体酸溶液。浸泡光伏器件的至少一部分的液体酸溶液的浓度介于约0.1%和约5%之间(对于HNO3或HCl液体溶液的酸水溶液)，且浸泡时间持续约I和约60秒之间，从而产生良好的结果(例如，产生的RMS粗糙度介于约300nm和约600nm之间，且提高了光散射并增加了效率)。如果使用了不合适的酸浓度和/或浸泡时间，则酸通过降低透明导电层114的厚度而损坏透明导电层114，并引起下面的(较深的)层中的多孔结构，上述两种结果均可以不利地影响透明导电层114的导电率。可以使用能够固定光伏器件的位置、至少将TCO表面浸泡在酸性液体中、并在合适的时间段之后从酸中取出TCO表面的装置。通过将透明导电层114的表面浸泡在温度介于约20°C和约40°C之间液体酸中处理透明导电层114的表面，产生了良好的粗糙度和色散特性。
[0060]在其他实施例中，可以使用酸蒸汽处理透明导电层114的表面。酸蒸汽方法的优势在于:由于不需要浸泡在酸中，因此工艺可以较简单，并导致组成复杂性降低及成本降低。参考图5，容器(例如，罐502)包含液体酸溶液，例如HNO3或!1(:1。增加液体酸溶液的浓度增加了将从液体酸溶液的表面升腾的蒸汽的量。罐502具有覆盖罐顶部的盖506。盖506限定了多个孔508，蒸汽通过孔508可以从液体酸溶液的表面升腾。在用于光伏器件的制造工艺中的TCO沉积之后，在罐502的盖506上方传送光伏器件，例如，如图5中的通过箭头标记的“移动方向”所示。可以使用能够控制光伏器件移动的装置，例如，使用电动机和控制器。在图5中示出了从左至右的移动，但可以使用任何线性或非线性的移动。在盖506上方传送光伏器件的速度、控制器件移动的沿行路径和/或孔508的尺寸均影响TCO表面暴露在酸蒸汽中的时间，并且因此影响用于处理TCO表面上的给定位置的酸蒸汽的量。在一些实施例中，孔508的尺寸介于约Imm和约1cm的范围内。孔可以是圆形、矩形或任何其他形状，在孔是圆形的情况下，上述尺寸对应于孔的直径，在孔是矩形的情况下，上述尺寸可以对应于长度或宽度。
[0061]在其他实施例中(未示出)，可以通过至少一个喷嘴分配蒸汽以施加酸蒸汽，同时一个喷嘴或衬底相对于另一个喷嘴或衬底移动，直到TCO层的整个表面均被蒸汽处理。
[0062]无论通过浸泡在液体酸溶液中或通过暴露在酸蒸汽中以利用酸处理TCO表面，都增加了光伏器件100的量子效率(例如，外量子效率)。由于光散射的增加(其又归因于表面粗糙度的增加)引起的吸收层106中较长的光通路增加了量子效率。图6是示出了增加的外量子效率(由于在TCO沉积之后将TCO表面115a浸泡在2%浓度的HN03酸中10秒)的实验结果的曲线图。曲线图600是EQE1-EQEtl的计算结果，其中，EQEq是在酸浸泡之前的太阳能电池的外量子效率，且EQE1是酸浸泡之后的太阳能电池的外量子效率。外量子效率的改进也有利地增加短路电流密度(Js。)。
[0063]因此，在各个实施例中，通过利用酸处理太阳能电池的透明导电层的表面，从而提高了太阳能电池(光伏器件)的量子效率。利用酸对透明导电层的表面进行处理(例如，通过将透明导电层的表面浸泡在液体酸中或通过将透明导电层的表面暴露于酸蒸汽中)易于整合到现有的太阳能电池生产线中并在较低成本的情况下产生较高的生产量。
[0064]在一些实施例中，制造太阳能电池的方法(例如，图2中的工艺200)包括:在衬底之上形成背面接触层(步骤202)。可以通过溅射、化学汽相沉积(CVD)、印刷、电沉积等形成背面接触层。可以基于薄膜半导体器件的类型来选择用于背面接触层的材料。可以蚀刻背面接触层以形成图案。
[0065]在背面接触层之上形成用于吸收光子的吸收层(步骤204)。可以通过溅射、CVD,印刷、电沉积等形成吸收层。
[0066]在吸收层之上形成缓冲层(步骤206)。通过诸如溅射或CVD的合适的工艺形成缓冲层。例如，在一些实施例中，在溶液中通过水热反应或化学浴沉积(CBD)来沉积缓冲层。
[0067]在缓冲层之上形成透明导电层(步骤208)。可以在缓冲层之上形成包括本征ZnO(1-ZnO)的层，并且可以在1-ZnO层之上形成透明导电层。可以通过诸如溅射或金属有机化学汽相沉积(MOCVD)的工艺形成1-ZnO层。MOCVD是一种化学汽相沉积工艺，其中有机金属化合物被蒸发到加工室内以与彼此反应，然后沉积为膜。
[0068]利用酸处理透明导电层的表面以增加表面的粗糙度(步骤210)。可以通过将透明导电层的表面浸泡在液体酸中或将透明导电层的表面暴露于酸蒸汽中来实现酸处理。在一些实施例中，通过工艺200形成的太阳能电池的优势包括量子效率增加。
[0069]在一些实施例中，处理太阳能电池的透明导电层的方法包括:在缓冲层之上形成透明导电层。可以通过溅射、CVD、印刷、电沉积等形成透明导电层。例如，通过将透明导电层的表面浸泡在液体酸中或通过将透明导电层的表面暴露于酸蒸汽中来利用酸蚀刻透明导电层的表面。在一些实施例中，通过这种工艺产生的透明导电层表现出了光散射增加并导致量子效率提高。
[0070]在一些实施例中，光伏器件(太阳能电池)具有衬底(例如，衬底102)、设置在衬底之上的背面接触层(例如，背面接触层104)、设置在背面接触层之上的吸收层(例如，吸收层106)、设置在吸收层之上的缓冲层(例如，缓冲层108);以及设置在缓冲层之上的透明导电层(例如，透明导电层114)。透明导电层的表面(例如，表面115b)的均方根粗糙度介于约300nm至约600nm的范围内。
[0071]上面论述了多个实施例的特征，使得本领域普通技术人员可以更好地理解本发明的各个方面。本领域普通技术人员应该理解，他们可以很容易地使用本发明作为基础来设计或修改用于与本文所介绍的实施例执行相同的目的和/或实现相同优点的其他工艺和结构。本领域普通技术人员还应该意识到，这种等效构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，他们可以对本发明作出多种变化、替换以及改变。
【主权项】
1.一种制造光伏电池的方法，所述方法包括: 在衬底之上形成背面接触层； 在所述背面接触层之上形成吸收层； 在所述吸收层之上形成缓冲层； 在所述缓冲层之上形成透明导电层；以及 利用酸处理所述透明导电层的表面以增加所述表面的粗糙度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，处理所述透明导电层的表面包括:在液体酸溶液中浸泡至少所述透明导电层的表面。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述液体酸溶液中浸泡所述表面的持续时间介于约I秒和约60秒之间。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，在介于约20°C和约40°C之间的温度下处理所述透明导电层的表面。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述液体酸溶液包括HN03。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述液体酸溶液包括HCl。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，所述液体酸溶液是浓度介于约0.1%和约5%之间的酸水溶液。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，处理所述透明导电层的表面包括将所述表面暴露于酸蒸汽。
9.一种处理光伏电池的透明导电层的方法，所述方法包括: 在缓冲层之上形成所述透明导电层；以及 利用酸蚀刻所述透明导电层的表面。
10.一种光伏器件，包括: 衬底； 背面接触层，设置在所述衬底之上； 吸收层，设置在所述背面接触层之上； 缓冲层，设置在所述吸收层之上；以及 透明导电层，设置在所述缓冲层之上，所述透明导电层的表面具有介于约300nm至约600nm的范围内的均方根粗糙度。
【专利摘要】本发明提供了一种制造光伏电池的方法，以及通过该方法形成的装置，从而产生了增加的量子效率。在衬底之上形成背面接触层。在背面接触层之上形成吸收层。在吸收层之上形成缓冲层。在缓冲层之上形成透明导电层。利用酸处理透明导电层的表面以增加表面的粗糙度。本发明提供了用于增加薄膜光伏电池效率的方法和装置。
【IPC分类】H01L31-18, H01L31-20, H01L31-0224, H01L31-0749, H01L31-0236
【公开号】CN104779319
【申请号】CN201410120000
【发明人】蔡家弘
【申请人】台积太阳能股份有限公司
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2014年3月27日
【公告号】US20150200326