光生伏打装置的制造方法_3

文档序号:9794207阅读:来源:国知局
的。本文使用的术语"基本上为本征的"指载体浓度小于约l〇u/立方厘米(CC)的材料。如本 领域技术人员会认识到的,对于主动渗杂的材料和没有主动引入渗杂剂而形成的材料二 者,可实现在该范围内的载体浓度。在运样的情况下,背接触层140可包括适于促进空穴提 取的材料,例如,铜-渗杂的蹄层。
[0060] 本文使用的术语"P-渗杂的"指载体浓度在约1 X l〇U/立方厘米(CC)-约1 X l〇iS/ 立方厘米(CC)范围的材料。在其中半导体层130为P-渗杂的实施方案中,半导体层130可包 括合适的P-型渗杂剂,例如,铜、氮、憐、錬、神、钢,或它们的组合。在运样的情况下,半导体 层本身可用作空穴-提取层,并且背接触层140可包括金属、石墨,或它们的组合。
[0061] 如所提到的,吸收剂层120为光生伏打装置100的部件。在一些实施方案中,光生伏 打装置100包括"覆盖层(superstate)"结构的层。现在参考图3-6,在运样的实施方案中, 层堆叠110还包括支持物111,并且在支持物111上布置透明的导电氧化物层112 (有时在本 领域称为正面接触层)。如在图3-6中进一步说明的,在运样的实施方案中,太阳福射10从支 持物111进入,在通过透明的导电氧化物层112、缓冲层113和任选的插入层(例如,夹层114 和窗口层115)之后进入吸收剂层120。入射的光(例如,日光巧Ij电子-空穴对的电磁能转化 (即,释放电荷)主要在吸收剂层120中发生。
[0062] 在一些实施方案中,在期望透射通过支持物111的波长的范围内,支持物111为透 明的。在一种实施方案中,对于波长在约400 nm-约1000 nm范围内的可见光,支持物111可 为透明的。在一些实施方案中,支持物111包括能承受大于约600°C的热处理溫度的材料,例 如,二氧化娃或棚娃酸盐玻璃。在一些其它实施方案中,支持物111包括软化溫度低于600°C 的材料,例如,碱石灰玻璃或聚酷亚胺。在一些实施方案中,可在透明的导电氧化物层112和 支持物111之间布置某些其它层,例如,抗反射层或屏障层(未显示)。
[0063] 本文使用的术语"透明的导电氧化物层"指能用作前电流收集器的基本上透明的 层。在一些实施方案中,透明的导电氧化物层112包括透明的导电氧化物(TC0)。透明的导电 氧化物的非限制性实例包括氧化锡儒(CcbSnO减CT0);氧化锡铜(ITO);氣-渗杂的氧化锡 (SnO: F或FTO);铜-渗杂的氧化儒;渗杂的氧化锋(ZnO ),例如侣-渗杂的氧化锋(ZnO: Al或 AZ0)、氧化锋铜(IZO)和氧化锡锋(ZnSnOx);或它们的组合。取决于采用的具体的TCO及其片 材电阻,在一种实施方案中,透明的导电氧化物层112的厚度可在约50 nm-约600 nm范围 内。
[0064] 本文使用的术语"缓冲层"指在透明的导电氧化物层112和吸收剂层120之间插入 的层,其中比起透明的导电氧化物层112的片材电阻,层113具有较高的片材电阻。缓冲层 113有时在本领域称为"高电阻率透明的导电氧化物层"或"HRT层"。
[0065] 用于缓冲层113的合适的材料的非限制性实例包括二氧化锡(Sn〇2)、氧化锡锋(锡 酸锋(ZT0))、锋-渗杂的氧化锡(Sn〇2:Zn)、氧化锋(ZnO)、氧化铜(In2〇3),或它们的组合。在 一些实施方案中,缓冲层113的厚度在约50 nm-约200 nm范围内。
[0066] 在一些实施方案中,如在图4-6中指示的,层堆叠110还可包括在缓冲层113和吸收 剂层120之间布置的夹层114。夹层可包括金属物类。金属物类的非限制性实例包括儀、礼、 侣、被、巧、领、锁、筑、锭、给、姉、错、铜,或它们的组合。在此情境下使用的术语"金属物类" 指元素金属、金属离子,或它们的组合。在一些实施方案中,夹层114可包括多个金属物类。 在一些实施方案中,至少一部分金属物类W元素金属、金属合金、金属化合物,或它们的组 合的形式存在于夹层114中。在某些实施方案中,夹层114包括儀、礼,或它们的组合。
[0067] 在一些实施方案中,夹层114包括(i)包括儀和金属物类的化合物,其中所述金属 物类包括锡、铜、铁,或它们的组合;或(ii)包括儀的金属合金;或(iii)氣化儀;或它们的 组合。在某些实施方案中,夹层包括包括儀、锡和氧的化合物。在某些实施方案中,夹层包括 包括儀、锋、锡和氧的化合物。
[0068] 在一些实施方案中,光生伏打装置100基本上不含硫化儒层。本文使用的术语"基 本上不含硫化儒层"意味着在下面的层(例如,夹层或缓冲层)上的硫化儒层(如果存在)的 覆盖百分数小于20%。在一些实施方案中,覆盖百分数在约0%-约10%范围内。在一些实施方 案中,覆盖百分数在约〇%-约5%范围内。在某些实施方案中,光生伏打装置完全不含硫化儒 层。
[0069] 如本领域普通技术人员所理解的,通过改变在吸收剂层120中砸的浓度,可使吸收 剂层120的特定的区域变为n-型,而可使吸收剂层120的另一个区域变为P-型。在某些实施 方案中,吸收剂层120包括"p-n"接合。可在具有不同带隙的吸收剂层120的多个区域之间形 成"p-n"接合。不束缚于任何理论,认为砸浓度的变化可允许在吸收剂层120内的p-n接合或 在吸收剂层和下面的TCO层之间形成接合。
[0070] 如在图3和4中指示的,在某些实施方案中,与层堆叠110直接接触布置吸收剂层 120。然而,如较早进一步提到的,在一些实施方案中,光生伏打装置100可包括在层堆叠110 和吸收剂层120之间插入的不连续的硫化儒层(未显示的实施方案)。在运样的情况下,在下 面的层(例如,夹层114和缓冲层113)上CdS层的覆盖小于约20%。此外,至少一部分吸收剂层 120可通过硫化儒层的不连续的部分接触层堆叠110。
[0071] 在一些实施方案中,光生伏打装置还可包括窗口层(包括例如CdS的材料)。在一些 实施方案中,吸收剂层120可与下面的缓冲层或窗口层形成p-n接合。现在参考图5和6,在一 些实施方案中,层堆叠110还可包括在夹层114和吸收剂层120之间布置的窗口层115。本文 使用的术语"窗口层"指基本上透明的并且与吸收剂层120形成异质结的半导体层。用于窗 口层115的非限制性示例性材料包括硫化儒(CdS)、硫化铜III(ImSs)、硫化锋(ZnS)、蹄化锋 (ZnTe)、砸化锋(ZnSe)、砸化儒(CdSe)、氧合硫化儒(CdS :0)、氧化铜(Cu2〇)、锋氨氧化物 (zinc OXihy化ate)(ZnO:H),或它们的组合。在某些实施方案中,窗口层115包括硫化儒 (CdS)。在某些实施方案中,窗口层115包括氧合硫化儒(CdS: 0)。
[0072] 在一些实施方案中,吸收剂层120、窗口层115或二者可含有氧。不束缚于任何理 论,认为向窗口层115 (例如,CdS层)引入氧可导致改进的装置性能。在一些实施方案中,氧 的量小于约20原子%。在一些情况下,氧的量在约1原子%-约10原子%之间。在一些情况下,例 如在吸收剂层120中,氧的量小于约1原子%。此外,横过相应的层的厚度,在吸收剂层120内 氧浓度可基本上恒定或在组成上分级。
[0073] 光生伏打装置100还包括半导体层130,如较早详细讨论的。在一些实施方案中,光 生伏打装置100还包括背接触层140,如在图3-6中指示的。在一些实施方案中,背接触层包 括金属、铜-渗杂的元素蹄、石墨,或它们的组合。在某些实施方案中,背接触层140包括金、 销、钢、鹤、粗、铁、钮、侣、铭、儀、银、铜-渗杂的元素蹄、石墨,或它们的组合。背接触层140可 包括一起用作背接触的多个层。
[0074] 在一些实施方案中,可在背接触层140上布置另一个金属层(未显示),例如,侣,W 向外部电路提供侧向传导。在某些实施方案中,可在背接触层140上布置多个金属层(未显 示),例如,侣和铭,W向外部电路提供侧向传导。在某些实施方案中,背接触层140可包括一 层碳,例如,在吸收剂层120上沉积的石墨,接着一层或多层金属,例如上述金属。
[0075] 再次参考图6,如所指示的,吸收剂层120还包括第一区域122和第二区域124。如在 图6中进一步说明的,相对于第二区域124,第一区域122紧邻层堆叠110布置。在一些实施方 案中,与窗口层115接触,直接布置第一区域122。在一些实施方案中,与缓冲层113接触,直 接布置第一区域122(未显示的实施方案)。此外,如较早讨论的,在第一区域122中砸的平均 原子浓度大于在第二区域124中砸的平均原子浓度。在其它实施方案中,在第一区域122中 砸的平均原子浓度低于在第二区域124中砸的平均原子浓度。
[0076] 在备选的实施方案中,如在图7中说明的,呈现包括"基材"结构的光生伏打装置 200。光生伏打装置200包括层堆叠210和在层堆叠上布置的吸收剂层220。层堆叠210包括在 吸收剂层上布置的透明的导电氧化物层212,如在图7中指示的。与半导体层230接触,进一 步直接布置吸收剂层220,所述半导体层230在背接触层240上布置,而所述背接触层240在 基材250上布置。如在图7中说明的,在运样的实施方案中,太阳福射10从透明的导电氧化物 层212进入并且进入吸收剂层220,在其中发生入射光(例如,日光巧Ij电子-空穴对(也就是, 释放电荷)的电磁能转化。
[0077] 在一些实施方案中,在图7中说明的层的组成(例如,基材240、透明的导电氧化物 层212、吸收剂层220、半导体层230和背接触层240)可具有与W上在图5中对于覆盖层结构 所描述的相同的组成。
[0078] 还提出了制备光生伏打装置方法。在一些实施方案中,继续参考图1-6,所述方法 通常包括在层堆叠110上提供吸收剂层120,其中吸收剂层120包括砸。所述方法还包括与吸 收剂层120直接接触布置半导体层130。
[0079] 在一些实施方案中,如在图2中指示的,提供吸收剂层120的步骤包括在吸收剂层 120中形成第一区域122和第二区域124,相对于第二区域124,第一区域122紧邻层堆叠110 布置。
[0080] 使用任何合适的技术,可在层堆叠110上提供吸收剂层120。在一些实施方案中,提 供吸收剂层120的步骤包括使半导体材料与砸源接触。本文使用的术语"接触"或"接触"意 味着使至少一部分半导体材料暴露于,例如,与气相、液相或固相中的合适的砸源直接物理 接触。在一些实施方案中,吸收剂层的表面可与合适的砸源接触,例如使用表面处理技术。 在一些其它实施方案中,半导体材料可与合适的砸源接触,例如,使用共同升华过程。
[0081] 在一些实施方案中,半导体材料包括儒和
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