对光伏装置提供氯化物处理的方法和氯化物处理过的光伏装置的制造方法
【专利说明】对光伏装置提供氯化物处理的方法和氯化物处理过的光伏装置
[0001]要求优先权
[0002]本申请要求于2012年5月21日提交的第61/649，403号美国临时专利申请的优先权，该美国临时专利申请的整体内容通过引用包含于此。
技术领域
[0003]公开的实施例总体上涉及光伏装置的制造，所述光伏装置包括光伏电池和包含多个光伏电池的光伏模块，更具体地，涉及对光伏装置提供氯化物处理的方法和氯化物处理过的光伏装置。
【背景技术】
[0004]薄膜光伏装置可以包括沉积在基底上的半导体材料，例如，具有用作窗口层的第一半导体层、用作吸收层的第二半导体层。窗口层和吸收层形成结，经过窗口层至吸收层的光在该结处转换成电。
[0005]可以在吸收层和背接触层之间设置可由碲化锌制成的反射层，来提供对抗少数电子载流子朝向背接触层流动的阻挡件，以使与空穴载流子在背接触层处的复合最小化。具体地，类似于任何其它固体，半导体材料具有由价带、导带以及使价带和导带分开的带隙构成的电子带结构。当价带中的电子获得足够的能量而越过带隙并到达导带时，电子可以作为电流自由流动。此外，电子还在价带中留下电子空穴，空穴可以如电流一样自由流动。载流子的产生描述了电子获得能量并从价带移动到导带所经历的过程，产生两种可移动的载流子:电子和空穴；而复合描述了导带电子失去能量并重新占据价带中的电子空穴的能态所经历的过程。在如吸收层的P型半导体材料中，电子不如空穴充足，因此电子被称为少数载流子而空穴被称为多数载流子。反射层由电子亲和力比吸收层的电子亲和力低的半导体材料制成。因此，反射层将朝向反射层流动的电子朝向吸收层抵挡回去，从而使背接触件处的复合最小化。这在2011年10月17日提交的名称为“光伏装置和形成的方法”的第61/547，924号美国临时专利申请中有描述。
[0006]在光伏装置的制造过程中，吸收层有时经受氯化镉处理，以改善吸收层的结晶质量(例如，增大颗粒(晶粒)尺寸并消除晶格中的缺陷，包括位于晶界区域处的缺陷)。包括晶界的晶格结构中的缺陷是载流子复合的来源，载流子复合降低了光伏效率。氯化镉处理包括:将可以由碲化镉制成的吸收层暴露于氯化镉，然后将吸收层加热到退火温度。热有助于氯原子优先穿过碲化镉中的晶界区域(即，不同取向的晶粒接触的界面)扩散。氯原子还通过促进重结晶和消除缺陷来提高碲化镉膜的导电性。改善导电性和减少导致复合的缺陷提高了光伏效率。
[0007]然而，氯化镉处理具有潜在的缺点。例如，在具有与背接触层相邻的由碲化锌形成的反射层的光伏装置中，碲化锌反射层可以与氯化镉反应以形成氯化锌和碲化镉。氯化镉和碲化锌之间的反应是热力学有利的(即，反应产物的能量比反应物的能量低)。该反应消耗碲化锌，从而腐蚀(损耗)反射层并会导致反射层和背接触层之间的欧姆接触(即，在金属和半导体之间提供电流传导的低电阻结)日益减弱。这样的减弱的欧姆接触会损害所产生的电力向外部装置的传输。
[0008]因此，需要通过利用不与碲化锌反射层反应的氯化物化合物处理吸收层来解决该问题。认为，这样的氯化物化合物和碲化锌反射层之间的反应是热力学不利的。因此，碲化锌反射层的腐蚀受到限制。
[0009]因此，期望利用替代性的氯化物化合物(它避免上述潜在问题的影响)来处理光伏装置。
【附图说明】
[0010]图1是未完成的光伏装置的剖视图。
[0011]图2是根据在此描述的实施例的用于在沉积吸收层过程中进行氯化物处理的沉积炉的不意图。
[0012]图3是未完成的光伏装置的剖视图。
[0013]图4是根据在此描述的实施例的用于在沉积反射层过程中进行氯化物处理的沉积炉的不意图。
[0014]图5是未完成的光伏装置的剖视图。
[0015]图6是根据在此描述的实施例的用于在沉积半导体层之后进行氯化物处理的沉积炉的不意图。
[0016]图7是根据在此描述的另一实施例的用于在沉积半导体层之后进行氯化物处理的沉积炉的示意图。
[0017]图8是根据在此描述的另一实施例的用于在沉积半导体层之后进行氯化物处理的沉积炉的示意图。
[0018]图9是根据实施例的完成的光伏装置的剖视图。
[0019]图10是根据实施例的完成的光伏装置的剖视图。
[0020]图11是示出利用不同的氯化物化合物进行处理对光伏装置效率的影响的图。
【具体实施方式】
[0021]在下面的【具体实施方式】中，参考附图，该附图形成本说明书的一部分并且在附图中以举例说明的方式示出了可以被实践的具体实施例。足够详细地描述这些实施例，以使本领域技术人员能够制造并使用它们，并且要理解的是，在不脱离发明的精神和范围的情况下，可以对公开的具体实施例作出结构、逻辑或程序上的改变。
[0022]在此描述的实施例提供一种光伏装置和制造光伏装置的方法，该方法包括:利用氯化物化合物对可以由碲化镉制成的吸收层进行处理，其中，所述氯化物化合物包含I族-11族、锌、汞和謌中的一种或更多种元素。该氯化物化合物可代替会引起反射层腐蚀的当前的氯化镉处理(如果有的话，如上所述)。两种示例性化合物是氯化锰和氯化镁。因为避免了碲化锌和碲化镉的反应(也如上所述)，所以该氯化物化合物防止或者至少减少了与碲化镉层的氯化镉处理有关的反射层腐蚀。
[0023]可以在吸收层沉积过程中或之后，在吸收层上沉积该氯化物化合物。在吸收层沉积过程中或之后的氯化物化合物沉积实现了将氯原子直接掺入到吸收层膜中。可选择地，如果存在反射层，则可以在反射层沉积过程中或之后沉积该氯化物化合物。如果在沉积反射层之后沉积该氯化物化合物，则该氯化物化合物扩散到下面的吸收层中。另外，可以在氯化物化合物的沉积过程中进行用于活化吸收层、增大晶粒尺寸并促进吸收层内的重结晶的退火步骤，或者可以在沉积氯化物化合物之后执行该退火步骤。如果存在反射层并且在反射层沉积过程中或之后进行了氯化物处理，则退火有助于氯原子通过反射层扩散到吸收层中。
[0024]参照图1，示出了未完成的光伏装置10的示例。未完成的光伏装置10具有其上分别沉积有阻挡层102、透明导电氧化物(TCO)层103、缓冲层104和半导体窗口层105的基底101。阻挡层102、TCO层103和缓冲层104通常被称为TCO堆叠件110。如示出的，TCO堆叠件110包括TCO层103，它用作未完成的光伏装置10的电接触件之一。
[0025]基底101可以是装置10的最外层，基底101可以在使用中暴露于各种温度和环境条件。基底101也可以是入射光到达装置10所遇到的第一层。因此，期望选择一种用于基底101的既耐用又透明度高的材料。出于这些原因，基底101可以包括例如硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃或浮法玻璃。阻挡层102位于基底101和TCO层103之间，以减少钠或其它污染物从基底101扩散到窗口层105。具体地，高的处理温度具有使基底101中存在的钠原子或分子电离的趋势，它们随着时间的过去会扩散到装置10的其它层。钠原子在装置的某些层中的扩散会对装置的性能产生不利影响。因此，阻挡层102用于减少或去除因钠离子的扩散而导致的性能的损失。阻挡层102可以由包括氮化硅、二氧化硅、铝掺杂氧化硅、硼掺杂氮化硅、磷掺杂氮化硅、氮氧化硅或者它们的任何组合或合金的各种材料制成。
[0026]TCO层103可以包括任何合适的TCO材料，包括例如锡酸镉或氧化镉锡。缓冲层104位于TCO层103和窗口层105之间，以减少在半导体层的形成过程中发生的不规则性。具体地，用于形成TCO层103的某些工艺会产生粗糙的TCO层。TCO层越粗糙，可以沉积在TCO层上的窗口层越有可能不连续。然后，使用缓冲层104以提供其上可以沉积窗口层105的平滑的表面，因此，使窗口层105中的不连续性的风险降低。缓冲层104可以包括各种合适的材料，包括例如氧化锡(例如，氧化锡(IV))、氧化锌锡、氧化锌或氧化锌镁。
[0027]窗口层105可以是形成在T⑶堆叠件110上的硫化镉的层。可选择地，窗口层105可以由硫化镉锌形成，硫化镉锌已被证明因其在吸收层的氯化物处理过程中耐受高退火温度的能力而比硫化镉更稳健。
[0028]图2示出了根据实施例的用于在吸收层沉积过程中进行氯化物处理的沉积炉的示意图。在该实施例中，吸收层在炉200中在其沉积过程中经受氯化物化合物处理。与