专利名称：薄膜光伏器件中作为背接触的各向异性传导层的制作方法
技术领域：
本文中公开的主题一般涉及包括各向异性传导层作为背接触或背接触的一部分的光伏器件。
背景技术：
基于与硫化镉(CdS)配对作为光反应组件的碲化镉(CdTe)的、薄膜光伏(PV)模块(也称之为“太阳电池板(solar panel)”)在工业中正获得广泛接受和关注。CdTe是具有特别适于将太阳能转换为电的特性的半导体材料。例如，CdTe具有约1. 45eV的能量带隙，其使得它与太阳能电池应用中历史上使用的、较低带隙(例如，对于硅约1. IeV)半导体材料相比，能够从太阳谱转换更多的能量。而且，与较低带隙材料相比，CdTe在较低或漫射 (diffuse)光条件下转换辐射能量，并且因此与其它传统材料相比，具有一天期间或阴天条件下更长的有效转换时间。当CdTe PV模块暴露于诸如日光的光能时，η型层和ρ型层的结一般负责电位和电流的生成。特别是，碲化镉(CdTe)层和硫化镉(CcK)形成了 ρ-η异质结，其中CdTe层充当ρ型层(即，正的、电子接受层(electron accepting layer))，而CdS 层充当η型层(即，负的、电子施予层(electron donating layer))。通常，透明传导氧化(“TC0”)层用在窗口玻璃和结形成层之间。这个TCO层提供器件一侧的前电接触，并用来收集和运载电池产生的电荷。相反地，结形成层的相对侧上提供了背接触层并用作电池的相对接触。这个背接触层邻近P型层(例如，在CdTe PV器件中的碲化镉层)。然而，金属电极可能会跟ρ型层接触不良，特别是当ρ型层包括碲化镉时。这个接触问题可导致器件中能量转换效率明显降低并可导致器件损坏率提高。因此，存在了对(特别是当P型层含有碲化镉时)通过背接触层和P型层之间的改善接触而具有提高的能量转换效率和/或器件寿命的光伏器件的需求。
发明内容
本发明的方面和优点将部分在下面的描述中陈述，或者可从描述中明白，或者可通过本发明的实践而认识到。—般地提供了薄膜光伏器件。器件可包括在玻璃衬底上的透明传导氧化层、在透明传导层上的η型薄膜层、及在η型层上的P型薄膜层。η型薄膜层和P型薄膜层形成ρ_η 结。各向异性传导层施加在P型薄膜层上，并且包括聚合粘合剂和多个传导颗粒。金属接触层随后能够放置在各向异性传导层上。参照下面的描述和随附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其它特性、方面和优点。并入并构成此说明书一部分的附图示出本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。
针对本领域普通技术人员的、本发明的完整和使能性的公开(包括其最佳模式)， 在参考附图的说明书中陈述，在附图中图1示出了根据本发明一个实施例的、示例性碲化镉薄膜光伏器件的截面图的一般性示意图；图2示出了图1所示的示例性碲化镉薄膜光伏器件的截面图的划线部分特写视图；图3示出了图1所示的示例性碲化镉薄膜光伏器件垂直于图1所示截面图的一截面图的一般性示意图；图4示出了图1的示例性碲化镉薄膜光伏器件的顶视图的一般性示意图；图5示出了根据本发明另一实施例的、另一示例性碲化镉薄膜光伏器件的截面图的一般性示意图；图6示出了图4所示的示例性碲化镉薄膜光伏器件的截面图的划线部分特写视图；以及图7示出了将各向异性传导层施加到光伏器件的示例性方法的流程图。在本说明书和附图中重复使用附图标记旨在表示相同或相似的特征或要素。光伏器件10玻璃衬底12透明传导氧化层14电阻透明缓冲层16硫化镉层18碲化镉层20第一绝缘划线21各向异性传导层22传导颗粒23金属接触层M串联连接划线25第二绝缘划线沈方法100步骤101、102、104、106、108、110
具体实施例方式现在，将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例示于附图中。每个示例通过解释本发明而不是限制本发明的方式来提供。实际上，对于本领域技术人员显然的是在不脱离本发明的范围或精神的情况下，能在本发明中进行多种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征能与另一个实施例一起使用，以产生又一个实施例。因而， 本发明意在覆盖如所附权利要求范围及它们等同范围之内的此类修改和变化。在本公开中，当某层被描述为在另一层或衬底“上”或“上方”时，理解的是所述层或者能彼此直接接触，或者具有层之间的另一层或特征。因而，这些术语简单描述层彼此之间的相对位置，而不一定意味着“在......之上”，因为上面或下面的相对位置依赖于器件对观察者的朝向。另外，尽管发明不限于任何具体的膜厚度，但是描述光伏器件任何膜层的术语“薄”一般是指具有小于大约10微米(“百万分之一米”或“P m”)的厚度的膜层。要理解，本文提到的范围和限制包括位于规定限制之内的所有范围(即，子范围)。例如，从大约100到大约200的范围也包括了从110到150、170到190、153到162、 以及145. 3到149. 6的范围。此外，直到大约7的限制也包括了直到大约5、直到3、以及直到大约4. 5的限制，以及包括了在该限制之内的范围(例如从大约1到大约5，和从大约3. 2 到大约6. 5)。一般地提供了具有各向异性传导层作为背接触或背接触的一部分的薄膜光伏器件。例如，各向异性传导层能够在薄膜PV器件的p-n结与金属接触层之间利用。具体而言， 各向异性传导层能够在薄膜PV器件的ρ型层(例如，碲化镉层)与金属接触层之间利用。 例如，薄膜光伏器件能够包括作为P型层的碲化镉层，并直接接触各向异性传导层。在一个实施例中，各向异性传导层一般能够提供在基于碲化镉的薄膜PV器件的碲化镉薄膜层与背电接触之间改进的粘合和/或接触。虽然本公开一般涉及基于碲化镉的薄膜光伏器件， 但要理解的是，各向异性传导层能够在任何PV器件中用做背接触或背接触的一部分。图1示出示范基于碲化镉的薄膜光伏器件10的截面。器件10示为包括玻璃衬底 12、透明传导氧化(TCO)层14、电阻透明缓冲层16、硫化镉层18、碲化镉层20、包括多个传导颗粒23的各向异性传导层22及金属接触层M。各向异性传导层22能够通过器件10的厚度有传导性(即，在碲化镉层20与金属接触层M之间的ζ方向中有传导性)，但在器件10的平面中(即，在各向异性传导层22的 χ-y平面中)有电阻。因此，电子能够在碲化镉层20与金属接触层M之间流动。然而，各向异性传导层22能够在x-y平面中有电阻，并且能够用于将器件10分隔成单独的电池。在一个实施例中，各向异性传导层能够在ζ方向中具有大约0. 1欧姆到大约100欧姆的电阻， 而在χ方向和y方向中均具有大于大约100千欧的电阻。各向异性传导层22能够包括聚合粘合剂和多个传导颗粒23。虽然在图1中示为在形状上大致是球形，但传导颗粒23能够是任何适合的形状。例如，传导颗粒23能够是金属珠(即，大致固体金属珠)、金属电镀玻璃珠、金属电镀聚合珠等。在这些传导颗粒23中包括的金属能够向各向异性传导层22提供传导材料。例如，金属能够包括镍、钼、钛、金、 银、钼、铜、锡、锌、钨或其组合或合金。聚合粘合剂一般提供基底材料以在各向异性传导层22中保持多个传导颗粒23。 此外，聚合粘合剂能够将金属接触层M粘合到碲化镉层20。在一个具体实施例中，聚合粘合剂是氯化聚合粘合剂。各向异性传导层22还能够包括其它材料，如惰性填充材料(例如， 硅酮、粘土等)及溶剂(例如，丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯或其混合物)和/或其它加工助剂。聚合粘合剂一般能够是有机聚合物(即，包含碳骨架(carbon bacWxme))，并且充当各向异性传导层22中的绝缘材料。在一个实施例中，传导颗粒23能够具有足以横贯各向异性传导层22的厚度(即， 在ζ方向跨该层的厚度)的大小。因此，通过在碲化镉层20与金属接触层M之间提供直接传导连接，传导颗粒23能够促进电子在碲化镉层20与金属接触层M之间的移动。此直接传导连接能够降低在碲化镉层20与金属接触层M之间的电阻，以帮助提高器件10的效率。
例如，传导颗粒23可具有的平均直径是大约等于各向异性传导层22的厚度 (即，传导颗粒23的平均直径是各向异性传导层22厚度的大约100% )到比各向异性传导层22的厚度大约大50% (即，传导颗粒23的平均直径是各向异性传导层22厚度的大约 150% )0例如，传导颗粒23可具有的平均直径是比各向异性传导层22的厚度大约大5% (即，传导颗粒23的平均直径是各向异性传导层22厚度的大约105% )到比各向异性传导层22的厚度大约大33% (即，传导颗粒23的平均直径是各向异性传导层22厚度的大约 133%),比如比各向异性传导层22的厚度大约大10% (即，传导颗粒23的平均直径是各向异性传导层22厚度的大约110%)到比各向异性传导层22的厚度大约大25% (S卩，传导颗粒23的平均直径是各向异性传导层22厚度的大约125% )。例如，各向异性传导层22可具有的厚度为大约2微米(μπι)到大约ΙΟμπι，例如大约4 μ m到大约8 μ m。传导颗粒23可具有的平均直径为大约2 μ m到大约20 μ m,例如大约 4ym到大约12ym。在一个具体实施例中，传导颗粒23具有的平均直径为大约4μ m到大约8 μ m，同时各向异性传导层22可具有的厚度为大约4 μ m到大约6 μ m。光伏器件10—般包括由划线线条(scribe line) 21、25J6分隔的多个电池，划线线条一般能够经激光划线工艺形成。例如，激光划线工艺能够要求在施加各向异性传导层 22前定义通过光反应层(即，硫化镉层18和碲化镉层20)和在下面的层(即，通过TCO层 14)下至玻璃衬底12的第一绝缘划线21。通过施加各向异性传导膏，各向异性传导层22 随后能够在碲化镉层20上和在第一绝缘划线21中形成。因此，第一绝缘划线21能够形成各向异性传导层22的一部分并填充有聚合粘合剂和传导颗粒23。由于各向异性传导层22通过器件10的厚度有传导性(即，在碲化镉层20与金属接触层M之间的ζ方向上有传导性)但在器件的平面中(即，在各向异性传导层22的x-y 平面中)有电阻，因此，各向异性传导层22能够在经第一绝缘划线21使单独的电池绝缘的同时提供到碲化镉层20的传导背接触。在器件10的平面中各向异性传导层22的电阻源于传导颗粒23在各向异性传导层22上相对于彼此放置的方式。由于各向异性传导层22的传导性源于传导颗粒23，因此器件10的平面中相邻传导颗粒23之间的任何缝隙会中断各向异性传导层22在平面上的传导性。相邻传导颗粒23之间的缝隙将毫无疑问在各向异性传导层22的形成期间、由于传导颗粒23和第一绝缘划线的相对尺寸而产生。例如，第一绝缘划线21可具有的宽度为大约50 μ m到大约150 μ m(例如，大约75 μ m到大约125 μ m)，而传导颗粒可具有的直径为大约4 μ m到大约8 μ m。因此，多个传导颗粒23能够放置在第一绝缘划线21中，同时由于放置在第一绝缘划线21内的传导颗粒23之间的缝隙原因而不在相邻电池之间提供任何电连接。注意到，尽管图1、图2的特写视图、和图4的顶视图示出仅有两个传导颗粒23在第一绝缘划线21之内，但要理解，图1的层和划线并非按比例示出，并且更多的传导颗粒23 可在第一绝缘划线21中存在。因此，各向异性传导层22在第一绝缘划线21中的包括能够在器件10中单独形成的电池之间提供电阻屏障。图4例如示出在施加金属接触层M之前图1的器件10的顶视图。如图所示，在相邻传导颗粒23之间的缝隙在层的χ方向和y方向中均发生。因此，各向异性传导层22 的传导性一般在器件10的平面中(即在各向异性传导层22的x-y平面中)是不存在的并且是有电阻的。
各向异性传导层22的包括能够省略在典型的制造工艺中器件10的生产期间为第一绝缘划线21填充电阻材料的步骤。因此，器件10能够如图2所示在第一绝缘划线21和串联连接划线25中都包括各向异性传导层22。此加工步骤的这种省略能够明显降低加工难度、使用的材料等，这可导致降低制造成本。然而如果需要，为了保证TCO层14在电池之间电绝缘，可在施加各向异性传导层 22前对第一绝缘划线21填充电介质材料。例如，第一绝缘划线21通过使用光刻胶显影 (photoresist development)工艺来填充，其中液体负性光刻胶(NPR)材料通过喷射、滚涂、丝网印刷或者任何其他适用的应用工艺涂敷到碲化镉层20上。衬底12接下来从下面暴露于光下，以使得在第一绝缘划线21中的WR材料(和在碲化镉材料20上的任何小孔) 暴露在光下，导致暴露的WR聚合物交联(crosslink)并“硬化”。衬底12接下来在一处理中“显影”，其中化学显影剂施加到碲化镉层20，以溶解任何未硬化的WR材料。换句话说， 未暴露在光下的NPR材料通过显影剂从碲化镉层20上洗去，留下填充有NPR材料的第一绝缘划线21。接下来，各向异性传导层22可然后施加在碲化镉层20和填充有WR材料的第一绝缘划线21上方。如图2的特写视图中所示，各向异性传导层22也能够填充在类似于第一绝缘划线 21的串联连接划线25中，以将相邻电池相互串联电连接。具体而言，串联连接划线25能够形成部分各向异性传导层22以接触TCO层14，通过传导颗粒23在背接触(即，金属接触层 24)与前接触材料(S卩，TCO层14)之间提供直接电连接。由于各向异性传导层22在通过层的厚度有传导性的同时在器件的平面中有电阻，因此，此配置是允许的。最后，能够通过背接触(即，各向异性传导层22和金属接触层24)和光反应层 (即，硫化镉层18和碲化镉层20)激光切割第二绝缘划线26，以将背接触隔离到单独的电池中。在图4所示的备选实施例和图5的特写视图中，在形成各向异性传导层22后，能够通过各向异性传导层22到TCO层14激光切割串联连接划线25，并为其填充金属接触层 24的传导金属材料，从而使相邻电池相互串联电连接。当然，任何传导材料能够包括在串联连接划线25中。具体而言，串联连接划线25能够形成部分金属接触层M以接触TCO层 14，在背接触(即，各向异性传导层22和金属接触层24)与前接触材料(即，TCO层14)之间提供直接电连接。各向异性传导膏可通过用于扩散混合物或者膏的任何适用方法(例如，丝网印刷、喷涂)或者通过刮刀而施加到器件10。在把各向异性传导膏施加到定义第一绝缘划线 21的碲化镉层20之后，可加热器件10以将各向异性传导膏转换成各向异性传导层22。例如，各向异性传导膏可加热到大约100°C到大约300°C的固化温度来固化聚合粘合剂。固化各向异性传导膏可以蒸发掉沉积的各向异性传导膏上存在的任何溶剂和/或交联聚合粘合剂以将各向异性传导层22固定和/或粘合在碲化镉层20上。各向异性传导层22可以用在任何碲化镉薄膜光伏器件10上。图3示出了器件10 的另一截面，其垂直于图1或者图2中示出的截面图，而且描绘了在器件10中的数个光伏层的特写视图。图1-5的示范器件10包括用作衬底的顶部玻璃板12。在该实施例中，玻璃 12可称之为“超底(superstrate)”，这是因为它是在其上形成随后的层的衬底，但在碲化镉薄膜光伏器件10使用时，它向上面对辐射源(例如，阳光)。顶部玻璃板12能够是高透射玻璃(例如，高透射硼硅酸盐玻璃)、低铁浮法玻璃、或其它高透明玻璃材料。玻璃一般足够厚，以为随后的膜层提供支持(例如，从大约0. 5mm到大约IOmm厚)，并且基本是平的以提供用于形成随后膜层的良好表面。在一个实施例中，玻璃12可以是低铁浮法玻璃，其包含小于大约0.15% (重量)的铁0^)，并且可具有关注的谱(例如，波长从大约300nm到大约900nm)中大约0. 9或更大的透射性(transmissiveness)。示例性器件10的玻璃12上示出了透明传导氧化(TCO)层14。TCO层14允许光以最少吸收通过，同时还允许由器件10产生的电流旁路行进到不透明金属导体(未示出)。 例如，TCO层14能具有少于大约30欧姆每平方的片电阻，例如从大约4欧姆每平方到大约 20欧姆每平方(例如，从大约8欧姆每平方到大约15欧姆每平方)。TCO层14 一般包括至少一种传导氧化物，例如二氧化锡、氧化锌、氧化铟锡或者其混合物。另外，TCO层14可以包括其他传导的透明的材料。TCO层14也可以包括锡酸锌和/或锡酸镉。TCO层14可以通过溅射、化学气相沉积、喷雾热解(spray pyrolysis)或者任何其他合适的沉积方法形成。在一个具体实施例中，TCO层14可通过在玻璃12上溅射(DC溅射或者RF溅射的任一个)来形成。例如，锡酸镉层可通过将包含按比例大约1到大约2的 Sn02和CdO的化学计量的热压靶溅射到玻璃12上而形成。备选地，通过喷雾热解，使用醋酸镉和氯化锡(II)前驱体能够制备锡酸镉。在某些实施例中，TCO层14的厚度可以在大约0. 1 μ m到大约1 μ m之间，例如从大约0. 1 μ m到大约0. 5 μ m，如从大约0. 25 μ m到大约0. 35 μ m。具有在超底表面上形成的TCO层14的合适平板玻璃衬底可以在市场上从不同的玻璃制造商和供应商那里采购到。 例如，包括TCO层14的特别合适的玻璃12包括从市场上买得到的来自Pilkington North America公司(托莱多，俄亥俄州)名为TEC 15TC0的玻璃，玻璃包含具有15欧姆每平方的片电阻TCO层。示例性碲化镉薄膜光伏器件10上的TCO层14上示出了电阻透明缓冲层16 (RTB 层)。RTB层16 —般比TCO层14具有更高的电阻，且能帮助保护器件10，使之免于当器件 10加工期间在TCO层14和随后的层之间的化学交互。例如，在某些实施例中，RTB层16能具有大于约1000欧姆每平方(例如，从大约10千欧姆每平方到大约1000兆欧姆每平方) 的片电阻。RTB层16还能具有宽光学带隙(例如，大于大约2. kV，例如从大约2. 7eV到大约 3. OeV)。在不希望由具体理论束缚的情况下，认为TCO层14和硫化镉层18之间的RTB层16 的出现能通过减少界面缺陷(即，硫化镉层18中的“小孔”)的可能性，允许相对薄的硫化镉层18被包括在器件10中，界面缺陷在TCO层14和碲化镉层22之间产生分路(shunt)。 因而，认为RTB层16允许TCO层14和碲化镉层22之间的、改善的粘合和/或交互，从而允许相对薄的硫化镉层18形成在其上，而没有此类相对薄的硫化镉层18直接形成在TCO层 14上时将否则导致的显著不利影响。例如，RTB层16能包括氧化锌(SiO)和氧化锡(SnO2)的组合物，其能称为氧化锌锡层(“ΖΤ0”)。在一个具体实施例中，RTB层16能包括比氧化锌多的氧化锡。例如，RTB层 16能具有ai0/Sn02的化学计量比在大约0.25和大约3之间(例如，以大约一比二(1 2) 的、氧化锡对氧化锌的化学计量比)的合成物。RTB层16能通过溅射、化学汽相沉积、喷雾热解或任何其它适合的沉积方法形成。在一个具体实施例中，RTB层16能通过溅射(例如，DC溅射或RF溅射的任一个)在TCO层14上形成。例如，能通过向金属源材料(例如，元素的锌、元素的锡、或其混合物)施加DC电流并在存在氧化气氛(例如，O2气体)时将该金属源材料溅射到TCO层14上、使用DC溅射方法来沉积RTB层16。当氧化气氛包括氧气(即， O2)时，该气氛能够是大于大约95% (例如，大于大约99% )的纯氧。在某些实施例中，RTB层16能具有大约0. 075 μ m和大约1 μ m之间(例如，从大约0. 1 μ m到大约0. 5 μ m)的厚度。在具体实施例中，RTB层16能具有大约0. 08 μ m和大约0. 2 μ m之间(例如，从大约0. 1 μ m到大约0. 15 μ m)的厚度。示例性器件10的电阻透明缓冲层16上示出了硫化镉层18。硫化镉层18是η型层，其一般包括硫化镉(CcK)和氧，但还可包括其它材料，例如硫化锌、硫化锌镉等、及其混合物以及掺杂剂和其它杂质。在一个具体实施例中，硫化镉层的含氧量按原子百分比可达到大约25%，例如按原子百分比从大约5%到大约20%。硫化镉层18能具有宽带隙(例如，从大约2. 25eV到大约2. kV，例如大约2. 4eV)，以便允许大多数的辐射能量(例如，太阳辐射)通过。因此，硫化镉层18被认为是器件10上的透明层。硫化镉层18能通过溅射、化学气相沉积、化学浴沉积、以及其它合适的沉积方法形成。在一个具体实施例中，硫化镉层18能通过溅射(例如，直流(DC)溅射或射频(RF)溅射的任一个)形成在电阻透明层16上。溅射沉积一般涉及从作为材料源的靶喷出材料，及将喷出的材料沉积在衬底上，以形成膜。DC溅射一般涉及对放置在溅射室之内衬底(即， 阳极)附近的金属靶(即，阴极)施加电压，以形成直流放电。溅射室能具有反应气氛(例如，氧气氛、氮气氛、氟气氛)，其在金属靶和衬底之间形成等离子体场。反应气氛的压力能在大约ImTorr和大约20mTorr之间，以用于磁控管溅射。当一旦施加电压就从靶释放金属原子时，金属原子就与等离子体反应并沉积在衬底表面上。例如，当气氛包含氧时，从金属靶释放的金属原子能在衬底上形成金属氧化层。相反地，RF溅射一般涉及通过在靶(例如，陶瓷源材料)和衬底之间施加交流(AC)信号或射频(RF)信号，激发容性放电。溅射室能具有惰性气氛(例如，氩气氛)，其具有在大约lmTorr和大约20mTorr之间的压力。由于电阻透明层16的存在，硫化镉层18能具有小于大约0. 1 μ m(例如，大约IOnm 和大约IOOnm之间，例如从大约50nm到大约80nm)的厚度，在电阻透明层16和硫化镉层18 之间最小限度地存在小孔。另外，具有小于大约0. 1 μ m厚度的硫化镉层18减少了硫化镉层18对辐射能量的任何吸收，有效增加了到达在下面的碲化镉层22的辐射能量的量。在图1的示例性碲化镉薄膜光伏器件10中的硫化镉层18上，示出了碲化镉层20。 碲化镉层20是ρ型层，其一般包括碲化镉(CdTe)，但还可包括其它材料。作为器件10的ρ 型层，碲化镉层20是与硫化镉层18(即，η型层)交互的光伏层，以从辐射能量的吸收(通过由于它的高吸收系数而吸收进入器件10的多数辐射能量，以及形成电子-空穴对)来产生电流。例如，碲化镉层20 —般能由碲化镉形成并能具有为吸收辐射能量而调整的带隙 (例如，从大约1. 4eV到大约1. kV，例如大约1. 45eV)，以创建具有辐射能量吸收时最高电位(电压)的、最大数量的电子-空穴对。电子可从P型侧(即，碲化镉层20)穿过结行进到η型侧(即，硫化镉层18)，并且相反地，空穴可从η型侧传递到ρ型侧。因而，在硫化镉层18和碲化镉层20之间形成的ρ-η结形成二极管，其中电荷不平衡导致跨越ρ-η结的电场的创建。常规电流被允许在仅一个方向中流动且分离了光感应的电子-空穴对。能通过诸如汽相传输沉积、化学汽相沉积(CVD)、喷雾热解、电沉积、溅射、封闭空
1间升华(CSQ等任何已知的处理来形成碲化镉层20。在一个具体实施例中，通过溅射来沉积硫化镉层18，而通过封闭空间升华来沉积碲化镉层20。在具体实施例中，碲化镉层20能具有大约0. 1 μ m和大约10 μ m之间(例如从大约1 μ m和大约5 μ m)的厚度。在一个具体实施例中，碲化镉层20能具有大约2 μ m和大约4 μ m之间(例如，大约3 μ m)的厚度。一系列形成后的处置能施加到碲化镉层20的暴露表面。这些处置能调整碲化镉层20的功能性，并为随后粘附到背接触层(具体地，各向异性传导层22)而制备它的表面。 例如，碲化镉层20能在高温(例如，从大约350°C到大约500°C，例如从大约375°C到大约 4240C )退火足够的时间(例如，从大约1到大约10分钟)，以创建碲化镉的优质ρ型层。 在不希望由理论束缚的情况下，认为退火碲化镉层20 (和器件10)将通常η型碲化镉层20 转换成具有相对低电阻率的P型碲化镉层20。另外，在退火期间碲化镉层20能再结晶并经历晶粒(grain)生长。为了用氯化物离子来掺杂碲化镉层20，能在存在氯化镉时执行退火碲化镉层20。 例如，碲化镉层20能用包含氯化镉的水溶液来洗涤，并然后在高温退火。在一个具体实施例中，在存在氯化镉时退火碲化镉层20之后，能洗涤表面以去除形成在表面上的任何氧化镉。该表面的制备能通过从表面去除氧化物(例如，Cd0、CdTe03、 CdTe2O5等)而留下碲化镉层20上的富Te表面。例如，可用适合的溶剂(例如，也称为1， 2 二氨基乙烷或“DAE”的乙二胺)来洗涤表面，以从表面去除任何氧化镉。另外，铜能添加到碲化镉层20。伴随合适的蚀刻，铜添加到碲化镉层20能在碲化镉层20上形成铜-碲化物表面，以便获得碲化镉层20 (S卩，ρ型层)和背接触层(一个或多个)之间的低电阻电接触。特别是，铜的添加能在碲化镉层20和背接触层22之间创建碲化亚铜(Cu2Te)的表面层。因而，碲化镉层20的富Te表面能通过碲化镉层20和背接触层22之间的较低电阻率，来增强对由器件创建的电流的收集。铜能通过任何处理施加到碲化镉层20的暴露表面。例如，铜能在具有合适溶剂的溶液(例如甲醇、水等、或其组合物)中被洗涤或喷射在碲化镉层20的表面上，然后退火。 在具体实施例中，可以氯化铜、碘化铜、或醋酸铜的形式在溶液中供给铜。退火温度足以允许铜离子扩散到碲化镉层20中，例如从大约125°C到大约300°C (例如，从大约150°C到大约200°C )，对于大约5分钟到大约30分钟，例如从大约10到大约25分钟。背接触由各向异性传导层22和在碲化镉层20上示出的金属接触层M形成，一般用作背电接触，相对于用作前电接触的、相对的TCO层14。背接触形成在碲化镉层20上，且在一个实施例中直接与其接触。金属接触层M合适地由一个或多个高传导材料(例如，元素的镍、铬、铜、锡、铝、 金、银、锝或其合金或混合物)制成。如果由一个或多个金属制成或包含一个或多个金属， 则金属接触层M适于通过诸如溅射或金属蒸发的技术来施加。金属接触层的厚度可以是大约0. Ιμπι到大约1.5μπι。其它组件(未示出)能包括在示例性器件10中，例如汇流条、外部接线、激光蚀刻剂(laser etch)等。例如，当器件10形成光伏模块的光伏电池时，多个光伏电池能例如通过电接线连接而串联连接，以获得期望的电压。串联连接的电池的每端能附连到诸如导线或汇流条的适合导体，以将光伏生成的电流引导到用于连接到使用生成的电的器件或其它系统的便利位置。获得此串联连接的便利方式是激光刻划器件，以将该器件分成由互连连接的一系列电池。在一个具体实施例中，例如，能使用激光来刻划半导体器件的沉积的层， 以将器件分成多个串联连接的电池关于图1如上所述。还一般提供了用于形成光伏器件的方法。图7示出了示例性方法100。在101，在玻璃衬底上形成p-n结，以产生PV器件。例如，p-n结可从碲化镉薄膜层和硫化镉薄膜层形成。在102，第一绝缘划线然后可器件中形成，并且在104，可形成串联连接划线，以使相邻电池彼此串联电连接。在106，各向异性传导层上可施加到p-n结上(例如，填充第一绝缘划线以及可选地填充串联连接划线)。在108，可施加金属接触层到各向异性传导层，并且在110，可形成通过金属接触层的第二绝缘划痕划线。本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，以及还使本领域技术人员能实践本发明，包括制作和使用任何器件或系统及执行任何结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求来定义，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例包括与权利要求字面语言无不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求字面语言无实质不同的等效结构要素，则它们规定为在权利要求范围之内。
权利要求
1.一种薄膜光伏器件10，包括玻璃衬底12 ；在所述玻璃衬底12上的透明传导氧化层14 ；在所述透明传导层14上的η型薄膜层18 ；在所述η型层18上的ρ型薄膜层20，其中所述η型薄膜层和所述ρ型薄膜层形成ρ_η结；在所述P型薄膜层20上的各向异性传导层22 ；以及，在所述各向异性传导层22上的金属接触层Μ。
2.如权利要求1所述的器件10，其中所述各向异性传导层22包括聚合粘合剂和多个传导颗粒^。
3.如权利要求2所述的器件10，其中所述传导颗粒23具有的大小足以横贯所述各向异性传导层22，以在所述ρ型层20与所述金属接触层M之间提供直接传导连接。
4.如权利要求2或3所述的器件10，其中所述各向异性层22定义了厚度，并且其中， 所述传导颗粒23具有的平均直径是大约等于所述各向异性传导层22的厚度到比所述各向异性传导层22的厚度大约大50%。
5.如权利要求2、3或4任一项所述的器件10，其中所述传导颗粒23具有大约4μ m到大约8 μ m的平均直径，以及其中所述各向异性传导层22具有大约4 μ m到大约6 μ m的厚度。
6.如权利要求2-5的任一项所述的器件10，其中所述传导颗粒23包括金属电镀玻璃珠、金属颗粒、金属电镀聚合珠或其组合。
7.如前面权利要求的任一项所述的器件10，其中所述各向异性传导层22还包括惰性填充材料。
8.如前面权利要求的任一项所述的器件10，其中所述各向异性传导层在ζ方向中具有大约0. 1欧姆到大约100欧姆的电阻，以及其中所述各向异性传导层在χ方向和y方向中均具有大于大约100千欧的电阻。
9.如前面权利要求的任一项所述的器件10，其中所述η型薄膜18层包括硫化镉，以及其中所述P型薄膜层20包括碲化镉。
10.如前面权利要求的任一项所述的器件10，还包括第一绝缘划线21，延伸通过所述P型薄膜层20到所述玻璃衬底12以在所述器件中形成绝缘电池，其中所述第一绝缘划线21形成所述各向异性传导层22的一部分，并且填充有所述聚合粘合剂和所述传导颗粒23。
11.如前面权利要求的任一项所述的器件10，其中放置在所述第一绝缘划线21内的至少两个相邻的单独传导颗粒23定义其之间的缝隙，以中断通过由所述各向异性浆层22定义的平面的电流。
12.如权利要求10或11所述的器件10，其中所述第一绝缘划线21具有的宽度为大约 50 μ m到大约150 μ m,优选为大约75 μ m到大约125 μ m,以及其中，所述传导颗粒23具有大约4 μ m至Ij大约8 μ m的直径。
13.如权利要求10、11或12所述的器件10，还包括串联连接划线25，形成所述各向异性传导层22的一部分以接触所述透明传导氧化层14，从而将相邻电池相互串联电连接；以及，通过所述金属接触层对、所述各向异性传导层22、所述ρ型薄膜层20及所述η型薄膜层18的第二绝缘划线25。
14.如权利要求10、11或12所述的器件10，还包括通过所述各向异性传导层22到所述透明传导氧化层14的串联连接划线25，其中所述串联连接划线形成所述金属接触层M的一部分以将相邻电池相互串联电连接；以及，通过所述金属接触层对、所述各向异性传导层22、所述ρ型薄膜层20及所述η型薄膜层18的第二绝缘划线26。
15.一种薄膜光伏器件10，包括 玻璃衬底12 ；在所述玻璃衬底12上的透明传导氧化层14 ； 在所述透明传导氧化层14上的电阻透明缓冲层16 ； 在所述电阻透明缓冲层16上的硫化镉薄膜层18 ； 在所述硫化镉薄膜层18上的碲化镉薄膜层20 ；在所述碲化镉薄膜层20上的各向异性传导层22，其中所述各向异性传导层22包括聚合粘合剂和多个传导颗粒23，其中，所述各向异性传导层22在ζ方向中具有大约0. 1欧姆到大约100欧姆的电阻，以及其中，所述各向异性传导层在χ方向和y方向中均具有大于大约100千欧的电阻，以及在所述各向异性传导层22上的金属接触层24。
全文摘要
本发明名称为“薄膜光伏器件中作为背接触的各向异性传导层”。一般地提供了薄膜光伏器件10。器件10能够包括在玻璃衬底12上的透明传导氧化层14、在透明传导层14上的n型薄膜层18、及在n型层18上的p型薄膜层20。n型薄膜层18和p型薄膜层20形成p-n结。各向异性传导层22施加在p型薄膜层20上，并且包括聚合粘合剂和多个传导颗粒23。金属接触层24随后能够放置在各向异性传导层22上。
文档编号H01L31/073GK102412316SQ20111025736
公开日2012年4月11日 申请日期2011年8月25日 优先权日2010年8月27日
发明者R·D·戈斯曼, S·D·费尔德曼-皮博迪, T·J·卢卡斯 申请人:初星太阳能公司