用于改善薄膜光伏器件的效率的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]公開的實施例總體上涉及光伏器件，更具體地說，涉及用于改善薄膜光伏器件的效率的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏器件可以包括設(shè)置在諸如玻璃的基底上方的半導(dǎo)體材料，例如，半導(dǎo)體材料的第一層用作窗口層，半導(dǎo)體材料的第二層用作吸收層。半導(dǎo)體窗口層與半導(dǎo)體吸收層形成結(jié)(junct1n)，在半導(dǎo)體吸收層處，入射光轉(zhuǎn)換成電。在操作過程中，光穿過光伏器件并在該結(jié)處或在該結(jié)附近被電子吸收。這產(chǎn)生了產(chǎn)生光的電子空穴對，其中，電子獲得足夠的能量以“迀移”到高能態(tài)，留下空穴。電場的建立促進(jìn)了這些產(chǎn)生光的電子空穴對的移動，從而產(chǎn)生能夠輸出到其它電子器件的電流。
[0003]關(guān)于薄膜光伏器件效率的一個限制性因素是:當(dāng)產(chǎn)生光的電子空穴對位于半導(dǎo)體吸收層中時，它們的壽命減小。這被稱為減小的載流子壽命。載流子壽命被計算為吸收層中的電子通過與配對的空穴復(fù)合而失去它們的激發(fā)能所用的平均時間。復(fù)合也可以在多晶材料中的諸如晶粒邊界的結(jié)構(gòu)缺陷附近發(fā)生。為了增加吸收層中的載流子壽命，期望增大吸收層粒度、半導(dǎo)體層中的混合的半導(dǎo)體顆粒的平均尺寸。通過晶粒生長(在半導(dǎo)體層內(nèi)并入這些半導(dǎo)體顆粒)發(fā)生增大的吸收層粒度。半導(dǎo)體顆粒的粒度越大，與顆粒有關(guān)的激發(fā)電子越難以通過復(fù)合失去它們的激發(fā)能，或者半導(dǎo)體顆粒的載流子壽命越長。由于將在不期望的復(fù)合事件中失去較少的激發(fā)電子空穴對，因此半導(dǎo)體層中的半導(dǎo)體顆粒的增大的載流子壽命增大光伏器件效率。
[0004]為了改善薄膜光伏器件的效率，通常使半導(dǎo)體吸收層經(jīng)受氯化鎘熱處理以促進(jìn)顆粒生長。氯化鎘熱處理包括將氯化鎘化合物施加到沉積的半導(dǎo)體吸收層的暴露的表面，然后加熱該層。加熱有助于氯化鎘擴散到其與半導(dǎo)體顆粒相互作用的半導(dǎo)體吸收層中，以促進(jìn)它們的混合物成為更大的顆粒，即，吸收層顆粒生長。然而，這種處理僅促進(jìn)了 Iym至2 ym的吸收層顆粒生長，從而僅提供了吸收層中的載流子壽命的有限改善。在完成熱處理之后，可以執(zhí)行表面清潔步驟，以去除鹵化物涂層的殘留物和退火工藝的副產(chǎn)物，諸如由半導(dǎo)體材料或鹵化物材料形成的氧化物相。
[0005]因此，期望這樣的方法和裝置:當(dāng)半導(dǎo)體窗口層已經(jīng)足夠薄以減少光損失時，生成大于2 μπι的吸收層顆粒生長，同時改善半導(dǎo)體吸收層與半導(dǎo)體窗口層之間的界面。
【附圖說明】
[0006]圖1是具有多個層的光伏器件的示意圖；
[0007]圖2是示出具有多個層的光伏器件中的鹵化物涂層的位置的示意圖；
[0008]圖3Α至圖3C是示出具有多個層的光伏器件中的鹵化物涂層的位置的示意圖；
[0009]圖4是示出具有多個層的光伏器件中的鹵化物涂層的位置的示意圖；
[0010]圖5是用于生產(chǎn)光伏器件中的具有鹵化物涂覆表面的半導(dǎo)體層的裝置的圖；
[0011]圖6是用于生產(chǎn)光伏器件中的具有鹵化物涂覆表面的半導(dǎo)體層的裝置的圖；以及
[0012]圖7是光伏器件的示意圖。
【具體實施方式】
[0013]在下面的詳細(xì)描述中，參考形成詳細(xì)描述的一部分的附圖，附圖示出了本發(fā)明的具體實施例。足夠詳細(xì)地描述這些實施例，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠進(jìn)行并使用這些實施例。還理解的是，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可以對于此公開的具體實施例做出結(jié)構(gòu)、邏輯或程序上的改變。
[0014]提供了一種用于生產(chǎn)光伏器件中的半導(dǎo)體薄膜層的方法。該方法包括在基底上方沉積薄膜半導(dǎo)體窗口層和薄膜半導(dǎo)體吸收層或多個半導(dǎo)體吸收層，然后施加鹵化物熱處理。鹵化物熱處理包括:將鹵化物化合物的第一涂層施加在半導(dǎo)體吸收層或多個半導(dǎo)體吸收層的至少一個表面上；熱處理該表面以使施加在其上的鹵化物化合物活化；將鹵化物化合物的至少第二涂層設(shè)置在所述至少一個表面上并再一次熱處理該表面。第二熱處理可以在與第一熱處理相同的或不同的環(huán)境條件下發(fā)生。例如，第二熱處理中使用的溫度可以與第一熱處理的溫度不同，和/或發(fā)生第一次處理時的環(huán)境氣氛條件可以與第二熱處理的環(huán)境氣氛條件不同。
[0015]根據(jù)提供的方法，擴散到吸收層中的鹵化物化合物與層的晶體結(jié)構(gòu)化學(xué)地相互作用。與當(dāng)不存在鹵化物化合物或者僅實施單次施加時相比，在多次鹵化物施加和加熱過程中的這種相互作用的重復(fù)促進(jìn)了半導(dǎo)體吸收材料的分子更好地結(jié)合和再結(jié)晶。
[0016]如圖1所示，在圖1中描繪出示例性的光學(xué)器件100，在制造該器件時使用多個層。例如，TCO堆疊件170可以沉積在玻璃基底110上。TCO堆疊件170可以包括阻擋層120、TCO層130和緩沖層140。阻擋層120可以由包括氮化硅、氧化硅、摻雜鋁的氧化硅、摻雜硼的氮化硅、摻雜磷的氮化硅、氮氧化硅或其任意組合的各種材料制成。阻擋層用于防止來自基底110的任何污染物擴散到光伏器件的其它層中。TCO層130用作前接觸件，并可以由含有氧化錫或氧化鎘錫的材料制成。緩沖層140可以由包括氧化錫(例如，氧化錫(IV))、氧化鋅錫、氧化鋅、硫氧化鋅和氧化鋅鎂的各種材料制成。
[0017]此外，半導(dǎo)體層可以沉積在TCO堆疊件170上。半導(dǎo)體層可以包括可以由硫化鎘制成的半導(dǎo)體窗口層150和由碲化錦制成的半導(dǎo)體吸收層160。均可以使用包括氣相傳輸沉積(VTD)的任何已知沉積技術(shù)來沉積半導(dǎo)體窗口層150和半導(dǎo)體吸收層160。
[0018]在圖2中，示出了已經(jīng)施加到圖1的半導(dǎo)體吸收層160的暴露表面以形成鹵化物涂覆表面165的鹵化物化合物。形成鹵化物涂覆表面165 (如圖2所示)的鹵化物熱處理可以包括:將鹵化物化合物的第一涂層施加在表面165上；加熱涂覆的表面165以使鹵化物化合物活化；然后將鹵化物化合物的至少第二涂層施加在同一表面165上；以及在任何進(jìn)一步的薄膜層沉積之前在相同或不同的條件下加熱鹵化物涂覆表面165。施加到表面165的鹵化物涂層可以是通過液體噴射分配器(liquid spray dispenser)以流體形式施加的固體/粉末或者是通過例如氣相傳輸沉積裝置以氣態(tài)形式氣化并施加的水鹽溶液。鹵化物化合物可以包括CdCl2、MnCl2、MgCl2、ZnCl2, NH4CKTeCl4, HCl或NaCl。在完成第一步或第二步之后，可以使表面經(jīng)歷清洗工藝以去除鹵化物涂層的殘留物或工藝的副產(chǎn)物。
[0019]可以在大約350°C至大約600°C的范圍內(nèi)的溫度(例如，在施加第一鹵化物涂層之后的溫度Tl和在施加第二鹵化物涂層之后的溫度T2)下執(zhí)行在每個鹵化物涂層之后的鹵化物涂覆表面165的加熱長達(dá)大約I分鐘至大約60分鐘范圍內(nèi)的持續(xù)時間(例如，在第一鹵化物涂層之后的Dl和在第二鹵化物涂層之后的D2)。在各種實施例中，溫度Tl可以小于溫度T2，溫度Tl可以大于溫度T2，或者溫度Tl可以等于溫度T2。相似地，持續(xù)時間Dl可以等于持續(xù)時間D2，持續(xù)時間Dl可以小于持續(xù)時間D2，或者持續(xù)時間Dl可以大于持續(xù)時間D2。例如，在將鹵化物化合物的第一涂層施加到與半導(dǎo)體層或部分半導(dǎo)體層相鄰的期望的表面之后，可以將表面加熱到大約450°C的第一溫度并持續(xù)大約10分鐘。然后，在將鹵化物化合物的第二涂層施加到同一表面之后，可以將該表面再次加熱到大約420°C的第二溫度并持續(xù)大約10分鐘。在另一實施例中，在將鹵化物化合物的第一涂層施加到與半導(dǎo)體層或部分半導(dǎo)體層相鄰的期望的表面之后，可以將該表面加熱到大約450°C的第一溫度并持續(xù)大約10分鐘。然后，在將鹵化物化合物的第二涂層施加到同一表面之后，可以將表面再次加熱到大約500°C的第二溫度并持續(xù)大約30分鐘。
[0020]在較低的溫度下加熱鹵化物涂層促進(jìn)鹵化物結(jié)合到半導(dǎo)體層中，而在較高的溫度下加熱鹵化物處理驅(qū)使晶體結(jié)構(gòu)的形成，增強晶粒生長。因此，首先在較低的溫度下加熱鹵化物涂層然后再次在較高的溫度下加熱鹵化物涂層(例如，溫度Tl可以小于溫度T2)，將首先促進(jìn)鹵化物結(jié)合到半導(dǎo)體層中，然后在存在鹵化物的情況下驅(qū)使