包括掺杂的半导体膜的光伏器件的制作方法
【专利说明】包括掺杂的半导体膜的光伏器件
[0001 ] 本申请是申请日为2008年10月30日、申请号为200880101459.3(国际申请号为PCT/US2008/081763)、题为“包括掺杂的半导体膜的光伏器件”的专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及光伏电池。
【背景技术】
[0003]在光伏器件的制造期间，可将半导体材料层应用到基板，一层用作窗口层，第二层用作吸收层。窗口层可使太阳能穿透至吸收层，在吸收层光能被转换为电能。一些光伏器件可使用也为电荷导体的透明薄膜。导电薄膜可为透明导电氧化物(TCO)，例如掺氟氧化锡、掺铝氧化锌或氧化铟锡。TCO可使光穿过基板窗口到有源(active)光吸收材料，并用作欧姆接触以将光生电荷载流子从光吸收材料转走。可在半导体层的背表面上形成背电极。背电极可包含导电材料，例如金属银、镍、铜、铝、钛、钯或它们的任意实际组合，从而提供与半导体层的电连接。背电极可为半导体材料。掺杂半导体层可提高光伏器件的效率。
【发明内容】
[0004]通常，光伏电池可以包括透明导电层和与透明导电层接触的第一半导体层。第一半导体层可包含氧化剂。透明导电层可位于基板之上。在其他情况下，透明导电层可位于第一氧化物层之上。氧化剂可为，例如，氟或氧。
[0005]在一些情况下，光伏电池可包括在透明导电层和第一半导体层之间的层，其中，所述层包含掺杂剂。掺杂剂可包括η型掺杂剂。包含掺杂剂的层可与第一半导体层接触。包含掺杂剂的层可与透明导电层接触。
[0006]光伏电池还可包括与第一半导体层接触的第二半导体层。第二半导体层可包含CdTe。第一半导体层可包含CdS。基板可为玻璃。
[0007]在一些情况下，光伏电池还可包括附加的第一半导体层，附加的第一半导体层在包含掺杂剂的层和透明导电层之间。包含掺杂剂的层可具有大于4埃的厚度。含有掺杂剂的层可具有大于8埃的厚度。含有掺杂剂的层可具有大于12埃的厚度。
[0008]另一方面，光伏电池可包括:透明导电层;与透明导电层接触的第一半导体层和与第一半导体层相邻的第二半导体层，其中，第一半导体层或第二半导体层包含掺杂剂。
[0009]在一些情况下，第一半导体层和第二半导体层均可包含掺杂剂。第一半导体层中的掺杂剂可与第二半导体层中的掺杂剂不同。透明导电层可位于基板之上。透明导电层可位于第一半导体层之上。第一半导体层可包含CdS。第二半导体层可包含CdTe。
[0010]掺杂剂可为III族元素。掺杂剂可为I族元素。掺杂剂可为Cu、Ag或Au。掺杂剂可为V族元素。掺杂剂可具有高于0.5ppma的浓度。掺杂剂可具有高于10ppma的浓度。掺杂剂可具有高于500ppma的浓度。
[0011]—种制造光伏电池的方法，可包括以下步骤:沉积与透明导电层接触的第一半导体层;沉积与第一半导体层相邻的第二半导体层；向第一半导体层或第二半导体层中引入掺杂剂。
[0012]在一些情况下，可向第一半导体层和第二半导体层中引入掺杂剂。在一些情况下，向第一半导体层中引入的掺杂剂可与向第二半导体层中引入的掺杂剂不同。
[0013]可通过扩散引入掺杂剂。可通过蒸气引入掺杂剂。掺杂剂可作为混合粉末被引入。掺杂剂可作为固体粉末被引入。掺杂剂可通过整个半导体层被引入。掺杂剂可被加入到层的一部分。掺杂剂可为η型掺杂剂。掺杂剂可为P型掺杂剂。掺杂剂可为铟，混合粉末可为CdS和In2S3 ο
[0014]在热处理过程中可引入掺杂剂。热处理温度可为大约400°C。在热处理之前，掺杂剂可被涂覆到第二半导体层的表面。
[0015]另一方面，一种制造光伏电池的方法可包括以下步骤:在有氧化剂存在的情况下沉积第一半导体层;用掺杂剂处理第一半导体层。
[0016]第一半导体层可设置于基板之上。在其它情况下，第一半导体层可设置于金属层之上。透明导电层可设置于第一半导体层之上。
[0017]氧化剂可为氟或氧。掺杂剂可包括η型掺杂剂。掺杂剂可包括铝或铟。掺杂剂可在第一半导体层内作为一层分布。
[0018]另一方面，一种产生电能的系统可包括:多层光伏电池，所述光伏电池包括透明导电层、与透明导电层接触的第一半导体层和在第一半导体层之上的第二半导体层，其中，第一半导体层或第二半导体层包含掺杂剂;第一电连接，连接到透明导电层;第二电连接，连接到金属层。
[0019]在一些情况下，第一半导体层和第二半导体层均可包含掺杂剂。在一些情况下，第一半导体层中的掺杂剂可与第二半导体层中的掺杂剂不同。
[0020]透明导电层可设置于基板之上。第一半导体层可设置于金属层之上。透明导电层可设置于第一半导体层之上。
[0021]在下面的附图和描述中详细阐述一个或更多实施例的细节。从描述、附图和权利要求中，其它特征、目的和优点将是清楚的。
【附图说明】
[0022]图1是具有多层的基板的示意图。
[0023]图2是具有多层的基板的示意图。
[0024]图3是具有多层的基板的示意图。
【具体实施方式】
[0025]光伏电池可以包括在基板的表面上的透明导电层、第一半导体层、支撑半导体层的基板和与半导体层接触的金属层。透明导电层可位于基板之上。在其他情况下，透明导电层可位于第一氧化物层之上。
[0026]光伏电池可包含一种或更多种的氧化剂或掺杂剂。光伏电池可包括含有掺杂剂或氧化剂(如氧或氟)的第一半导体层。光伏电池还可包括含有诸如η型掺杂剂的掺杂剂的层。掺杂剂可包括III族元素，如铝或铟。
[0027]含有掺杂剂的层可位于透明导电层和第一半导体层之间。含有第二掺杂剂的层可接触透明导电层。在其它情况下，含有掺杂剂的层可接触第一半导体层。含有诸如η型掺杂剂的第二掺杂剂的层可具有诸如大约5埃?15埃的厚度。
[0028]η型掺杂剂的例子包括铝和铟。传统上，多晶膜中的各种缺陷导致了半导体层的掺杂效率保持为低。为提高掺杂效率，可用诸如氧或氟的氧化剂处理半导体层。在用氧化剂将半导体层的缺陷钝化之后，可提高掺杂效率。在不进行钝化的情况下，诸如In或Al的掺杂剂的添加可具有负面影响。因此，在几个阶段掺杂半导体层可提高光伏电池的效率。
[0029]掺杂剂可有意被添加为非本征掺杂剂。在诸如含有CdS的层的第一半导体层中常常没有任何有意的非本征掺杂剂而加工光伏电池，或在诸如含有CdTe层的第二半导体层中常常没有任何非本征掺杂剂而加工光伏电池，或这两者半导体层中常常没有任何非本征掺杂剂而加工光伏电池。在几个阶段掺杂第一半导体层或第二半导体层或这两者，可降低光伏电池的不稳定性并提高效率。
[0030]参照图1，光伏电池可包括在至少两个阶段中掺杂的半导体层。例如，第一半导体层100可包含例如CdS。可用诸如氧或氟的氧化剂101来处理诸如CdS层的第一半导体层，以钝化CdS层中的缺陷。在此，可在透明导电层和CdS层之间的界面处引入氧化剂。透明导电层可包括透明导电氧化物(T⑶)。随后，可引入诸如η型掺杂剂的掺杂剂102。掺杂剂可为，例如，铝或铟。可将掺杂剂引入CdS层。可从基板130、TCO 120或TCO上的表面层140，通过诸如载气(carrier gas)的源或通过扩散来提供掺杂剂。可在第一半导体层上面沉积第二半导体层150。第二半导体层可包含如CdTe。含有掺杂剂的层可具有诸如大于4埃、大于8埃、大于12埃或大约15埃的厚度。光伏器件的结构也可反转，例如，透明导电层在第一半导体层上，第一半导体层在第二半导体层上，第二半导体层在金属层上。
[0031]参照图2，可以诸如氧或氟的氧化剂201来处理诸如CdS层的第一半导体层，以钝化CdS层中的缺陷。随后，可将诸如铝或铟的掺杂