光伏器件及其形成方法
【專利說(shuō)明】光伏器件及其形成方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引證
[0002]本申請(qǐng)要求于2013年6月27日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/839,930的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，在此通過(guò)引證以其全部?jī)?nèi)容將其結(jié)合于本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開總體涉及光伏器件(photovoltaic device)領(lǐng)域，并且更具體地，涉及結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)光伏器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]在光伏器件的制造過(guò)程中，半導(dǎo)體材料層能夠施加至基底，其中一層作為窗口層并且第二層作為吸收劑層(吸收層，absorber layer)。除了半導(dǎo)體層(窗口和吸收劑層)之夕卜，光伏模塊、器件、或電池都能夠包括在基底(或覆板(superstrate))上產(chǎn)生的多個(gè)層(或涂層)。例如，光伏器件能夠包括阻擋層、透明導(dǎo)電氧化物層、緩沖層、和在基底上以堆疊體(堆疊，stack)形成的半導(dǎo)體層。每個(gè)層可以進(jìn)而包括一層以上的層或膜。例如，半導(dǎo)體窗口層和半導(dǎo)體吸收劑層一起能夠作為半導(dǎo)體層。此外，每個(gè)層能夠覆蓋器件全部或部分和/或?qū)踊蛘邔酉旅娴幕椎娜炕虿糠?。例如，“層”能夠包含任何量的任何接觸全部或部分表面的材料。碲化鎘因?yàn)槠渥罴褞ЫY(jié)構(gòu)和制造低成本而已經(jīng)用于半導(dǎo)體層。
[0005]最大化光伏器件的效率依然是光伏器件廠商和用戶的長(zhǎng)期目標(biāo)。通常最小化光伏器件的層的厚度是合乎需要的。隨著層厚度降低，層之一內(nèi)和相鄰層的結(jié)(junct1n)處的任何缺陷變得更加明顯。一種這樣的缺陷可以是電流-分流、短路缺陷。這些工藝相關(guān)的缺陷被認(rèn)為存在于基底電極的形態(tài)中，或在半導(dǎo)體吸收劑層的沉積或隨后的加工期間發(fā)展。當(dāng)一個(gè)或多個(gè)低電阻電流路徑穿過(guò)半導(dǎo)體吸收劑層發(fā)展時(shí)，分流缺陷可能存在于光伏器件，這允許電流在光伏器件的電極之間無(wú)阻通過(guò)。
[0006]在實(shí)現(xiàn)高效率的由CdS/CdTe半導(dǎo)體吸收劑層形成的光伏器件中突出關(guān)注的是與CdTe層的低電阻接觸的形成。根據(jù)傳統(tǒng)的歐姆接觸形成理論，形成與CdTe的歐姆接觸的金屬應(yīng)該具有對(duì)齊CdTe價(jià)帶的頂部的費(fèi)米能級(jí)。然而，由于CdTe功函數(shù)的高端，大多數(shù)金屬不能夠匹配所述功函數(shù)，而因此并不能有效制成與CdTe的歐姆接觸。
[0007]期望開發(fā)具有提供半導(dǎo)體吸收劑層和背面接觸層之間的低電阻接觸以提高器件效率的背面接觸緩沖層的光伏器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]與本公開內(nèi)容協(xié)調(diào)且一致的是，令人驚訝地已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了具有提供半導(dǎo)體吸收劑層和背面接觸層之間的低電阻接觸以提高器件效率的背面接觸緩沖層的光伏器件。
[0009]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，光伏器件包括玻璃基底;形成于玻璃基底之上的半導(dǎo)體吸收劑層;形成于半導(dǎo)體吸收劑層之上的金屬背面接觸層;和設(shè)置于半導(dǎo)體吸收劑層和金屬背面接觸層之間的P-型背面接觸緩沖層。
[0010]在另一個(gè)實(shí)施方式中，制造光伏器件的方法包括以下步驟:鄰近(adjacent to)基底沉積半導(dǎo)體吸收劑層;鄰近半導(dǎo)體吸收劑層沉積P-型背面接觸緩沖層;和鄰近P-型背面接觸緩沖層沉積背面接觸層。
[0011 ]在另一實(shí)施方式中，制造光伏器件的方法包括以下步驟:鄰近基底沉積CdS窗口層;鄰近CdS窗口層沉積CdTe半導(dǎo)體吸收劑層;鄰近CdTe半導(dǎo)體吸收劑層沉積由MnTe或SnTe組成的P-型背面接觸緩沖層;和鄰近P-型背面接觸緩沖層沉積背面接觸層。
【附圖說(shuō)明】
[0012]本公開的上述以及其它優(yōu)點(diǎn)，由以下詳細(xì)描述對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，尤其是當(dāng)依據(jù)以下描述的附圖進(jìn)行考慮時(shí)，將容易變得顯而易見。
[0013]圖1是本領(lǐng)域中已知的光伏器件的示意圖；
[0014]圖2是圖1的光伏器件的能帶圖；
[0015]圖3是根據(jù)本發(fā)明的光伏器件的示意圖；
[0016]圖4是圖3的光伏器件的一個(gè)實(shí)施方式的能帶圖；和
[0017]圖5是圖3的光伏器件的另一個(gè)實(shí)施方式的能帶圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下描述在本質(zhì)上僅僅是示例性的而并非意在限制本公開內(nèi)容、應(yīng)用或用途。還應(yīng)當(dāng)理解的是，在整個(gè)附圖中，相應(yīng)的參考標(biāo)號(hào)指示相同或相應(yīng)的部件和特征。關(guān)于公開的方法，呈現(xiàn)的步驟的次序本質(zhì)上是示例性的，因此，除非另外敘述，否則是非必要的或嚴(yán)格的。
[0019]圖1是本領(lǐng)域已知的光伏器件10的示意圖。光伏器件10包括玻璃基底12，其上沉積了例如由F摻雜的Sn02形成的薄導(dǎo)電氧化物(TC0)層14。由Sn02形成的緩沖層16例如沉積于TC0層14上。根據(jù)需要，緩沖層16也可以由鋅錫氧化物、鎘錫氧化物、或其他透明半導(dǎo)電氧化物或其組合形成。CdS緩沖層是選擇項(xiàng)，并且如果該層存在，則它可以是連續(xù)的或不連續(xù)的，并且該層可以覆蓋全部或部分器件和/或全部或部分的層或緩沖層下面的基底。由CdS形成的η-型窗口層18例如沉積于緩沖層16上，隨后是例如由CdTe形成的ρ-型半導(dǎo)體吸收劑層20。根據(jù)需要，吸收劑層20也可以例如由CdZnTe、CdSTe、CIGS、非晶硅、晶體硅、或GaAs形成。金屬背面接觸22沉積或形成于吸收劑層20上。背面接觸可以由例如]?0^/^1、21^6:(:11、CdSe、MgTe、HgTe、或ZnTe/Al雙層或其它合適的半導(dǎo)體/金屬多層等形成。
[0020]圖1的光伏器件的示例性能帶圖在圖2中示出。TC0層14的帶隙能量描繪為24，緩沖層16的帶隙能量描繪為26，窗口層18的帶隙能量描繪為28，吸收劑層20的帶隙能量描繪為30，以及背面接觸層22的帶隙能量描繪為32。正如圖2所示，接近吸收劑層20和背面接觸層22的結(jié)，導(dǎo)帶邊緣和價(jià)帶邊緣向下彎曲了 △。這是由于背面接觸層22具有比吸收劑層20更低的功函數(shù)。帶邊緣的向下彎曲增加了進(jìn)入背面接觸層22的電子擴(kuò)散電流，并將最大可達(dá)到的開路電壓V。。限制于Vb1-Δ^Η(內(nèi)建電勢(shì))描述為光伏器件在照射下的開路電壓(V。。)的上限。因此，1降低了量Δ，是最大可實(shí)現(xiàn)的V。。的上限的降低。
[0021]圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的光伏器件34的示意圖。光伏器件34包括基底層36、TC0層38、緩沖層40、窗口層42、半導(dǎo)體吸收劑層44、和背面接觸層46，類似于關(guān)于光伏器件10的層描述的那些。然而，光伏器件34包括設(shè)置于背面接觸層46和吸收劑層44之間的背面接觸緩沖層48。背面接觸緩沖層48由ρ-型材料，如SnTe、MnTe或CcU—xMnxTe形成JnTe和SnTe特別適合作為用于形成背面接觸緩沖層48的材料，這是因?yàn)榱己玫木Ц窠Y(jié)構(gòu)與CdTe半導(dǎo)體吸收劑層44匹配。MnTe和SnTe也是特別合適的，這是由于具有比CdTe更高的空穴濃度以誘導(dǎo)CdTe中的向上帶彎曲，從而降低電子擴(kuò)散進(jìn)入背面接觸層46，正如圖4和5中所示，并將在本文以下內(nèi)容中進(jìn)一步討論。背面接觸緩沖層48改善了背面接觸層46和吸收劑層44之間的帶對(duì)準(zhǔn)(帶排列，band alignment)，其導(dǎo)致光伏器件34的優(yōu)化性能。
[0022]類似地，CcU—xMnxTe是合適的背面接觸緩沖層48，這是因?yàn)棣桥cCdTe的存在，其室溫帶隙隨著Μη分?jǐn)?shù)X以約13mV/%的速率線性增加，Μη高達(dá)x =約0.5。即，根據(jù)需要，盡管X可以介于0至約1之間，但對(duì)于Cd0.5Mn0.5Te能夠獲得最大帶隙的增加。此外，Cd1-xMnxTe與CdTe具有非常小的失配，約1 %。因此，CdTe和CcU-xMnxTe之間的結(jié)處界面狀態(tài)(interfacestate)的量被最小化，從而優(yōu)化了光伏器件的性能。CcU-xMnxTe背面接觸緩沖層可以例如使用諸如金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(M0CVD)、濺射、和分子束外延(MBE)的技術(shù)進(jìn)行制備。
[0023]使用由MnTe形成的背面接觸緩沖層48已經(jīng)獲得了有利的結(jié)果，是因?yàn)橹辽僖韵碌脑?MnTe具有適合于氣相輸運(yùn)沉積(vapor transport deposit1n) (VTD)工藝的低蒸氣壓；在CdTe中約100 %的溶解度；約3.2eV的帶隙；和由于Μη空缺，MnTe可以摻雜高達(dá)約1019cm—3 JnTe背面接觸緩沖層48可以使用已知的沉積工藝沉積于吸收劑層44上，但使用高溫蒸發(fā)工藝、濺射處理獲得了積極效果。
[0024]例如，為了使用高溫蒸發(fā)或?yàn)R射工藝形成具有MnTe背面接觸緩沖層48的器件34，窗口層42和吸收劑層44使用VTD工藝沉積于T