窗口層上具有保護(hù)層的光伏器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開大體上涉及包括光伏電池和包含光伏電池的光伏模塊的光伏(PV)器件以及制造這樣的器件的方法，更具體地講，涉及包括位于其窗口層與吸收層之間的保護(hù)層以抑制窗口層溶入/互混到吸收層中的PV器件以及制造該器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]PV器件將光輻射轉(zhuǎn)換成電流。通常，薄膜PV器件包括夾住一系列半導(dǎo)體層的兩個(gè)導(dǎo)電電極。半導(dǎo)體層包括提供p-n結(jié)的η型窗口層和P型吸收層，其中，在P-η結(jié)附近發(fā)生光轉(zhuǎn)換。在操作過(guò)程中，光子穿過(guò)窗口層并被吸收層吸收。這產(chǎn)生光生電子空穴對(duì)，內(nèi)置的電場(chǎng)促進(jìn)了光生電子空穴對(duì)的移動(dòng)，從而產(chǎn)生可輸出到其它器件的電流。
[0003]薄膜PV器件通常具有光學(xué)透明基底。該基底可以是任何合適的透明基底材料。合適的材料包括諸如鈉鈣玻璃或浮法玻璃等的玻璃和聚合物(片或板)。兩個(gè)導(dǎo)電電極中的第一導(dǎo)電電極設(shè)置在透明基底上。在一些情況下，該第一導(dǎo)電電極可僅僅是透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層(例如，氧化銦錫、錫酸鎘、SnO2 = F或其它透明導(dǎo)電材料)。在其它情況下，該第一導(dǎo)電電極可以是與阻擋層(例如，S12, SnO2S S1jP SnO 2二者的層狀序列)和可選的緩沖層(例如，諸如Sn02、ZnO或ZnO: SnO2的金屬氧化物)相關(guān)的TCO層，所述阻擋層位于TCO層與透明基底之間，用于防止鈉從基底擴(kuò)散到器件的其它層，所述緩沖層位于TCO層上，用于提供其上可沉積順序地形成的半導(dǎo)體層的光滑表面。由于可首先形成阻擋層、TCO層和緩沖層然后將其作為堆疊件沉積到基底上，因此它們經(jīng)常被稱為TCO堆疊件。
[0004]半導(dǎo)體層可以是包括η型半導(dǎo)體窗口層和P型半導(dǎo)體層的雙層。η型半導(dǎo)體層可由包括但不限于硫化鎘(CdS)的各種半導(dǎo)體材料制成。P型半導(dǎo)體吸收層還可由包括但不限于碲化鎘(CdTe)的各種半導(dǎo)體材料制成。在一些器件中，期望窗口層盡可能地薄，以使最大量的光到達(dá)吸收層，但窗口層仍然要足夠厚以與吸收層保持持續(xù)的結(jié)。兩個(gè)導(dǎo)電電極中的第二導(dǎo)電電極可設(shè)置在半導(dǎo)體雙層上。該第二電極通常被稱為背接觸層，其通常由金屬或合金(例如，Mo、Al、Cu、Ag、Au或者它們的組合)制成。
[0005]背覆蓋件可設(shè)置在背接觸層上以與基底一起為PV器件提供支撐。中間層(例如，聚合物)可設(shè)置在背接觸層與背覆蓋件之間并設(shè)置在PV器件的其它層的側(cè)面上，從而密封PV器件以阻隔環(huán)境?？蓮幕组_始并順序地沉積或設(shè)置其它層來(lái)制造這樣的PV器件，或者可從背覆蓋件開始并以相反的順序進(jìn)行沉積或設(shè)置其它層來(lái)制造這樣的PV器件。
[0006]在制造具有CdTe基吸收層和CdS基窗口層的傳統(tǒng)的PV器件的過(guò)程中，通常采用氯化物活化工藝以改善效率并減少電學(xué)異常。這樣的活化工藝通過(guò)將Cl原子(或離子)摻雜到吸收層中，在CdTe吸收層中提供晶粒生長(zhǎng)并修復(fù)(或鈍化)缺陷。如下面討論的，晶粒生長(zhǎng)和缺陷修復(fù)通過(guò)增大光電流和開路電壓(Voc-對(duì)PV器件效率做出貢獻(xiàn)的一個(gè)因素，以及器件可產(chǎn)生的最大電壓的量度)并通過(guò)減少分路(即，由于組成不一致而在吸收層材料中產(chǎn)生的不需要的導(dǎo)電區(qū)域)來(lái)改善器件效率。在這種情況下，效率是指與入射到器件上的光子的相當(dāng)?shù)哪芰肯啾?，由PV器件產(chǎn)生的電力(能量)。
[0007]通常，活化工藝包括將氯引入到半導(dǎo)體層的第一步和在高溫下保持特定長(zhǎng)度的時(shí)間對(duì)半導(dǎo)體層進(jìn)行退火的第二步。為了將氯引入到半導(dǎo)體層，例如，可應(yīng)用濃度為大約100-300g/L的CdClJ^水溶液(CdCl 2溶于水中)。也可以使用其它摻雜氯的材料(諸如，以MnCl2' ZnCl2' NHCl4' TeCljP MgCl 2為例)來(lái)替代CdCl 2。例如，退火溫度可以為大約350° _450°C并施加大約60分鐘，均熱時(shí)間(soaking time)大約為15分鐘。均熱時(shí)間是指退火步驟在最大期望溫度下處于平穩(wěn)狀態(tài)的時(shí)間段。
[0008]由于活化步驟使吸收層的CdTe材料的晶粒(或微晶)增大，因此產(chǎn)生CdTe材料的晶粒生長(zhǎng)。通常，在將用于吸收層的CdTe材料沉積在窗口層的CdS材料上之后，CdTe材料由尺寸小于微米的CdTe的單個(gè)微晶組成?；罨襟E促進(jìn)這些晶體的再結(jié)晶和晶粒生長(zhǎng)，從而改變吸收層的形態(tài)。OdTe材料的再結(jié)晶可采用兩種形式:(I)晶內(nèi)(intragrain)再結(jié)晶，或主要(primary)再結(jié)晶，其改變晶粒取向；(2)晶間(intergrain)再結(jié)晶，或次要(secondary)再結(jié)晶，其由晶粒合并引起。這種再結(jié)晶(尤其是晶間類型)引起CdTe的晶粒生長(zhǎng)和更大的微晶。兩種形式的再結(jié)晶通過(guò)建立由引入Cl而引起的受體狀態(tài)，減小了CdTe材料的電阻率，并使得吸收層材料更P型，這改善了用于光轉(zhuǎn)換的p-n結(jié)。
[0009]如上所述，活化步驟可提供吸收層的缺陷修復(fù)(鈍化)，這是指緩和由于例如化學(xué)雜質(zhì)、空位和化學(xué)取代而導(dǎo)致的光電流損失，尤其是在吸收層材料的晶界處。瑕疵或缺陷使吸收層中的周期性結(jié)構(gòu)混亂，并且會(huì)產(chǎn)生高電阻區(qū)域或電流損失。在活化步驟的CdCl2退火過(guò)程中，窗口層的CdS材料趨向于溶入到吸收層的CdTe并與其互混，這使得CdS窗口層具有不均勻的厚度，或者在一些情況下，CdS窗口層會(huì)變得不連續(xù)。這會(huì)造成器件性能劣化。期望的是在活化步驟中使用更多的含氯摻雜劑、更高的退火溫度和/或更長(zhǎng)的退火持續(xù)時(shí)間，以更激烈地對(duì)吸收層進(jìn)行處理，因?yàn)檫@將增大通過(guò)活化步驟對(duì)吸收層賦予的好處。然而，在活化步驟的過(guò)程中使用更激烈的工藝條件會(huì)造成CdS材料的進(jìn)一步溶入/互混(例如，CdS/CdTe的互混增大)，由此進(jìn)一步劣化或破壞窗口層，這造成器件性能的進(jìn)一步劣化。
[0010]對(duì)該問題的明顯的解決方案似乎是簡(jiǎn)單地增大CdS窗口層的初始厚度，從而如果當(dāng)CdS材料的一部分在活化步驟的過(guò)程中溶解時(shí)，則保留足夠的CdS材料以保持良好的結(jié)。然而，這種明顯的補(bǔ)救措施引起其它問題。CdS是相對(duì)吸光的，并且在活化步驟之后具有較厚的CdS窗口層降低了在吸收層處收獲的用于光子的可利用的光，從而降低了光伏效率。通常，期望的是具有非常薄的CdS窗口層，以為吸收層提供更好的光透射。
[0011]期望一種PV器件以及制備這樣的PV器件的方法，其中，該P(yáng)V器件包括可被激烈的活化步驟活化的吸收層，同時(shí)保持薄CdS窗口層的完整性。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1示出了根據(jù)公開的實(shí)施例的PV器件的一部分。
[0013]圖2示出了根據(jù)公開的實(shí)施例的PV器件的一部分。
[0014]圖3是根據(jù)示例性實(shí)施例的形成光伏器件的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]在此描述的實(shí)施例提供一種PV器件，所述PV器件具有窗口層(例如，CdS窗口層)、位于窗口層上的保護(hù)層和位于保護(hù)層上的吸收層(例如，CdTe吸收層)，也公開了形成這樣的PV器件的方法。保護(hù)層在活化步驟的過(guò)程中起到抑制窗口層的CdS材料的溶入/互混的作用，從而使得PV器件具有并保持薄的窗口層，同時(shí)也允許對(duì)吸收層激烈地活化。在窗口層與吸收層之間設(shè)置保護(hù)層不破壞用于光轉(zhuǎn)換的p-n結(jié)，部分原因是保護(hù)層可以非常薄，例如，在一些實(shí)施例中，小于大約1nm厚，此外，也因?yàn)楸Ｗo(hù)層可被看作是吸收層的延伸，從而簡(jiǎn)單地將吸收層界面延伸到保護(hù)層下面的窗口層。
[0016]現(xiàn)在參照附圖，其中，同樣的附圖標(biāo)記表示同樣的特征，圖1示出了示例性實(shí)施例的PV器件。為了示例性目的，將參照PV