光伏器件及其形成方法
【专利说明】光伏器件及其形成方法
[0001]相关申请的交叉引证
[0002]本申请要求于2013年6月27日提交的美国临时专利申请序列号61/839,930的优先权的权益，在此通过引证以其全部内容将其结合于本文中。
技术领域
[0003]本公开总体涉及光伏器件(photovoltaic device)领域，并且更具体地，涉及结构和生产光伏器件的方法。
【背景技术】
[0004]在光伏器件的制造过程中，半导体材料层能够施加至基底，其中一层作为窗口层并且第二层作为吸收剂层(吸收层，absorber layer)。除了半导体层(窗口和吸收剂层)之夕卜，光伏模块、器件、或电池都能够包括在基底(或覆板(superstrate))上产生的多个层(或涂层)。例如，光伏器件能够包括阻挡层、透明导电氧化物层、缓冲层、和在基底上以堆叠体(堆叠，stack)形成的半导体层。每个层可以进而包括一层以上的层或膜。例如，半导体窗口层和半导体吸收剂层一起能够作为半导体层。此外，每个层能够覆盖器件全部或部分和/或层或者层下面的基底的全部或部分。例如，“层”能够包含任何量的任何接触全部或部分表面的材料。碲化镉因为其最佳带结构和制造低成本而已经用于半导体层。
[0005]最大化光伏器件的效率依然是光伏器件厂商和用户的长期目标。通常最小化光伏器件的层的厚度是合乎需要的。随着层厚度降低，层之一内和相邻层的结(junct1n)处的任何缺陷变得更加明显。一种这样的缺陷可以是电流-分流、短路缺陷。这些工艺相关的缺陷被认为存在于基底电极的形态中，或在半导体吸收剂层的沉积或随后的加工期间发展。当一个或多个低电阻电流路径穿过半导体吸收剂层发展时，分流缺陷可能存在于光伏器件，这允许电流在光伏器件的电极之间无阻通过。
[0006]在实现高效率的由CdS/CdTe半导体吸收剂层形成的光伏器件中突出关注的是与CdTe层的低电阻接触的形成。根据传统的欧姆接触形成理论，形成与CdTe的欧姆接触的金属应该具有对齐CdTe价带的顶部的费米能级。然而，由于CdTe功函数的高端，大多数金属不能够匹配所述功函数，而因此并不能有效制成与CdTe的欧姆接触。
[0007]期望开发具有提供半导体吸收剂层和背面接触层之间的低电阻接触以提高器件效率的背面接触缓冲层的光伏器件。
【发明内容】
[0008]与本公开内容协调且一致的是，令人惊讶地已经发现了具有提供半导体吸收剂层和背面接触层之间的低电阻接触以提高器件效率的背面接触缓冲层的光伏器件。
[0009]在本发明的一个实施方式中，光伏器件包括玻璃基底;形成于玻璃基底之上的半导体吸收剂层;形成于半导体吸收剂层之上的金属背面接触层;和设置于半导体吸收剂层和金属背面接触层之间的P-型背面接触缓冲层。
[0010]在另一个实施方式中，制造光伏器件的方法包括以下步骤:邻近(adjacent to)基底沉积半导体吸收剂层;邻近半导体吸收剂层沉积P-型背面接触缓冲层;和邻近P-型背面接触缓冲层沉积背面接触层。
[0011 ]在另一实施方式中，制造光伏器件的方法包括以下步骤:邻近基底沉积CdS窗口层;邻近CdS窗口层沉积CdTe半导体吸收剂层;邻近CdTe半导体吸收剂层沉积由MnTe或SnTe组成的P-型背面接触缓冲层;和邻近P-型背面接触缓冲层沉积背面接触层。
【附图说明】
[0012]本公开的上述以及其它优点，由以下详细描述对于本领域技术人员而言，尤其是当依据以下描述的附图进行考虑时，将容易变得显而易见。
[0013]图1是本领域中已知的光伏器件的示意图；
[0014]图2是图1的光伏器件的能带图；
[0015]图3是根据本发明的光伏器件的示意图；
[0016]图4是图3的光伏器件的一个实施方式的能带图；和
[0017]图5是图3的光伏器件的另一个实施方式的能带图。
【具体实施方式】
[0018]以下描述在本质上仅仅是示例性的而并非意在限制本公开内容、应用或用途。还应当理解的是，在整个附图中，相应的参考标号指示相同或相应的部件和特征。关于公开的方法，呈现的步骤的次序本质上是示例性的，因此，除非另外叙述，否则是非必要的或严格的。
[0019]图1是本领域已知的光伏器件10的示意图。光伏器件10包括玻璃基底12，其上沉积了例如由F掺杂的Sn02形成的薄导电氧化物(TC0)层14。由Sn02形成的缓冲层16例如沉积于TC0层14上。根据需要，缓冲层16也可以由锌锡氧化物、镉锡氧化物、或其他透明半导电氧化物或其组合形成。CdS缓冲层是选择项，并且如果该层存在，则它可以是连续的或不连续的，并且该层可以覆盖全部或部分器件和/或全部或部分的层或缓冲层下面的基底。由CdS形成的η-型窗口层18例如沉积于缓冲层16上，随后是例如由CdTe形成的ρ-型半导体吸收剂层20。根据需要，吸收剂层20也可以例如由CdZnTe、CdSTe、CIGS、非晶硅、晶体硅、或GaAs形成。金属背面接触22沉积或形成于吸收剂层20上。背面接触可以由例如]?0^/^1、21^6:(:11、CdSe、MgTe、HgTe、或ZnTe/Al双层或其它合适的半导体/金属多层等形成。
[0020]图1的光伏器件的示例性能带图在图2中示出。TC0层14的带隙能量描绘为24，缓冲层16的带隙能量描绘为26，窗口层18的带隙能量描绘为28，吸收剂层20的带隙能量描绘为30，以及背面接触层22的带隙能量描绘为32。正如图2所示，接近吸收剂层20和背面接触层22的结，导带边缘和价带边缘向下弯曲了 △。这是由于背面接触层22具有比吸收剂层20更低的功函数。带边缘的向下弯曲增加了进入背面接触层22的电子扩散电流，并将最大可达到的开路电压V。。限制于Vb1-Δ^Η(内建电势)描述为光伏器件在照射下的开路电压(V。。)的上限。因此，1降低了量Δ，是最大可实现的V。。的上限的降低。
[0021]图3是根据本发明的实施方式的光伏器件34的示意图。光伏器件34包括基底层36、TC0层38、缓冲层40、窗口层42、半导体吸收剂层44、和背面接触层46，类似于关于光伏器件10的层描述的那些。然而，光伏器件34包括设置于背面接触层46和吸收剂层44之间的背面接触缓冲层48。背面接触缓冲层48由ρ-型材料，如SnTe、MnTe或CcU—xMnxTe形成JnTe和SnTe特别适合作为用于形成背面接触缓冲层48的材料，这是因为良好的晶格结构与CdTe半导体吸收剂层44匹配。MnTe和SnTe也是特别合适的，这是由于具有比CdTe更高的空穴浓度以诱导CdTe中的向上带弯曲，从而降低电子扩散进入背面接触层46，正如图4和5中所示，并将在本文以下内容中进一步讨论。背面接触缓冲层48改善了背面接触层46和吸收剂层44之间的带对准(带排列，band alignment)，其导致光伏器件34的优化性能。
[0022]类似地，CcU—xMnxTe是合适的背面接触缓冲层48，这是因为Μη与CdTe的存在，其室温带隙随着Μη分数X以约13mV/%的速率线性增加，Μη高达x =约0.5。即，根据需要，尽管X可以介于0至约1之间，但对于Cd0.5Mn0.5Te能够获得最大带隙的增加。此外，Cd1-xMnxTe与CdTe具有非常小的失配，约1 %。因此，CdTe和CcU-xMnxTe之间的结处界面状态(interfacestate)的量被最小化，从而优化了光伏器件的性能。CcU-xMnxTe背面接触缓冲层可以例如使用诸如金属有机化学气相沉积(M0CVD)、溅射、和分子束外延(MBE)的技术进行制备。
[0023]使用由MnTe形成的背面接触缓冲层48已经获得了有利的结果，是因为至少以下的原因:MnTe具有适合于气相输运沉积(vapor transport deposit1n) (VTD)工艺的低蒸气压；在CdTe中约100 %的溶解度；约3.2eV的带隙；和由于Μη空缺，MnTe可以掺杂高达约1019cm—3 JnTe背面接触缓冲层48可以使用已知的沉积工艺沉积于吸收剂层44上，但使用高温蒸发工艺、溅射处理获得了积极效果。
[0024]例如，为了使用高温蒸发或溅射工艺形成具有MnTe背面接触缓冲层48的器件34，窗口层42和吸收剂层44使用VTD工艺沉积于T