用于制造半成品CdTe基薄膜太阳能电池装置的方法与流程

本发明涉及一种用于制造半成品cdte基薄膜太阳能电池装置的方法，具体地，通过支持活化处理的特殊步骤进行。

背景技术：

1、在现有技术中，cdte基薄膜太阳能电池装置以覆板(superstrate)构造生产，工艺步骤如下：在玻璃基板等通常透明的基板上沉积第一电极层作为前触点。在此层上，可沉积一层硫化镉(cds)或另一窗口层，然后是cdte基吸收体层。然后用cdcl2等活化剂和温度处理步骤活化cdte基吸收体层。最后，施加第二电极层，例如金属层或金属化合物层，以作为背触点来收集电荷载流子。此外，现有技术已知的呈基板构造的cdte基薄膜太阳能电池装置，其按照与所述沉积步骤相反的工艺步骤形成。

2、cdte基吸收体层可通过现有技术已知的例如物理气相沉积(pvd)、电化学沉积等各种不同方法沉积。

3、cdte基吸收体层的活化处理是制造cdte基薄膜太阳能电池装置的关键步骤，其能够实现例如不同的吸收体层材料的互混、吸收体层的掺杂以及降低吸收体层内的缺陷密度。为了提高光伏效率，正不断研究生产cdte基薄膜太阳能电池装置的新方法。

4、例如，cn 103 173 829 a公开了一种制备cdte半导体薄膜的方法，其在氙灯、汞氙灯、金属卤化物灯等光源照射下通过电化学沉积制备，以提高制备效率，从而在相同的沉积时间内产生更厚的cdte膜并提高cdte半导体薄膜的结晶度。

5、其它研究通过在吸收体层内的预定位置加入掺杂元素或通过形成富含cd、se或te的部分而改变吸收体层在其厚度上的化学计量来改善吸收体层的组成。例如，us 20110143493 a1、us 10,529,883 b2和us 2011 0117696 a1示出了不同的方法。us 20110143493 a1描述了在光活性cdte材料内获得增强的p型掺杂水平的不同方法。us 10,529,883 b2公开了形成cdsexte1-x化合物吸收体层，其中se在吸收体层的厚度上具有限定的量和分布。us 2011 0117696 a1描述了形成cdte吸收体层的富te表面的方法。

技术实现思路

1、发明目标

2、本发明的目标是提供一种用于制造具有改进的光伏效率的半成品cdte基薄膜太阳能电池装置的替代性方法。

3、技术方案

4、通过根据独立权利要求的方案来实现目标。优选实施方案在附属权利要求中给出。

5、根据本发明的用于制造半成品cdte基薄膜太阳能电池装置的方法至少包括以下步骤：

6、a)提供基板，

7、b)在所述基板上形成cdte基吸收体层，

8、c)进行活化处理，以及

9、d)进行光处理，

10、其中步骤d)中所述光处理与步骤c)中所述活化处理同时进行。

11、根据本发明，基板意指在步骤b)中形成cdte基吸收体层的任何基底。即，基板可包括透明基底基板，例如玻璃、透明前电极和其它层，例如缓冲层、窗口层或任何其它层。在其它实施方案中，基板可包括透明或不透明背电极和其它层，如缓冲层或任何其它层。即，基板可以是玻璃、聚合物、金属或陶瓷材料或任何其它材料。

12、本发明的cdte基吸收体层是指诸如cdte、cdsexte1-x、cdxzn1-xte、cdxmn1-xte、cdxmg1-xte的吸收体层，在每种情况下，可以不掺杂或掺杂合适的掺杂材料，即所述cdte基吸收体层可以为包括cd、te和掺杂剂的其他化合物。cdte基吸收体层可使用任何现有技术形成，包括但不限于例如溅镀、蒸发或升华等物理气相沉积、电沉积或任何其它技术。所述吸收体层可逐层沉积，例如相继沉积一层或多层的cdse和cdte层，或掺杂层，接着在必要时或在一个未分过程中使不同层相互扩散。此外，可执行用于改变吸收体层的表面部分的组成的过程，例如用于形成富te表面部分的np蚀刻(氮化磷蚀刻)。

13、本发明的活化处理诱发再结晶，减少晶格缺陷并改善p-n结或其形成。此外，此步骤可改善不同化合物和/或元素的互混，从而使得形成混合的或掺杂的化合物。活化处理可包括热处理和/或利用化学活化剂的处理。从现有技术知晓活化处理，然而，其中根据本发明的活化处理的参数可能不同于现有技术的参数。此类参数是指例如温度、时间或持续时间、化学活化剂的种类或量，或周围气氛的组成和压力。这些差异将稍后说明。

14、根据本发明，吸收体层的光处理与活化处理同时执行。这意味着，在活化处理期间的任何时间，以光的形式向吸收体层提供电磁辐射，其中光处理的执行时间可短于或长于或等于活化处理的时间。在任何情况下，光处理在吸收体层形成(即，沉积)后执行。

15、由于光处理，附加内部电场形成于吸收体层内，其中此附加内部电场为带电粒子提供漂移电位，并且因此引起这些带电粒子在吸收体层内的受控扩散。所述附加内部电场是额外的，因为其是由吸收体层内的p-n结引起的内部电场的额外部分。带电粒子的扩散受附加内部电场的强度和持续时间的控制。

16、例如，已发现氯会在cdte和cdsete材料内部扩散。在扩散中，cl-可固定在特定的晶格位置，以改善吸收材料的光伏特性。这些位置可以为取代物或络合物，例如但不限于cl(te)、cl(cd)或clte-vcd，并且可引起吸收材料的n掺杂或p掺杂，而电荷载流子浓度减小或增加。现在，氯或其它带电粒子的扩散长度由附加内部电场控制，由此限定吸收体层内在其厚度上改变的晶格位置方位。

17、此外，附加内部电场支持将带电粒子从其原始分子中释放出来的过程。例如，氯阴离子可从cdcl2等氯基化学品中释放，以及释放所用活化处理溶液(例如但不限于h2o或ch3oh)中存在的h+或o2-。吸收材料内活性带电粒子的量可能会增大。

18、尽管本发明尤其涉及利用光对吸收体层的处理，但应注意，在吸收体层内引起附加内部电场的任何电磁辐射可用于所述处理过程。此外，光处理可由，例如板电容器提供的外部电磁场支持，其中吸收体层布置在所述板电容器的板之间，或通过在吸收体层的至少一侧施加电压来进行。在一些情况下，光处理甚至可通过提供外部电磁场来替代。

19、在实施方案中，一种制造半导体基的薄膜装置的方法至少包括以下步骤：a)提供基板，b)形成半导体层，c)进行活化处理，d)进行光处理，其中步骤d)中的光处理与步骤c)中的活化处理同时进行。有利地，此方法改进半导体层质量。在另外的实施方案中，半导体层可以是对光照射引起的退化不敏感的任何半导体。

20、在实施方案中，在50w/m2到5000w/m2范围内的光强度下进行光处理。在特定实施方案中，光强度在1000w/m2到2000w/m2的范围内。高强度的光，即高于500w/m2，有助于加热支持粒子扩散的吸收体层。如果使用低强度的光，即小于100w/m2，则可通过使用其它技术加热吸收体层来支持粒子扩散。

21、在实施方案中，利用300nm到900nm范围内的波长，尤其是400nm与700nm之间的波长来进行光处理。光可包括所提及的范围内的全频谱波长，即，从uv到ir(红外)，或可包括所提及的范围中的仅一些特定波长或子范围。如果使用特定波长或子范围，则其可同时或连续使用。

22、用于光处理的光可由卤素灯、led、激光二极管、激光器、闪光灯和白炽灯等任何已知光源提供。

23、在一些实施方案中，光处理的持续时间为10秒到30分钟，具体地60秒到20分钟。活化处理的持续时间可为30秒到30分钟，其中活化处理的持续时间可比使用现有技术相同工艺条件(如活化剂、温度或周围大气)的活化处理短。

24、在一些实施方案中，在半成品cdte基薄膜太阳能电池装置的开路或短路条件下进行光处理。

25、通过仅照射吸收体层而不将吸收体层导电连接到限定的外部电终端或不将吸收体层的两侧彼此导电连接来实施开路条件。

26、为了在短路条件下进行光处理，可在光处理期间实施特定机器人操控器。这些操控器配备有电子终端，并且可传输合适的电流和/或电压信号。合适的触点可接触电极或接触主层放置，所述电极由半成品太阳能电池形成，所述主层构成装置p-n结。为了在半成品光伏装置内建立电短路电路，电子终端彼此导电连接。

27、上述条件中的每个条件都可在整个处理周期内或还仅在整个处理周期的0％到100％的某一部分周期内，施用于半成品太阳能电池。甚至有可能按任何次序连续地实施这两个条件。

28、从朝向基板定向的cdte基吸收体层的第一界面和/或从背离基板定向的cdte基吸收体层的第二界面开始进行光处理。即，光可从半成品太阳能电池在其厚度方向的任一侧照射到吸收体层上。所述厚度方向是指基板和吸收体层彼此交叠的方向。

29、通过选择与基板和吸收体层材料相对应的半成品太阳能电池的特定侧、光源发出的波长和其照射强度，入射光子将被吸收到被照射材料内部的不同位置和深度。因此，可调整附加内部电场的强度。

30、例如，如果光穿过玻璃基板和初始材料层，则光在到达吸收体区域之前可被部分吸收，这有助于电场的建立。

31、cdte基吸收体层的第一界面是指在覆板构造的cdte基薄膜太阳能电池装置中面向日光的cdte基吸收体层的界面，或在基板构造的cdte基薄膜太阳能电池装置中未面向日光的cdte基吸收体层的界面。

32、cdte基吸收体层的第二界面是指在覆板构造的cdte基薄膜太阳能电池装置中未面向日光的cdte基吸收体层的界面，或在基板构造的cdte基薄膜太阳能电池装置中面向日光的cdte基吸收体层的界面。

33、在某些实施方案中，步骤c)中的活化处理包括：将活化剂施加到cdte基吸收体层。例如，此活化剂可以是cdcl2或包括氯或氯离子的组合物，或包括卤素离子的任何其它试剂。活化剂可使用所属领域技术人员已知的技术以固体、液体或气体材料形式施加到吸收体层。

34、与现有技术相比，根据本发明的方法可更自由地选择所使用的活化剂和其用量。此外，相比于现有技术，通常较少的活化剂就足以实现相同效果。

35、在一实施方案中，步骤c)中的活化处理包括进行热退火处理。即，将吸收体材料加热到200℃～450℃的温度范围内，以便为吸收体材料和扩散粒子提供足够的活化能。例如，已发现氯以0.63ev到1.32ev范围内的活化能在cdte和cdsete材料内部扩散。因此，现有技术的活化处理是在例如350℃到500℃范围的高温下进行的。相对于现有技术，支持带电粒子扩散的附加内部电场可降低热退火处理的温度。吸收体材料的加热可通过现有技术中已知的任何技术来进行，例如通过加热灯加热吸收体层周围的大气或使用电阻器进行电加热。由于光处理，吸收体材料可局部和/或临时地加热到高于仅通过上述加热所达到的温度，即高于450℃，例如为600℃。

36、此外，在用于光处理的光包括在红外范围内的波长和足够强度的情况下，可省略吸收体层的额外加热。即，光处理引入的能量可足以使粒子在吸收体层内以及在附加内部电场内扩散。

37、在一实施方案中，光处理在真空下、在大气条件下或在受控气压条件下进行，例如在氧气氛、氩气氛中、在存在氯气、氢气或氮气或以上的组合的情况下进行。受控气氛还可相对于大气压处于减压状态下，如100mbar(104pa)或更低。受控气压条件还可包含例如as、sb或p的蒸气等掺杂剂的存在。

38、真空意指压力在半成品太阳能电池周围的10-7mbar(10-5pa)到10-1mbar(10pa)范围内。

39、大气条件意指常压下的常态空气。

40、在其它实施例中，半成品太阳能电池的周围可包括氢气，并且可具有1mbar(100pa)到100mbar(104pa)范围内的分压。氢气存在于气氛中的益处在于，例如活化吸收体层中的掺杂剂物质的氧化态可被改变，同样，其它氧化或还原气氛可应用于改变吸收体内的物质的氧化态的相同效果。

41、如上文所描述，根据本发明的方法可用于制造cdte基薄膜太阳能电池装置。

42、结合所描述的实施方案和权利要求中所述的技术特征，有利于实现本发明。然而，在以上说明书中所述的本发明的实施方案是借助于说明给出的示例，且本发明绝不限于此。任何修改、变型和等同布置应被视为包含在本发明的范围内。

43、尽管本发明中已经说明和描述了具体实施方案，但所属领域的技术人员应了解，在不脱离本发明的范围的情况下，多种替代和/或等同实施方式可取代所示出和描述的具体实施方案。本技术旨在涵盖本文所述具体实施方案的任何调适或变型。因此，本发明仅由权利要求书和其等同物限制。