專利名稱：用于薄膜光伏的層和由此制造的太陽(yáng)能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明基本上涉及光伏領(lǐng)域。特別地，本發(fā)明涉及在光伏器件中使用的層和由此 制造的太陽(yáng)能電池板。
背景技術(shù)：
在世界的許多地方全年太陽(yáng)能是很豐富的。遺憾地是，可用的太陽(yáng)能通常沒有有 效地用于生產(chǎn)電力。常規(guī)的太陽(yáng)能電池和由這些電池產(chǎn)生的電力的成本通常非常高。例如， 典型的太陽(yáng)能電池達(dá)到小于20%的轉(zhuǎn)換效率。此外，太陽(yáng)能電池典型地包括襯底上形成的 多個(gè)層，從而太陽(yáng)能電池制造典型地要求大量的處理步驟。結(jié)果，大量的處理步驟、層、界面 和復(fù)雜性增加了制造這些太陽(yáng)能電池需要的時(shí)間和金錢。因此，仍需要對(duì)于低效和復(fù)雜的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換器件和制造的方法的長(zhǎng)期存在的問題 的改進(jìn)方案。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，提供光伏器件。該光伏器件包括吸收層，其包括P型半導(dǎo)體，其 中至少一層設(shè)置在該吸收層上。該至少一層是具有比該吸收層的載流子密度更高的載流子 密度的半導(dǎo)體。該至少一層包括硅。該至少一層包括P+型半導(dǎo)體。該吸收層基本上沒有娃。另一個(gè)實(shí)施例是光伏器件。該器件包括吸收層，其中該吸收層包括包含碲的II-VI 半導(dǎo)體。該至少一層設(shè)置在該吸收層之上。該至少一層是P+型半導(dǎo)體，其包括硅。另一個(gè)實(shí)施例是光伏器件。該器件包括吸收層，其中該吸收層包括P型的包含碲 的^工半導(dǎo)體。該至少一層設(shè)置在該吸收層之上。該至少一層是P+型半導(dǎo)體，其包括娃。再另一個(gè)實(shí)施例是光伏器件。該器件包括吸收層，其中該吸收層包括P型碲化鎘。 至少一層設(shè)置在該吸收層之上，其中該至少一層包括P+型氫化非晶硅。再另一個(gè)實(shí)施例是光伏器件。該器件包括吸收層，其中該吸收層包括P型碲化鎘。 至少一層設(shè)置在該吸收層之上，其中該至少一層包括P+型氫化非晶硅碳。仍然再另一個(gè)實(shí)施例是方法。該方法包括在光伏器件中提供吸收層的第一步驟。 該吸收層被處理以增加它的的載流子密度。此外，該吸收層被腐蝕以提供化學(xué)計(jì)量吸收層。 該吸收層包括P型半導(dǎo)體。該吸收層基本上沒有硅。至少一層設(shè)置在該吸收層之上。該至 少一層是具有比吸收層的載流子密度高的載流子密度的半導(dǎo)體。該至少一層包括P+型半 導(dǎo)體。該至少一層包括硅。


當(dāng)下列詳細(xì)說明參照附圖(其中相似的符號(hào)在整個(gè)附圖中代表相似的部件)閱讀 時(shí)，本發(fā)明的這些和其他的特征、方面和優(yōu)勢(shì)將變得更好理解，其中
圖1圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光伏器件的示意圖；圖2圖示根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例制造如在圖1中示出的光伏器件的層的方法的 流程圖；圖3圖示根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例制造如在圖1中示出的光伏器件的層的方法的 示意圖。
具體實(shí)施方式
本領(lǐng)域內(nèi)已知的基于碲化鎘(CdTe)的太陽(yáng)能器件典型地顯示出相對(duì)低的功率轉(zhuǎn) 換效率，其可歸因于與材料的帶隙相關(guān)的相對(duì)低的開路電壓(U。對(duì)于改進(jìn)CdTe太陽(yáng)能 電池的電池效率的另外的問題包括CdTe的高功函數(shù)。CdTe的高功函數(shù)限制了可以被采用 以形成與CdTe層的歐姆接觸的金屬的狹窄選擇。該金屬包括鉬和金，其是用于低成本大規(guī) 模生產(chǎn)CdTe太陽(yáng)能電池商業(yè)上不切實(shí)可行的金屬。然而，盡管可采用像鉬、鎳、鉻等的其他 金屬，它們形成勢(shì)壘，例如在P型CdTe的情況下，空穴將需要隧穿通過勢(shì)壘區(qū)域。由于CdTe 具有在IxlO14和IxlO15每立方厘米之間的典型的載流子密度，該勢(shì)壘可是相對(duì)大的。已經(jīng) 發(fā)現(xiàn)在沒有CdTe層的背面的正確處理的情況下，與背接觸層的電阻是可觀的并且該器件 的填充因子減小，從而降低該器件的效率。改進(jìn)背接觸電阻的一個(gè)方法包括增加靠近CdTe 層和背接觸層的接觸點(diǎn)的區(qū)域中的載流子濃度，其中背接觸層是金屬層。例如，對(duì)于P型 CdTe材料，增加載流子濃度意味著增加CdTe材料中的ρ型載流子以在與背接觸層接觸的 CdTe層的背面上形成“P+層”。如在本文中使用的短語(yǔ)“載流子密度”指在材料中的空穴和 電子的濃度。如在本文中使用的短語(yǔ)“更高的載流子密度”意味著在使用P+層形成的至少 一層中的P型電荷載流子的濃度比在吸收層中的P型電荷載流子的濃度高。形成具有大于 或等于IxIO17每立方厘米的載流子密度的高摻雜區(qū)域可幫助降低與背接觸層的接觸電阻。用于形成高摻雜區(qū)域的各種方法在本領(lǐng)域內(nèi)已知。一個(gè)方法包括用銅或金來處理 將與背接觸層接觸的CdTe吸收層的背面。銅原子或金原子在晶格中取代鎘原子，從而形成 靠近背接觸的附加受主態(tài)(acceptor state)。另一個(gè)方法包括在CdTe層的背面上形成異 相材料的薄層，例如碲化汞(HgTe)、碲化鋅(ZnTe)、碲化銅(CuxTe)、碲化砷(As2Te3)或碲化 銻(Sb2Te3)。價(jià)帶排列(valence band alignment)通過陰離子規(guī)則獲得。形成這樣的層 的一個(gè)方法包括在CdTe層的背面上形成富碲層，其使用氯化鎘(CdCl2)處理以增加CdTe層 中的載流子密度。在某些實(shí)施例中，銅層沉積在CdCl2處理過的CdTe層上以形成CuxTe相， 由此形成P+型層。ρ+型層具有明顯的缺點(diǎn)。當(dāng)使用金和銅時(shí)，已知的是在器件的壽命期間金和銅都 擴(kuò)散通過材料，其導(dǎo)致顯著的退化。HgTe具有由于汞污染導(dǎo)致的一些環(huán)境問題。碲化銅 (CuxTe)和碲化鋅(ZnTe)提供由于形成的膜的多晶性質(zhì)而導(dǎo)致的限制在最大IO18每立方厘 米的最大電荷密度。從而，通過由銅和鋅取代鎘形成的P+層可不具有足夠高的空穴載流子 濃度，其意味著空穴的濃度可能低于IO18每立方厘米。本文提供備選的層和方法以更好克服在吸收層和至少一層的界面處的電荷密度 的差別，其提供與吸收層材料(例如CdTe)相容的材料。該備選層可用作吸收層和背接觸 層之間的界面，其具有可以等于或超過IxlO18每立方厘米的載流子密度的載流子密度，這 是與器件內(nèi)的其他電阻相比最小化背接觸層的串聯(lián)電阻所需要的。該方法包括采用另一層即備選層與CdTe層結(jié)合。該備選層是P+層，其具有當(dāng)與吸收層的載流子密度比較時(shí)的更 高的載流子密度，本文描述的P+層從而具有比如本領(lǐng)域內(nèi)目前已知的可以在典型的P+型 材料中獲得的更高的載流子密度。在一個(gè)實(shí)施例中，該層可具有大于約切1017每立方厘米 (如目前用于CdTe類型器件的)的空穴載流子密度。在另一個(gè)實(shí)施例中，該層可具有大于 約IOw每立方厘米的空穴載流子密度。在另一個(gè)實(shí)施例中，該層可具有大于約每立 方厘米的空穴載流子密度。該層的載流子密度越高，最小化該層和吸收層的功函數(shù)的間隙 的該層的能力越好。本文描述的本發(fā)明的實(shí)施例解決目前技術(shù)發(fā)展水平的所指出的缺點(diǎn)。器件包括吸 收層(其包括P型半導(dǎo)體)和設(shè)置在該吸收層之上的含硅的至少一層。另外，該至少一層是 具有比吸收層的載流子密度高的載流子密度的P+型半導(dǎo)體。該吸收層和P+層成分上不同， 其中該吸收層基本上沒有硅。如本文使用的，短語(yǔ)“基本上沒有硅”指的是包含多達(dá)約百萬 分之100份的硅作為雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料。同樣，意味著存在的硅量在CdTe和銅-銦-鎵-硒 (CIGS)型材料中存在的硅的典型雜質(zhì)水平附近。也就是說，短語(yǔ)“基本上沒有硅”意味硅不 是該膜的主要成分，然而它可以作為污染物或摻雜劑在吸收層中出現(xiàn)。例如，微量的硅可 存在于CdTe中，該微量的硅是由于用于形成器件的高處理溫度所引起的從用作襯底的二 氧化硅玻璃中析出的。在某些實(shí)施例中，該至少一層也具有比吸收層大的帶隙。在一些實(shí)施例中，該層具 有比吸收層更高的功函數(shù)。此外，在一些實(shí)施例中，該層具有小于或等于吸收層的電子親和 勢(shì)(electron affinity)的電子親和勢(shì)。在一個(gè)實(shí)施例中，該至少一層的帶隙可大于或等 于吸收層的帶隙以在至少一層中最小化光學(xué)吸收。在該層中的吸收可導(dǎo)致漏電流，其將降 低器件的效率。在一個(gè)實(shí)施例中，該至少一層的電子親和勢(shì)可低于或等于吸收層的電子親 和勢(shì)以在器件的背面上提供電子勢(shì)壘，從而作為背表面電場(chǎng)，其減少在電池背表面的電子 空穴復(fù)合從而增加效率。在一個(gè)實(shí)施例中，該至少一層的功函數(shù)可大于或等于吸收層的功 函數(shù)以當(dāng)空穴在與該層接觸的吸收層的背面收集時(shí)最小化空穴的任何勢(shì)壘。在一個(gè)實(shí)施例 中，吸收層包括包含碲的II-VI半導(dǎo)體，例如ρ型CdTe。本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)具體實(shí)施例將在下文描述。為了提供這些實(shí)施例的簡(jiǎn)明說 明，實(shí)際實(shí)現(xiàn)的所有特征可不在說明書中描述。應(yīng)該意識(shí)到在任何這樣的實(shí)際實(shí)現(xiàn)的開發(fā) 中，如在任何工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，必須做出許多具體實(shí)現(xiàn)的決定以達(dá)到開發(fā)者的具體目標(biāo) (例如遵守系統(tǒng)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的約束)，其可在一個(gè)實(shí)現(xiàn)與另一實(shí)現(xiàn)之間變化。此外，應(yīng) 該意識(shí)到這樣的開發(fā)努力可是復(fù)雜的并且耗時(shí)的，但對(duì)于具有該公開的利益的普通技術(shù)人 員仍將是設(shè)計(jì)、建造和制造的例行任務(wù)。 當(dāng)介紹本發(fā)明的各種實(shí)施例的元件時(shí)，冠詞“一 ”、“ 一個(gè)”、“該，，和“所述，，意指表 示存在元件中的一個(gè)或多個(gè)。術(shù)語(yǔ)“包括”、“包括”和“具有”意指包括的并且表示除了列 出的元件可存在另外的元件。此外，“頂部”、“底部”、“在...上面”、“在...下面”和這些 術(shù)語(yǔ)的變化的使用是為了便利，但不要求部件的任何特定取向(除非另外說明)。如本文 使用的，術(shù)語(yǔ)“設(shè)置在...之上”或“沉積在...之上”或“設(shè)置在...之間”指與...直接 接觸地固定或設(shè)置和通過具有在其之間的間隔層而間接地固定或設(shè)置兩種情況。
如在圖1中圖示的，在一個(gè)實(shí)施例中，提供光伏器件100。該器件100包括層110、 112、114、116、118和120。層116是吸收層，并且至少一層118設(shè)置在該吸收層116的表面上。吸收層116包括ρ+型半導(dǎo)體材料，但基本上沒有硅，意味著它可包含高達(dá)約百萬分之 50份至約百萬分之100份的硅為附帶雜質(zhì)。層118包括硅并且是具有比吸收層116的載流 子密度高的載流子密度的半導(dǎo)體。在一些實(shí)施例中，層118的帶隙大于吸收層116的帶隙。 在一些實(shí)施例中，層118的電子親和勢(shì)小于或等于吸收層116的親和勢(shì)。同樣，在一些實(shí)施 例中，層118的功函數(shù)大于或等于吸收層116的功函數(shù)。如上文所述的，在一些實(shí)施例中， 層118的帶隙可大于或等于吸收層116的帶隙以最小化在層118中發(fā)生的光學(xué)吸收。在該 層118中的吸收是不期望的，因?yàn)樗蓪?dǎo)致漏電流，其將降低器件100的效率。在一些實(shí)施 例中，層118的電子親和勢(shì)可低于或等于吸收層116的電子親和勢(shì)以在器件的背面提供電 子勢(shì)壘，從而充當(dāng)背表面電場(chǎng)，其減少在電池背表面的電子空穴復(fù)合以及從而提高電池的 效率。在另外其他實(shí)施例中，層118的功函數(shù)可大于或等于吸收層116的功函數(shù)以當(dāng)空穴 在與層 118接觸的吸收層116的背面被收集時(shí)最小化空穴的任何勢(shì)壘。在一個(gè)實(shí)施例中，例如，光伏器件包括襯底110、前接觸層112、緩沖層或窗口層 114、吸收層116、p+層118和背接觸層120。光從襯底110進(jìn)入并且在穿過前接觸層112和 緩沖層114之后進(jìn)入吸收層。如本文使用的術(shù)語(yǔ)“P+層”指的是ρ型半導(dǎo)體，該P(yáng)型半導(dǎo)體 中與吸收層116相比存在過量的移動(dòng)空穴濃度。該ρ+層118協(xié)助改進(jìn)吸收層116與背接 觸層120的電接觸。在某些實(shí)施例中，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將意識(shí)到其他中間層可用在本文 論述的各種層之間。在各種實(shí)施例中，抗反射涂層可施加在襯底110的頂部上面，高電阻的 透明導(dǎo)電氧化層可用在前接觸層112和窗口層114之間，并且該高電阻層可起到附加緩沖 層等的作用。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底110可以施加在背接觸層120下面。本文描述的各種 層，即吸收層116、前接觸層112、窗口層114和背接觸層120，具有這些層當(dāng)在本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù) 人員已知的光伏器件中使用時(shí)通常已知的功能。典型地，當(dāng)光落在太陽(yáng)能電池100上時(shí)，吸收層116中的電子從較低能量的“基 態(tài)”(其中它們束縛在固體中的具體原子)激發(fā)到較高能量的“激發(fā)態(tài)”(其中它們可以移 動(dòng)通過固體)。由于陽(yáng)光和人造光中的大部分能量在電磁輻射的可見光范圍中，太陽(yáng)能電池 吸收體應(yīng)該在吸收那些波長(zhǎng)的輻射方面是高效的。在一個(gè)實(shí)施例中，吸收層116包括ρ型 半導(dǎo)體。在一個(gè)實(shí)施例中，吸收層116具有在從約1.3電子伏特至約1.6電子伏特范圍中 的帶隙。在另一個(gè)實(shí)施例中，吸收層116具有在從約1. 35電子伏特至約1. 55電子伏特范 圍中的帶隙。在再另一個(gè)實(shí)施例中，吸收層116具有在從約1.4電子伏特至約1.5電子伏 特范圍中的帶隙。在一個(gè)實(shí)施例中，選擇吸收層116使得層118的帶隙可大于或等于吸收 層116的帶隙。在一個(gè)實(shí)施例中，吸收層116具有在從約3. 9電子伏特至約4. 5電子伏特范圍中 的電子親和勢(shì)。在另一個(gè)實(shí)施例中，吸收層116具有在從約4.0電子伏特至約4. 4電子伏 特范圍中的電子親和勢(shì)。在再另一個(gè)實(shí)施例中，吸收層116具有在從約4. 1電子伏特至約 4. 3電子伏特范圍中的電子親和勢(shì)。在一個(gè)實(shí)施例中，選擇吸收層116使得層118的電子親 和勢(shì)可低于或等于吸收層116的電子親和勢(shì)。在一個(gè)實(shí)施例中，吸收層116具有在從約5. 1電子伏特至約5. 9電子伏特范圍中 的功函數(shù)。在另一個(gè)實(shí)施例中，吸收層116具有在從約5. 2電子伏特至約5. 8電子伏特范 圍中的功函數(shù)。在再另一個(gè)實(shí)施例中，吸收層116具有在從約5. 5電子伏特至約5. 7電子 伏特范圍中的功函數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，選擇吸收層116使得層118的功函數(shù)可大于或等于吸收層116的功函數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，吸收層116包括包含碲的II-VI半導(dǎo)體，其基本上沒有硅。在一 個(gè)實(shí)施例中，吸收層116從由碲化鎘、碲化鎘鋅、富碲的碲化鎘(即，碲與鎘的比大于1的碲 化鎘)、 碲化鎘硫、碲化鎘錳和碲化鎘鎂構(gòu)成的組中選擇。在一個(gè)實(shí)施例中，吸收層116包括 碲化鎘。在另一個(gè)實(shí)施例中，吸收層116包括ρ型碲化鎘。在一個(gè)實(shí)施例中，層118包括ρ+型半導(dǎo)體。在一個(gè)實(shí)施例中，層118具有在從約 1. 4電子伏特至約2. 1電子伏特范圍中的帶隙。在另一個(gè)實(shí)施例中，層118具有在從約1. 5 電子伏特至約2.0電子伏特范圍中的帶隙。在再另一個(gè)實(shí)施例中，層118具有在從約1.8 電子伏特至約1.9電子伏特范圍中的帶隙。如上提到的，在一個(gè)實(shí)施例中，層118選擇成使 得層118的帶隙可大于或等于吸收層116的帶隙。在一個(gè)實(shí)施例中，層118具有在從約3. 8電子伏特至約4. 3電子伏特范圍中的電 子親和勢(shì)。在另一個(gè)實(shí)施例中，層118具有在從約3. 9電子伏特至約4. 2電子伏特范圍中 的電子親和勢(shì)。在再另一個(gè)實(shí)施例中，層118具有在從4.0電子伏特至約4. 1電子伏特范 圍中的電子親和勢(shì)。如上所述的，在一個(gè)實(shí)施例中，層118選擇成使得層118的電子親和勢(shì) 可低于或等于吸收層116的電子親和勢(shì)。在一個(gè)實(shí)施例中，層118具有在從約5. 3電子伏特至約6. 0電子伏特范圍中的功 函數(shù)。在另一個(gè)實(shí)施例中，層118具有在從約5. 4電子伏特至5. 9電子伏特范圍中的功函 數(shù)。在再另一個(gè)實(shí)施例中，層118具有在從約5. 6電子伏特至約5. 8電子伏特范圍中的功 函數(shù)。如上文提到的，在一個(gè)實(shí)施例中，層116選擇成使得層118的功函數(shù)可大于或等于吸 收層116的功函數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，層118包括氫化非晶硅(a_Si:H)、氫化非晶硅碳(a_SiC:H)、晶 體硅(c-Si)、氫化微晶硅(mc-Si:H)、氫化非晶硅鍺(a-SiGe:H)、氫化微晶非晶硅鍺(mc a_SiGe:H)、砷化鎵(GaAs)或其組合。在一個(gè)實(shí)施例中，層118包括a_Si :H或a_SiC:H。該 層可以使用射頻等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)(RF-PECVD)生長(zhǎng)。該層118通過添加乙硼 烷或三甲基硼烷(TMB)到等離子體中以便使層摻雜有硼來制造成具有期望的高載流子濃 度。層的帶隙可通過調(diào)整層內(nèi)的硼、鍺、碳和/或氫的濃度來修改。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將意 識(shí)到一般進(jìn)行這樣的成分調(diào)整所采用的各種方法。在一個(gè)實(shí)施例中，吸收層116是ρ型半導(dǎo)體并且層118是ρ+型半導(dǎo)體。在一個(gè)實(shí) 施例中，P型載流子、即在吸收層116中的空穴的載流子密度在從約IxlO14每立方厘米至約 5xl016每立方厘米的范圍中。在另一個(gè)實(shí)施例中，吸收層116的載流子密度在從約2xl014每 立方厘米至約3xl016每立方厘米的范圍中。在再另一個(gè)實(shí)施例中，吸收層116的載流子密 度在從約3xl014每立方厘米至約IxlO16每立方厘米的范圍中。在一個(gè)實(shí)施例中，ρ型載流子、即在層118中的空穴的載流子密度是至少約IxlO17 每立方厘米。在某些實(shí)施例中，層118的載流子密度是至少約5xl017每立方厘米。在特定 的實(shí)施例中，至少一層118的載流子密度是至少約IxlO18每立方厘米。在各種實(shí)施例中，可采用襯底110、前接觸層112、窗口層114和背接觸層120形成 光伏器件；用于沉積這樣的材料的適合的材料和方法在本領(lǐng)域內(nèi)是熟知的。在一個(gè)實(shí)施例 中，前接觸層112包括從由氧化鎘錫、氧化鋅錫、氧化銦錫、摻雜鋁的氧化鋅、氧化鋅和/或 摻雜氟的氧化錫及其的組合構(gòu)成的組中選擇的透明的導(dǎo)電氧化物。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底110包括玻璃或聚合物。在一個(gè)實(shí)施例中，窗口層114包括硫化鎘(CdS)、碲化鋅(SiTe)、 硒化鋅(&ι%)、硒化鎘(CcKe)、硫化鋅(ZnS)、硒化銦(Inje3)、硫化銦(In2S3)、氫氧化鋅 (Zn(OH))及其的組合。在一個(gè)實(shí)施例中，背接觸層包括從鉬、鋁、鉻和鎳中選擇的一個(gè)或多 個(gè)金屬。在某些實(shí)施例中，另一個(gè)金屬層，例如鋁，設(shè)置在背接觸層上以提供到外部電路的 橫向傳導(dǎo)(lateral conduction)。另一個(gè)實(shí)施例是光伏器件100。該器件包括吸收層116，其中該吸收層116包括包 含碲的II-VI半導(dǎo)體。層118設(shè)置在該吸收層116之上。至少一層118是包括硅的P+型 半導(dǎo)體。該吸收層116和層118的帶隙、功函數(shù)、電子親和勢(shì)和電荷密度可從上文描述的值 的范圍中選擇。另一個(gè)實(shí)施例是光伏器件100。該器件包括吸收層116，其中該吸收層116包括ρ 型的包含碲的II-VI半導(dǎo)體，其基本上沒有硅。層118設(shè)置在該吸收層116之上。層118 是包括硅的P+型半導(dǎo)體。該吸收層116和層118的帶隙、功函數(shù)、電子親和勢(shì)和電荷密度 可從上文描述的值的范圍中選擇。光伏器件還包括如上文描述的襯底110、前接觸層112、 窗口層114和背接觸層120。再另一個(gè)實(shí)施例是光伏器件100。該器件包括吸收層116，其中吸收層包括ρ型碲 化鎘。層118設(shè)置在吸收層116之上，其中該層118包括ρ+型氫化非晶硅。該光伏器件還 包括如上文描述的襯底110、前接觸層112、窗口層114和背接觸層120。再另一個(gè)實(shí)施例是光伏器件100。該器件包括吸收層116，其中吸收層包括ρ型碲 化鎘。層118設(shè)置在吸收層上，其中該層118包括ρ+型氫化非晶硅碳。該光伏器件還包括 如上文描述的襯底110、前接觸層112、窗口層114和背接觸層120。仍然再另一個(gè)實(shí)施例是方法。該方法包括在光伏器件中提供包括P型半導(dǎo)體的吸 收層116的第一步驟。層118設(shè)置在該吸收層之上。層118包括ρ+型半導(dǎo)體。該吸收層 基本上沒有硅。吸收層116如下文論述的那樣被處理以與膜的沉積時(shí)的狀態(tài)相比增加它的 載流子密度。此外，吸收層被處理以提供化學(xué)計(jì)量吸收層，其意味在界面處的鎘與碲的比基 本上與在塊體(bulk)中的相同，即比例是約1。層118具有如對(duì)上文的器件描述的那樣的 特性。在一個(gè)實(shí)施例中，這些層可通過采用從近空間升華(CSS)、氣相輸運(yùn)法(VTM)、離子輔 助物理氣相沉積(IAPVD)、射頻或脈沖磁控濺射(RFS或PMQ、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積 (PECVD)和電化學(xué)浴沉積(CBD)中選擇的一個(gè)或多個(gè)方法沉積。在一個(gè)實(shí)施例中，提供用于形成n-p-p+器件的方法。在該方法中，前接觸層112 如在圖1中示出的沉積在襯底110上。如在圖1中示出的，η型窗口或緩沖層114然后沉 積在前接觸層112之上。窗口層114或前接觸層112的沉積可通過本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員已知 的方法實(shí)現(xiàn)。沉積方法的非限制性示例包括CSS、VTM和CBD中的一個(gè)或多個(gè)。吸收層116然后沉積在η型窗口層114之上。該吸收層116也可通過采用本領(lǐng)域 內(nèi)技術(shù)人員已知的方法沉積。沉積方法的非限制性示例包括電化學(xué)沉積(ECD)、CSS和VTM 的一個(gè)或多個(gè)。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)吸收層是P型碲化鎘層時(shí)，該吸收層116用氯化鎘處理。 在一個(gè)實(shí)施例中，該吸收層116可用CdCl2鹽溶液處理。在另一個(gè)實(shí)施例中，該吸收層116 可用CdCl2蒸汽處理。用CdCl2的處理已知是用于增加吸收層的載流子密度。用氯化鎘的 處理之后是腐蝕步驟。在一個(gè)實(shí)施例中，腐蝕(etching)可通過使用鹽酸進(jìn)行。腐蝕在界 面處產(chǎn)生化學(xué)計(jì)量碲化鎘，主要是從表面去除氧化鎘，在表面處留下約1的鎘與碲的比例。腐蝕的目的是去除在處理期間在界面處形成的非化學(xué)計(jì)量材料。也可采用本領(lǐng)域內(nèi)已知的 可在界面產(chǎn)生化學(xué)計(jì)量碲化鎘的其他腐蝕技術(shù)。ρ+型層118然后沉積在化學(xué)計(jì)量吸收層116之上。該ρ+型層118的沉積通過 使用本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員已知的例如下文描述的PECVD技術(shù)等的技術(shù)在吸收層116上沉積 例如P型a_SiGe:H、a_Si :H或a_SiC:H等獲得。在一個(gè)實(shí)施例中，確切的層成分可由吸收 層116 (ρ+層118施加在其上)的價(jià)帶最大值確定。在第一步驟中，為了制造層118，鍺烷 (GeH4)、硅烷(SiH4)和/或甲烷(CH4)可采用要求的比例在等離子體中混合。等離子體可 以進(jìn)一步包括氬和氫。這些技術(shù)在本領(lǐng)域內(nèi)已知。另外，為了使層118成為ρ+型，乙硼烷 (B2H6)或三甲基硼 烷(TMB)與包含至少一個(gè)硅前體(silicon precursor)的等離子體混合。 控制膜中硼、鍺、氫和碳的濃度可輔助將帶隙、電子親和勢(shì)和功函數(shù)修改成使P型a-Si:H層 或ρ型a-SiC:H層成為ρ+型層118的水平。最終，該器件通過沉積例如金屬層的背接觸 層完成。參照?qǐng)D2和圖3，提供形成n-p-p+器件222的示范性非限制性方法200。在第一 步驟210中，CdS層114沉積在涂覆有透明導(dǎo)電氧化物112的玻璃110上。該CdS層114 使用CSS技術(shù)涂覆。在第二步驟212中，具有約3微米至約5微米厚度的CdTe層310使用 CSS技術(shù)沉積在CdS層114的頂部上。在第三步驟214中，該CdTe層310暴露于CdCl2處 理以提供具有更高載流子密度的CdTe層312。在第四步驟216中，該經(jīng)CdCl2處理的CdTe 層312使用百分之30濃度的鹽酸來腐蝕以提供化學(xué)計(jì)量CdTe層116。在第五步驟218中， P+層a-Si :H118使用PECVD技術(shù)(其中包含a_Si :H的等離子體與B2H6混合以控制ρ+型層 118中硼和碳濃度)沉積在該CdTe層116之上。在第六步驟220中，金屬層沉積在ρ+型層 118的表面上以形成背接觸層?？蛇x地，在第七步驟222中，該金屬層上面可以覆有100納 米的鋁層314以提高橫向?qū)щ娦?。參照?qǐng)D2和圖3，在另一個(gè)實(shí)施例中，提供方法300以形成n-i-p+器件222。該方 法與上文論述的用于形成n-p-p+器件的相似，所不同的是腐蝕的時(shí)間或腐蝕的CdTe層312 的量是這樣以使得留下小于2微米的CdTe以形成吸收層116。留下的CdTe層的厚度是這 樣以使得晶界沒有開口，即在CdTe層中沒有針孔形成。典型地，在腐蝕期間，如果沒有保持 合適的厚度控制，晶界將比晶粒腐蝕得更快，從而在CdTe層中產(chǎn)生針孔，例如，針孔在靠近 CdTe層的表面的晶界處形成。參照?qǐng)D2和圖3，在再另一個(gè)實(shí)施例中，提供方法以形成n-i-p+器件222。該方法 與上文論述的用于形成n-p-p+器件的相似，所不同的是沉積時(shí)的CdTe層310的初始厚度 小于1-2微米并且當(dāng)達(dá)到要求的載流子密度使CdCl2處理的時(shí)間顯著更短并且載流子密度 不需要優(yōu)化。同樣完成所得的CdTe層312的腐蝕以形成CdTe層116使得腐蝕不侵蝕晶界。 這可通過使用例如HCl等強(qiáng)蝕性腐蝕(意味著它以均勻方式侵蝕材料而不是對(duì)于晶界選擇 性的)或通過使用足夠粘的溶液使得它不滲入CdTe層312的晶界來進(jìn)行。在一個(gè)實(shí)施例中，光伏器件是光伏電池或光伏模塊。如論述產(chǎn)生的光伏器件100 典型地要求待用于實(shí)際發(fā)電的另外的特征。即，可形成端子，產(chǎn)生的電力通過端子引導(dǎo)和用 于消耗或存儲(chǔ)它的部件。備選地，由于單個(gè)發(fā)電電池通常具有低的產(chǎn)生電壓，通過串聯(lián)連接 光伏器件形成用于使電壓更高的端子可以是可取的。因此，提供絕緣層以確保襯底和光伏 器件100之間的絕緣。然后例如由金屬厚箔制成的端子使用導(dǎo)電粘合劑或其他適合的連接工具連接到光伏器件100的背接觸層120，使得它可以用作功率抽取(power-withdrawing) 端子或用于串聯(lián)連接另一個(gè)相似構(gòu)成的鄰近光伏器件的端子。從而，在一個(gè)實(shí)施例中，太陽(yáng) 電池板，即包括如上文描述的多個(gè)光伏器件的光伏模塊可串聯(lián)組裝以形成光伏模塊。盡管僅本發(fā)明的某些特征在本文圖示和描述，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將想到許多修改 和改變。因此，要理解附上的權(quán)利要求意在覆蓋所有這樣的修改和改變，它們作為落入本發(fā) 明的真正精神內(nèi)。部件列表100光伏器件112前接觸層116吸收層120背接觸層210 第一步驟214第三步驟218第五步驟222 器件3IOCcTTe 層314 鋁層。
110襯底 114窗口層 118至少一層 200方法 212第二步驟 216第四步驟 220第六步驟 300方法
312經(jīng)CdCl2處理的CdTe層
權(quán)利要求
1.一種光伏器件，其包括吸收層，其包括P型半導(dǎo)體，其中至少一層設(shè)置在所述吸收層之上； 其中所述至少一層是具有比所述吸收層的載流子密度高的載流子密度的半導(dǎo)體，其中 所述至少一層包括硅；其中所述至少一層包括P+型半導(dǎo)體； 其中所述吸收層基本上沒有硅。
2.如權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中所述至少一層具有大于吸收層帶隙的帶隙；其 中所述至少一層具有低于吸收層電子親和勢(shì)的電子親和勢(shì)；并且其中所述至少一層具有大 于或等于吸收層功函數(shù)的功函數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中所述吸收層具有在從約1.3電子伏特至約1. 6 電子伏特范圍中的帶隙、在從約3. 9電子伏特至約4. 5電子伏特范圍中的電子親和勢(shì)，以及 從約5. 1電子伏特至約5. 9電子伏特范圍中的功函數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中所述至少一層具有在從約1.4電子伏特至約 2. 1電子伏特范圍中的帶隙、在從約3. 8電子伏特至約4. 3電子伏特范圍中的電子親和勢(shì)， 以及在從約5. 3電子伏特至約6. 0電子伏特范圍中的功函數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中所述吸收層具有在從約IxlOw每立方厘米至約 5xl016每立方厘米的范圍中的載流子密度并且所述至少一層具有至少約IxlO17每立方厘米 的載流子密度。
6.一種光伏器件，其包括吸收層，其中所述吸收層包括含碲的II-VI半導(dǎo)體； 其中至少一層設(shè)置在所述吸收層之上； 其中所述至少一層是P+型半導(dǎo)體，其包括硅。
7.一種光伏器件，其包括吸收層，其中所述吸收層包括P型含碲的II-VI半導(dǎo)體； 其中至少一層設(shè)置在所述吸收層之上； 其中所述至少一層是P+型半導(dǎo)體，其包括硅。
8.一種光伏器件，其包括吸收層，其中所述吸收層包括P型碲化鎘；以及至少一層設(shè)置在所述吸收層之上，其中所述至少一層包括P+型氫化非晶硅。
9.一種光伏器件，其包括吸收層，其中所述吸收層包括P型碲化鎘；以及至少一層設(shè)置在所述吸收層之上，其中所述至少一層包括P+型氫化非晶硅碳。
10.一種方法，包括在光伏器件中提供吸收層，其中所述吸收層被處理以增加它的載流子密度，其中所述 吸收層被腐蝕以提供化學(xué)計(jì)量吸收層，其中所述吸收層基本上沒有硅，其中所述吸收層包 括P型半導(dǎo)體；其中至少一層設(shè)置在所述吸收層之上，其中所述至少一層包括P+型半導(dǎo)體；并且所述 至少一層是具有比所述吸收層的載流子密度高的載流子密度的半導(dǎo)體；以及 其中所述至少一層包括硅。
全文摘要
提供光伏器件。該光伏器件包括吸收層，其包括p型半導(dǎo)體，其中至少一層設(shè)置在該吸收層之上。該至少一層是具有比該吸收層的載流子密度高的載流子密度的半導(dǎo)體。該至少一層包括硅。該至少一層包括p+型半導(dǎo)體。該吸收層基本上沒有硅。提供形成該光伏器件的方法。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102074594SQ201010545218
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月4日
發(fā)明者B·A·科爾瓦爾, F·R·艾哈邁德, J·N·約翰遜, Y·A·奚 申請(qǐng)人:通用電氣公司