专利名称：用于薄膜光伏电池的无凸台结构的图案化电极材料的制作方法
用于薄膜光伏电池的无凸台结构的图案化电极材料相关申请的引用本申请要求发明人Robert D. Wieting于2008年9月30日提交的名为 "PATTERNING ELECTRODE MATERIALS FREE FROM BERMSTRUCTURES FOR THIN FILM PHOTOVOLTAIC CELLS”的美国临时专利申请第61/101，650的优先权，其被共同转让并出于
所有目的结合于此供参考。关于在联邦政府赞助的研究和开发下作出的发明的权利的声明不适用对“序列表”、表格，或在光盘上提交的计算机步骤列表附录的参考不适用
背景技术：
本发明总体上涉及光伏材料和制造方法。更具体地，本发明提供了用于制作薄膜太阳能电池的方法和结构。仅以举例方式，本发明方法包括图案化用于制造薄膜光伏电池的无凸台结构(突起结构，berm structures)的电极材料，但应认识到本发明可具有其它构造。从一开始，人类就已经应对挑战来寻找利用能量的方式。能量来自于例如，以石化产品、水力发电、核能、风、生物质、太阳能的形式，以及更原始的形式，例如，木材和煤。在过去的一个世纪中，现代文明已依赖于作为重要能源的石化能量。石化能量包括天然气和石油。天然气包括更轻的形式，例如，丁烷和丙烷，通常用于加热住宅并用作用于烹饪的燃料。 天然气还包括通常用于运输目的的汽油、柴油和喷气燃料。石化产品的更重的形式也可以用来加热某些地方的住宅。遗憾的是，基于在行星地球上可获得的量，石化燃料的供应是有限的并且基本上是固定的。另外，由于更多的人以增长的量使用石油产品，所以其迅速地变成稀缺资源，并随着时间最终被耗尽。近年来，已经期望环境上清洁且可再生的能量来源。清洁能量来源的一个实例是水电力(水力发电)。水电力来自由水坝例如在内华达州的胡佛水坝(Hoover Dam)产生的水流驱动的发电机。所产生的电力用来对在加利福尼亚州洛杉矶市的大部分城市供电。清洁且可再生的能量来源还包括风能、波能、生物质能等。也就是说，风车将风能转化成更有用形式的能量，例如电能。清洁能源还有的其它类型包括太阳能。在整个本发明背景并且更具体地在以下内容中可以找到关于太阳能的具体细节。太阳能技术通常将来自太阳的电磁辐射转化成其它有用形式的能量。这些其它形式的能量包括热能和电力。对于电力应用，经常使用太阳能电池。虽然太阳能在环境上是清洁的并且从某种角度上已经成功，但是，在将其广泛应用于全世界之前，仍有许多限制有待解决。作为一个实例，一种类型的太阳能电池使用来自半导体材料锭(ingots)的晶体材料。这些晶体材料可以用来制造包括将电磁辐射转化成电力的光伏和光电二极管装置的光电装置。然而，晶体材料经常是昂贵的并且难以大规模制造。另外，由这样的晶体材料制造的装置经常具有较低的能量转换效率。其它类型的太阳能电池使用“薄膜”技术来形成待
4用于将电磁辐射转化成电力的光敏材料的薄膜。在使用薄膜技术制造太阳能电池时，存在类似的限制。也就是说，效率经常较低。另外，薄膜的可靠性经常较差，并且在传统的环境应用中不能长时间使用。通常，薄膜难以彼此机械地结合。并且，薄膜经常难于以成本有效的、高效且可靠的方式制造。在整个本说明书并且更具体地在以下内容中，可以找到这些传统技术的这些和其它限制。
发明内容
本发明总体上涉及光伏材料和制造方法。更具体地，本发明提供了用于制作薄膜太阳能电池的方法和结构。仅以举例方式，本发明方法包括图案化用于制造薄膜光伏电池的无凸台结构(突起结构，berm structures)的电极材料，但应认识到本发明可具有其它构造。在具体实施方式
中，本发明提供一种用于形成具有图案化电极膜的薄膜光伏装置的方法。该方法包括提供包含表面区域的钠钙玻璃基板和形成覆盖表面区域的包含钼材料的下电极层。该方法还包括对下电极层施加来自激光源的一个或多个电磁辐射脉冲。该一个或多个电磁辐射脉冲能够从下电极层烧蚀一个或多个图案。该一个或多个图案包括一个或多个凸台结构(berm structures) 0此外，该方法包括使用机械刷装置(mechanical brushdevice)处理包括一个或多个图案的下电极层，以去除该一个或多个凸台结构。该方法还包括处理包含一个或多个去除掉该一个或多个凸台结构的图案的下电极层。此外，该方法包括形成覆盖下电极层的光伏材料层。光伏材料层包括基于下电极层中一个或多个图案的互连结构。此外，该方法包括形成覆盖光伏材料层的第一氧化锌层。在另一个具体实施方式
中，本发明提供一种用于形成具有图案化电极膜的薄膜光伏装置的方法。该方法包括提供包含表面区域的钠钙玻璃基板和形成覆盖表面区域的包含钼材料的下电极层。该方法还包括对下电极层施加来自激光源的一个或多个电磁辐射脉冲用于从下电极层烧蚀一个或多个图案。该一个或多个图案包括一个或多个凸台结构(berm structures)。此外，该方法包括使用机械刷装置和清洁液处理包括一个或多个图案的下电极层，以去除一个或多个凸台结构。此外，该方法包括使用气刀(gasknife)处理包括去除掉一个或多个凸台结构的一个或多个图案的下电极层。气刀被设置为从下电极层的表面基本上去除包括液滴的任何液体，以干燥包括去除掉一个或多个凸台结构的一个或多个图案的下电极层。通过本发明可实现多种益处。例如，本发明使用可商购的原材料从而覆盖合适的基板元件而形成具有半导体材料的薄膜。具有半导体材料的薄膜可被进一步处理形成理想特性(如原子化学计量、杂质浓度、载体浓度、掺杂等)的半导体薄膜材料。在具体实施方式
中，本发明提供了可靠的去除掉凸台结构等的最终结构。在优选的实施方式中，本发明使用通常使用的工具和工艺技术。取决于实施方式，可实现一种或多种益处。在整个本说明书并且更具体地在以下内容中，描述了这些和其它益处。仅以举例方式，本发明方法和材料包括由铜铟二硫(copper indiumdisulfide) 物种、铜锡硫(copper tin sulfide)、二硫化铁等制成的用于单结电池(single junction cells)或多结电池(multi-juntion cells)的吸收剂材料。
图1是示出根据本发明一种实施方式制作薄膜光伏电池的方法的简化流程图。图2_4、4A、5、5A、6、6A和7_11是示出根据本发明某些实施方式包括用于制作薄膜光伏电池的一系列步骤和结构的方法的示意图。
具体实施例方式本发明总体上涉及光伏材料和制造方法。更具体地，本发明提供了用于制造薄膜太阳能电池的方法和结构。仅以举例方式，本方法包括使用电磁辐射使形成在钠钙玻璃基板上的电极材料图案化以及将用于制造薄膜光伏电池的电极材料处理为去除掉凸台结构， 但应认识到本发明可具有其它构造。图1是示出根据本发明一种实施方式制作薄膜光伏电池的方法的简化流程图。该图仅仅是实施例，不应以其过度限制本发明权利要求的范围。方法1000包括以下步骤1.步骤1010用于提供具有表面区域的钠钙玻璃基板；2.步骤1020用于形成覆盖表面区域的下电极层；3.步骤1030用于对下电极层施加激光辐射以烧蚀一个或多个图案；4.步骤1040用于处理下电极层以去除一个或多个图案中的一个或多个凸台结构；5.步骤1050用于处理具有去除掉一个或多个凸台结构的一个或多个图案的下电极层；6.步骤1060用于形成包括基于一个或多个图案中每一个的互连结构的光伏材料层；7.步骤1070用于形成覆盖光伏材料层的第一氧化锌层；8.步骤1080用于进行其它步骤。以上顺序的步骤提供了使电极层图案化和处理电极层以形成一个或多个去除掉凸台结构的图案，用于制造根据本发明一种实施方式的薄膜光伏电池的方法。在一个具体实施方式
中，该方法包括利用激光辐射从连续的电极层烧蚀一个或多个图案。在另一个具体实施方式
中，该方法还包括使用机械刷装置来处理一个或多个图案。还可提供其它可替换方案，其中增加步骤，去除一个或多个步骤，或以不同顺序提供一个或多个步骤，而不会偏离本发明权利要求的范围。例如，可在形成下电极层之前，形成阻挡层。可在光伏材料层和第一氧化锌层之间插入具有不同材料组成的更多功能层，等等。在整个本说明书并且更具体地在以下内容中，可找到本方法的其它细节。在步骤1010中，提供钠钙玻璃基板。该步骤通过图2可视化示出。图2是示出了提供用于制造本发明一种实施方式的薄膜光伏电池的钠钙玻璃基板的简图。该图仅仅是实施例，不应以其过度限制本发明权利要求的范围。本领域中的普通技术人员会认识到多种变型、替换和修改。如图所示，提供包含表面区域101的钠钙玻璃基板100。钠钙玻璃被广泛用作窗玻璃。除简单的经济考量之外，选择钠钙玻璃作为形成薄膜光伏电池的基板的一个重要原因是碱性离子(例如，Na+)对高效薄膜光伏材料的晶粒生长的正面影响。例如， 黄铜矿结构Cdn (Ga) Se2或Cdr^e2材料的多晶化合物半导体膜可在钠钙玻璃基板上形成， 具有1微米或更大的粗晶粒尺寸，从而通过这些光伏膜可收集高的电池电流，而具有17%
6或更高的光转换效率。不掺杂钠原子，在其它类型的基板上形成的相同的膜材料具有尺寸细得多的晶粒。在某些实施方式中，对表面区域101进行特定的预处理步骤，使得表面区域 101被基本上清洁为没有表面污染物、油脂、污垢、灰尘和尺寸大于3微米的颗粒。在步骤1020中，形成覆盖钠钙玻璃基板表面区域的下电极层。该步骤通过图3可视化示出。如图所示，形成覆盖钠钙玻璃基板100的表面区域101的下电极层200。下电极层200用作后续步骤中形成的薄膜光伏电池的背电极。在本文中“下”仅是用于在基板上形成薄膜的现有实施例的词汇，该薄膜将成为底太阳能电池。“下”电极可对应于位于窗口层顶部的“上”或“前”电极。当基板在形成顶太阳能电池的应用中用作“覆盖层(上层，superstrate)”时，下或上电极可以相反方式布置。在某些情况下，当不会发生混淆时，仅涉及一个电极层。具体地，下或上电极层可以是光学上透明的(透光的)。例如，下电极层由厚度在0.2微米至1 微米范围内的钼材料制成。在其它实施例中，透明的导电氧化物可用作上电极层的材料。在某些实施方式中，可使用沉积工艺实现电极层的形成，如溅射、镀覆、蒸发、等离子体沉积等以及任何其它合适的技术。当然，可以有其它的变型、修改和替换。在接下来的步骤(1030)中，方法1000包括对下电极层施加激光辐射以烧蚀一个或多个图案。这种激光图案化或烧蚀步骤可通过图4可视化示出。图4是示出制造根据本发明一种实施方式的薄膜光伏电池的步骤的简图。该图仅仅是实施例，不应以其过度限制本发明权利要求的范围。本领域中的普通技术人员会认识到多种变型、替换和修改。如图所示，下电极层200在某些预定位置进行激光辐射120。激光辐射120可以是脉冲激光或 CW激光束。可从下电极层200上方，或者由于玻璃是光学上透明的而从钠钙玻璃基板100 的背表面区域，对准激光束。激光对准(laseralignment)选择取决于制造系统的设计和特定的薄膜生长过程。典型地，从波长约1065nm的Nd:YAG红外Q-开关(switched)脉冲激光源产生激光束。当然，取决于应用，也可使用不同波长和脉冲频率的其它类型的激光源。在一个实施方式中，辐射下电极层200的激光束120产生烧蚀过程，其中激光束下方的一部分下电极层从钠钙玻璃基板100中去除。具体地，激光能量造成射束点(beam spot)下的电极层材料(例如，钼)蒸发或简单地从基板100吹走。激光束120可沿着预定图案扫描，随后额外量的电极层材料被去除。每次在激光束烧蚀一个点(spot)的电极层材料之后，将光束(可关掉脉冲)移到下一个点，然后激光功率脉冲开启从而再次辐射(照射)新的点，以造成新(射束)点下的电极层材料被去除。结果，电极层200(其最初覆盖钠钙玻璃基板100的表面区域101而沉积为连续的膜)，经过激光图案化步骤而形成一个或多个图案(或激光烧蚀图案)。如图4的侧视图部分所示，示意性示出了一个或多个图案250中的一个，将电极层200分隔成左部分200A和右部分200B。放大的顶视图示出将下电极层200分隔成两个部分200A和200B的特定图案250的圈出部分的更多细节。具体地，放大图示出了 图案 250事实上是通过激光烧蚀步骤从玻璃基板上基本去除的下电极层中宽度约25至50微米的连续线(连续缝隙，continuous line)。结果，在电极层200中形成了街道结构(芯片间隔结构，street structure)。在某些实施方式中，在覆盖钠钙玻璃基板整个表面区域的电极层中形成平均间隔约6mm的多个街道(street)，在每相邻的街道之间限定条形单元 (stripe-shaped cell)。
由于激光束的空间分布和脉冲/扫描变化，在图案250中形成一个或多个凸台结构(突起结构，berm structures) 255。在具体实施方式
中，该一个或多个凸台结构255通常位于图案250的边缘附近，而也有一些被留在图案250的中间区域附近。如图所示，一个或多个凸台结构255具有不规则形状。取决于应用，一个或多个凸台结构255可包括电极层250的残余材料或是来源于容纳(housing)钠钙玻璃基板的系统的污染物。由于凸台结构255是导电的，如果不通过合适的步骤基本上清洁或去除，其可能造成薄膜装置电短路。图4A是示出在玻璃基板上的薄膜上形成的激光烧蚀图案的显微图像。如图所示， 通过在薄膜上辐射(照射)圆激光点来至少部分地去除该点下的薄膜材料从而产生激光烧蚀图案。此外，可以使激光点从一个点扫描到下一个，从而沿着该路径去除薄膜材料。激光束提供有特定扫描速度，形成街道或沟道状(channeled)图案。如图4A的顶视图，街道(结构)255对应于图4的侧视图中所见的下电极层200中的激光烧蚀图案250。但是，激光烧蚀工艺过程中的瑕疵可能会留下一定量的残余物/再沉积物(red印osit)或薄膜材料的未去除部分，形成激光烧蚀图案250内部或周围的一个或多个凸台结构255。这些凸台结构 255可能造成薄膜装置劣化、短路或其它问题。本发明的实施方式提供了将这些凸台结构从激光烧蚀图案基本上清除的方法。在整个本说明书并且更具体地在以下内容中，可找到本方法的更多细节。在接下来的步骤1040中，方法1000包括处理具有一个或多个图案的下电极层以去除其中的一个或多个凸台结构。该步骤可通过图5可视化示出。图5是示出用于制作根据本发明一种实施方式的薄膜光伏电池的步骤的示意图。该图仅仅是实施例，不应以其过度限制本发明权利要求的范围。本领域中的普通技术人员会认识到多种变型、替换和修改。如图5所示，方法1000的具体实施方式
提供了布置在下电极层200上的机械刷装置 (mechanical brush device) 300o机械刷装置300包括转子301，其携带有包括多个刷毛 (bristles) 305的外缘。在一个实施方式中，为转子301供能使其沿顺时针方向310旋转， 同时将其设置为沿基本上平行于钠钙玻璃基板表面的方向320侧向(横向，laterally)移动。在具体实施方式
中，出于有效去除图案内碎片或颗粒的目的，刷移动方向320可以平行于或垂直于激光烧蚀图案250。还示出了，在刷扫(brushing)步骤期间，喷雾器350与机械刷装置300的运行联合起来，提供液体，在一个优选的实施方式中，提供去离子水。在步骤1040的某些实施方式中，机械刷装置300可布置在下电极层200上方的合适高度，并以预定转速旋转多个刷毛305(沿方向310)，同时以预定侧向速度侧向移动(沿方向320)。随后，将机械刷装置300设置为调整其高度和侧向移动方向，使得一个或多个图案250内部或周围的各个方向和密度的一个或多个凸台结构255可被恰当且尽可能彻底地去除。当然，在旋转/侧向方向/速度的控制，和机械刷装置的设置(包括转子的相对位置、每一刷毛的长度)、喷雾器350的液体供给等方面，可以存在其它变型、替换和修改。例如，刷子刷毛的长度可选择为足以达到激光划刻沟槽(laser scribed trench)的深度，以便除了去除表面区域上的凸台结构之外，还能够基本上清除划刻区域(scribed region)内的(由激光烧蚀造成的)碎片。在具体实施方式
中，多个刷毛305由尼龙材料制成。尼龙基刷毛(nylon-based bristles)的机械强度提供了去除散布于基板周围并以相对较小的力结合于基板的一个或多个凸台结构所必需的力。由于尼龙基刷毛因其特性也具有相对的挠性(flexibility)，且取决于如何将一定数量的刷毛簇和(group)在一起以及如何将它们分布于机械刷装置300 的外缘，使得这些刷毛产生的力不会对下电极层的剩余部分(例如，200A和200B)造成损害，所述剩余部分以强得多的力附接于基板上。根据本发明一种实施方式的包括尼龙基刷毛305的机械刷装置300能够持续地从钼材料制成的下电极层的一个或多个图案250中去除一个或多个凸台结构255。在可替换的实施方式中，可从透明基板的两侧(两面)应用机械刷装置。如图5A 示意性示出的，其是示出沿着成批系统(batch system)中的多个滚轴传送的基板的侧视图。在该图中，从上表面区域应用包括水喷雾器(water sprayer) 350A的机械刷装置300A， 从基板的下表面区域应用另一个机械刷装置300B，机械刷装置300A和300B均可基本上与机械刷装置300相同。在一个实施例中，上表面区域201是覆盖基板100的下电极层200 的表面。在另一个实施例中，上表面区域201包括一个或多个部分(portions)，其作为形成在下电极层200内的一个或多个图案250的一部分。参照图1，该方法1000还包括处理具有去除掉一个或多个凸台结构的一个或多个图案的下电极层的步骤1050。该步骤可通过图6可视化示出，该图是示出用于制作根据本发明一种实施方式的薄膜光伏电池的步骤的示意图。该图仅仅是实施例，不应以其过度限制本发明权利要求的范围。本领域中的普通技术人员会认识到多种变型、替换和修改。如具体实施方式
所示，处理步骤1050的一部分涉及清洁步骤，在该步骤中覆盖(涂覆，coated) 有电极层200的钠钙玻璃基板100暴露于清洁液400中。在一个实施方式中，清洁液400至少包括去离子(DI)水，其物理地洗掉以及反应性释出(脱附，desorb)表面残余物。随后， 处理步骤1050的另一部分涉及使用气刀送风器(air knife blower)去除电极层200表面区域留下的水分(湿气，moisture)和任何灰尘的步骤。在一种实施方式中，如图6示意性示出的，在使用清洁溶液400的清洁步骤之后， 在包括一个或多个图案250的电极层200的表面区域附近布置气刀送风器360。在一个实施例中，气刀360是具有能够提供有小平面外形(faceted profile)的高速空气流365的加长喷嘴的气刀(空气刀，airknife)。具有有小平面外形的冲击气流(空气流，air flow) 365 对于干燥和清洁包括一个或多个(条形)图案的表面区域是非常有效的。在另一个实施例中，干燥的氮气可以是气刀中的气体。在一个实施方式中，气刀送风器360能够调整相对于表面区域201的角度，用于实现所需的干燥/清洁效果。例如，有小平面外形的空气相对于表面的角度可以在90度至差不多(约，somewhat)45度或30度以及更小度数之间调整从而提高干燥效果。在另一个实施例中，气流方向和激光划刻图案之间的角度也可在0至90 度之间调整以提高碎片清洁效果。在一种可替换的实施方式中，在碎片去除步骤期间，尤其在用于去除激光划刻的图案区域内的碎片期间，可利用气刀送风器360的气压控制。在具体实施方式
中，使用气刀送风器360来干燥表面区域，可基本上去除包括清洁液400的残余物、水滴或其它液体形式化学物的任何液体。在另一具体实施方式
中，可通过直接物理地吹走和通过造成任何蒸发而基本上清除，从而实现使用气刀送风器360来去除处理步骤中引入的液体。因此，根据本发明的实施方式的以上实施的干燥效果致使包括一个或多个图案的下电极层上基本上没有任何潮湿残余物。在另一种实施方式中，如图6A示意性示出的，在以上干燥/清洁步骤中可在基板的两侧都应用气刀送风器。如图所示，沿着成批系统中多个滚轴传送基板。该基板具有上表面区域201，其基本上是图5中的覆盖钠钙玻璃基板100的下电极层200的表面。从上表面区域201应用一个气刀送风器360A，从基板底部应用另一个气刀送风器360B。基本上，处理步骤1050是一个组合步骤，包括使基板暴露于清洁液400和使用气刀送风器360来干燥包括具有一个或多个图案250的下电极层200的基板。处理步骤产生了具有基本上去除掉一个或多个凸台结构255及任何潮湿残余物(moisture residues)的一个或多个图案250 的下电极层200。再参照图1，方法1000包括形成覆盖电极层的光伏材料层的步骤(1060)。该步骤可通过图7可视化示出，该图是示出用于制造根据本发明一种实施方式的薄膜光伏电池的步骤的示意图。该图仅仅是实施例，不应以其过度限制本发明权利要求的范围。本领域中的普通技术人员会认识到多种变型、替换和修改。如图所示，覆盖下电极层200形成光伏材料层500。具体地，在形成光伏材料层500的步骤1060之前或期间，通过激光烧蚀(步骤 1030)在下电极层200中形成的图案250可填充有导电材料以形成互连结构(interconnect structure) 2700互联结构可用作电导线，用于从将形成有光伏材料层的薄膜太阳能电池收集电流。在具体实施方式
中，使用溅射和基于加温熟炼(加温退火，thermal annealing)的硒化工艺以铜铟二硒(CIQ材料制成光伏材料层500。在另一种具体实施方式
中，光伏材料层500包括使用一种或多种合适的薄膜沉积方法的铜铟镓二硒(铜铟镓硒，CIGS)材料或铜铟二硫材料。在一种典型的实施方式中，光伏材料层500是用作薄膜光伏装置的光吸收剂(光吸收体，light absorber)的ρ型半导体材料。在一个实施方式中，以一定量的钠含量掺杂其中，在钠钙玻璃基板上(下电极层上方)形成的CIGS材料层可具有大于1微米的大晶粒尺寸。因此，可预期高的电池电流，从而实现所得薄膜太阳能电池的17%或更高的效率。尽管上文对CIS和/或CIGS薄膜电池的具体结构进行了一般性描述，但还可使用其它具体的CIS和/或CIGS构造，如美国专利第4，612，411号和美国专利第4，611，091号中指出的那些，其通过引用结合到本文中作为参考，而不会偏离本发明权利要求描述的本发明。此外，方法1000包括在光伏材料层上方形成上电极层的步骤(1070)。这里，上电极层或第二电极层是第一氧化锌层，其是一种透明的导电氧化物或TC0。如图8所示，在步骤1060之后，步骤1070导致形成覆盖光伏材料层500的第二电极层600。图8仅仅是实施例，不应以其过度限制本发明权利要求的范围。本领域中的普通技术人员会认识到多种变型、替换和修改。在具体实施方式
中，第二电极层600是第一氧化锌层。在一个实施例中， 使用成批系统中的金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术形成第一氧化锌层。通过MOCVD形成的第一氧化锌层是粗糙层，其可通过散射分散入射光，提高太阳能电池的效率。此外，第一氧化锌层600可机械地图案化以形成一个或多个图案，其还被用于形成至少另一个用于薄膜光伏电池的互连结构670，如图8中的实施例所示。接下来，方法1000可包括步骤1070，用于制作薄膜光伏装置的任何附加步骤。例如，步骤1070可以是另一种机械图案化，用于构造第二电极层或上电极层，可以是机械等切割(mechanical isocut)步骤，用于制备一个或多个单元电池(unit cells)，可以是机械 bus垫(bus pad)清洁步骤，用于组装一个或多个单元电池。当然，可以有多种变型、替换和修改。该图仅仅是实施例，不应以其过度限制本发明权利要求的范围。本领域中的普通技术人员会认识到多种变型、替换和修改。如图所示，在下电极层200和钠钙玻璃基板100的表面区域101之间插入阻挡层150。由于过量的、不受控的量的钠可减小钠钙玻璃基板上生长的光伏薄膜的晶粒尺寸，因而应用阻挡层150来防止钠元素扩散至上层中，尤其是光伏材料层中。在一个实施方式中，阻挡层150是通过溅射方法形成的二氧化硅层，其用作厚度仅为约200埃或更大的有效的钠扩散阻挡层。取决于应用，也可使用包括氧化铝、氮化硅、 氮化钛、氧化钛或氧化锆的其它材料。在可替换的实施方式，可设计或调整阻挡层特性以提高阻断钠离子从玻璃扩散到光伏活性层中的效率。例如，阻挡层密度可以是可利用的因素。 可采用更高的阻挡层密度来提高扩散阻挡和限制钠扩散的量。在另一个可替换的实施方式中，方法1000可包括在形成第一氧化锌层之前形成覆盖光伏材料层的硫化镉层的步骤。具体地，如图10所示，光伏材料层500是覆盖下电极钼层200的铜铟二硒材料层。在铜铟二硒材料层500上方形成表征为宽带隙半导体的硫化镉层505，用作薄膜光伏电池的窗口层，而铜铟二硒材料层500用作吸收剂层。在某些实施方式中，硫化镉层505被认为是光伏材料层的一部分，其使用多层沉积和处理工艺形成。在一个实施例中，可使用溅射、真空蒸发或化学浴沉积(CBD)技术形成硫化镉层505，并且可掺杂η+型杂质用于导电性。取决于实施方式，窗口层可选自组中。在某些实施方式中，硫化镉层505被认为是光伏材料层的一部分，其使用多层沉积和处理工艺形成。在一个实施例中，可使用溅射、真空蒸发或化学浴沉积(CBD)技术形成硫化镉层505，并且可掺杂η+型杂质用于导电性。取决于实施方式，窗口层可选自由硫化镉 (CdS)、硫化锌(ZnS)、硒化锌(a^e)、氧化锌(ZnO)、氧化锌镁(ZnMgO)等构成的材料组中。在还有的另一个可替换的实施方式中，方法1000可包括在形成第一氧化锌层之前形成第二氧化锌层的步骤。如图11所示，首先在光伏材料层上方，或尤其是在硫化镉层 505上方形成第二氧化锌层605，在第二氧化锌层605上方形成第一氧化锌层600。光伏材料层500是覆盖下电极钼层200的铜铟二硒材料层。在具体实施方式
中，第二氧化锌层605 具有比第一氧化锌层600更高的电阻率。功能上，第二氧化锌层605更多地充当阻挡/保护层的角色，而电阻率较低的第一氧化锌层600则更多地充当导电性电极层的角色。在特定实施方式中，也使用成批系统中的金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术来形成第二氧化锌层605。尽管以上已经根据具体实施方式
进行说明，但是可以存在其它修改、替换和变型。 应该理解到，本文所描述的实施例和实施方式仅仅用于示例性目的，而根据其的各种修改或变化对于本领域技术人员将是显而易见的，其应包含于本申请的精神和范围内以及所附权利要求的范围内。
权利要求
1.一种用于形成具有图案化电极膜的薄膜光伏装置的方法，所述方法包括提供包括表面区域的钠钙玻璃基板；形成覆盖所述表面区域的包括钼材料的下电极层；对所述下电极层施加来自激光源的一个或多个电磁辐射脉冲，所述一个或多个电磁辐射脉冲能够从所述下电极层烧蚀一个或多个图案，所述一个或多个图案包括一个或多个凸台结构；使用机械刷装置处理包括所述一个或多个图案的所述下电极层以去除所述一个或多个凸台结构；处理包括去除掉所述一个或多个凸台结构的所述一个或多个图案的所述下电极层；形成覆盖所述下电极层的光伏材料层，所述光伏材料层包括基于所述下电极层内的所述一个或多个图案的互连结构；以及形成覆盖所述光伏材料层的第一氧化锌层。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括以一个或多个清洁步骤处理所述表面区域从而去除一个或多个颗粒和/或污染物。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括形成覆盖所述表面区域的阻挡层，所述阻挡层的特征在于，将一个或多个钠物种保持在所述钠钙玻璃基板中。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述阻挡层包括厚度约200埃以上的二氧化硅材料。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述阻挡层包括选自氧化铝、氮化硅、氮化钛、氧化钛和氧化锆的材料。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括在形成所述第一氧化锌层之前形成覆盖所述光伏材料层的第二氧化锌层，所述第一氧化锌层具有比所述第二氧化锌层更低的电阻率。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述光伏材料层包括铜铟二硒材料。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括在形成所述第一氧化锌层之前形成覆盖铜铟二硒层的硫化镉层。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述激光源是Q-开关红外脉冲YAG激光。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述机械刷装置包括多个含尼龙材料的刷毛。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，处理包括所述一个或多个图案的所述下电极层包括对包括所述一个或多个图案的所述下电极层施加清洁液。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述清洁液包括水。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述水是通过一个或多个喷雾器提供的去离子水。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括在处理包括所述一个或多个图案的所述下电极层之后，使用一个或多个气刀从所述下电极层去除所述清洁液，使得所述清洁液通过任何蒸发而基本上去除。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述一个或多个气刀包括具有用于产生有小平面外形的空气流的加长喷嘴的气刀。
16.一种用于形成具有图案化电极膜的薄膜光伏装置的方法，所述方法包括提供包括表面区域的钠钙玻璃基板；形成覆盖所述表面区域的包括钼材料的下电极层；对所述下电极层施加来自激光源的一个或多个电磁辐射脉冲，所述一个或多个电磁辐射脉冲能够从所述下电极层烧蚀一个或多个图案，所述一个或多个图案包括一个或多个凸台结构；使用机械刷装置和清洁液处理包括所述一个或多个图案的所述下电极层以去除所述一个或多个凸台结构；以及使用气刀处理包括去除掉所述一个或多个凸台结构的所述一个或多个图案的所述下电极层，所述气刀设置为从所述下电极层的表面基本上去除包括液滴的任何液体，以干燥包括去除掉所述一个或多个凸台结构的所述一个或多个图案的所述下电极层。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括以一种或多种清洁步骤处理所述表面区域从而去除一个或多个颗粒和/或污染物。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括形成覆盖所述表面区域的阻挡层，所述阻挡层的特征在于，将一个或多个钠物种保持在所述钠钙玻璃基板中。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述阻挡层包括厚度约200埃以上的二氧化硅材料。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述机械刷装置包括多个含尼龙材料的刷毛。
21.根据权利要求16所述的方法，其中，使用所述气刀包括将气刀设置有加长喷嘴从而相对于所述表面区域以可调整角度提供有小平面外形的干燥空气。
22.根据权利要求16所述的方法，其中，所述包括液滴的任何液体包括包含来自所述清洁液的残余物、冷凝水或湿气的所有液体。
全文摘要
一种用于形成具有图案化电极膜的薄膜光伏装置的方法，包括提供具有包括钼材料的覆盖下电极层的钠钙玻璃基板。该方法还包括对下电极层施加来自激光源的一个或多个电磁辐射脉冲以从下电极层烧蚀一个或多个伴随有一个或多个凸台结构的图案。此外，该方法包括使用机械刷装置处理包括一个或多个图案的下电极层以去除一个或多个凸台结构，随后，处理包括去除掉一个或多个凸台结构的一个或多个图案的下电极层。该方法还包括形成覆盖下电极层的光伏材料层和形成覆盖光伏材料层的第一氧化锌层。
文档编号H01L31/00GK102160186SQ200980136265
公开日2011年8月17日 申请日期2009年9月30日 优先权日2008年9月30日
发明者罗伯特·D·维廷 申请人:思阳公司