光伏裝置及制作方法
【專利說明】光伏裝置及制作方法
【背景技術】
[0001] 本發(fā)明一般設及光伏裝置。更具體地說，本發(fā)明設及包括砸的光伏裝置，W及制作 所述光伏裝置的方法。
[0002] 薄膜太陽能電池或光伏(PV)裝置通常包括安置在透明襯底上的多個半導體層，其 中一層用作窗口層W及第二層用作吸收體層。窗口層允許太陽福射穿透到吸收體層，光能 量在所述吸收體層被轉換為可用的電能。窗口層還起作用來與吸收體層結合形成異質結 (p-n結）。蹄化儒/硫化儒(CdTe/CdS)異質結基光伏電池是薄膜太陽能電池中的一個此類示 例，其中CdS起作用來作為窗口層。
[0003] 然而，薄膜太陽能電池可具有低的轉換效率。因此，光伏裝置領域中的一個主要焦 點是轉換效率的改善。窗口層的光吸收可W是限制PV裝置轉換效率現(xiàn)象中的一個。此外，窗 口層和吸收體層（例如，CdS/CdTe)層之間的晶格失配可在界面導致高缺陷密度，運會進一 步導致更短的界面載流子壽命。因此，期望保持窗口層盡可能的薄，W幫助降低通過吸收的 光損失。然而，對于多數(shù)薄膜PV裝置，如果窗口層太薄，由于低開路電壓(Voc)和填充因子 (F巧而能夠觀察到性能損失。
[0004] 因此，需要改善薄膜光伏裝置配置W及制造運些的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的實施例被包括W滿足運些W及其它需要。一個實施例是光伏裝置。光伏 裝置包括層疊；W及吸收體層安置在所述層疊上。吸收體層包括砸，并且砸的原子濃度跨吸 收體層的厚度非線性變化。
[0006] -個實施例是光伏裝置。光伏裝置包括層疊，所述層疊包括安置在支撐件上的透 明傳導氧化物層、安置在透明傳導氧化物層上的緩沖層和安置在緩沖層上的窗口層。所述 層疊還包括安置在層疊上的吸收體層，其中吸收體層包括砸，并且砸的原子濃度跨吸收體 層的厚度非線性變化。
[0007] -個實施例是制作光伏裝置的方法。所述方法包括在層疊上提供吸收體層，其中 吸收體層包括砸，并且其中砸的原子濃度跨吸收體層的厚度非線性變化。
【附圖說明】
[0008] 當參考附圖閱讀W下詳細描述時，本發(fā)明的運些W及其它特征、方面和益處將變 得更好理解。
[0009] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的光伏裝置的示意圖。
[0010] 圖2是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的光伏裝置的示意圖。
[0011] 圖3是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的光伏裝置的示意圖。
[0012] 圖4是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的光伏裝置的示意圖。
[0013] 圖5是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的光伏裝置的示意圖。
[0014] 圖6是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的光伏裝置的示意圖。
[0015] 圖7是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的光伏裝置的示意圖。
[0016] 圖8是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的制作光伏裝置的方法的示意圖。
[0017]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的作為深度的函數(shù)的Se濃度。
[0018] 圖10示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的作為深度的函數(shù)的Se濃度的對數(shù)-對數(shù)圖。
[0019] 圖11示出了根據(jù)本發(fā)明一些實施例的作為深度的函數(shù)的Se濃度。
【具體實施方式】
[0020] 如W下詳細討論，本發(fā)明的一些實施例包括了包括砸的光伏裝置。
[0021] 如本文貫穿說明書和權利要求所使用的近似語言可W被應用于修改任何數(shù)量表 示，其能夠可允許地變化而沒有導致其所相關的基礎功能中的改變。因此，由諸如"大約"和 "基本"的術語修改的值不限于指定的精確數(shù)值。在一些情況下，近似語言可W對應于用于 測量數(shù)值的儀器的精度。運里和貫穿說明書W及權利要求，范圍限制可W是組合的和/或互 換的，此類范圍被標識并包括其中所包含的所有子范圍，除非上下文或語言另外指示。
[0022] 在下面的說明書和權利要求中，除非上下文另外明確指示，否則單數(shù)形式"一（V' 和"an" r和"所述"包括復數(shù)對象。除非上下文另外明確指示，如本文所使用的術語"或者" 并不意味著是排它的，而指存在所引用組件（例如，層）的至少一個且包括可W存在所引用 組件的組合的情況。
[0023] 如本文使用的術語"透明區(qū)域"和"透明層"指允許入射的電磁福射的至少70%的 平均傳送的區(qū)域或層，所述電磁福射具有從約350nm到約1000 nm范圍內(nèi)的波長。
[0024] 如本文使用的術語"層"指W連續(xù)或非連續(xù)方式在下層表面的至少部分上安置的 材料。此外，術語"層"并不必需意味著所安置材料的均勻厚度，并且所安置材料可W具有均 勻或可變厚度。此外，除非上下文另外明確指示，否則如本文所使用的術語"層"指單個層或 多個子層。
[0025] 除非另外特定地指示，否則如本文所使用的術語"布置在......上"指布置的層彼 此直接接觸或通過其間具有介入層來間接接觸。如本文所使用的術語"近鄰"意味著兩個層 被連續(xù)地安置且彼此直接接觸。
[0026] 在本公開中，當層正被描述為在另一層或襯底"上"時，要理解，運些層能夠彼此直 接接觸或在層之間具有一個(或更多）層或特征。此外，術語"在......上"描述了層對彼此 的相對位置且不必需意味著"在......頂部上"，因為相對位置上或下取決于對觀察者的裝 置的方向。此外，為了方便而做出對"頂部"、"底部"、"上"、"下"W及運些術語的變化的使 用，并且不要求任何具體的組件方向，除非另有聲明。
[0027] 如W下詳細討論的，本發(fā)明的一些實施例針對包括砸的光伏裝置。根據(jù)本發(fā)明的 一些實施例，光伏裝置100在圖1-5中示出。如圖1-5中所示，光伏裝置100包括層疊110和安 置在層疊110上的吸收體層120。吸收體層120包括砸，且砸的原子濃度跨吸收體層120的厚 度非線性變化。
[0028] 如在本文上下文中所使用的術語"原子濃度"指吸收體層每單位體積的平均砸原 子數(shù)量。術語"原子濃度"和"濃度"貫穿全文在本文可互換地使用。如本文所使用的術語"跨 厚度非線性變化"意味著濃度的改變速率本身跨吸收體層120的厚度而變化。
[0029] 如本文所使用的術語"線性梯度"指給定性質的一階導數(shù)，當關于尺寸參數(shù)(諸如 自前接觸的距離)測量時，所述一階導數(shù)是連續(xù)的并且是常數(shù)。例如，在前接觸具有固定砸 (Se)濃度的階躍式（step-wise)分布(所述濃度然后離前接觸一些距離后突然轉變至不同 濃度）由于一階導數(shù)在Se濃度從一個值轉變至另一個值的點處是不連續(xù)的事實而是非線性 的。指數(shù)變化分布是非線性分布的另一個示例，因為一階導數(shù)值作為距離的函數(shù)而連續(xù)地 變化。給定分布的線性可W通過繪制所測性質的對數(shù)對尺寸參數(shù)的對數(shù)的曲線來容易地評 估。線性梯度意味著當按照運個方式繪制時，數(shù)據(jù)能夠被擬合成具有單一斜率的線。超線性 分布將具有大于一的斜率而次線性分布將具有小于1的斜率。
[0030] 實際材料中材料性質的一階導數(shù)的測量意味著在定義的尺寸和長度范圍上的材 料性質的平均，因為實際材料的原子性質可W導致一階導數(shù)的局部不連續(xù)。根據(jù)本發(fā)明的 一些實施例的所關屯、的非線性分布是在自前接觸通到背接觸的軸上，其將稱作Z-軸或Z-維。因此，為了測量沿著Z-軸的性質的非線性分布，平均化對于正交軸x、y的所測量性質可 W是有用的，W便最小化晶界和其它局部非均質性對測量的影響。
[0031] 平均窗口的更低限制由材料的極化半徑設置，其衡量實際材料內(nèi)的電荷載流子的 典型"尺乎'：
[0033] 其中h是普朗克常數(shù)，m是電荷載流子的有效質量，W及CO是晶格典型振動的最高 角頻率，其通常是光學聲子。在錬化儒(CdTe)中，電子的有效質量是大約O.lme，其中me是自 由空間中的電子質量，并且聲子角頻率是大約2. lxl〇u。因此，計算的極化半徑是大約5nm并 且計算的極化直徑是大約lOnm。因為proto型高斯或指數(shù)波函數(shù)具有他們標稱特性尺寸 (nominal characteristic size)的大約2-3倍的有效振幅（significant ampli1:ude)，那 么CdTe基材料內(nèi)電荷載流子"尺寸"的估算是大約30nm XdTe型材料中通常的電荷載流子在 任意給定時間都將采樣30nm直徑的球，并且其行為在很大程度上將由運個球內(nèi)的平均物理 性質來確定。因此，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，為了確定與光伏電池性能有關的非線性度， 可W不必需解決給定性質或成分低于大約30nm長度范圍的分布中的非線性。要求的平均上 的上限由沿Z軸的需要采樣的足夠數(shù)量的點（即3個)來設置，W便可W確定分布的線性。
[0034] 在一些實施例中，砸濃度跨吸收體層的厚度存在階躍改變。在此類情況下，對于厚 度的某一部分，砸濃度可W保持基本恒定。如用于該上下文中的術語"基本恒定"意味著跨 厚度的那個部分而濃度變化小于5%。
[0035] 在一些實施例中，砸濃度跨吸收體層120的厚度連續(xù)地變化。此外，在此類情況下， 砸濃度的變化可W是單調的或非單調的。在某些實施例中，砸濃度跨吸收體層的厚度非單 調地變化。在某些情況下，濃度的改變率本身可W通過厚度而變化，例如在厚度的一些區(qū)域 中增加，而在厚度的其它區(qū)域減小。合適的砸分布可W包括任何更高階的非線性分布。合適 的砸分布的非限制示例包括指數(shù)分布、頂帽(top-hat)分布、階躍改變分布、方波分布、幕律 分布(指數(shù)大于1或小于1)或其組合。圖11示出吸收體層120中代表性非線性砸分布的數(shù)個 示例。如將由本領域普通技術人員領會，砸濃度分布可W在處理步驟后進一步變化，并且最 終的裝置可W包括運里討論的分布的擴散的形式。
[0036] 在一些實施例中，砸濃度沿著離開層疊110的方向而跨吸收體層120的厚度減小。 在一些實施例中，砸濃度沿著離開層疊110的方向而跨吸收體層120的厚度單調減小。在一 些實施例中，砸濃度跨吸收體層120厚度的某一部分連續(xù)減小，且進一步在吸收體層120厚 度的某一其它部分中基本恒定。
[0037] 在某些實施例中