用于改善薄膜光伏器件的效率的装置和方法
【技术领域】
[0001]公开的实施例总体上涉及光伏器件，更具体地说，涉及用于改善薄膜光伏器件的效率的装置和方法。
【背景技术】
[0002]光伏器件可以包括设置在诸如玻璃的基底上方的半导体材料，例如，半导体材料的第一层用作窗口层，半导体材料的第二层用作吸收层。半导体窗口层与半导体吸收层形成结(junct1n)，在半导体吸收层处，入射光转换成电。在操作过程中，光穿过光伏器件并在该结处或在该结附近被电子吸收。这产生了产生光的电子空穴对，其中，电子获得足够的能量以“迀移”到高能态，留下空穴。电场的建立促进了这些产生光的电子空穴对的移动，从而产生能够输出到其它电子器件的电流。
[0003]关于薄膜光伏器件效率的一个限制性因素是:当产生光的电子空穴对位于半导体吸收层中时，它们的寿命减小。这被称为减小的载流子寿命。载流子寿命被计算为吸收层中的电子通过与配对的空穴复合而失去它们的激发能所用的平均时间。复合也可以在多晶材料中的诸如晶粒边界的结构缺陷附近发生。为了增加吸收层中的载流子寿命，期望增大吸收层粒度、半导体层中的混合的半导体颗粒的平均尺寸。通过晶粒生长(在半导体层内并入这些半导体颗粒)发生增大的吸收层粒度。半导体颗粒的粒度越大，与颗粒有关的激发电子越难以通过复合失去它们的激发能，或者半导体颗粒的载流子寿命越长。由于将在不期望的复合事件中失去较少的激发电子空穴对，因此半导体层中的半导体颗粒的增大的载流子寿命增大光伏器件效率。
[0004]为了改善薄膜光伏器件的效率，通常使半导体吸收层经受氯化镉热处理以促进颗粒生长。氯化镉热处理包括将氯化镉化合物施加到沉积的半导体吸收层的暴露的表面，然后加热该层。加热有助于氯化镉扩散到其与半导体颗粒相互作用的半导体吸收层中，以促进它们的混合物成为更大的颗粒，即，吸收层颗粒生长。然而，这种处理仅促进了 Iym至2 ym的吸收层颗粒生长，从而仅提供了吸收层中的载流子寿命的有限改善。在完成热处理之后，可以执行表面清洁步骤，以去除卤化物涂层的残留物和退火工艺的副产物，诸如由半导体材料或卤化物材料形成的氧化物相。
[0005]因此，期望这样的方法和装置:当半导体窗口层已经足够薄以减少光损失时，生成大于2 μπι的吸收层颗粒生长，同时改善半导体吸收层与半导体窗口层之间的界面。
【附图说明】
[0006]图1是具有多个层的光伏器件的示意图；
[0007]图2是示出具有多个层的光伏器件中的卤化物涂层的位置的示意图；
[0008]图3Α至图3C是示出具有多个层的光伏器件中的卤化物涂层的位置的示意图；
[0009]图4是示出具有多个层的光伏器件中的卤化物涂层的位置的示意图；
[0010]图5是用于生产光伏器件中的具有卤化物涂覆表面的半导体层的装置的图；
[0011]图6是用于生产光伏器件中的具有卤化物涂覆表面的半导体层的装置的图；以及
[0012]图7是光伏器件的示意图。
【具体实施方式】
[0013]在下面的详细描述中，参考形成详细描述的一部分的附图，附图示出了本发明的具体实施例。足够详细地描述这些实施例，以使本领域技术人员能够进行并使用这些实施例。还理解的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对于此公开的具体实施例做出结构、逻辑或程序上的改变。
[0014]提供了一种用于生产光伏器件中的半导体薄膜层的方法。该方法包括在基底上方沉积薄膜半导体窗口层和薄膜半导体吸收层或多个半导体吸收层，然后施加卤化物热处理。卤化物热处理包括:将卤化物化合物的第一涂层施加在半导体吸收层或多个半导体吸收层的至少一个表面上；热处理该表面以使施加在其上的卤化物化合物活化；将卤化物化合物的至少第二涂层设置在所述至少一个表面上并再一次热处理该表面。第二热处理可以在与第一热处理相同的或不同的环境条件下发生。例如，第二热处理中使用的温度可以与第一热处理的温度不同，和/或发生第一次处理时的环境气氛条件可以与第二热处理的环境气氛条件不同。
[0015]根据提供的方法，扩散到吸收层中的卤化物化合物与层的晶体结构化学地相互作用。与当不存在卤化物化合物或者仅实施单次施加时相比，在多次卤化物施加和加热过程中的这种相互作用的重复促进了半导体吸收材料的分子更好地结合和再结晶。
[0016]如图1所示，在图1中描绘出示例性的光学器件100，在制造该器件时使用多个层。例如，TCO堆叠件170可以沉积在玻璃基底110上。TCO堆叠件170可以包括阻挡层120、TCO层130和缓冲层140。阻挡层120可以由包括氮化硅、氧化硅、掺杂铝的氧化硅、掺杂硼的氮化硅、掺杂磷的氮化硅、氮氧化硅或其任意组合的各种材料制成。阻挡层用于防止来自基底110的任何污染物扩散到光伏器件的其它层中。TCO层130用作前接触件，并可以由含有氧化锡或氧化镉锡的材料制成。缓冲层140可以由包括氧化锡(例如，氧化锡(IV))、氧化锌锡、氧化锌、硫氧化锌和氧化锌镁的各种材料制成。
[0017]此外，半导体层可以沉积在TCO堆叠件170上。半导体层可以包括可以由硫化镉制成的半导体窗口层150和由碲化锦制成的半导体吸收层160。均可以使用包括气相传输沉积(VTD)的任何已知沉积技术来沉积半导体窗口层150和半导体吸收层160。
[0018]在图2中，示出了已经施加到图1的半导体吸收层160的暴露表面以形成卤化物涂覆表面165的卤化物化合物。形成卤化物涂覆表面165 (如图2所示)的卤化物热处理可以包括:将卤化物化合物的第一涂层施加在表面165上；加热涂覆的表面165以使卤化物化合物活化；然后将卤化物化合物的至少第二涂层施加在同一表面165上；以及在任何进一步的薄膜层沉积之前在相同或不同的条件下加热卤化物涂覆表面165。施加到表面165的卤化物涂层可以是通过液体喷射分配器(liquid spray dispenser)以流体形式施加的固体/粉末或者是通过例如气相传输沉积装置以气态形式气化并施加的水盐溶液。卤化物化合物可以包括CdCl2、MnCl2、MgCl2、ZnCl2, NH4CKTeCl4, HCl或NaCl。在完成第一步或第二步之后，可以使表面经历清洗工艺以去除卤化物涂层的残留物或工艺的副产物。
[0019]可以在大约350°C至大约600°C的范围内的温度(例如，在施加第一卤化物涂层之后的温度Tl和在施加第二卤化物涂层之后的温度T2)下执行在每个卤化物涂层之后的卤化物涂覆表面165的加热长达大约I分钟至大约60分钟范围内的持续时间(例如，在第一卤化物涂层之后的Dl和在第二卤化物涂层之后的D2)。在各种实施例中，温度Tl可以小于温度T2，温度Tl可以大于温度T2，或者温度Tl可以等于温度T2。相似地，持续时间Dl可以等于持续时间D2，持续时间Dl可以小于持续时间D2，或者持续时间Dl可以大于持续时间D2。例如，在将卤化物化合物的第一涂层施加到与半导体层或部分半导体层相邻的期望的表面之后，可以将表面加热到大约450°C的第一温度并持续大约10分钟。然后，在将卤化物化合物的第二涂层施加到同一表面之后，可以将该表面再次加热到大约420°C的第二温度并持续大约10分钟。在另一实施例中，在将卤化物化合物的第一涂层施加到与半导体层或部分半导体层相邻的期望的表面之后，可以将该表面加热到大约450°C的第一温度并持续大约10分钟。然后，在将卤化物化合物的第二涂层施加到同一表面之后，可以将表面再次加热到大约500°C的第二温度并持续大约30分钟。
[0020]在较低的温度下加热卤化物涂层促进卤化物结合到半导体层中，而在较高的温度下加热卤化物处理驱使晶体结构的形成，增强晶粒生长。因此，首先在较低的温度下加热卤化物涂层然后再次在较高的温度下加热卤化物涂层(例如，温度Tl可以小于温度T2)，将首先促进卤化物结合到半导体层中，然后在存在卤化物的情况下驱使