碲化镉薄膜光伏装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了用于制造基于碲化镉的薄膜光伏装置(10)的方法。所述方法可包括在透明导电氧化物层(14)上从包含约5％重量-约33％重量的锌以及锡的合金靶(64)溅射阻抗性透明层(16)。所述方法还可包括在阻抗性透明层(16)上形成硫化镉层(18)，在硫化镉层(18)上形成碲化镉层(20)，和在碲化镉层(18)上形成背接触层(22)。概括地讲，还公开了包括具有氧化锌浓度为约5％-约33％摩尔分数的氧化锌和氧化锡的混合物的阻抗性透明层(16)的碲化镉薄膜光伏装置(10)。

【技术实现步骤摘要】

概括地讲，本文公开的主题涉及。更详细地讲， 本文公开的主题涉及具有由氧化锌和氧化锡的混合物形成的阻抗性透明层的碲化镉薄膜 光伏装置。
技术介绍
基于与硫化镉(CdS)配对的碲化镉(CdTe)作为光反应性组分的薄膜光伏(PV)组 件(还称作“太阳能板”)在工业中得到广泛认可和关注。CdTe是具有特别适合将太阳能 转化为电力的特征的半导体材料。例如，CdTe的能带隙为约1.4kV，与历史上在太阳能电 池应用中使用的较低带隙半导体材料(例如，对于硅来说，约1. IeV)相比，这使得其能够从 太阳能谱中转化更多能量。同时，与较低带隙材料相比，CdTe在较低或漫射光条件下转化 辐射能，因此与其它常规材料相比，CdTe整天或在多云条件下具有更久的有效转化时间。当CdTe光伏组件暴露于诸如日光的光能时，η型层和ρ型层的结通常负责产生电 势和电流。具体地说，碲化镉(CdTe)层和硫化镉(CcK)形成ρ-η异质结，其中CdTe层充当 P型层(即，正型电子接受层)且CdS层充当η型层(即，负型电子供给层)。自由载流子 对由光能产生，随后由Ρ-η异质结分离以产生电流。在能量使碲化镉层反应之前减小窗玻璃与碲化镉层之间各层(例如透明导电层、 硫化镉层和其间的任何一个或多个缓冲层)的厚度可降低由装置引起的辐射能量(例如太 阳能)的吸收量。因此，可改善装置的总转化效率。另外，减小硫化镉层的厚度可允许更多 较短波长(例如，蓝色辐射)到达碲化镉层，再次改善装置的总转化效率。然而，减小硫化镉层以及玻璃与碲化镉层之间的任何其它层的厚度可产生潜在地 损害装置性能的其它问题。例如，比较薄的硫化镉层会导致诸如针孔的界面缺陷，这些缺陷 在透明导电氧化物层与碲化镉层之间形成局部结。这类缺陷可降低装置的开路电压(yoc) 并降低装置的填充因子。因此，需要具有通过减小窗玻璃与碲化镉层之间各层的厚度实现的改善的能量转 化效率和/或装置寿命同时降低通常与那些层的厚度减小相关的副作用的碲化镉光伏装置。
技术实现思路
本专利技术的各方面和优势将在以下描述中部分地阐述，或者可从所述描述中显而易 见，或者可通过本专利技术的实践得知。概括地讲，公开了用于制造基于碲化镉的薄膜光伏装置的方法。所述方法可包括 在透明导电氧化物层上从包含约3%重量-约22%重量的锌以及锡的合金靶溅射阻抗性透 明层。所述方法还可包括在所述阻抗性透明层上形成硫化镉层，在所述硫化镉层上形成碲 化镉层，和在所述碲化镉层上形成背接触层。概括地讲，还公开了碲化镉薄膜光伏装置。这些装置可包括玻璃顶材、在所述玻璃3顶材上的透明导电氧化物层、在所述透明导电氧化物层上的阻抗性透明层、在所述阻抗性 透明层上的硫化镉层、在所述硫化镉层上的碲化镉层和在所述碲化镉层上的背接触。阻抗 性透明层可包含氧化锌浓度为约5% -约33%摩尔分数的氧化锌以及氧化锡的混合物。参考以下描述和随附权利要求书，将更加透彻地了解本专利技术的这些和其它特征、 方面和优势。结合在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图说明本专利技术的各实施方案 并且与说明书一起用来解释本专利技术的原理。附图说明本专利技术的全面且使得本领域普通技术人员能够实现的公开内容(包括其最佳方 式)参考附图在本说明书中加以阐述，其中图1表示根据本专利技术的一个实施方案的示例性碲化镉薄膜光伏装置的横截面视 图的概括性示意图；图2表示制造包括碲化镉薄膜光伏装置的光伏组件的示例性方法的流程图；和图3表示根据本专利技术的一个实施方案的示例性DC溅射室的横截面视图的概括性 示意图。本说明书和附图中重复使用的附图标记是用来表示相同或类似的特征或元件。 具体实施例方式现将详细提及本专利技术的实施方案，其一个或多个实施例在图中示出。提供各实施 例来说明本专利技术，而不是限制本专利技术。实际上，本领域技术人员将显而易见的是，可在不偏 离本专利技术的范围和精神的情况下在本专利技术内进行各种修改和改变。例如，作为一个实施方 案的一部分说明或描述的特征可与另一实施方案一起使用以得到又一实施方案。因此，意 图是本专利技术涵盖落入附加权利要求书和其等效物的范围之内的这类修改和变化。在本专利技术中，当将一层描述为“在另一层或基材上”或“在另一层或基材之上”时， 应当理解所述层可彼此直接接触或在所述层之间具有另一层或特征。因此，这些术语只不 过描述各层彼此的相对位置且未必是指“在……上面”，因为上方或下方的相对位置取决于 装置对于观察者的定位。另外，虽然本专利技术不限于任何特定膜厚度，但是描述光伏装置的任 何膜层的术语“薄”通常指所述膜层的厚度小于约10微米(“μπι”)。应理解本文提到的范围和极限包括处于规定极限内的所有范围(即，子范围)。例 如，约100-约200的范围还包括110-150、170-190、153-162和145. 3-149. 6的范围。此外， 至多约7的极限还包括至多约5的极限、至多3的极限和至多约4. 5的极限以及所述极限 内的范围，诸如约1-约5的范围和约3. 2-约6. 5的范围。一般说来，本专利技术公开了具有由氧化锌和氧化锡的混合物形成的阻抗性透明层的 碲化镉薄膜光伏装置以及其制造方法。在碲化镉薄膜光伏装置中阻抗性透明层通常安置在 透明导电氧化物(TCO)层和硫化镉层之间，且通过降低在TCO层和碲化镉层之间产生旁路 的界面缺陷(即，在硫化镉层中的“针孔”)的可能性而允许比较薄的硫化镉层包括在所述 装置中。因此，尽管不希望受到任何特定理论限制，人们相信阻抗性透明层允许TCO层和碲 化镉层之间的粘着和/或相互作用改善，因此允许在其上形成比较薄的硫化镉层，而没有 显著副作用，否则显著副作用将由在TCO层上直接形成的这种比较薄的硫化镉层产生。另外，阻抗性透明层通常比TCO层更具阻抗性且可帮助保护装置在装置加工期间免受TCO层 和后续层之间的化学相互作用。例如，在某些实施方案中，阻抗性透明层可具有大于约1000 欧姆/ □，诸如约10千欧姆/ □-约1000兆欧姆/ □的薄层电阻。阻抗性透明层包含氧化锌(SiO)和氧化锡(SnO2)的组合以形成锡酸锌的非化学 计量变体，锡酸锌标称为ai2Sn04。具体地说，根据本申请，当与标称化学计量的锡酸锌比较 时，包含减少量的锌，以与阻抗性透明层中的过量锡相比在阻抗性透明层中提供不足的锌。 因此，阻抗性透明层可表示为ZnxSrvxOh，其中0. 05 > χ > 0. 33，诸如0. 1彡χ彡0. 2。氧化锡和氧化锌的这种特定混合物可使得阻抗性透明层具有合适透明性、电阻率 和稳定性以便在TCO层和硫化镉层之间使用。阻抗性透明层还可具有宽光学带隙(例如， 大于约2. kV，诸如约2. 7eV-约3. OeV)。另外，氧化锡和氧化锌的这种特定混合物可使阻 抗性透明层经构造以经受住用于沉积其它层(例如，硫化镉层、碲化镉层)的后续加热和冷 却和/或装置在进一步加工期间会经受的退火处理。阻抗性透明层可通过溅射、化学气相沉积、喷雾热解或任何其它合适沉积方法形 成。在一个特定实施方案中，阻抗性透明层可通过在TCO层上溅射(例如，DC溅射或RF溅 射)形成。溅射沉积包括从靶(其为材料源)喷射材料和使喷射的材料沉积到基材上以形成 膜。DC溅射通常包括向在溅射室内接近基材(即，阳极)安置的金属靶(即，阴极)本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．制造基于碲化镉的薄膜光伏装置的方法，所述方法包括：在透明导电氧化物层上从合金靶溅射阻抗性透明层，其中所述合金靶包含约３％重量－约２２％重量的锌以及锡；在所述阻抗性透明层上形成硫化镉层；在所述硫化镉层上形成碲化镉层；和在所述碲化镉层上形成背接触层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：R·D·戈斯曼，J·A·德雷顿，
申请(专利权)人：初星太阳能公司，
类型：发明
国别省市：US