大p-n結區(qū)域(例如，吸收層130和緩沖層140的總界面面積)。如圖1A中所示出的，吸收層可以具有從吸收層130的頂面部分地延伸至吸收層130內的多個開口 135。每個開口 135都具有側壁和底面。在實施例中，該多個開口 135中的每個開口都可以具有統(tǒng)一的縱橫比。在另一個實施例，縱橫比可以在同一個PV電池內在多個開口 135中的一個或多個開口之間發(fā)生變化。可以用于襯底110的適當材料包括例如但不限于玻璃，諸如鈉鈣玻璃；陶瓷；金屬，諸如不銹鋼和鋁的薄片；或者聚合物，諸如聚酰胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚合烴、纖維素類聚合物、聚碳酸酯、聚醚、它們的組合、和/或其他。在實施例中，襯底110可以是玻璃。第一電極層120可以由任何適當的導電金屬和半導體材料(包括但不限于鋁、銀、錫、鈦、鎳、不銹鋼、或者碲化鋅)制成。在實施例中，鑰被用作第一電極層120的材料。在另一實施例中，阻擋層形成在襯底110上，以及第一電極層120形成在阻擋層上。形成阻擋層用于控制來自玻璃的鈉(Na)擴散，并且防止來自襯底110的其他污染。阻擋層可以包括水不溶性材料，包括但不限于穩(wěn)定的復合氧化物(oxide compound)。在實施例中，吸收層130可以包括p-型材料。例如，吸收層130可以是P-型硫屬化物(chalcogenide)材料。在另一實施例中，吸收層130可以是CIGS Cu (In,Ga) Se2材料。在其他實施例中，硫屬化物材料(包括但不限于Cu(In，Ga) (Se,S)2或者“CIGSS”、CuInSe2、CuGaSe2XuInS2、以及Cu (In，Ga) S2)可以用作吸收層130的材料?？梢杂糜谛纬晌諏?30的適當的P-型摻雜劑包括但不限于硼(B)或者周期表的II族或III族的其他元素。在另一實施例中，吸收層可以包括n-型材料，包括但不限于硫化鎘(CdS)。PV電池100可以包括微溝道，將該微溝道圖案化和劃片為限定出延伸至半導體結構內的垂直溝道的開口，從而互連各種導電材料層并且分離鄰近的太陽能電池。對如本領域中常提及的這些微溝道或者“劃線”給予與它們在半導體太陽能電池制造工藝期間的功能和步驟相關的“P”命名(designation)。例如，Pl劃線150和P3劃線280 (圖2)在本質上用于電池隔離。P2劃線270(圖2)在第一和第二電極層之間形成連接。在圖1A所示出的實施例中，吸收層130通過開口連接到襯底110，該開口限定出延伸穿過第一電極層120的垂直溝道(Pl劃線150)。圖1B示出了在吸收層130的頂面上形成的用于創(chuàng)建薄膜PV電池100的電活性p-n結區(qū)域的第二摻雜劑類型的緩沖層140。在所示出的實施例中，緩沖層140形成在部分地延伸至吸收層130內的多個開口 135中的每個開口的底面和側壁上。在實施例中，緩沖層140可以包含n-型材料，包括但不限于硫化鎘(CdS)，以及吸收層130可以包含p-型材料，包括但不限于CIGS。在一些實施例中，緩沖層可以是摻雜有任何適當的n-型摻雜劑(包括但不限于招、磷、砷、或者元素周期表的V族或者VI族的其他元素)的表面。在所示出的實施例中，緩沖層140與吸收層130的頂面、以及部分地延伸至吸收層130內的多個開口 135中的每個開口的底面和側壁共形。在另一實施例中，緩沖層140是非共形的。如本文所使用的，階梯覆蓋率(step coverage ratio)被定義為開口 135的側壁上的緩沖層140的厚度與吸收層130的頂面上的緩沖層140的厚度的比率。底部覆蓋率被定義為開口 135的底面上的緩沖層140的厚度與吸收層130的頂面上的緩沖層140的厚度的比率。優(yōu)選地，階梯覆蓋率為約0.80(例如，0.76)或者更大，并且底部覆蓋率也為約0.80(例如，0.76)或者更大，從而最小化薄層電阻(Rsh)的影響。在其他實施例中，階梯和底部覆蓋率的范圍為約0.6到1.0(包括0.6和1.0，例如，0.55到1.0)。如圖1B中所示出的，在吸收層130的頂面、開口 135的側壁、以及開口 135的底面上形成緩沖層可以顯著增加p-n結區(qū)域的有效尺寸,而對PV電池尺寸無任何增加。所以,在對PV電池尺寸無任何增加的情況下增加功率收集是可能的，并且使用根據本發(fā)明的更小的PV電池來達到與常規(guī)PV電池相同的功率量也是可能的。在另一實施例中，薄膜PV電池可以包括單個或多個(例如，兩個或者三個)p-n結區(qū)域，其中在一個或多個P-n結區(qū)域中形成開口?，F在參考圖2，提供了具有第二電極層260的薄膜PV電池200的實施例，其中該第二電極層260形成在緩沖層240的頂部上，用于從電池收集電流(電子)，并且優(yōu)選吸收最小量的穿過到達吸收層230的光。在實施例中，第二電極層260可以包含透光導電氧化物(TCO)材料。例如，用于第二電極層260的TCO材料可以包括但不限于氧化鋅(ZnO)、氟錫氧化物(“FTO”或者SnO2 = F)、銦錫氧化物(“IT0”)、銦鋅氧化物(“IZ0”)、錫銻氧化物(ATO)、碳納米管層、或者擁有用于第二電極層的期望性質的任何其他適當的涂層材料。第二電極層260可以是具有或者不具有一種或多種類型的摻雜劑和/或濃度的多層組分。在一個優(yōu)選實施例中，所使用的TCO是ZnO。在實施例中，第二電極層260是n-型摻雜的。適當的n-型摻雜劑可以包括但不限于鋁、磷、砷、或者元素周期表中的V族或者VI族的其他元素。第二電極層260可以具有范圍為約0.1 ii m到10 u m(包括0.1 y m和10 y m,例如，
0.095 ii m到10.5 ii m)的厚度。優(yōu)選地，第二電極層260具有范圍為0.5 y m到3 y m(包括
0.5 y m 和 3 y m,例如,0.55 y m 到 3.15 u m)的厚度。在所示出的實施例中，PV電池200還包括劃線270和280。從P2劃線270去除吸收材料，以將第二電極層電互連到第一電極層，從而防止中間緩沖層充當第二和第一電極層之間的阻擋物。如圖2中所示，P3劃線280可以完全延伸穿過第二電極層260、緩沖層240、以及吸收層230到達第一電極層，從而隔離由劃線250和270限定的每個電池。劃線270至少部分地填充有來自位于限定出延伸穿過緩沖層240和吸收層230的垂直溝道的開口的側壁上和位于第一電極層220的頂面上的第二電極層的材料。圖3是示出根據一些實施例的形成薄膜PV電池100(200)的方法300的流程圖。在實施例中，提供了襯底110(210)。在框310，通過任何適當的方法(包括但不限于濺射、原子層沉積(ALD)、化學汽相沉積(CVD)、或者其他技術)在襯底110(210)上形成第一導電電極層120 (220)。在襯底110上形成第一電極層120 (220)的步驟之前，可以對襯底110 (210)進行清潔。在框320，在第一電極層120 (220)上形成具有第一摻雜劑類型的吸收層130 (230)。吸收層130(230)可以通過ALD、CVD、金屬氧化物CVD、化學浴沉積(CBD)或者任何其他適當的方法形成。在一些實施例中，開口 150(250)可以在第一電極層120(220)中形成，并且可以限定出延伸穿過第一電極層120(220)的垂直溝道(例如，Pl劃線)。開口 150(250)可以暴露出襯底110(210)的頂面。任何適當的劃片方法都可以用于形成開口 150 (250)，包括但不限于利用鐵筆進行的機械劃片或者激光劃片。開口 150(250)還可以使用光刻法來形成。在形成吸收層130(230)期間可以用來自吸收層130(230)的材料至少部分地填充第一電極層120(220)中的開口 150 (250)，從而將吸收層130(230)連接到襯底110(210)。在框330，形成從吸收層130(230)的頂面部分地延伸至吸收層130 (230)內的開口。該開口限定出具有側壁和底面的吸收層內溝槽135(235)。吸收層內溝槽135(235)可以通過光刻工藝、劃片(激光或者機械)、干蝕刻工藝、濕蝕刻工藝、或者任何其他適當的方法來形成。在一些實施例中，可以形成吸收層130(230)的頂面中的多個開口，以限定出多個吸收層內溝槽135 (235)，每個開口從吸收層130(230)的頂面部分地延伸至吸收層130(230)內。在一些實施例中，可以使用光刻、干蝕刻、或者濕蝕刻工藝來限定出在吸收層130(230)中形成的一個或多個吸收層內溝槽135(235)的縱橫比和/或密度。發(fā)明人已經觀察到，對于濕蝕刻或者干蝕刻工藝，具有不同密度的吸收層內溝槽處的蝕刻速率可以是不同的。參考圖4，可以使用干蝕刻或者濕蝕刻工藝在PV電池400中形成較高密度的吸收層內溝槽435區(qū)域。如所示，PV電池400的高密度區(qū)域中的多個吸收層內溝槽435可以具有較低的縱橫比?，F在參考圖5，可以使用干蝕刻或者濕蝕刻工藝在PV電池500中形成較低密度(松散或者孤立)的吸收層內溝槽535區(qū)域。如所示出的，PV電池500的松散或者孤立的區(qū)域中的吸收層內溝槽535可以具有相對于較高密度的吸收層內溝槽區(qū)域(圖4)較高的縱橫比。優(yōu)選地，在框330形成吸收層頂面中的開口，從而使得溝槽135(235)的底面和吸收層130(230)的底面之間的厚度為約0.5微米(iim)或者更大。在其他實施例中，形成吸收層130(230)頂面中的開口，從而使得吸收層內溝槽135(235)的縱橫比在約0.01到約2之間。在一些代表性而非限制性的實施例中，形成吸收層130(230)頂面中的開口，從而使得吸收層內溝槽135 (235)的高度介于約0.5iim到2.5iim(包括0.5iim和2.5iim)的范圍內，并且使得吸收層內溝槽135(235)的寬度介于約20iim到30 y m(包括20 y m和30 y m)的范圍內。在其他實施例中，形成吸收層130(230)頂面中的開口，從而使得吸收層內溝槽135(235)的寬度介于約0.4iim到100 y m(包括0.4 y m和IOOiim)的范圍內。在框340，在吸收層130 (230)的頂面、溝槽135 (235)的側壁、以及溝槽135 (235)的底面上形成具有第二摻雜劑類型的緩沖層140 (240)，以創(chuàng)建電活性p-n結區(qū)域。緩沖層140(240)可以通過任何適當方法來形成。在一個實施例中，緩沖層140(240)可以通過用于形成這些層的電解質化學浴沉積(CBD)工藝使用包含硫的電解質溶液來形成。在其他實施例中，緩沖層140(240)可以通過ALD、CVD、或者金屬氧化物CVD來形成。優(yōu)選地，在框340形成緩沖層140 (240)，從而使得階梯覆蓋率和底部覆蓋率大約是0.8或更大，以最小化薄層電阻(Rsh)的影響。在一些代表性而非限制性的實施例中，緩沖層140可以優(yōu)選具有范圍為約0.001微米(iim)到2iim(包括0.0Oliim和2iim)的厚度。在一些實施例中，可以形成緩沖層140 (240)和吸收層130 (230)中的開口 270，從而使得開口限定出延伸穿過緩沖層140(240)和吸收層130(230)的垂直溝道(例如，P2劃線)。開口 270可以暴露出第一電極層120(220)的頂面。可以使用本領域中通常使用的任何適當的劃片方法來形成開口270，這些方法包括但不限于使用鐵筆的機械劃片或者激光劃片。開口 270還可以使用光刻來形成。在框350，可以在緩沖層140(240)上形成第二電極層260，用于從電池收集電流，并優(yōu)選吸收最小量的穿過到達吸收層130(230)的光。第二電極層可以通過任何適當方法(包括但不限于濺射、原子層沉積(ALD)、化學汽相沉積(CVD)、或者其他技術)進行沉積。在緩沖層140 (240)和吸收層130 (230)中具有開口 270的實施例中，在形成第二電極層260期間可以用來自第二電極層260的材料至少部分地填充開口 270，以將第二電極層260電連接到第一電極層120(220)。在一些實施例中，第二電極層260的頂面是平面的(圖2)。參考圖6，提供了薄膜PV電池的另一實施例。在所示出的實施例中，形成吸收層630頂面中的開口，從而使得吸收層內溝槽635的寬度相對于例如圖1A、圖1B和圖2中所示的吸收層內溝槽135(235)的寬度更大。如圖6中所示，第二電極層660的頂面可以是非平面的。發(fā)明人已經觀察到，當吸收層內溝槽635的寬度增大時，第二電極層660可以與吸收層內溝槽635的形狀部分一致，從而進一步改善了 PV電池中的光收集。優(yōu)選地，第二電極層260(660)在一個或多個吸收層內溝槽235 (635)的表面上方是連續(xù)的。在一些實施例中，在框350，形成第二電極層260，從而使得其具有范圍為約0.1iim到3iim(包括0.1iim和3 ii m)的厚度。優(yōu)選地，形成第二電極層260使得其具有范圍為約0.5 ii m到約3 y m的厚度。在一些實施例中，可以形成開口 280(680)，限定出延伸穿過第二電極層260 (660)、緩沖層240 (640)、以及吸收層230 (630)的垂直溝道(例如，P3劃線)。開口 280可以暴露出第一電極層220(620)的頂面。如上面所述可以使用任何適當的方法來切割開口 280,包括但不限于機械或激光劃片或者光刻。圖7是示出根據一些實施例的形成薄膜PV電池200(600)的方法的流程圖。在框710，如上所述在襯底210(610)上形成導電的第一電極層220(620)。在框715，如上所述形成限定出延伸穿過第一電極層的垂直溝道的開口 250(650)(例如，Pl劃線)。在框720，如上所述在第一電極層上形成具有第一摻雜劑類型的吸收層230(630)。在框725，如上所述在形成吸收層230(630)期間至少部分地用來自吸收層230(630)的材料填充第一電極層220 (620)中的開口 250 (650)，從而將吸收層230 (630)連接到襯底210 (610)。在框730，如上所述形成從吸收層230 (630)的頂面部分地延伸至吸收層230 (630)內的開口，以限定出具有側壁和底面的吸收層內溝槽235(635)。在框740，在吸收層230(630)的頂面、溝槽235 (635)的側壁、以及溝槽235 (635)的底面上形成具有第二摻雜劑類型的緩沖層240(640)，以創(chuàng)建p-n結區(qū)域。在框745，如上所述形成限定出延伸穿過緩沖層240 (640)和吸收層230(630)的垂直溝道的開口 270(670)。在框750，如上所述在緩沖層240(640)上形成第二電極層260 (660)。在框760,如上所述在沉積第二電極層260 (660)期間至少部分地用來自第二電極層260(660)的材料填充緩沖層240(640)和吸收層230(630)中的開口270 (670)，從而將第二電極層260 (660)電連接到第一電極層220 (620)。如通過圖1A至圖7中所示出的各種結構和實施例所示，描述了各種改進的薄膜光電電池及其形成方法。一個實施例提供了一種薄膜光電電池，其包括在襯底上形成的第一電極層。該實施例還包括在第一電極層上形成的第一摻雜劑類型的吸收層。該吸收層具有從吸收層的頂面部分地延伸至吸收層內的開口。該開口具有側壁和底面。該實施例還包括在吸收層的頂面、開口的側壁、以及開口的底面上形成的第二摻雜劑類型的緩沖層。該實施例還包括在緩沖層上形成的第二電極層。另一實施例提供了一種用于形成薄膜光電電池的方法，包括:在襯底上形成導電的第一電極層。在第一電極層上形成具有第一摻雜劑類型的吸收層。形成從吸收層的頂面部分地延伸至吸收層內的開口。該開口限定出具有側壁和底面的吸收層內溝槽。該實施例還包括:在吸收層的頂面、溝槽的側壁、以及溝槽的底面上形成具有第二摻雜劑類型的緩沖層。在緩沖層上形成第二電極層。另一實施例提供了一種用于形成薄膜光電電池的方法，包括:在襯底上形成導電的第一電極層。形成限定出延伸穿過第一電極層的垂直溝道的開口。該實施例還包括:在第一電極層上形成具有第一摻雜劑類型的吸收層；以及至少部分地用來自吸收層的材料填充第一電極層中的開口，從而將吸收層連接到襯底。形成從吸收層的頂面部分地延伸至吸收層內的開口，以限定出具有側壁和底面的吸收層內溝槽。在吸收層的頂面、溝槽的側壁、以及溝槽的底面上形成具有第二摻雜劑類型的緩沖層。該實施例還包括:形成限定出延伸穿過緩沖層和吸收層的垂直溝道的開口 ；以及在緩沖層上形成第二電極層。至少部分地用來自第二電極層的材料填充緩沖層和吸收層中的開口，從而將第二電極層電連接到第一電極層。雖然已經描述了優(yōu)選實施例，但可以理解，所描述的實施例僅僅是說明性的，并且主題的范圍與等效物(即，本領域技術人員在熟讀本發(fā)明后自然想到的許多變化和修改)的全部范圍一致。另外，以上的實例僅僅是說明性的，并不用于限制所附權利要求所限定的公開范圍。在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本主題的方法做出各種修改和變化，這對于本領域技術人員是顯而易見的。所以，期望權利要求覆蓋本領域普通技術人員可以做出的變化和修改。
權利要求
1.一種薄膜光電電池，包括: 第一電極層，形成在襯底上； 第一摻雜劑類型的吸收層，形成在所述第一電極層上，所述吸收層具有從所述吸收層的頂面部分地延伸至所述吸收層內的開口，所述開口具有側壁和底面； 第二摻雜劑類型的緩沖層，形成在所述吸收層的頂面、所述開口的側壁、以及所述開口的底面上；以及 第二電極層，形成在所述緩沖層上。
2.根據權利要求1所述的光電電池，還包括: 阻擋層，形成在所述襯底上，其中，所述第一電極層形成在所述阻擋層上。
3.一種用于形成薄膜光電電池的方法，包括: 在襯底上形成導電的第一電極層； 在所述第一電 極層上形成具有第一摻雜劑類型的吸收層； 形成從所述吸收層的頂面部分地延伸至所述吸收層內的開口，所述開口限定出具有側壁和底面的吸收層內溝槽； 在所述吸收層的頂面、所述溝槽的側壁、以及所述溝槽的底面上形成具有第二摻雜劑類型的緩沖層；以及 在所述緩沖層上形成第二電極層。
4.根據權利要求3所述的形成薄膜光電電池的方法，還包括: 在所述吸收層的頂面中形成所述開口，使得所述溝槽的底面和所述吸收層的底面之間的厚度為約0.5 iim或者更大。
5.根據權利要求4所述的形成薄膜光電電池的方法，還包括: 在所述吸收層的頂面中形成所述開口，從而使得所述吸收層內溝槽的縱橫比介于約0.01到約2之間。
6.根據權利要求4所述的形成薄膜光電電池的方法，還包括: 在所述吸收層的頂面中形成多個開口以限定出多個吸收層內溝槽，每個開口從所述吸收層的頂面部分地延伸至所述吸收層內。
7.根據權利要求4所述的形成薄膜光電電池的方法，還包括: 在所述第一電極層中形成開口，所述開口限定出延伸穿過所述第一電極層的垂直溝道；以及 至少部分地用來自所述吸收層的材料填充所述第一電極層中的所述開口，從而將所述吸收層連接到所述襯底。
8.根據權利要求4所述的形成薄膜光電電池的方法，還包括: 在所述緩沖層和所述吸收層中形成開口，所述開口限定出延伸穿過所述緩沖層和所述吸收層的垂直溝道；以及 至少部分地用來自所述第二電極層的材料填充所述緩沖層和所述吸收層中的所述開口，以將所述第二電極層電連接到所述第一電極層。
9.根據權利要求4所述的形成薄膜光電電池的方法，還包括: 形成限定出延伸穿過所述第二電極層、所述緩沖層、以及所述吸收層的垂直溝道的開□。
10.一種用于形成薄膜光電電池的方法，包括: 在襯底上形成導電的第一電極層； 形成限定出延伸穿過所述第一電極層的垂直溝道的開口； 在所述第一電極層上形成具有第一摻雜劑類型的吸收層； 至少部分地用來自所述吸收層的材料填充所述第一電極層中的所述開口，從而將所述吸收層連接到所述襯底； 形成從所述吸收層的頂面部分地延伸至所述吸收層內的開口，以限定出具有側壁和底面的吸收層內溝槽； 在所述吸收層的頂面、所述溝槽的側壁、以及所述溝槽的底面上形成具有第二摻雜劑類型的緩沖層； 形成限定出延伸穿過所述緩沖層和所述吸收層的垂直溝道的開口 ； 在所述緩沖層上形成第二電極層；以及 至少部分地用來自所述第二電極層的材料填充所述緩沖層和所述吸收層中的所述開口，從而將所述第二電極 層電連接到所述第一電極層。
全文摘要
一種薄膜光電電池及其形成方法。該薄膜光電電池包括在襯底上形成的第一電極層。第一摻雜劑類型的吸收層形成在第一電極層上。吸收層具有從吸收層的頂面部分地延伸至吸收層內的開口。該開口具有側壁和底面。第二摻雜劑類型的緩沖層形成在吸收層的頂面、開口的側壁、以及開口的底面上。第二電極層形成在緩沖層上。
文檔編號H01L31/0352GK103187459SQ20121053715
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權日2011年12月28日
發(fā)明者李文欽, 余良勝 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司