光伏装置及制作方法
【专利说明】光伏装置及制作方法
【背景技术】
[0001] 本发明一般设及光伏装置。更具体地说，本发明设及包括砸的光伏装置，W及制作 所述光伏装置的方法。
[0002] 薄膜太阳能电池或光伏(PV)装置通常包括安置在透明衬底上的多个半导体层，其 中一层用作窗口层W及第二层用作吸收体层。窗口层允许太阳福射穿透到吸收体层，光能 量在所述吸收体层被转换为可用的电能。窗口层还起作用来与吸收体层结合形成异质结 (p-n结）。蹄化儒/硫化儒(CdTe/CdS)异质结基光伏电池是薄膜太阳能电池中的一个此类示 例，其中CdS起作用来作为窗口层。
[0003] 然而，薄膜太阳能电池可具有低的转换效率。因此，光伏装置领域中的一个主要焦 点是转换效率的改善。窗口层的光吸收可W是限制PV装置转换效率现象中的一个。此外，窗 口层和吸收体层（例如，CdS/CdTe)层之间的晶格失配可在界面导致高缺陷密度，运会进一 步导致更短的界面载流子寿命。因此，期望保持窗口层尽可能的薄，W帮助降低通过吸收的 光损失。然而，对于多数薄膜PV装置，如果窗口层太薄，由于低开路电压(Voc)和填充因子 (F巧而能够观察到性能损失。
[0004] 因此，需要改善薄膜光伏装置配置W及制造运些的方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的实施例被包括W满足运些W及其它需要。一个实施例是光伏装置。光伏 装置包括层叠；W及吸收体层安置在所述层叠上。吸收体层包括砸，并且砸的原子浓度跨吸 收体层的厚度非线性变化。
[0006] -个实施例是光伏装置。光伏装置包括层叠，所述层叠包括安置在支撑件上的透 明传导氧化物层、安置在透明传导氧化物层上的缓冲层和安置在缓冲层上的窗口层。所述 层叠还包括安置在层叠上的吸收体层，其中吸收体层包括砸，并且砸的原子浓度跨吸收体 层的厚度非线性变化。
[0007] -个实施例是制作光伏装置的方法。所述方法包括在层叠上提供吸收体层，其中 吸收体层包括砸，并且其中砸的原子浓度跨吸收体层的厚度非线性变化。
【附图说明】
[0008] 当参考附图阅读W下详细描述时，本发明的运些W及其它特征、方面和益处将变 得更好理解。
[0009] 图1是根据本发明一些实施例的光伏装置的示意图。
[0010] 图2是根据本发明一些实施例的光伏装置的示意图。
[0011] 图3是根据本发明一些实施例的光伏装置的示意图。
[0012] 图4是根据本发明一些实施例的光伏装置的示意图。
[0013] 图5是根据本发明一些实施例的光伏装置的示意图。
[0014] 图6是根据本发明一些实施例的光伏装置的示意图。
[0015] 图7是根据本发明一些实施例的光伏装置的示意图。
[0016] 图8是根据本发明一些实施例的制作光伏装置的方法的示意图。
[0017]图9示出了根据本发明一个实施例的作为深度的函数的Se浓度。
[0018] 图10示出了根据本发明一个实施例的作为深度的函数的Se浓度的对数-对数图。
[0019] 图11示出了根据本发明一些实施例的作为深度的函数的Se浓度。
【具体实施方式】
[0020] 如W下详细讨论，本发明的一些实施例包括了包括砸的光伏装置。
[0021] 如本文贯穿说明书和权利要求所使用的近似语言可W被应用于修改任何数量表 示，其能够可允许地变化而没有导致其所相关的基础功能中的改变。因此，由诸如"大约"和 "基本"的术语修改的值不限于指定的精确数值。在一些情况下，近似语言可W对应于用于 测量数值的仪器的精度。运里和贯穿说明书W及权利要求，范围限制可W是组合的和/或互 换的，此类范围被标识并包括其中所包含的所有子范围，除非上下文或语言另外指示。
[0022] 在下面的说明书和权利要求中，除非上下文另外明确指示，否则单数形式"一（V' 和"an" r和"所述"包括复数对象。除非上下文另外明确指示，如本文所使用的术语"或者" 并不意味着是排它的，而指存在所引用组件（例如，层）的至少一个且包括可W存在所引用 组件的组合的情况。
[0023] 如本文使用的术语"透明区域"和"透明层"指允许入射的电磁福射的至少70%的 平均传送的区域或层，所述电磁福射具有从约350nm到约1000 nm范围内的波长。
[0024] 如本文使用的术语"层"指W连续或非连续方式在下层表面的至少部分上安置的 材料。此外，术语"层"并不必需意味着所安置材料的均匀厚度，并且所安置材料可W具有均 匀或可变厚度。此外，除非上下文另外明确指示，否则如本文所使用的术语"层"指单个层或 多个子层。
[0025] 除非另外特定地指示，否则如本文所使用的术语"布置在......上"指布置的层彼 此直接接触或通过其间具有介入层来间接接触。如本文所使用的术语"近邻"意味着两个层 被连续地安置且彼此直接接触。
[0026] 在本公开中，当层正被描述为在另一层或衬底"上"时，要理解，运些层能够彼此直 接接触或在层之间具有一个(或更多）层或特征。此外，术语"在......上"描述了层对彼此 的相对位置且不必需意味着"在......顶部上"，因为相对位置上或下取决于对观察者的装 置的方向。此外，为了方便而做出对"顶部"、"底部"、"上"、"下"W及运些术语的变化的使 用，并且不要求任何具体的组件方向，除非另有声明。
[0027] 如W下详细讨论的，本发明的一些实施例针对包括砸的光伏装置。根据本发明的 一些实施例，光伏装置100在图1-5中示出。如图1-5中所示，光伏装置100包括层叠110和安 置在层叠110上的吸收体层120。吸收体层120包括砸，且砸的原子浓度跨吸收体层120的厚 度非线性变化。
[0028] 如在本文上下文中所使用的术语"原子浓度"指吸收体层每单位体积的平均砸原 子数量。术语"原子浓度"和"浓度"贯穿全文在本文可互换地使用。如本文所使用的术语"跨 厚度非线性变化"意味着浓度的改变速率本身跨吸收体层120的厚度而变化。
[0029] 如本文所使用的术语"线性梯度"指给定性质的一阶导数，当关于尺寸参数(诸如 自前接触的距离)测量时，所述一阶导数是连续的并且是常数。例如，在前接触具有固定砸 (Se)浓度的阶跃式（step-wise)分布(所述浓度然后离前接触一些距离后突然转变至不同 浓度）由于一阶导数在Se浓度从一个值转变至另一个值的点处是不连续的事实而是非线性 的。指数变化分布是非线性分布的另一个示例，因为一阶导数值作为距离的函数而连续地 变化。给定分布的线性可W通过绘制所测性质的对数对尺寸参数的对数的曲线来容易地评 估。线性梯度意味着当按照运个方式绘制时，数据能够被拟合成具有单一斜率的线。超线性 分布将具有大于一的斜率而次线性分布将具有小于1的斜率。
[0030] 实际材料中材料性质的一阶导数的测量意味着在定义的尺寸和长度范围上的材 料性质的平均，因为实际材料的原子性质可W导致一阶导数的局部不连续。根据本发明的 一些实施例的所关屯、的非线性分布是在自前接触通到背接触的轴上，其将称作Z-轴或Z-维。因此，为了测量沿着Z-轴的性质的非线性分布，平均化对于正交轴x、y的所测量性质可 W是有用的，W便最小化晶界和其它局部非均质性对测量的影响。
[0031] 平均窗口的更低限制由材料的极化半径设置，其衡量实际材料内的电荷载流子的 典型"尺乎'：
[0033] 其中h是普朗克常数，m是电荷载流子的有效质量，W及CO是晶格典型振动的最高 角频率，其通常是光学声子。在錬化儒(CdTe)中，电子的有效质量是大约O.lme，其中me是自 由空间中的电子质量，并且声子角频率是大约2. lxl〇u。因此，计算的极化半径是大约5nm并 且计算的极化直径是大约lOnm。因为proto型高斯或指数波函数具有他们标称特性尺寸 (nominal characteristic size)的大约2-3倍的有效振幅（significant ampli1:ude)，那 么CdTe基材料内电荷载流子"尺寸"的估算是大约30nm XdTe型材料中通常的电荷载流子在 任意给定时间都将采样30nm直径的球，并且其行为在很大程度上将由运个球内的平均物理 性质来确定。因此，根据本发明的一些实施例，为了确定与光伏电池性能有关的非线性度， 可W不必需解决给定性质或成分低于大约30nm长度范围的分布中的非线性。要求的平均上 的上限由沿Z轴的需要采样的足够数量的点（即3个)来设置，W便可W确定分布的线性。
[0034] 在一些实施例中，砸浓度跨吸收体层的厚度存在阶跃改变。在此类情况下，对于厚 度的某一部分，砸浓度可W保持基本恒定。如用于该上下文中的术语"基本恒定"意味着跨 厚度的那个部分而浓度变化小于5%。
[0035] 在一些实施例中，砸浓度跨吸收体层120的厚度连续地变化。此外，在此类情况下， 砸浓度的变化可W是单调的或非单调的。在某些实施例中，砸浓度跨吸收体层的厚度非单 调地变化。在某些情况下，浓度的改变率本身可W通过厚度而变化，例如在厚度的一些区域 中增加，而在厚度的其它区域减小。合适的砸分布可W包括任何更高阶的非线性分布。合适 的砸分布的非限制示例包括指数分布、顶帽(top-hat)分布、阶跃改变分布、方波分布、幕律 分布(指数大于1或小于1)或其组合。图11示出吸收体层120中代表性非线性砸分布的数个 示例。如将由本领域普通技术人员领会，砸浓度分布可W在处理步骤后进一步变化，并且最 终的装置可W包括运里讨论的分布的扩散的形式。
[0036] 在一些实施例中，砸浓度沿着离开层叠110的方向而跨吸收体层120的厚度减小。 在一些实施例中，砸浓度沿着离开层叠110的方向而跨吸收体层120的厚度单调减小。在一 些实施例中，砸浓度跨吸收体层120厚度的某一部分连续减小，且进一步在吸收体层120厚 度的某一其它部分中基本恒定。
[0037] 在某些实施例中