專利名稱：用于制造半導體膜和光伏裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般來說，本發(fā)明涉及通過脈沖直流磁控管濺射來制造用于光電裝置中的半導體膜的方法。具體地說，本發(fā)明涉及通過脈沖直流磁控管濺射來制造硫化鎘膜的方法及由此制造的光伏裝置。
背景技術(shù)：
改進能量轉(zhuǎn)換效率(從電磁能到電能或者反之亦然)是光伏裝置領(lǐng)域中的主要關(guān)注點之一。在世界的很多地方太陽能常年都是豐富的。遺憾的是，這些可用的太陽能一般 未被有效地用于產(chǎn)生電力。光伏(“PV”)裝置將光直接轉(zhuǎn)化為電力。光伏裝置用在許多應用中，從用于計算器和手表的小型能量轉(zhuǎn)換裝置到用于家庭、公共設施以及衛(wèi)星的大型能
量轉(zhuǎn)換裝置。常規(guī)的光伏電池或太陽能電池以及由這些電池生成的電カ的成本一般比較高。例如，典型的太陽能電池實現(xiàn)低于20%的轉(zhuǎn)換效率。而且，太陽能電池通常包含形成在基板上的多個層，因此太陽能電池的生產(chǎn)通常需要大量的エ藝步驟。結(jié)果，大量的エ藝步驟、層、界面以及復雜性使生產(chǎn)這些太陽能電池所需的時間量和金錢量增加。光伏裝置常常由于通過例如反射和吸收導致光的損耗而遭受下降的性能。因此，這些裝置的光學設計的研究包含光收集和捕獲、光譜匹配吸收和上/下光能轉(zhuǎn)換。在光伏電池中使損耗最小化的方法之一就是結(jié)合窗ロ層(window layer)?，F(xiàn)有技術(shù)中眾所周知，窗ロ層的設計和工程技術(shù)應具有盡可能高的帶隙以使吸收損耗最小化。此外，為了提高太陽能電池的性能，希望制造具有好的電學和光學性質(zhì)以及熱和化學穩(wěn)定性的窗ロ層。窗ロ層也應與吸收體層在材料上兼容，以使吸收體層和窗ロ層之間的界面含有可忽略的界面缺陷狀態(tài)。通常，硫化鎘(CdS)已用于制造光伏電池(例如碲化鎘(CdTe)和ニ硒化銅銦鎵(CIGS)太陽能電池)中的窗ロ層。硫化鎘的ー個主要缺點在于其相對低的帶隙，這導致裝置中的電流損耗。在光伏裝置中采用硫化鎘薄層以幫助減小由吸收導致的光學損耗。然而，由于薄硫化鎘層的存在，在光伏裝置中存在諸如吸收體層和透明導電氧化物(TCO)之間的分流的問題。為了克服以上缺點，可能希望使薄硫化鎘層更致密和更好地結(jié)晶。另外，制造例如包含碲化鎘的裝置的一些光伏裝置的エ藝條件較苛刻，并且這些層暴露在高溫中，因此這些層在高溫下的熱穩(wěn)定性是重要的標準。硫化鎘膜通常通過射頻(RF)磁控管濺射或化學浴槽沉積來生長。使用這些方法，硫化鎘薄膜通常生長成具有較差結(jié)晶度的菜花型的形態(tài)。此外，所沉積的硫化鎘膜可能不具有所希望的電學和光學性質(zhì)，以及可能需要后續(xù)的處理步驟。大尺度的硫化鎘膜的RF濺射可能進ー步提出挑戰(zhàn)，諸如，例如可能難以在大面積上實現(xiàn)均勻RF等離子體的空間控制，對大于I米的磁控管陰極縮放RF功率可能很昂貴，以及RF濺射的磁控管陰極可能必須特別設計。因此，仍然需要解決該長期存在的低效和復雜的太陽能轉(zhuǎn)換裝置及生產(chǎn)方法的問題的改進方案。此外，需要用于制造具有希望的結(jié)晶度和形態(tài)的硫化鎘層的改進的方法以及由此生產(chǎn)的光伏裝置。

發(fā)明內(nèi)容
在ー個方面，提供ー種方法。該方法包含在無氧環(huán)境中提供包括半導體硫化物的靶；將多個直流脈沖施加到靶以生成脈沖直流等離子體；用脈沖直流等離子體對靶進行濺射以將包括硫的材料噴射到等離子體中；以及將包括所噴射材料的膜沉積到支撐上。在另ー個方面，提供制造光伏裝置的方法。該方法包含在支撐上設置透明窗ロ層；以及在透明窗ロ層上設置半導體層，其中設置透明窗ロ層包括在無氧環(huán)境中提供包括半導體硫化物的靶；將多個直流脈沖施加到靶以生成脈沖直流等離子體；用脈沖直流等離子體對靶進行濺射以將包括硫的材料噴射到等離子體中；以及將包括所噴射材料的膜沉積到支撐上。在又ー個方面，提供制造光伏裝置的方法。該方法包含在支撐上設置透明導電層；在透明導電層上設置透明窗ロ層；以及在透明窗ロ層上設置第一半導體層，其中設置透明窗ロ層包括在無氧環(huán)境中提供包括有包括鎘和硫的半導體材料的靶；將多個直流脈沖施加到靶以生成脈沖直流等離子體；用脈沖直流等離子體對靶進行濺射以將包括鎘和硫的材料噴射到等離子體中；以及將包括所噴射材料的膜沉積到透明導電氧化物層上。


本發(fā)明的這些和其它特征、方面以及優(yōu)點在通過參考附圖來閱讀以下的詳細描述時將變得更好理解，其中，貫穿所有附圖，相同的符號表示相同的部件，其中圖I示出根據(jù)本發(fā)明的一實施例的制造膜的方法的流程圖。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一實施例的光伏裝置的示意圖。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的另ー實施例的光伏裝置的示意圖。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一實施例的膜的X射線衍射。附圖標記說明10制造薄膜的方法的流程圖；12方法中的步驟；14方法中的步驟；16方法中的步驟；18方法中的步驟；20方法中的步驟；100光伏裝置；110支撐；112透明導電層；114透明窗ロ層；116半導體層；118背接觸層；119背支撐；120光；200光伏裝置。
具體實施例方式如下面詳細描述的，提供使用脈沖直流(DC)磁控管濺射來沉積硫化物膜的方法。相比于常規(guī)的RF或DC磁控管濺射，脈沖濺射有利地對硫化物膜的沉積提供受控的相組成(phase composition)以及可調(diào)整的膜微結(jié)構(gòu)。此外，使用脈沖直流派射，甚至在降低的支撐溫度下也能夠?qū)崿F(xiàn)具有低缺陷密度的硫化物膜。在一些實施例中，通過脈沖磁控管濺射法沉積的硫化物薄膜與通過RF磁控管濺射沉積的硫化物膜相比，具有改進的結(jié)晶度、光學和電學性質(zhì)。雖然本文僅示出和描述了本發(fā)明的某些特征，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員將想到許 修改和改變。因此應理解的是，所附的權(quán)利要求意在覆蓋落入本發(fā)明真實精神的所有這種修改和改變。在說明書和權(quán)利要求書中，將提及許多術(shù)語，其具有以下的含義。
単數(shù)形式的“一 (a, an)”和“該(the) ”包含多個指代物，除非上下文清楚地另外指示。如本文貫穿說明書和權(quán)利要求書中所使用的，近似語言可以應用于修飾任何定量的表示，該定量表 示允許變化而且不會導致與其相關(guān)的基本功能的改變。因此，由諸如“大約”的術(shù)語修飾的值并不限定于特定的精確值。在一些情形下，近似語言可能與用于測量數(shù)值的設備的精度對應。類似的，“無(free)”可以與術(shù)語結(jié)合使用，并且可以包含非實質(zhì)性的數(shù)字或者痕量，而仍然被認為無所修飾的術(shù)語。如本文所使用的，術(shù)語“可以(may) ”和“可以是”指示在一組情況中發(fā)生的可能性；擁有特定的特性、特點或功能；和/或可以通過表達與另ー動詞相關(guān)的能力、性能或可能性的一個或更多個來限定所限定的動詞。因此，“可以”和“可以是”的使用指示所修飾的術(shù)語顯然適當、能夠或適合用于所指示的能力、功能或用處，同時考慮到在一些情況下所修飾的術(shù)語可能有時不適當，不能夠或不適合。例如，在一些情況中，能期待事件或能力，而在其它情況中，事件或能力不能發(fā)生，這種區(qū)別由術(shù)語“可以”和“可以是”來記錄?！翱蛇x的(optional) ”或“可選地”意味著后續(xù)所描述的事件或情況可以發(fā)生，或者可以不發(fā)生，以及描述包含發(fā)生事件的情形和事件不發(fā)生事件的情形。術(shù)語“包括”、“包含”以及“具有”意在是包含的，并且意味著除了所列出的単元外還可能有附加的単元。而且，當本發(fā)明的具體特征描述為由一組的許多単元中的至少ー個及其組合構(gòu)成時，可以理解為，該特征可以包括該組的任何單元或由其構(gòu)成，或者單獨地構(gòu)成或者與該組的任何其它單元組合而構(gòu)成。還可以理解的是，諸如“頂部”、“底部”、“外部”、“內(nèi)部”等的術(shù)語為便利性的詞語，并且并不解釋為限制性的術(shù)語。如本文所用的，術(shù)語“設置在...上”或“設置在...之間”指的是直接接觸地固定或設置，以及通過在其間具有插入層而間接地固定或設置。如前所述，本發(fā)明的一個實施例為制造膜的方法。該方法包含在無氧環(huán)境中提供包括半導體硫化物的靶；將多個直流(DC)脈沖施加到靶以生成脈沖直流(DC)等離子體；用脈沖直流等離子體對靶進行濺射以將包括硫的材料噴射到等離子體中；以及將包括所噴射材料的膜沉積到支撐上。圖I表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制造膜的方法的流程圖10。步驟12在沉積環(huán)境(例如，沉積室)中提供支撐。在一個實施例中，支撐可包含玻璃、聚合物、金屬或復合物。在另ー個實施例中，支撐還可以包含沉積在支撐上的透明導電材料層。在又一個實施例中，支撐可包含設置在表面上的多個層，諸如例如反射層、透明導電層和高阻透明層(緩沖)。在這樣的實施例中，窗ロ層沉積在透明導電層或緩沖層(如果存在)上。在一備選實施例中，支撐包含設置在支撐上的背接觸層(back contact layer)和設置在背接觸層上的第一半導體層。在這樣的實施例中，窗ロ層沉積在第一半導體層上。支撐可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法在沉積環(huán)境中定向和固定，例如支撐可以由支持物來固定。在步驟14中，在無氧環(huán)境中提供靶。本文所用的術(shù)語“無氧”是指沒有刻意添加氧的環(huán)境，其中氧的含量低于大約0. 05重量百分比。靶包含要沉積在支撐上的硫化物材料。在一個實施例中，靶包含包括硫化物的半導體材料。在另ー個實施例中，靶包含半導體材料，其中半導體材料包含含有鎘和硫的化合物。在一個實施例中，靶也可包含鋅。在另ー個實施例中，靶還可以包含氧化鋅。在又一個實施例中，靶包含由式ZnxCdhS表示的的硫化鋅鎘的合金，其中X是在從大約0至大約0.99的范圍內(nèi)的數(shù)。在一具體實施例中，靶包含硫化鎘。在一個實施例中，靶可以放在離支撐預定距離的位置。如前所述，直流濺射或者脈沖直流(DC)濺射通常與諸如鎘或鎘鋅合金的金屬靶配合使用，以制造硫化鎘或硫化鎘鋅膜。使用金屬靶來從金屬靶制造硫化物薄膜通常需要在濺射氣氛中的含有硫的蒸氣源，這造成生產(chǎn)上的挑戰(zhàn)，諸如エ藝不穩(wěn)定性以及靶中毒。因此，使用對半導體靶的脈沖DC濺射可以避免與沉積硫化物膜相關(guān)的ー些問題。在一個實施例中，靶可以放置于惰性氣體環(huán)境中?？墒褂玫亩栊詺怏w的非限制性示例包含氬、氦、氮及其組合。在一個實施例中，采用的惰性氣體是氬。通常，沉積環(huán)境內(nèi)惰性氣體的分壓維持在從大約0. I帕到大約3帕的范圍內(nèi)。 步驟16包括將多個直流脈沖施加到靶以獲得脈沖直流等離子體?？墒┘拥桨械闹绷髅}沖示例包含雙極非對稱的脈沖直流功率，以數(shù)十到數(shù)百千赫茲(kHz)的頻率脈動。通常本領(lǐng)域技術(shù)人員會意識到，當直流脈沖施加到惰性氣體環(huán)境中的靶時，也可能發(fā)生氣體的離子化。在步驟18，通過脈沖濺射過程，用脈沖直流等離子體對靶進行濺射，以將包含硫的材料噴射到等離子體中。本文所用的術(shù)語“脈沖濺射”是采用靶的離子濺射或磁控管濺射以在表面產(chǎn)生涂層或膜的物理氣相沉積法。在一個實施例中，取決于靶的尺寸，濺射在從大約0. I帕到大約3帕范圍內(nèi)的壓カ下以大約500瓦至大約2000瓦的平均功率執(zhí)行。在一個實施例中,直流脈沖具有在從大約0. 2ff/cm2到大約20W/cm2的范圍內(nèi)的功率密度。在另ー個實施例中，平均功率密度在大從約0. 2ff/cm2到大約2W/cm2的范圍內(nèi)。在一個實施例中，直流脈沖具有在大約0. 001A/cm2到0. 01A/cm2的范圍內(nèi)的電流密度(與靶尺寸相關(guān))。在又一個實施例中，直流脈沖具有在從大約0. 2微秒到大約50微秒的范圍內(nèi)的脈沖寬度(也稱為“逆時間(reverse time) ” )。在某些實施例中，直流脈沖具有在從大約I微秒至大約5微秒的范圍內(nèi)的脈沖寬度。在ー個實施例中，直流脈沖在從大約IOkHz到大約400kHz的頻率范圍內(nèi)引起調(diào)制脈沖等離子體。不受理論限制，相信脈沖直流濺射有助于產(chǎn)生要沉積在支撐上的高離子化通量(ionized flux)的祀材料，從而有助于沉積具有聞材料利用率、聞沉積率以及良好的結(jié)晶度的改進的薄膜層，同時維持低支撐溫度。在一個實施例中，在從大約20攝氏度到大約550攝氏度的范圍內(nèi)的支撐溫度下執(zhí)行濺射，以及在一些實施例中，在從大約100攝氏度到大約300攝氏度的范圍內(nèi)的支撐溫度下執(zhí)行濺射。在另ー個實施例中，在環(huán)境溫度下執(zhí)行濺射，也就是說，支撐沒有被加熱。該方法還提供步驟20，用于將所噴射材料的膜沉積到支撐上。沉積在支撐上的膜包含硫。在一個實施例中，該膜還包含鎘、鋅或其組合。在一些實施例中，膜包含ZnxCdhS,其中“ X”在從0到大約I的范圍內(nèi)。在一個實施例中，“ X”在從大約0. I到大約0.9、從大約0. 2到大約0. 8、或者從大約0. 3到大約0. 6的范圍內(nèi)。在ー個具體實施例中，膜包含硫化鎘。在一個實施例中，所沉積的膜的厚度至少為大約10納米。在另ー個實施例中，膜厚度在從大約20納米到大約200納米的范圍內(nèi)?？梢酝ㄟ^控制許多參數(shù)來控制膜的沉積，例如壓力、溫度、所使用的能量源、濺射功率、脈動參數(shù)、靶材料的尺寸和特性、靶與支撐之間的距離或空間以及沉積環(huán)境中靶材料的朝向和位置。濺射功率的選擇可部分取決于支撐尺寸和所希望的沉積速率。在一個實施例中，該方法還包含對膜進行退火的步驟。可以在從大約I分鐘到大約30分鐘的持續(xù)時間內(nèi)執(zhí)行膜的退火。退火可以在從大約100攝氏度到大約550攝氏度的范圍內(nèi)的溫度下執(zhí)行。在又一個實施例中，退火在大約200攝氏度的溫度下執(zhí)行。在一個實施例中，膜具有在從大約0. I歐姆 厘米(Q *cm)到大約1000歐姆 厘米的范圍內(nèi)的電阻率。在一些實施例中，膜具有在從大約0. I歐姆 厘米到大約100歐姆 厘米的范圍內(nèi)的電阻率。電阻率的值可以針對沉積態(tài)(as-d印OSited)的膜或者退火的膜。在一些實施例中，本發(fā)明的方法有利地提供硫化鎘膜的沉積，該硫化鎘膜具有在從大 約0. I歐姆厘米到大約100歐姆 厘米的范圍內(nèi)的電阻率。不受理論限制，相信由于等離子體高度離子化，使用非対稱脈沖直流脈沖濺射，在降低的支撐溫度下可完成生長微晶膜、控制其相組成以及修改膜微結(jié)構(gòu)。在一個實施例中，沉積態(tài)硫化物膜是高度致密、光滑以及正形的(conformal)。本文所用的術(shù)語“沉積態(tài)層”指的是沒有經(jīng)過后處理(諸如通過退火)的層。在某些實施例中，沉積態(tài)膜基本上是多晶的，并且結(jié)晶粒度等于或大于在較高支撐溫度下通過常規(guī)RF或DC濺射所沉積的相同膜的結(jié)晶粒度，同時充分減少了沉積態(tài)膜中的諸如空隙或小孔的缺陷的量。在一個實施例中，通過本方法沉積的膜具有微晶形態(tài)，其中微晶形態(tài)具有在從大約50nm到大約IOOnm的范圍內(nèi)的結(jié)晶粒度。在其它實施例中，取決于層厚，所沉積的膜的結(jié)晶粒度在從大約IOOnm到大約IOOOnm的范圍內(nèi)。在一個實施例中，通過本方法沉積的膜具有微晶形態(tài)。在一些實施例中，沉積態(tài)硫化物膜具有在退火條件下穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，該退火條件用于對硫化鎘膜進行退火，諸如，例如在500攝氏度下加熱10分鐘。在某些實施例中，膜使得波長在大約300納米至大約900納米的范圍內(nèi)的光透射至少大約50%。在另ー個實施例中，膜使得波長在大約300納米至大約900納米的范圍內(nèi)的光透射大于大約80 %。在另ー個方面，提供制造光伏裝置的方法。該方法包含在支撐上設置透明窗ロ層；以及在透明窗ロ層上設置第一半導體層。設置透明窗ロ層的方法包含在無氧環(huán)境中提供包括半導體硫化物的靶；將多個直流脈沖施加到靶以產(chǎn)生脈沖直流等離子體；用脈沖直流等離子體對靶進行濺射以將包括硫的材料噴射到等離子體中；以及將包括所噴射材料的膜沉積到支撐上。在一些實施例中，該方法還包含在支撐和透明窗ロ層之間插入透明導電層。在一些其它實施例中，該方法還包含在透明窗ロ層和透明導電層之間插入緩沖層。如圖2所示，在一個實施例中提供光伏裝置100。該裝置100包含層，諸如ー個或更多層110、112、114、116和118。在一個實施例中，光伏裝置100包含支撐110和設置在支撐110上的透明導電層112。在示出的實施例中，透明窗ロ層114設置在透明導電層112上。在一個實施例中，第一半導體層116設置在透明窗ロ層114上。在一些實施例中，背接觸層118進而設置在第一半導體層116上。圖2中所示的層的配置可稱為“頂襯(superstrate) ”配置，因為光120從支撐110進入然后傳遞到裝置中。支撐110 —般足夠透明以供可見光穿過支撐110并因此與前接觸層112相互作用。用于示出的配置中的支撐110的材料的合適示例包含玻璃或聚合物。在一個實施例中，聚合物包括透明聚碳酸酷或聚酰亞胺。在工作中，透明導電層以及背接觸層將電流傳導出至外部負載并傳導回裝置中，從而完成電路。透明導電層112的合適材料可以包含氧化物、硫化物、磷化物、碲化物或其組合。這些透明導電材料可以是摻雜的或非摻雜的。在一個實施例中，透明導電層112包含透明導電氧化物，其示例包含氧化鋅、氧化錫、氧化鎘錫(Cd2SnO4)、氧化鋅錫(ZnSnOx)、氧化銦錫(ITO)、摻招氧化鋅(ZnO:Al)、氧化鋅(ZnO)、摻氟氧化錫(SnO:F)、ニ氧化鈦、氧化硅、氧化鎵銦錫(Ga-In-Sn-O)、氧化鋅銦錫(Zn-In-Sn-O)、氧化鎵銦(Ga-In-O)、氧化鋅銦(Zn-In-O)以及這些的組合。合適的硫化物可以包含硫化鎘、硫化銦等等。合適的磷化物可以包含磷化銦、磷化鎵等等。通常，當光照射在太陽能電池100上時，第一半導體層(有時也稱為“半導體吸收體層”或“吸收體層”)116中的電子從較低能量“基態(tài)”激發(fā)到較高的“激發(fā)態(tài)”，在基態(tài)中電子束縛于固體中的特定原子，在 激發(fā)態(tài)中電子可以穿過固體。由于太陽光和人造光中的大多數(shù)能量在電磁輻射的可見范圍內(nèi)，太陽能電池吸收體應該能夠有效吸收在這些波長的輻射。在一個實施例中，第一半導體層116包含碲化物、硒化物、硫化物或者其組合。在某些實施例中，第一半導體層116包括碲化鎘、碲化鎘鋅、硫碲化鎘、碲化鎘錳或碲化鎘鎂。碲化鎘(有時本文也稱之為“CdTe”)薄膜通常具有多晶形態(tài)。此外，發(fā)現(xiàn)碲化鎘具有高吸收率，以及在從大約I. 45電子伏特至大約I. 5電子伏特的范圍內(nèi)的帶隙。在一個實施例中，碲化鎘的電子學和光學性質(zhì)可能通過碲化鎘與其它元素或化合物(例如鋅、鎂、錳等等)形成合金而改變。CdTe膜能使用低成本技術(shù)來生產(chǎn)。在一個實施例中，CdTe第一半導體層116可以包括P型晶粒和n型晶界。在一個實施例中，透明窗ロ層114包括以上先前描述的硫化物層。設置在透明導電層116上的透明窗ロ層114是裝置100的結(jié)形成層。第一半導體層116中的“自由”電子處于隨機運動，所以一般不會有定向的直流。然而透明窗ロ層114的添加感應出產(chǎn)生光伏效應內(nèi)建電場。在一個實施例中，透明窗ロ層114包含硫化鎘。在一個實施例中，透明窗ロ層114還可以包含締化鋅、硒化鋅、硒化鎘、氧化鎘硫和/或者氧化銅。在一個實施例中，硫化鎘中的鎘的原子百分比，在一些實施例中，在從大約48原子百分比到大約52原子百分比的范圍內(nèi)。在另ー個實施例中，硫化鎘中的硫的原子百分比在從大約45原子百分比到大約55原子百分比的范圍內(nèi)。在一個實施例中，透明窗ロ層114具有在從大約5納米到大約250納米的范圍內(nèi)的厚度，或者具有在從大約20納米到大約200納米的范圍內(nèi)的厚度。通常，第一半導體層116和透明窗ロ層114在兩層之間提供異質(zhì)結(jié)界面。在一些實施例中，透明窗ロ層114作為n型窗ロ層，與p型的第一半導體層形成pn結(jié)。通常，取決于整個系統(tǒng)配置，背接觸層118將電流傳送進或傳送出裝置100。一般來說，背接觸層118包含金屬、半導體、石墨或其它適當?shù)膶щ姴牧?。在一個實施例中，背接觸層118包含包括p型晶粒和p型晶界的半導體。p型晶界可以輔助在背接觸金屬和P型半導體層之間傳輸電荷載流子。在一些實施例中，背接觸層可以包含選自碲化鋅(ZnTe)、碲化汞(HgTe)、碲化鎘汞(CdHgTe)、碲化砷(As2Te3)、締化銻(As2Te3)以及碲化銅(CuxTe)的一種或更多種半導體。在一些實施例中，金屬層(未示出)可以設置在背接觸層118上用于改進電接觸。在一些實施例中，金屬層包含IB族金屬、IIIA族金屬或其組合的ー種或更多種。IB族金屬的適合的非限制性示例包含銅(Cu)、銀(Ag)和金(Au)。IIIA族金屬(例如低熔點金屬)的適合的非限制性示例包含銦(In)、鎵(Ga)和鋁(Al)。潛在合適的金屬的其它示例包含鑰和鎳。在一些其它實施例中，光伏裝置還可包含緩沖層(未示出)。在一個實施例中，緩沖層可以設置在透明導電層上。在另ー個實施例中，緩沖層可以設置在透明導電層112和透明窗ロ層114之間。緩沖層可以選自氧化錫、氧化鋅、氧化鋅錫(Zn-Sn-O)或者氧化鋅銦錫(Zn-In-Sn-O)。在一個實施例中，裝置不包含緩沖層。如圖3所示，在一備選的實施例中，“基板”配置包含光伏裝置200，其中背接觸層118設置在支撐119上。此外第一半導體層116設置在背接觸層118上。然后，包括前述的硫化物層的透明窗ロ層114設置在第一半導 體層116上，以及透明導電層112設置在透明窗ロ層114上。在該基板配置中，支撐可以包含玻璃、聚合物或金屬箔。在一個實施例中，可用于形成金屬箔的金屬包含不銹鋼、鑰、鈦和鋁。在一個實施例中，圖3所示的這些層即基板119、透明導電層112、透明窗ロ層114、第一半導體層116和背接觸層118的組成，與以圖2中上述的具有頂板配置的層具有相同的組成。在一個實施例中，第一半導體層116可以選自ニ硫化銅銦(CIS)、ニ硒化銅銦(CIS)、ニ硒化銅銦鎵(CIGS)、銅銦鎵硫硒(CIGSS)、銅銦鎵鋁硫硒(Cu (In，Ga，Al) (S，Se)2)、銅鋅錫硫(CZTS)以及其它CIS基系。在這樣的實施例中，透明窗ロ層設置在基板上，其中基板包含透明導電層。通常，太陽能電池的效率定義為可以從模塊中抽取的電功率除以入射至電池表面的太陽能的功率密度。用圖2作為參考，入射光120在被第一半導體層116吸收之前先穿過支撐110、透明導電層112以及透明窗ロ層114，其中光能向電能的轉(zhuǎn)化通過電子-空穴對的生成而發(fā)生。在本發(fā)明的一個實施例中，光伏裝置具有大于大約0.7的填充因子(fillfactor)。在另ー個實施例中，光伏裝置具有在從大約0. 65到大約0. 85的范圍內(nèi)的填充因子。填充因子(FF)等于在工作中能夠抽取的最大功率與電池的基于其Js。和Vtj。進行評估中的最大可能功率的比率。短路電流密度(Jse)是零施加電壓時的電流密度。開路電壓(Voc)是當沒有電流流過時陽極和陰極之間的電勢。在Voc下，所有的電子和空穴都在裝置內(nèi)復合。這設定了能夠從單個電子-空穴對中抽取的功的上限。在又一個實施例中，光伏裝置具有大于大約810毫伏的開路電壓(Voc)。本發(fā)明的又ー個方面提供制造光伏裝置的方法。該方法包含在支撐上設置透明導電層；在透明導電層上設置透明窗ロ層；在透明窗ロ層上設置第一半導體層。設置透明窗ロ層的方法包含在無氧環(huán)境中提供包括有包括鎘和硫的半導體材料的靶；將多個直流脈沖施加到靶以生成脈沖直流等離子體；用脈沖直流等離子體對靶進行濺射以將包括鎘和硫的材料噴射到等離子體中；以及將包括所噴射材料的膜沉積到透明導電氧化物層上。示例方法I :包括硫化鎘的膜(示例I)的制備使用硫化鎘靶來制備包括硫化鎘的膜。硫化鎘靶在濺射室中經(jīng)受IOOkHz的頻率、3. 5us的逆時間(或者脈沖寬度)以及l(fā)W/cm2的平均功率密度的雙極非對稱DC脈沖。濺射室維持在氬的環(huán)境中。在濺射過程的期間，濺射室的壓カ維持在I. 33帕(10毫托)。包括硫化鎘的膜沉積在溫度維持在大約200攝氏度到大約250攝氏度的支撐(例如玻璃)上。比較例I :使用RF濺射技術(shù)制備硫化鎘膜，其中使用與示例I所述的相同的平均功率和氬壓カ、相同的真空室中的相同的CdS靶，以及沉積在溫度維持在大約250攝氏度的玻璃基板上。表I
權(quán)利要求
1.一種方法，包括 在無氧環(huán)境中提供包括半導體硫化物的靶； 將多個直流脈沖施加到所述靶，以生成脈沖直流等離子體； 用所述脈沖直流等離子體對所述靶進行濺射，以將包括硫的材料噴射到所述等離子體中；以及 將包括所噴射材料的膜沉積到支撐上。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述半導體硫化物包括鎘、鋅或其組合。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述膜包括具有式(I)的半導體硫化物 (I)ZnxCdhS 其中“x”在從O到大約I的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述膜包括硫化鎘。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述膜具有在從大約0.I歐姆 厘米到大約1000歐姆 厘米的范圍內(nèi)的電阻率。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述膜包括微晶形態(tài)。
7.—種制造光伏裝置的方法，包括 在支撐上設置透明窗口層；以及 在所述透明窗口層上設置第一半導體層； 其中，設置所述透明窗口層包括 在無氧環(huán)境中提供包括半導體硫化物的靶； 將多個直流脈沖施加到所述靶，以生成脈沖直流等離子體； 用所述脈沖直流等離子體對所述靶進行濺射，以將包括硫的材料噴射到所述等離子體中；以及 將包括所噴射材料的膜沉積到所述支撐上。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述第一半導體層包括碲化鎘。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述透明窗口層包括硫化鋅、硫化鎘或其組合。
10.一種制造光伏裝置的方法，包括 在支撐上設置背接觸層； 在所述背接觸層上設置第一半導體層；以及 在所述第一半導體層上設置透明窗口層； 其中，設置所述透明窗口層包括 在無氧環(huán)境中提供包括有包括鎘和硫的半導體材料的靶； 將多個直流脈沖施加到所述靶，以生成脈沖直流等離子體； 用所述脈沖直流等離子體對所述靶進行濺射，以將包括鎘和硫的材料噴射到所述等離子體中；以及 將包括所噴射材料的膜沉積到所述第一半導體層上。
全文摘要
本發(fā)明的一個方面提供制造膜的方法。該方法包含在無氧環(huán)境中提供包括硫化物的靶；將多個直流脈沖施加到靶以生成脈沖直流等離子體；用脈沖DC等離子體對硫化物靶進行濺射以將包括硫的材料噴射到等離子體中；以及將包括所噴射材料的膜沉積到支撐上。本發(fā)明的另一個方面提供制造光伏裝置的方法。
文檔編號C23C14/34GK102628161SQ20121010317
公開日2012年8月8日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月13日
發(fā)明者D·鐘, G·帕塔薩拉蒂, R·A·小納迪 申請人:通用電氣公司