專利名稱：具有透明傳導(dǎo)層的光伏裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏裝置及制造方法。
背景技術(shù)：
光伏裝置可包含材料層，包含(例如)鄰近于透明傳導(dǎo)氧化物層的半導(dǎo)體層。半導(dǎo)體層可包含半導(dǎo)體窗口層和半導(dǎo)體吸收體層。過去的光伏裝置在將光能轉(zhuǎn)化為電能方面一直效率較低。


圖1是具有多個(gè)層的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2是具有多個(gè)層的光伏裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式光伏裝置可包含形成在襯底(或覆蓋層)上的多個(gè)層。舉例來說，光伏裝置可包含勢(shì)壘層、透明傳導(dǎo)氧化物(TCO)層、緩沖層和形成在襯底上的堆疊中的半導(dǎo)體層。每一層又可包含一個(gè)以上層或膜。舉例來說，半導(dǎo)體層可包含包括形成在緩沖層上的半導(dǎo)體窗口層的第一膜，和包含形成在半導(dǎo)體窗口層上的半導(dǎo)體吸收體層的第二膜。另外，每一層可覆蓋裝置的全部或一部分，和/或所述層或下伏于所述層下方的襯底的全部或一部分。舉例來說，“層”可表示接觸表面的全部或一部分的任何量的任何材料。退火步驟可包含在制造光伏裝置的工藝中。在一個(gè)方面中，一種制造多層結(jié)構(gòu)的方法可包含在約0°C與約250°C之間的溫度下鄰近于襯底而形成透明傳導(dǎo)氧化物層。所述透明傳導(dǎo)氧化物層可包含鎘和錫。所述方法可包含在第一退火環(huán)境中將透明傳導(dǎo)氧化物層退火。第一退火環(huán)境可包含約400°C與約 800°C之間的溫度下的還原劑。所述方法可包含在第二退火環(huán)境中將透明傳導(dǎo)氧化物層退火。第二退火環(huán)境可包含約400°C與約800°C之間的溫度下的氮。所述方法可包含在將結(jié)構(gòu)退火之前鄰近于透明傳導(dǎo)氧化物層而形成緩沖層。緩沖層可包含氧化錫。所述方法可包含鄰近于緩沖層形成半導(dǎo)體窗口層，且鄰近于半導(dǎo)體吸收體層形成半導(dǎo)體吸收體層。半導(dǎo)體吸收體層可包含非晶硅。還原劑可包含合成氣體。還原劑可包含氫。還原劑可包含蓋板上的硫化鎘。還原劑可包含氮。還原劑可包含天然氣。還原劑可包含氮和氫。第二退火環(huán)境可包含氧。第二退火環(huán)境可包含空氣。形成透明傳導(dǎo)氧化物層可包含將襯底加熱到約0°c與約100°C之間的溫度。形成透明傳導(dǎo)氧化物層可包含將襯底加熱到約0°c與約50°C之間的溫度。形成透明傳導(dǎo)氧化物層可包含將襯底加熱到約10°c與約40°C之間的溫度。第一退火環(huán)境可在約 500°C與約700°C之間。第一退火環(huán)境可在約550°C與約650°C之間。第二退火環(huán)境可在約 500°C與約700°C之間。第二退火環(huán)境可在約550°C與約650°C之間。形成透明傳導(dǎo)氧化物層可包含鄰近于襯底而對(duì)鎘和錫進(jìn)行濺鍍。
在一個(gè)方面中，一種增加紅外光穿過導(dǎo)電材料的透射的方法可包含在約0°C與約 250°C之間的溫度下鄰近于襯底而形成包含鎘和錫的層，以及在包含還原劑的第一退火環(huán)境中且接著在包含空氣的第二退火環(huán)境中將所述層退火以降低所述層中的自由載流子濃度并將具有約IOOOnm與約1500nm之間的波長(zhǎng)的光穿過所述層的透射百分比設(shè)置為高于約 50%。還原劑可包含合成氣體。還原劑可包含氫。還原劑可包含天然氣。還原劑可包含氮。還原劑可包含氮和氫。形成所述層可包含將襯底加熱到約o°c與約100°C之間的溫度。 第一退火環(huán)境可在約500°C與約700°C之間。第二退火環(huán)境可在約500°C與約700°C之間。 形成所述層可包含鄰近于襯底而對(duì)鎘和錫進(jìn)行濺鍍。將具有約IOOOnm與約1500nm之間的波長(zhǎng)的光穿過所述的透射百分比設(shè)置為高于約75%。在一個(gè)方面中，一種結(jié)構(gòu)可包含襯底和鄰近于襯底的經(jīng)退火透明傳導(dǎo)氧化物層。 透明傳導(dǎo)氧化物層可包含鎘和錫。經(jīng)退火透明傳導(dǎo)氧化物層可透射超過約50%的具有約 IOOOnm與約1500nm之間的波長(zhǎng)的光。經(jīng)退火透明傳導(dǎo)氧化物層可具有約1歐姆/平方與約30歐姆/平方之間的薄層電阻。所述結(jié)構(gòu)可包含鄰近于經(jīng)退火透明傳導(dǎo)氧化物層的半導(dǎo)體窗口層，和鄰近于半導(dǎo)體窗口層的半導(dǎo)體吸收體層。半導(dǎo)體吸收體層可包含非晶硅。所述結(jié)構(gòu)可包含鄰近于半導(dǎo)體吸收體層的后接觸層。經(jīng)退火透明傳導(dǎo)氧化物層可透射超過約60%的具有約IOOOnm與約1500nm之間的波長(zhǎng)的光。經(jīng)退火透明傳導(dǎo)氧化物層可透射超過約75%的具有約IOOOnm 與約1500nm之間的波長(zhǎng)的光。經(jīng)退火透明傳導(dǎo)氧化物層可透射超過約80 %的具有約 IOOOnm與約1500nm之間的波長(zhǎng)的光。經(jīng)退火透明傳導(dǎo)氧化物層可具有約5歐姆/平方與約25歐姆/平方之間的薄層電阻。經(jīng)退火透明傳導(dǎo)氧化物層可具有約10歐姆/平方與約 20歐姆/平方之間的薄層電阻。參看圖1，借助實(shí)例，透明傳導(dǎo)氧化物堆疊10可包含在鄰近于襯底處，鄰近于勢(shì)壘層100而形成的透明傳導(dǎo)氧化物(TCO)層110。襯底可包含玻璃或任何其它適宜的材料。 襯底可包含玻璃。勢(shì)壘層100可并入在襯底與TCO層110之間以減少鈉或其它污染物從襯底擴(kuò)散到半導(dǎo)體層，這可導(dǎo)致降級(jí)和分層。勢(shì)壘層100可為透明的、熱穩(wěn)定的，具有減少的數(shù)目的銷孔且具有高鈉阻隔能力和良好的粘合特性。勢(shì)壘層100可包含任何適宜的勢(shì)壘材料，包含(例如)氧化硅、摻雜鋁的氧化硅、摻雜硼的氧化硅、摻雜磷的氧化硅、氮化硅、摻雜鋁的氮化硅、摻雜硼的氮化硅、摻雜磷的氮化硅、硅氧化物-氮化物、氮化鈦、氮化鈮、氮化鉭、氧化鋁、氧化鋯、氧化錫，或其任何組合。勢(shì)壘層100連同TCO層110和緩沖層120 —起可包含于TCO堆疊10中。TCO層110可包含任何適宜的材料或材料組合，例如鎘和錫。TCO層110可包含錫酸鎘，其可在此能力方面表現(xiàn)良好，因?yàn)槠湔宫F(xiàn)出較高光透射和較低薄層電阻。TCO層110 可在具有大于約80%的透射百分比的可見區(qū)(即，400-850nm)中為透明的。TCO層110可具有任何適宜的厚度。舉例來說，TCO層110具有約IOOnm到約IOOOnm的厚度。透明傳導(dǎo)氧化物堆疊10還可包含沉積在透明傳導(dǎo)氧化物層110上的緩沖層120。緩沖層120可為平滑的且可形成在TCO層110與半導(dǎo)體窗口層之間以降低半導(dǎo)體窗口層的形成期間發(fā)生不規(guī)則性的可能性。緩沖層120可包含任何適宜的材料，例如氧化錫。TCO堆疊10中包含的層可使用多種沉積技術(shù)來制造，包含(例如)低壓化學(xué)汽相沉積、大氣壓化學(xué)汽相沉積、等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積、熱化學(xué)汽相沉積、DC或AC濺鍍、旋涂沉積或噴射熱解。每一沉積層可具有任何適宜的厚度，例如約10到約5000A范圍內(nèi)的厚度。TCO層110(例如，鎘和錫)可在任何適宜的溫度下形成。舉例來說，TCO層110可在約0°C與約250°C之間的溫度下形成。TCO層110可在約0°C與約100°C之間的溫度下形成。 TCO層110可在約0°C與約50°C之間的溫度下形成。TCO層110可在約10°C與約40°C之間的溫度下形成。TCO層110可在約室溫下形成。勢(shì)壘層100、TC0層110和/或緩沖層120可通過濺鍍包含適宜的濺鍍材料的相應(yīng)的濺鍍靶而形成。舉例來說，如果TCO層110包含錫酸鎘，那么濺鍍靶可包含適宜量的鎘和錫。濺鍍靶可在含氧環(huán)境中濺鍍。用于上文描述的裝置層的任一者的濺鍍靶可通過任何適宜的技術(shù)或技術(shù)組合來制造。濺鍍靶可以任何適宜的形狀制造為單片。濺鍍靶可為管狀物。濺鍍靶可通過將材料澆鑄為任何適宜的形狀(例如管)而制造。濺鍍靶可由一個(gè)以上片材制成。所述片材可以任何適宜的形狀(例如，套管)制造，且可以任何適宜的方式或配置接合或連接。濺鍍靶可例如由鎘粉末和錫粉末通過粉末冶金而制造。濺鍍靶可通過使粉末凝結(jié)以形成靶而形成。 所述粉末可在任何適宜的工藝(例如，壓制，比如等壓壓制)中且以任何適宜的形狀凝結(jié)。 所述凝結(jié)可在任何適宜的溫度下發(fā)生。濺鍍靶可由包含一種以上材料粉末的粉末形成。一種以上粉末可以化學(xué)計(jì)量上適當(dāng)?shù)牧看嬖?。濺鍍靶(包含旋轉(zhuǎn)濺鍍靶)可包含結(jié)合背襯材料而使用濺鍍材料。背襯材料可包含不銹鋼。背襯材料可包含背襯管。背襯材料可包含不銹鋼背襯管?？赏ㄟ^鄰近基底定位包含靶材的線來制造濺鍍靶。舉例來說，可將包含靶材的線纏繞在基底管周圍。所述線可包含以化學(xué)計(jì)量上合適的量存在的多種材料。所述基底管可由不會(huì)被濺鍍的材料形成?？蓧褐?例如通過等壓壓制)所述線?？赏ㄟ^將濺鍍材料噴射到基底上來制造濺鍍靶。可通過任何合適的噴射工藝(包含熱噴射和等離子體噴射)來噴射濺鍍材料。靶材噴射于其上的基底可為管。繼續(xù)參看圖1，在沉積之后，透明傳導(dǎo)氧化物堆疊10可經(jīng)歷兩個(gè)單獨(dú)的退火步驟， 其可允許TCO層110導(dǎo)電且在紅外和近紅外區(qū)域中透明。包含此TCO層100的裝置可包含各種光電裝置，例如光電調(diào)制器(其工作波長(zhǎng)在約1. 3 μ m與約1. 5 μ m之間)、小帶隙半導(dǎo)體傳感器和檢測(cè)器、小帶隙光伏裝置的前觸點(diǎn)以及其它需要可見光-近紅外透明度和低薄層電阻的裝置。為了獲得具有帶有低薄層電阻和在近紅外和紅外范圍內(nèi)的高透射百分比的TCO 材料的TCO層110，可在多個(gè)退火環(huán)境中使TCO層110退火。TCO堆疊10可經(jīng)歷第一退火步驟，其中在還原氣氛中使TCO堆疊10退火；且接著經(jīng)歷第二退火步驟，其中TCO堆疊10 在含氮?dú)夥罩型嘶?。第一退火環(huán)境的還原氣氛可包含任何合適的還原劑。可能還原劑的實(shí)例包含在第一退火環(huán)境中用于蓋板上的硫化鎘、合成氣體、氫、氮和/或天然氣。合成氣體可包含氫與氮的混合物，包含從約lmol. %到約5. 7mol. %的氫。合成氣體可包含約3份氫 (例如，H2)到約1份氮(例如，N2)。合成氣體可包含氫氣和氮?dú)?。合成氣體可包含游離氨氣氛。天然氣可包含甲烷和其它烷烴(例如乙烷、丙烷、丁烷或戊烷)和其它組成部分(例如二氧化碳、氮、氦或硫化氫)。還原劑可包含氫和氮。第二退火環(huán)境可包含任何合適材料或材料組合，包含氮。第二退火環(huán)境可包含氧。第二退火環(huán)境可包含空氣。
可在任何合適溫度下使用第一和第二退火環(huán)境。所述退火環(huán)境中的一者或兩者可在約400°C與約800°C之間。所述退火環(huán)境中的一者或兩者可在約500°C與約700°C之間。 所述退火環(huán)境中的一者或兩者可在約550°C與約650°C之間。所述退火環(huán)境中的一者或兩者可為約600°C。所述退火中的一者或兩者可在高于約400C、高于約500C、低于約650C或低于約750C的溫度下進(jìn)行。在第一退火步驟之后，TCO層110可具有在約1歐姆/平方與約15歐姆/平方之間(例如在約3歐姆/平方與約7歐姆/平方之間)的薄層電阻。在第一退火之后，TCO層 110可具有小于約75%、小于約70%、小于約60%或小于約50%的紅外和近紅外光(例如在約IOOOnm波長(zhǎng)到約1500nm的范圍內(nèi)的光)透射百分比?？稍诘诙嘶瓠h(huán)境中使TCO層 110退火。因此，多個(gè)經(jīng)退火TCO層可具有帶有在約IOOOnm與約1500nm的波長(zhǎng)的光的高于約50%、高于約60%、高于約75%或高于約80%的透射百分比。所得TCO層可具有在約1 歐姆/平方與約30歐姆/平方之間、在約5歐姆/平方與約25歐姆/平方之間或在約10 歐姆/平方與約20歐姆/平方之間的薄層電阻。每一退火步驟可在任何合適壓力下(例如包含在減小的壓力下、在低真空下或在約ο.οπ^αο—1托)下)發(fā)生。每一退火步驟可發(fā)生歷時(shí)任何合適的持續(xù)時(shí)間，包含(例如)大于約5分鐘、大于約10分鐘、大于約15分鐘或小于約25分鐘。繼續(xù)參看圖2，玻璃襯底200上的光伏模塊20可包含位于經(jīng)退火的透明傳導(dǎo)氧化物堆疊210上的半導(dǎo)體窗口層220和半導(dǎo)體吸收體層230。半導(dǎo)體窗口層220可包含任何合適材料，包含(例如)硫化鎘層。半導(dǎo)體吸收體層230可包含任何合適材料，包含(例如)碲化鎘層。半導(dǎo)體吸收體層230可包含硅，包含非晶硅。半導(dǎo)體窗口層220可直接沉積到經(jīng)退火的透明傳導(dǎo)氧化物堆疊210上，且半導(dǎo)體吸收體層230可沉積在半導(dǎo)體窗口層220上?？墒褂萌魏魏线m的沉積工藝(包含例如氣相傳輸沉積)來沉積半導(dǎo)體窗口層220和半導(dǎo)體吸收體層230?？蓪⒑笥|點(diǎn)層240沉積到半導(dǎo)體吸收體層230上，且可將后支撐件250沉積在后觸點(diǎn)層240上。 后觸點(diǎn)層240可包含任何合適的觸點(diǎn)材料，且可使用任何合適的方法(包含例如濺鍍)來沉積。后支撐件250可包含任何合適材料，包含玻璃(例如堿石灰玻璃)。上文所描述的實(shí)施例以說明和實(shí)例的方式提供。應(yīng)理解，上文所提供的實(shí)例可在某些方面中更改，且仍在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。應(yīng)了解，雖然已參考以上優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但其它實(shí)施例在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于制造多層結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括在約0°C與約250°C之間的溫度下，鄰近于襯底而形成包括鎘和錫的透明傳導(dǎo)氧化物層；在約400°C與約800°C之間的溫度下，在包括還原劑的第一退火環(huán)境中使所述透明傳導(dǎo)氧化物層退火；以及在約400°C與約800°C之間的溫度下，在包括氮的第二退火環(huán)境中使所述透明傳導(dǎo)氧化物層退火。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括在使所述結(jié)構(gòu)退火之前，鄰近于所述透明傳導(dǎo)氧化物層而形成緩沖層，其中所述緩沖層包括氧化錫。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其進(jìn)一步包括鄰近于所述緩沖層而形成半導(dǎo)體窗口層，且鄰近所述半導(dǎo)體窗口層而形成半導(dǎo)體吸收體層，其中所述半導(dǎo)體吸收體層包括非晶娃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述還原劑包括合成氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述還原劑包括氫。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其所述還原劑包括蓋板上的硫化鎘。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述還原劑包括天然氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述還原劑包括氮。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述還原劑包括氮和氫。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二退火環(huán)境進(jìn)一步包括氧。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第二退火環(huán)境包括空氣。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述透明傳導(dǎo)氧化物層包括將所述襯底加熱到在約0°C與約100°C之間的溫度。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述透明傳導(dǎo)氧化物層包括將所述襯底加熱到在約0°C與約50°C之間的溫度。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述透明傳導(dǎo)氧化物層包括將所述襯底加熱到在約10°C與約40°C之間的溫度。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一退火環(huán)境在約500°C與約700°C之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一退火環(huán)境在約550°C與約650°C之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二退火環(huán)境在約500°C與約700°C之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二退火環(huán)境在約550°C與約650°C之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述透明傳導(dǎo)氧化物層包括鄰近于所述襯底而濺鍍鎘和錫。
20.一種增加紅外光穿過導(dǎo)電材料的透射的方法，其包括在約0°C與約250°C之間的溫度下，鄰近于襯底而形成包括鎘和錫的層；以及在包括還原劑的第一退火環(huán)境中且接著在包括空氣的第二退火環(huán)境中使所述層退火， 以降低所述層中的自由載流子的濃度，且將具有在約IOOOnm與約1500nm之間的波長(zhǎng)的光穿過所述層的透射百分比設(shè)置為高于約50%。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述還原劑包括合成氣體。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述還原劑包括氫。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述還原劑包括天然氣。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述還原劑包括氮。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述還原劑包括氮和氫。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述層包括將所述襯底加熱到在約0°C與約 100°C之間的溫度。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一退火環(huán)境在約500°C與約700°C之間。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二退火環(huán)境在約500°C與約700°C之間。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述層包括鄰近于所述襯底而濺鍍鎘和錫。
30.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中將具有在約IOOOnm與約1500nm之間的波長(zhǎng)的光穿過所述層的所述透射百分比設(shè)置為高于約75%。
31.一種結(jié)構(gòu)，其包括 襯底；以及鄰近于所述襯底的經(jīng)退火透明傳導(dǎo)氧化物層，其中所述透明傳導(dǎo)氧化物層包括鎘和錫，透射超過約50%的具有在約IOOOnm與約1500nm之間的波長(zhǎng)的光，且具有在約1歐姆/ 平方與約30歐姆/平方之間的薄層電阻。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的結(jié)構(gòu)，其進(jìn)一步包括鄰近于所述經(jīng)退火透明傳導(dǎo)氧化物層的半導(dǎo)體窗口層以及鄰近于所述半導(dǎo)體窗口層的半導(dǎo)體吸收體層。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的結(jié)構(gòu)，其中所述半導(dǎo)體吸收體層包括非晶硅。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的結(jié)構(gòu)，其進(jìn)一步包括鄰近于所述半導(dǎo)體吸收體層的后觸點(diǎn)層。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的結(jié)構(gòu)，其中所述經(jīng)退火透明傳導(dǎo)氧化物層透射超過約60% 的具有在約IOOOnm與約1500nm之間的波長(zhǎng)的光。
36.根據(jù)權(quán)利要求31所述的結(jié)構(gòu)，其中所述經(jīng)退火透明傳導(dǎo)氧化物層透射超過約75% 的具有在約IOOOnm與約1500nm之間的波長(zhǎng)的光。
37.根據(jù)權(quán)利要求31所述的結(jié)構(gòu)，其中所述經(jīng)退火透明傳導(dǎo)氧化物層透射超過約80% 的具有在約IOOOnm與約1500nm之間的波長(zhǎng)的光。
38.根據(jù)權(quán)利要求31所述的結(jié)構(gòu)，其中所述經(jīng)退火透明傳導(dǎo)氧化物層具有在約5歐姆 /平方與約25歐姆/平方之間的薄層電阻。
39.根據(jù)權(quán)利要求31所述的結(jié)構(gòu)，其中所述經(jīng)退火透明傳導(dǎo)氧化物層具有在約10歐姆 /平方與約20歐姆/平方之間的薄層電阻。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有透明傳導(dǎo)層的光伏裝置。本發(fā)明提供一種制造結(jié)構(gòu)的方法，其可包含鄰近于襯底而形成包含鎘和錫的層；在包含還原劑的第一退火環(huán)境中使所述層退火；接著在包含氮的第二退火環(huán)境中使所述層退火。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102222720SQ201110085749
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日
發(fā)明者本雅明·布勒, 楊宇, 趙志波 申請(qǐng)人:第一太陽(yáng)能股份有限公司