使半导体窗口层退火的方法

使半导体窗口层退火的方法
【专利摘要】本发明提供制造半导体组件的方法。该制造方法包括：热处理第一半导体组件，其包括设置在第一支承上的第一半导体层；和热处理第二半导体组件，其包括设置在第二支承上的第二半导体层。第一和第二半导体组件同时被热处理，并且布置第一和第二半导体组件使得第一半导体层在热处理期间面向第二半导体层。
【专利说明】使半导体窗口层退火的方法

【技术领域】
[0001] 本发明大体上涉及用于使半导体层退火的方法，并且更特定地涉及用于为了光伏 (PV)器件的制造而使半导体层退火的方法。

【背景技术】
[0002] PV (或太阳）电池用于将太阳能转换成电能。薄膜PV器件可包括设置在透明支承 上的许多半导体层，其中一个半导体层充当窗口层，并且第二半导体层充当吸收层。太阳辐 射经过窗口层到吸收层，其中光能转换成可用的电能。常常采用附加层来提高PV器件的转 换效率。
[0003] 有多种PV电池的候选材料系统，其中的每个具有某些优势和劣势。碲化镉/硫化 镉（CdTe/CdS)基于异质结的光伏电池是薄膜太阳电池的一个这样的示例。
[0004] 薄膜太阳电池制造典型地需要明显数量的处理步骤以在衬底上形成多个层。因为 大量处理步骤、层和界面，薄膜太阳电池制造起来可能昂贵且耗时。研究人员正不断努力提 高效率并且降低薄膜PV电池的生产成本。
[0005] 典型的多晶薄膜PV电池具有非常薄（典型地小于0. 12微米）的层，称作"窗口" 层。该窗口层的作用是结合吸收层形成异质结。窗口层可取地足够薄并且具有足够宽的带 隙（2. 4eV或以上）以将大部分可用光传送通过吸收层。对于铜铟镓硒（CIGS)和CdTe型太 阳电池，对于窗口层的最常见材料是硫化镉（CdS)，其是直接带隙半导体。各种方法可用于 沉积CdS薄膜，例如化学浴沉积、溶胶-凝胶、电化学沉积、热蒸发、溅射和喷涂。
[0006] CIGS和CdTe光伏器件可以由于在窗口层处失去光子和/或p-n结处的差的电荷 收集而经受降低的性能。从而，通过提高窗口层的质量来增加窗口层的光传送和/或提高 结性能，这将是可取的。


【发明内容】

[0007] 本发明的一个方面在于制造半导体组件的方法。该制造方法包括：热处理第一半 导体组件，其包括设置在第一支承上的第一半导体层；和热处理第二半导体组件，其包括设 置在第二支承上的第二半导体层。该第一和第二半导体组件同时被热处理，并且布置第一 和第二半导体组件使得第一半导体层在热处理期间面向第二半导体层。

【专利附图】

【附图说明】
[0008] 当下列详细说明参考附图（其中类似的符号在整个附图中代表类似的部件）阅读 时，本发明的这些和其他特征、方面和优势将变得更好理解，其中： 图1采用横截面视图示意地描绘根据本发明的方面的热处理的相邻面对面布置中的 第一和第二半导体组件； 图2采用横截面视图示意地描绘根据本发明的方面的热处理的相邻面对面布置中的 第一第二半导体组件(其使用间隔件分离一定间隙）； 图3采用横截面视图示意地描绘具有设置在半导体层与支承之间的氧化镉锡层的半 导体组件； 图4采用横截面视图示意地描绘具有设置在图3的氧化镉锡层与半导体层之间的传导 层的半导体组件； 图5采用横截面视图示意地描绘具有设置在图4的传导层与半导体层之间的阻性、透 明缓冲层的半导体组件； 图6采用横截面视图示意地描绘具有设置在图4-6的氧化镉锡层与半导体层之间的缓 冲层的半导体组件； 图7采用横截面视图示意地描绘根据本发明的方面在热处理的相邻面对面布置中具 有图6中示出的配置的第一和第二半导体组件； 图8采用横截面视图示意地描绘具有图6中示出的窗口层配置的示例光伏器件； 图9是作为三个退火样本和未退火的一个样本的入射角的函数的掠入射X射线衍射强 度的曲线图； 图10是作为面对面退火和未退火充氧CdS样本的波长的函数的外量子效率的曲线 图； 图11是使用经历面对面退火或未被退火的CdS的电池效率的盒形图； 图12是使用经历面对面退火或未被退火的CdS的开路电压V%的盒形图； 图13是使用经历面对面退火或未被退火的CdS的短路电流Js。的盒形图； 图14是使用经历面对面退火或未被退火的CdS的填充因子FF的盒形图。

【具体实施方式】
[0009] 术语"第一"、"第二"及类似物在本文不指示任何顺序、数量或重要性，而是用于使 要素互相区别开。术语"一"在本文不表示数量限制，而是只是存在引用项目中的至少一个。 连同数量使用的修饰语"大约"包括陈述的值的并且具有由上下文指定的含义(例如，包括 与特定数量的测量关联的误差度)。另外，术语"组合"包括掺杂物、混合物、合金、反应产物 及类似物。
[0010] 此外，后缀"（S)"意在包括其所修饰的单数个和复数个项两者，由此包括该项的中 的一个或多个。整个说明书中对"一个实施例"或"另一个实施例"、"实施例"等的引用意 指连同该实施例描述的特别要素(例如，特征、结构和/或特性)包括在本文描述的至少一个 实施例中，并且可或不可存在于其他实施例中。相似地，对"特定配置"的引用意指结合该 配置描述的特定要素(例如，特征、结构和/或特性）包括在本文描述的至少一个配置中，并 且可或不可存在于其他配置中。另外，要理解描述的发明性特征可采用任何适合的方式在 各种实施例和配置中组合。
[0011] 另外，如在本文在整个说明书和权利要求中使用的近似语言可应用于修饰任何定 量表示，其可以获准地改变而不引起它与之有关的基本功能中的变化。因此，由例如"大约" 等术语修饰的值不限于规定的精确值。在一些实例中，该近似语言可对应于用于测量该值 的仪器的精确度。
[0012] 此外，如本文使用的术语"透明区"、"透明层"和"透明电极"指具有在从大约300nm 至大约850nm的范围中的波长的入射电磁辐射至少80%的平均透射的区、层或物品。如本 文使用的，术语"设置在…上"指层直接互相接触设置或通过在其之间具有插入层而间接设 置。
[0013] 参考图1-8描述制造许多半导体组件100、200的方法。该制造方法包括：热处理 第一半导体组件1〇〇,其包括设置在第一支承120上的第一半导体层110 ;和热处理第二半 导体组件200,其包括设置在第二支承220上的第二半导体层210。如指示的，例如在图1和 2中，第一和第二半导体组件100、200同时被热处理，并且布置第一和第二半导体组件100、 200使得第一半导体层110在热处理期间面向第二半导体层210。如本文使用的，术语"面 向"应理解为包括邻近彼此(彼此直接接触地）设置或备选地彼此分离(例如利用设置在两 个层之间的间隔件而分离）的层。
[0014] 对于特定配置，第一和第二半导体层110、210包括从由硫化镉（CdS)、硫化 铟（III) (In2S3)、硫化锌（ZnS)、碲化锌（ZnTe)、硒化锌（ZnSe)、硒化镉（CdSe)、硒化镉 锰（Cd xMni_xSe )、充氧硫化镉（CdS: 0 )、氧化亚铜（Cu20 )、非晶或微晶硅和Zn (0, H)、CdO、 Cd(0, Η)以及其组合选择的材料。这些材料还应理解为包括其合金。对于特定配置，第一和 第二半导体层110、210可包括金属硒化物或金属硫化物。对于更特定的配置，第一和第二 半导体层110、210可包括硫化镉（CdS)或充氧硫化镉（CdS:0)。对于特定工艺，第一和第二 半导体层110、210可包括充氧硫化镉（CdS:0)，其中氧含量在大约两个原子百分比（2%)至 大约二十五个原子百分比（25%)的范围内。值得注意的是上文提到的半导体材料可单独或 结合使用。此外，这些材料可在超过一个层中存在，每个层具有不同类型的材料或具有独立 层中材料的组合。
[0015] 对于特定布置，热处理的半导体层110、210层充当对于光伏器件的结形成层。对 于特定配置，半导体层110、210可包括CdS并且具有在大约50-100nm范围内的厚度。对于 某些配置，硫化镉中镉的原子百分比可在大约45-55的原子百分比的范围内，并且更特定 地，在大约48-52原子百分比的范围内。
[0016] 制造方法可进一步可选地包括将第一半导体层110设置在第一支承120上并且将 第二半导体层210设置在第二支承220上的步骤，其中第一和第二半导体层110、210在进 行热处理之前设置。如上文指出的，术语"设置在…上"指彼此直接接触或通过在其之间具 有介入层而间接接触地设置的层。对于特定工艺，第一和第二半导体层110、210可使用低 衬底温度沉积技术来设置。如本文使用的，"衬底"应理解为意指支承120、220。半导体层 可例如在室温沉积。示例低温沉积技术无限制地包括溅射、蒸发、原子层沉积（ALD)、化学浴 沉积（CBD)和电化学沉积（E⑶）。对于其他工艺，层可使用例如化学气相沉积（CVD)或近空 间升华（CSS)等技术以相关较高的温度沉积。在一些实施例中，溅射还可与高温衬底一起 使用。
[0017] 支承120、220在这样的波长范围内可被透射，对其期望通过相应支承120、220的 传送。对于特定配置，支承120、220对于具有在大约400-1000nm范围内的波长的可见光可 被透射。可选择对于支承120、220的材料使得支承120、220的热膨胀系数接近相邻层(例 如，图3中的透明传导层130、230)的热膨胀系数来防止热处理期间相邻层的开裂或卷曲。 对于某些配置，支承120、220可包括能够经受大于大约600的热处理温度的材料，例如硅或 硼硅酸盐玻璃。
[0018] 对于在图1中示出的示例配置，布置第一和第二半导体组件100、200使得第一和 第二半导体层110、210在热处理期间相邻。例如，第一和第二半导体组件100、200可夹钳在 一起或上层组件（图1中的200)可承重以在热处理期间使两个传导层110、210维持接触。 对于这些"相邻"配置，制造方法可进一步包括在组装两个组件100、200用于热处理之前净 化第一和第二半导体层110、210的相对表面。例如，净化可包括在使两个半导体层接触之 前使高纯度惰性气体跨第一和第二半导体层110、210的相对表面流动。不受任何理论的束 缚，认为第一和第二半导体层110、210的净化可去除半导体层的相对表面上吸附的残留氧 或水分。
[0019] 对于在图2中示出的示例配置，布置第一和第二半导体组件100、200使得第一和 第二半导体层110、210在热处理期间彼此间隔开。对于特定配置，第一和第二半导体层 110、210包括材料(例如，CdS:0)，并且在材料、材料的组分或其组合的气相的过压的条件下 进行热处理。还应注意，对于某些实施例，仅一个组件可在材料、材料的组分或其组合的气 相的过压的条件下来热处理。未明确示出该直接退火配置。即，组件可在材料的气相的过 压的条件下直接（即，未采用面对面布置)热处理。对于某些工艺，第一与第二半导体层110、 210之间的间隔可随位置而改变。例如，对于某些制造工艺，组件可具有相对大的面积(例 如，约lm 2)但是相对薄的(约1_)，因此第一与第二半导体层110、210之间的任何间隙将可 能改变缺乏的特定工程化技术方案来维持跨半导体层110、210的整个区域的一致间隙。
[0020] 更特定地，第一和第二半导体层110、210可在热处理期间彼此间隔开大约6_的 最大距离。对于特定配置，在热处理期间第一和第二半导体层110、210可彼此间隔开小于 或等于大约2mm，并且更特定地小于或等于1. 2mm，并且再更特定地，小于或等于0. 7mm。对 于在图2中示出的示例配置，制造方法进一步包括在第一与第二半导体层110、210之间设 置至少一个间隔件10,使得第一和第二半导体层110、210在热处理期间彼此间隔开。一般 而言，具有需要的能够经受热处理条件(如稍后描述的）的结构特性的任何适合的间隔件可 用于使第一组件100与第二组件200分离并且用于维持这两个组件之间期望的间隙。然而， 对于特定配置，间隔件10包括设置在第一半导体层110的至少一部分上、第二半导体层210 的至少一部分上或第一和第二半导体层110、210两者的至少一部分上的颗粒材料。
[0021] 对于特定工艺，颗粒材料可通过机械摊铺、振动机械摊铺、静电喷涂、气相传输沉 积或其组合而设置。颗粒材料可具有多种形状和横截面几何形状，例如球、杆、管、片、纤维、 板、线、立方体、块体或须体。对于颗粒材料的示例横截面几何形状包括圆形、椭圆形、三角 形、矩形和多边形中的一个或多个。对于特定配置，颗粒材料可包括球形或非球形粒子并且 在形状上可是规则或不规则的。
[0022] -般，颗粒材料可部分根据颗粒材料化学性质、沉积条件和两个组件之间期望的 间隙中的一个或多个而具有适合的厚度和形状。对于特定配置，颗粒材料可具有在从大约 0. 10毫米至大约6毫米的范围内的平均厚度。如本文使用的术语"厚度"指第一半导体层 110与第二半导体层210之间的间隔件的尺寸，并且可根据对于间隔件的特定几何形状而 指间隔件的直径或间隔件的高度。
[0023] 对于特定配置，第一和第二半导体层110、210可包括金属元素组分，并且颗粒材 料包括相同的金属元素组分。例如，金属元素组分可包括镉。更特定地，颗粒材料可进一步 包括还原剂。如本文使用的术语"还原剂"指能够通过消耗氧或增加氢而带来还原的材料， 在其他材料中通过化学反应中的自身氧化。对于特定配置，还原剂可包括硫。例如，第一和 第二半导体层110、210可包括CdS，并且对于间隔件10的颗粒材料还可包括CdS。对于特 定工艺，颗粒材料可包括硫化镉粉末。
[0024] 对于特定配置，颗粒材料可在第一半导体层110上、第二半导体层上或两者上形 成大致上不连续的硫化镉层。即，颗粒材料将不与半导体层110U20同延。不受任何理论的 束缚，颗粒材料可有利地提供粗糙表面并且从而有助于防止第一组件100和第二组件200 彼此粘住并且提供热处理后两个组件的容易分离，特别在真空热处理时的情况下。
[0025] 如上文指出的，第一和第二半导体组件100、200采用面对面布置同时被热处理。 对于特定工艺，组件100、200通过在真空条件下在室温并且持续足以实现对于热处理半导 体层的期望电和光性质的持续时间加热组件100、200而同时被热处理。半导体层110、210 中的一个或两个的构成、厚度、形态、电性质和光性质可通过改变处理温度、热处理持续时 间和在热处理期间采用的真空条件中的一个或多个而有利地控制。
[0026] 对于特定工艺，热处理包括在大约500°C至大约700°C的范围内（更特定地，在大 约550°C至大约660°C的范围内）的温度加热第一和第二半导体层110、210。在一个非限制 性示例中，在大约630°C的温度持续大约15分钟地加热设置在硼硅酸盐玻璃上的CdS层。 如本领域内技术人员将认识到的，退火温度的上限可部分取决于用于支承120、220的玻璃 的类型。
[0027] 对于特定工艺，热处理包括持续大约1-60分钟并且更特定地持续大约10-40分钟 地加热第一和第二半导体层110、210。热处理(退火)的持续时间指半导体层110、210在退 火炉中经受退火温度所持续的时间。对于退火的持续时间不包括半导体层110、210爬升到 退火温度所在的初始爬升期。
[0028] 热处理工艺可通过改变在热处理期间采用的压力条件而进一步控制。对于某些工 艺，热退火可在真空条件(在下文限定为大气压以下的压力条件)下实施。对于某些工艺，热 处理可在存在惰性气体(例如氩气或氮气）的情况下以恒定的压力实施。对于某些工艺，热 处理可通过抽吸气体并且使其流动而在动态压力下实施。不受任何特定理论的束缚，对于 某些工艺，更高的压力对于防止来自衬底的材料升华可是可取的。在其他工艺中，更低的压 力对于更好地去除杂质气体可是可取的。如本文使用的"压力条件"指在退火工艺期间样 本的实际压力(静态或动态)。
[0029] 如上文指出的，组件100、200的同时热处理使半导体层110、210退火。从而，本发 明的方法的某些实施例通过使用一个热处理步骤使两个半导体层退火而有利地提供更高 的吞吐量和减少的制造成本。基本上，通过采用面对面布置热处理CdS层110、210,可以在 两个CdS膜110、210的表面附近维持CdS的蒸气压力，并且从而CdS升华可以减少。从而， 上文的面对面热处理促进以更高的温度处理CdS膜110、210。可取地，相对高温的退火可 更好地使CdS膜110、210再结晶、修改它们的晶粒结构并且提高窗口层的光传送。另外并 且不受任何特定理论的束缚，认为所得的CdS膜110、210的更高的结晶度(如在下文参考图 9论述)对于随后沉积的CdTe吸收层生长提供更好的成核点。因此，具有更高短路电流、更 高开路电压和更高填充因子的更高效率的PV电池可凭借CdS窗口层110、210的热处理而 获得，如在下文参考图10-14论述的。
[0030] 现在参考图3-7,制造方法可进一步可选地包括在设置第一半导体层110之前将 至少一个中间层130、140、150、160设置在第一支承120上，使得该中间层130、140、150、160 设置在第一支承120与第一半导体层110之间。相似地，制造方法可进一步可选地包括在 设置第二半导体层210之前将至少一个中间层230、240、250、260设置在第二支承220上， 使得该至少一个中间层230、240、250、260设置在第二支承220与第二半导体层210之间。 对于特定配置，制造方法可选地包括在分别设置第一和第二半导体层之前将中间层设置在 第一和第二支承上。
[0031] 对于在图3中示出的示例配置，透明传导层130、230设置在相应的半导体层与支 承之间。例如，透明传导层130、230可包括透明传导材料，例如氧化镉锡（CT0)、氧化铟锡 (ΙΤ0)或氟化氧化锡（FT0)等透明传导氧化物。应注意初始沉积的透明传导层130、230根 据使用的特定材料在热处理之前可是不透明且非传导的。例如，CT0需要退火。初始沉积的 氧化镉锡层典型地是非传导、半透明和非晶的。在从热处理结晶后，CT0变得导电，并且在光 学上更加透明。尽管FT0-般不需要退火，FT0可以承受退火。根据之前的处理，ΙΤ0可从 退火获益。此外，透明传导层130、230可直接设置在相应的支承上(如在图3中指示的)，或 一个或多个介入层可设置在透明传导层130、230与相应的支承之间，如在下文参考图6-8 论述的。
[0032] 对于特定配置，透明传导层130、230包括CT0。如本文使用的，术语"氧化镉锡"指 镉、锡和氧的构成。对于某些配置，氧化镉锡可包括镉和锡的化学计量构成，其中例如镉与 锡的原子比是大约2:1。对于其他配置，氧化镉锡可包括镉和锡的非化学计量构成，其中例 如镉与锡的原子比在小于大约2:1或大于大约2:1的范围内。如本文使用的，术语"氧化镉 锡"和"CT0"可能互换地使用。氧化镉锡可进一步包括一个或多个掺杂剂，例如铜、锌、钙、 钇、锆、铪、钒、锡、钌、镁、铟、锌、钯、铑、钛或其组合。如本文使用的"大致上非晶氧化镉锡" 指不具有如由X射线衍射（XRD)观察的截然不同的结晶模式的氧化镉锡层。CT0层130、230 将典型地作为大致上非晶CT0层沉积，如下文论述的。
[0033] 氧化镉锡可起到透明传导氧化物（TC0)的作用。氧化镉锡作为TC0的使用具有许 多优势，其在与氧化锡、氧化铟、氧化铟锡和其他透明传导氧化物比较时包括较好的电、光、 表面和机械性质以及在提升的温度的增加的稳定性。氧化镉锡的电性质可部分取决于氧 化镉锡的构成，其在一些实施例中由镉和锡的原子浓度表征，或备选地在一些其他实施例 中由氧化镉锡中镉与锌的原子比表征。如本文使用的，镉与锡的原子比指氧化镉锡中镉与 锡的原子浓度的比。镉和锡的原子浓度和对应的原子比通常使用例如X射线光电子光谱 (XPS)测量。对于特定配置，CT0层130、230中镉与锡的原子比在从大约1. 2:1至大约3:1 的范围内，并且更特定地，在从大约1. 5:1至大约2. 5:1的范围内，并且再更特定地，在从大 约1. 7:1至大约2. 15:1的范围内。对于特定配置，CT0层130、230中镉与锡的原子比在大 约1. 4:1至大约2:1的范围内。
[0034] 对于特定配置，CT0层130、230中镉的原子浓度可在CT0的总原子含量的大约 20-40%的范围内，并且更特定地，在CT0的总原子含量的大约25-35%的范围内，并且再更特 定地，CT0的总原子含量的大约28-32%。对于特定配置，CT0层130、230中锡的原子浓度可 在CT0的总原子含量的大约10-30%的范围内，并且更特定地，在CT0的总原子含量的大约 15-28%的范围内，并且再更特定地，在CT0的总原子含量的大约18-24%的范围内。对于特 定配置，CT0层130、230中氧的原子浓度可在CT0的总原子浓度的大约30-70%的范围内， 并且更特定地，在CT0的总原子含量的大约40-60%的范围内，并且再更特定地，在CT0的总 原子含量的大约44-50%的范围内。
[0035] CT0层130、230可通过任何适合的技术设置在相应的支承120、220上，例如溅射 (例如，射频（RF )溅射、直流（DC )溅射或在氧存在下的反应溅射)、化学气相沉积、旋涂、喷涂 或浸涂。
[0036] 透明传导层130、230的厚度可通过改变沉积工艺参数中的一个或多个而控制。例 如，透明传导氧化物层130、230的厚度可设计成在大约50-600nm的范围内，并且更特定地， 在大约100_500nm的范围内，并且再更特定地，在大约150-400nm的范围内。
[0037] 对于在半导体层110、210的沉积和随后的热处理之前使层130、230退火所在的工 艺，组件100、200可进一步可选地包括减少或"吸收剂"（"getter")层140、240,如例如在 图4、7和8中指示的。更特定地，在沉积半导体层110、210之前，可采用吸收剂层140、240 以在退火期间保护CT0层130、230。对于特定工艺，吸收剂层140、240可在使相应的CT0层 130、230退火之前设置在相应的CT0层130、230上，使得相应的吸收剂层140、240在退火期 间氧化，从而变成光学上透明的金属氧化物层140、240。吸收剂层140、240的示例材料无 限制地包括锡、错、镍、钽、钛、铟、fL、锫、锌、氧化铟、氧化锡和氧化钛以及其组合或合金。从 而，在退火后，锡层140、240将包括例如氧化锡层（也由标号140、240指示)。其他材料将相 似地被氧化，从而使得它们在光学上是透明的。对于特定配置，吸收剂层包括锡。对于特定 配置，吸收剂层140、240在厚度上小于大约30nm，并且更特定地，具有在大约3-30nm范围内 的厚度，并且再更特定地，具有在大约7-15nm范围内的厚度。在一个非限制性示例中，十纳 米（10nm)厚的锡层140、240可设置在CT0层130、230上。然而，为吸收剂层140、240选择 的特定厚度将根据相应CT0层130、230的厚度而改变。有益地，吸收剂层140、240因为它 防止氧渗透进入相应的CT0层130、230内而充当"吸收剂"层。然而，对于许多工艺配置， 将不采用吸收剂层。
[0038] 对于在图5-8中示出的配置，组件100、200进一步可选地包括阻性、透明缓冲层 150、250。对于在图5和6中示出的配置，阻性、透明缓冲层150、250设置在相应的透明传导 层130、230上。对于阻性、透明缓冲层150、250的示例材料包括氧化锌锡、氧化锡、氧化锌、 氧化镓、氧化铝、氧化硅和其组合。对于在图7和8中示出的布置，阻性、透明缓冲层150、 250设置在吸收剂层140、240上。
[0039] 对于在图6-8中示出的配置，组件100、200进一步可选地包括设置在相应支承120 与相应透明传导层130、230之间的缓冲层160、260。此外，如在图7和8中指示的，在那些 层中的相应层之间可存在介入层。对于缓冲层的非限制性示例包括二氧化硅（Si0 2)、氮化 硅（Si3N4)、氧化铝（A120 3)、氧氮化硅（SiOxNy)，以及例如Si02/Si 3N4等多层结构。此外，与 A1203或A1掺杂的Si02和Si3N 4材料可作为缓冲层材料而采用。
[0040] 对于在图1、2和7中示出的布置，第一和第二半导体组件100、200具有相同的层 结构。更特定地，第一和第二半导体组件100、200可具有相同的层结构并且第一和第二半 导体层110、210可包括相同的材料。例如，组件100、200中的每个可包括设置在相应的支 承与半导体层110、210之间的缓冲层160、260和透明传导层130、230。对于其他配置(未明 确示出），第一和第二半导体组件100、200可具有不同的层结构。例如，组件100、200中的 一个可仅由玻璃上的CdS (或CdS:0)层组成，而其他组件200U00可另外包括缓冲和透明 传导层。然而，甚至对于两个组件具有不同的层结构所针对的配置，热处理的两个相对层将 仍然是半导体层110、210。
[0041] 示例 1 为了评估对充氧CdS进行面对面退火的效应，面对面退火用CdS层210和充氧CdS层 110 (CdS:0 (5% 0))进行。在氮气环境中在400°C、500°C和600°C持续15分钟地以200托 进行退火。所得的退火CdS:0 (5% 0)样本然后使用掠入射X射线衍射来检查，并且强度对 衍射角2 Θ的曲线图在图9中示出。如在图9中指示的，衍射峰对于600°C退火样本是最尖 锐的并且对于未退火的样本是最弱的，这指示晶粒大小在使用的温度范围内随着退火温度 而增加。
[0042] 示例 2 为了进一步评估对充氧CdS进行面对面退火的效应，面对面退火用充氧CdS层210 (CdS:0 (5% 0))和充氧CdS层110 (CdS:0 (5% 0))进行。在氮气环境中在600°C持续15 分钟地以200托进行退火。图10示出对于所得的退火CdS:0 (5% 0)样本以及对于非退火 样本的外量子效率。如在图10中示出的，对于退火样本的量子效率要高于未退火样本的。 图11示出对于具有面对面退火CdS的电池的电池效率超出具有未退火的CdS的电池的那 些。相似地，图12、13和14示出相对于具有未退火CdS的电池，开路电压、短路电流J s。 和填充因子FF中的每个对于具有面对面退火CdS的电池增加。
[0043] 有益地，通过采用面对面布置热处理CdS层110、210, CdS的蒸气压力可以在两个 CdS膜110、210的表面附近维持，并且从而CdS升华可以减少。从而，上文的面对面热处理 促进以更高的温度处理CdS膜110、210。这些相对高温的热退火可更好地使CdS膜再结晶。 不受特定理论的束缚，认为上文描述的热处理可修改CdS膜110、210的微观结构和光传送， 以及修改CdS与随后沉积的CdTe (吸收）层之间的界面。如在上文参考图9-14论述的，热 处理的半导体层110、210可导致具有相对高的短路电流、开路电压和/或填充因子的相对 高效率的电池。
[〇〇44] 尽管仅本发明的某些特征已经在本文中图示和描述，许多修改和改变将被本领域 内技术人员想到。因此，要理解附上的权利要求意在涵盖所有这样的修改和改变，它们落入 本发明的真正精神内。
【权利要求】
1. 一种制造多个半导体组件的方法，所述制造方法包括： 热处理第一半导体组件，其包括设置在第一支承上的第一半导体层；和 热处理第二半导体组件，其包括设置在第二支承上的第二半导体层， 其中所述第一和第二半导体组件同时被热处理，并且其中布置所述第一和第二半导体 组件使得所述第一半导体层在所述热处理期间面向所述第二半导体层。
2. 如权利要求1所述的制造方法，其中布置所述第一和第二半导体组件使得所述第一 和所述第二半导体层在所述热处理期间相邻。
3. 如权利要求1所述的制造方法，其中布置所述第一和第二半导体组件使得所述第一 和所述第二半导体层在所述热处理期间彼此间隔开，其中所述第一和所述第二半导体层包 括材料，并且其中所述热处理在所述材料、所述材料的组分或其组合的气相的过压的条件 下进行。
4. 如权利要求3所述的制造方法，其中所述第一和第二半导体组件在所述热处理期间 彼此间隔开大约2mm的最大距离。
5. 如权利要求4所述的制造方法，其中所述第一和第二半导体组件在所述热处理期间 彼此间隔开大约0. 7mm的最大距离。
6. 如权利要求3所述的制造方法，其进一步包括在所述第一与所述第二半导体层之间 设置至少一个间隔件，使得所述第一和所述第二半导体层在所述热处理期间彼此间隔开。
7. 如权利要求6所述的制造方法，其中所述至少一个间隔件包括设置在所述第一半导 体层的至少一部分上、所述第二半导体层的至少一部分上或所述第一和所述第二半导体层 两者的至少一部分上的颗粒材料。
8. 如权利要求7所述的制造方法，其中所述第一和所述第二半导体层包括金属元素组 分，并且其中所述颗粒材料包括所述金属元素组分。
9. 如权利要求8所述的制造方法，其中所述颗粒材料进一步包括还原剂。
10. 如权利要求8所述的制造方法，其中所述金属元素组分包括镉。
11. 如权利要求8所述的制造方法，其中所述第一和所述第二半导体层进一步包括硫， 并且其中所述颗粒材料包括硫。
12. 如权利要求8所述的制造方法，其中所述第一和所述第二半导体层包括硫化镉 (CdS )或充氧硫化镉（CdS: 0)，并且其中所述颗粒材料包括CdS或充氧硫化镉（CdS: 0)。
13. 如权利要求1所述的制造方法，其进一步包括： 将所述第一半导体层设置在所述第一支承上；以及 将所述第二半导体层设置在所述第二支承上， 其中所述第一和第二半导体层在进行所述热处理之前设置。
14. 如权利要求13所述的制造方法，其中所述第一和所述第二半导体层使用低衬底温 度沉积技术来设置。
15. 如权利要求13所述的制造方法，其进一步包括在设置所述第一半导体层之前将至 少一个中间层设置在所述第一支承上，使得所述至少一个中间层设置在所述第一支承与所 述第一半导体层之间。
16. 如权利要求13所述的制造方法，其进一步包括在设置所述第二半导体层之前将至 少一个中间层设置在所述第二支承上，使得所述至少一个中间层设置在所述第二支承与所 述第二半导体层之间。
17. 如权利要求13所述的制造方法，其进一步包括： 在设置所述第一半导体层之前将至少一个中间层设置在所述第一支承上，使得所述至 少一个中间层设置在所述第一支承与所述第一半导体层之间；以及 在设置所述第二半导体层之前将至少一个中间层设置在所述第二支承上，使得所述至 少一个中间层设置在所述第二支承与所述第二半导体层之间。
18. 如权利要求1所述的制造方法，其中所述第一和第二半导体组件具有相同的层结 构。
19. 如权利要求1所述的制造方法，其中所述第一和第二半导体组件具有不同的层结 构，并且其中所述第一和第二半导体层包括相同的材料。
20. 如权利要求1所述的制造方法，其中所述热处理包括在大约500°C至大约700°C的 范围内的温度加热所述第一和第二半导体层。
21. 如权利要求20所述的制造方法，其中所述热处理包括在大约550°C至大约660°C的 范围内的温度加热所述第一和第二半导体层。
22. 如权利要求1所述的制造方法，其中所述热处理花费大约1-40分钟来完成。
23. 如权利要求1所述的制造方法，其中所述第一和所述第二半导体层包括从由硫 化镉（CdS)、硫化铟（III) (In2S3)、硫化锌（ZnS)、碲化锌（ZnTe)、硒化锌（ZnSe)、硒化镉 (CdSe )、硒化镉锰（CdxMni_xSe )、充氧硫化镉（CdS: 0 )、氧化亚铜（Cu20 )、非晶或微晶硅和 Ζη(0，Η)以及其组合组成的组中选择的材料。
24. 如权利要求1所述的制造方法，其中所述第一和所述第二半导体层包括金属硒化 物或金属硫化物。
25. 如权利要求24所述的制造方法，其中所述第一和所述第二半导体层包括从由硫 化镉（CdS)、硫化铟（III) (In2S3)、硫化锌（ZnS)、硒化锌（ZnSe)、硒化镉（CdSe)、硒化镉锰 (Cd xMni_xSe )、充氧硫化镉（CdS: 0)和其组合组成的组中选择的材料。
26. 如权利要求25所述的制造方法，其中所述第一和所述第二半导体层包括硫化镉 (CdS)或充氧硫化镉（CdS:0)。
27. 如权利要求26所述的制造方法，其中所述第一和所述第二半导体层包括具有在大 约两个原子百分比（2%)至大约二十五个原子百分比（25%)的范围内的氧含量的充氧硫化 镉（CdS:0)。
【文档编号】H01L31/18GK104115289SQ201280070113
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2012年12月14日 优先权日:2011年12月19日
【发明者】J.曹, J.C.罗霍, G.T.达拉科斯, A.亚基莫夫, D.钟, B.A.科雷瓦尔, S.D.费尔德曼-皮博迪 申请人:通用电气公司