在半导体器件的不同层中提供掺杂剂浓度控制的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]公开的实施例总体涉及半导体器件，更具体地，涉及一种在光伏器件的不同层中提供掺杂剂浓度控制的系统和方法。
【背景技术】
[0002]诸如光伏模块或光伏电池的光伏器件可包括利用各种沉积系统和技术沉积在基板上的多层材料。一些层有时可能必须被掺杂以增强它们的电学性质和特性。然而，用于对层掺杂的掺杂剂的实际量是非常关键的。例如，特定量的掺杂剂浓度可增强层的电气性质，而掺杂剂的另一浓度可能使它们的电气性质严重地降低。因此，存在对于用于在光伏器件的材料的层中控制掺杂剂浓度的方法和系统的需求。
【附图说明】
[0003]图1是具有多个层的光伏器件的示意图。
[0004]图2是根据第一实施例的提供用于掺杂剂材料浓度控制的沉积系统的示意图。
[0005]图3是根据第二实施例的提供用于掺杂剂材料浓度控制的沉积系统的示意图。
[0006]图4是根据第三实施例的提供用于掺杂剂材料浓度控制的沉积系统的示意图。
【具体实施方式】
[0007]在下面的【具体实施方式】中，参考构成【具体实施方式】的一部分的附图，在附图中通过示出可被实践的具体实施例来示出。这些实施例被足够详细地描述以使本领域技术人员能够制造并使用它们，且将理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对公开的具体实施例做出结构、逻辑或程序上的改变。
[0008]在此描述的实施例提供了一种在制造光伏器件期间控制第二材料(掺杂剂材料，例如，硅)的浓度的系统和方法。该方法和系统通过使第三材料(或反应剂，例如，诸如氧气或水蒸气的氧化剂)与掺杂剂材料反应来控制对用于沉积的第一材料(例如，碲化镉)掺杂的掺杂剂材料的量。掺杂剂材料可包括硅、锗或其他掺杂剂材料。在下面的描述中，将描述用于掺杂光伏器件的薄膜半导体层(例如，硫化镉和碲化镉)的硅掺杂剂的控制。然而，在此描述的方法和系统可被更广泛地用于对基板上的任意合适的沉积层或膜提供掺杂剂控制。
[0009]参照图1，通过示例的方式，可通过在两个支撑/保护层(两者都可由玻璃制成的基板110和背支撑层180)之间夹入多个顺序形成的材料层来形成光伏器件10。在构造时，阻挡层114可沉积在基板110上。在阻挡层114上，可顺序地沉积透明导电氧化物(TCO)层115、缓冲层116、半导体窗口层150、半导体吸收层160、背接触层170和背支撑层180。
[0010]在一些情况下，阻挡层114、TCO层115和缓冲层116可分别在基板110上形成并沉积为层的堆叠件。为此，阻挡层114、TCO层115和缓冲层116经常被称为在此被标注为TCO堆叠件120的TCO堆叠件。
[0011]阻挡层114在构造期间和在器件处于运行时用于保护半导体层150和160免受可能由基板I1产生的潜在污染物的影响。TCO层115和背接触层170用作电极，以将由光伏器件产生的电力提供至外部连接的电子装置。缓冲层116用于减轻在半导体层150和160的沉积期间生长的不规则层可能对器件的任何不良影响。
[0012]半导体150和160促进光到电的转换。具体地，窗口半导体150为η型半导体层，而吸收半导体层160为P型半导体层。这两个半导体之间的界面形成发生光到电的转换的ρ-η 结 ο
[0013]已经发现期望在半导体窗口层150和半导体吸收层160中包含掺杂剂。例如，发现硅作为掺杂剂包含到硫化镉(在这个示例中用于形成半导体窗口层150的材料)和碲化镉(用于形成半导体吸收层160的材料)中通过改善它们的晶体结构(即，在材料中原子和/或分子的排列)促进了碲化镉在硫化镉上的更好生长。测试已经表明，在碲化镉层160和硫化镉层150中大约0.0001%至大约5%的范围内的硅浓度既增大了穿过硫化镉层150的光透射又增大了由碲化镉层160的光子吸收。因此，期望控制在半导体层150、160内硅掺杂剂的浓度，使得在产生的光伏器件中的半导体层150和160具有恰当量的掺杂剂浓度。
[0014]使用目前的气相传输沉积(VTD)系统和方法在半导体层150、160的沉积期间精确的硅掺杂剂浓度控制是困难的。目前的VTD系统的示例可在第5945163、5945165、6037241和7780787号美国专利中找到，上述全部专利被转让给第一太阳能公司。VTD系统可使用粉末传送单元、粉末蒸发器和蒸气分配器以及真空沉积单元。VTD粉末蒸发器被设计为使原材料粉末蒸发或升华成气态形式。在传统的粉末蒸发器中，与载气结合的原材料粉末从粉末传送单元注入到可透过的加热缸。材料在缸中蒸发且蒸发的材料穿过蒸发器的可透过的壁扩散到分配器中。分配器收集并引导蒸发的原材料的流动，以在基板上沉积为薄膜层。分配器通常包围蒸发器缸并将收集的蒸气引向面向基板的开口。
[0015]因为一些原因，所以使用目前的VTD系统和方法来控制掺杂剂浓度会有困难。首先，大部分的包含硅掺杂剂的材料处于固相(例如，粉末形式)。例如，对于碲化镉和硫化镉沉积，分别使用包含碲化镉和硅以及硫化镉和硅的原材料粉末。调节半导体材料-掺杂剂粉末混合物的粉末成分平衡需要耗时且昂贵地关闭VTD系统。例如，如果半导体层150或160的硅浓度不在大约0.0001 %至大约5%的范围，则会需要关闭VTD系统以调节在半导体材料-掺杂剂粉末混合物中的硅浓度，这就减慢了加工时间。增加的系统关闭导致原材料和生产成本的不期望的增加。
[0016]其次，虽然诸如硅烷(SiH4)的一些包含硅的气相掺杂剂材料可以被用来代替粉末，但由于毒性大和易燃性，因此它们的应用通常需要特殊的化学处理过程、设备和安全措施。如在亚洲工业气体协会(AIGA) ( “Storage And Handling Of Silane And SilaneMixtures” ( “硅烷和硅烷混合物的储存和处理”)，AIGA052/08)中所描述的，SiH4是高易燃性的且如果不被适当地储存和处理则可能引起爆炸。
[0017]此外，在碲化镉和硫化镉沉积期间出现的大约450°C和大约800°C之间的高温下，组成诸如加热器、陶瓷或加工容器的沉积容器的各种成分的硅可被释放并与气相沉积材料反应。例如，硅掺杂的碲化镉的沉积可包含将SiTex、镉和碲的气态混合物沉积到基板上。在这样的温度下，存在于沉积容器内的硅可以与碲反应以形成过量的SiTex，该过量的SiTex可被包含到碲化镉层中。同样地，硅掺杂的硫化镉的沉积可包含将SiSx、镉和硫的气态混合物沉积到基板上。在高温下，存在于沉积容器内或在沉积容器上的硅可以与硫反应以产生不需要的SiSx，这种不需要的SiSx可被包含到硫化镉层中。因此，存在于沉积容器内的硅可能使沉积材料中的预期的掺杂剂浓度增大并损害光伏器件性能，例如在沉积的碲化镉或硫化锦材料层中大于大约5 %的娃浓度。
[0018]在第一实施例中，一种方法和系统通过使诸如以氧气或水蒸气为例的氧化剂在容纳第一室的第二室中与掺杂剂材料反应来控制对用于沉积的材料(例如，碲化镉)掺杂的掺杂剂材料的量。除了掺杂剂材料可在第一室中与氧化剂反应之外，第二实施例与第一实施例的方法和系统相似。
[0019]图2示出用于控制利用其对沉积在基板5上的碲化镉层掺杂的掺杂剂材料的量的沉积系统15的第一实施例。注意在该具体情况下，基板5将已经在其上沉积有硫化镉层150和TCO堆叠件120。在这个示例性实施例中，氧气用作反应剂以在碲化镉层的沉积期间控制硅掺杂剂的量。
[0020]参照图2，沉积系统15可包括被容纳在第二室101中的第一室112。第一室112与第二室101以蒸气(或流体)连通。第一室112可包括本领域已知的任何气相传输沉积系统。如下所述，硅掺杂剂可以以包括例如将硅粉末混合到将被沉积的材料的