光生伏打装置的制造方法
【专利说明】光生伏打装置
[000。 背景 本发明一般性设及光生伏打装置。更具体地，本发明设及包括砸的光生伏打装置。
[0002] 薄膜太阳能电池或光生伏打(PV)装置通常包括多个在透明的基材(substrate)上 布置的半导体层，其中一层用作窗口层，第二层用作吸收剂层。窗口层允许太阳福射渗透至 吸收剂层，其中光能转化为可用的电能。与吸收剂层组合，窗口层进一步发挥功能W形成异 质结(p-n接合）。基于蹄化儒/硫化儒(CdTe/CdS)异质结的光生伏打电池为薄膜太阳能电池 的一个运样的实例，其中CdS作为窗口层发挥功能。
[0003] 然而，薄膜太阳能电池可能具有低转化效率。因此，光生伏打装置领域主要关注之 一为改进转化效率。窗口层吸收光可能是限制PV装置的转化效率的现象之一。此外，窗口层 和吸收剂层(例如，CdS/CdTe)层之间的晶格失配可导致在界面处高缺陷密度，运可进一步 导致较短的界面载体寿命。因此，期望保持窗口层尽可能薄，W帮助降低通过吸收的光学损 失。然而，对于大多数薄膜PV装置，如果窗口层太薄，由于低断路电压(Voc)和填充因子(FF)， 可观察到性能损失。低断路电压和FF也可能是由于非优化的背接触。此外，导致提高的短路 电流的一些改进同样也可对断路电压具有不利的影响。
[0004] 因此，需要改进的薄膜光生伏打装置结构，特别是同时改进断路电流和电压二者 的那些。
[0005] 发明简述 包括本发明的实施方案W满足运些和其它需求。一种实施方案为光生伏打装置。所述 光生伏打装置包括层堆叠；和在所述层堆叠上布置吸收剂层。所述吸收剂层包括儒、蹄和 砸。在所述吸收剂层上进一步布置半导体层，其中半导体层和吸收剂层之间的价带偏移小 于约1.3电子伏特，和半导体层的带隙在约1.2电子伏特-约3.5电子伏特的范围内。
[0006] -种实施方案为光生伏打装置。所述光生伏打装置包括层堆叠和在所述层堆叠上 布置包括CdSezTei-Z的吸收剂层，其中"Z"为在约0-约1范围的数。与吸收剂层直接接触布置 半导体层，其中吸收剂层和半导体层之间的价带偏移小于约1.3电子伏特，和半导体层的带 隙在约1.6电子伏特-约2.7电子伏特的范围内。
[0007] -种实施方案为光生伏打装置。所述光生伏打装置包括层堆叠和在所述层堆叠上 布置包括砸的吸收剂层，其中横过所述吸收剂层的厚度，砸的浓度变化。与所述吸收剂层直 接接触布置半导体层，其中吸收剂层和半导体层之间的价带偏移小于约0.45电子伏特，和 半导体层的带隙在约1.6电子伏特-约2.7电子伏特的范围内。
[000引附图 当参考附图阅读W下详细说明时，将更好地理解本发明的运些和其它特征、方面和优 点，其中： 图1为根据本发明的一些实施方案的光生伏打装置的示意图。
[0009] 图2为根据本发明的一些实施方案的光生伏打装置的示意图。
[0010] 图3为根据本发明的一些实施方案的光生伏打装置的示意图。
[0011] 图4为根据本发明的一些实施方案的光生伏打装置的示意图。
[0012] 图5为根据本发明的一些实施方案的光生伏打装置的示意图。
[0013] 图6为根据本发明的一些实施方案的光生伏打装置的示意图。
[0014] 图7为根据本发明的一些实施方案的光生伏打装置的示意图。
[0015] 图8为用于制备根据本发明的一些实施方案的光生伏打装置的方法步骤的示意 图。
[0016] 图9为针对根据本发明的一些实施方案的光生伏打装置，显示计算的增强因子 (enhancement factor)相对VBO和Eg的等值线。
[0017]详细说明 如W下详细讨论的，本发明的一些实施方案包括包括砸的光生伏打装置。
[0018] 在整个说明书和权利要求书中本文使用的近似语言可适用于修饰任何数量表示， 其可允许地变化，而不会导致与其相关的基本功能改变。因此，被一个或多个术语例如"约" 和"基本上"修饰的值不局限于指定的精确值。在一些情况下，近似语言可相应于用于测量 值的仪器的精密度。此处和在整个说明书和权利要求书中，除非上下文或语言另外指示，否 则范围限度可组合和/或互换，运样的范围被鉴定出并且包括其中包含的所有子范围。
[0019] 在W下说明书和权利要求书中，除非上下文明确另外指示，否则单数形式"一个"、 "一"和"该"包括复数对象。除非上下文明确另外指示，否则本文使用的术语"或"不意味着 是排他性的，并且指存在至少一个提及的部件(例如，层），并且包括其中可存在提及的部件 的组合的情况。
[0020] 本文使用的术语"透明的区域"和"透明的层"指允许平均透射至少70%的波长在约 350 nm-约1000 nm范围内的入射的电磁福射的区域或层。
[0021] 本文使用的术语"层"指W连续或非连续方式在下面的表面的至少一部分上布置 的材料。此外，术语"层"不必然意味着均匀厚度的布置的材料，布置的材料可具有均匀的或 可变的厚度。此外，除非上下文明确另外指示，否则本文使用的术语"层"指单层或多个亚 层。
[0022] 除非明确另外指示，否则本文使用的术语"在…上布置"指彼此直接接触布置的层 或通过之间具有插入层而间接布置的层。本文使用的术语"相邻的"指两层接触性布置并且 彼此直接接触。
[0023] 在本公开中，当将层描述为"在另一层或基材上"时，应理解的是，各层可彼此直接 接触或在各层之间具有一个(或多个)层或特征。此外，术语"在省…上"描述层彼此的相对 位置，并且不必然指"在…的顶部"，由于上或下的相对位置取决于装置对于观察者的取向。 此外，使用"顶部"、"底部"、"上"、"下"和运些术语的变体是为了方便，除非另外说明，否则 不需要部件的任何具体的取向。
[0024] 如W下详细讨论的，本发明的一些实施方案设及包括砸的光生伏打装置。在图1-6 中说明根据本发明的一些实施方案的光生伏打装置100。如在图1-6中显示的，光生伏打装 置100包括层堆叠110和在层堆叠110上布置的吸收剂层120。光生伏打装置还包括在吸收剂 120层上布置的半导体层130。
[0025] 本文使用的术语"吸收剂层"指其中太阳福射被吸收的半导体层，结果是产生电 子-空穴对(electron-hole pairs)。在一种实施方案中，吸收剂层120包括p-型半导体材 料。
[0026] 用于形成吸收剂层120的合适的半导体材料的非限制性实例包括蹄化儒(CdTe)、 蹄化锋儒(CdZnTe )、蹄化儀儒(CdMgTe )、蹄化儘儒(CdMnTe )、蹄化硫儒(CdSTe )、蹄化儒隶 化gCdTe)，或它们的组合。如本领域普通技术人员所理解的，本文描述的吸收剂层120还包 括砸。因此，吸收剂层120还可包括一种或多种前述半导体材料和砸的组合，例如，蹄化砸化 铜（cadmium selenide telluride)、蹄化砸化锋铜（cadmium zinc selenide telluride) 等。此外，运些材料可存在于多于一层中，每一层具有不同类型的半导体材料，或在单独的 层中具有材料的组合。
[0027] 砸可存在于吸收剂层120中，呈其元素形式，作为渗杂剂，作为化合物，或它们的组 合。在某些实施方案中，至少一部分砸W化合物形式存在于吸收剂层中。本文使用的术语" 化合物"指在由明确比例和明确的晶格位置的两种或更多种不同元素的原子或离子组成的 宏观上均质的材料(物质）。例如，在蹄化砸化儒化合物的晶体结构中，儒、蹄和砸具有限定 的晶格位置，与之相反，例如，对于砸-渗杂的蹄化儒，其中砸可为渗杂剂，其在儒部位上替 代性插入，并且不是化合物晶格的一部分。
[00%]在一些实施方案中，至少一部分砸W =元化合物、四元化合物或它们的组合的形 式存在于吸收剂层120中。在某些实施方案中，至少一部分砸W具有式CdSezTei-Z的化合物 形式存在于吸收剂层120中，其中"Z"为大于0并且小于1的数。在一些实施方案中，"z"为在 约0.01-约0.99范围的数。如后面记录的，在一些情况下，"Z"的值横过吸收剂层120的厚度 变化。
[0029] 吸收剂层120可通过存在的砸的量来进一步表征。在一些实施方案中，在吸收剂层 120中砸的平均原子浓度在吸收剂层120的约0.001原子%-约40原子%范围内。在一些实施方 案中，在吸收剂层120中砸的平均原子浓度在吸收剂层120的约0.01原子%-约25原子%范围 内。在一些实施方案中，在吸收剂层120中砸的平均原子浓度在吸收剂层120的约0.1原子%-约20原子%范围内。
[0030] 在一些实施方案中，至少一部分吸收剂层120还可包括硫、氧、铜、氯、铅、锋、隶，或 它们的组合。在某些实施方案中，吸收剂层120可包括一种或多种前述材料，使得横过吸收 剂层120的厚度，材料的量变化。在一些实施方案中，一种或多种前述材料可作为渗杂剂存 在于吸收剂层中。在某些实施方案中，吸收剂层120还包括铜渗杂剂。在一些实施方案中，吸 收剂层120还可包括硫。在运样的情况下，至少一部分砸W包括儒、蹄、硫和砸的四元化合物 形式存在于吸收剂层120中。
[0031] 在一些实施方案中，横过吸收剂层的厚度，砸的原子浓度基本上恒定。在此情境下 使用的术语"基本上恒定"意味着横过吸收剂层120的厚度，砸的原子浓度变化小于约5%。在 此情境下使用的术语"原子浓度"在本文中指每单位体积的吸收剂层中砸原子的平均数。在 整个正文中，术语"原子浓度"和"浓度"在本文中可互换使用。
[0032] 在一些实施方案中，横过吸收剂层120的厚度，砸的原子浓度变化。变化可为线性 的或非线性的。在某些实施方案中，横过吸收剂层120的厚度，砸的原子浓度非线性变化。本 文使用的术语"横过厚度非线性变化"意味着横过吸收剂层120的厚度，浓度的变化率本身 变化。
[0033] 本文使用的术语"线性梯度"指给定的性质的第一衍生物，其当关于维度参数 (dimensional parameter)测量时，例如离正面接触的距离为连续且恒定的。例如，逐步分 布，其在正面接触处具有固定的砸(Se)的浓度，随后在远离正面接触一些距离之后，突然过 渡到不同的浓度，是非线性的，由于在Se的浓度从一个值过渡到另一个值的点处第一衍生 物为非连续的事实。由于第一衍生物的值作为距离的函数而连续变化，W指数方式变化的 分布为非线性分布的另一个实例。给定的分布的线性可容易地通过将测量的性质的对数相 对维度参数的对数绘图来评定。线性梯度暗示当W运种方式绘制时数据可拟合具有单位斜 率(unity slope)的线。超线性分布会具有大于一(unity)的斜率，而亚线性分布