專利名稱：透明導(dǎo)電層及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明針對(duì)用于與光伏模塊一起使用的透明傳導(dǎo)層。
背景技術(shù)：
能量需求在不斷增加。由于能量需求增加，作為化石燃料能源的備選的源的重要性增加。一個(gè)這樣的備選能源是太陽(yáng)能。一般，太陽(yáng)能通過(guò)將輻射(例如，日光)轉(zhuǎn)換成可存儲(chǔ)或通過(guò)電力網(wǎng)傳輸?shù)碾娏Χa(chǎn)生。透明傳導(dǎo)氧化物(TCO)用作PV模塊中薄膜光伏(PV)電池的在操作期間接收日光的一側(cè)上的電接觸的導(dǎo)電層。一個(gè)類型的TCO包括錫酸鎘。在PV模塊的制備中，錫酸鎘可結(jié)晶以減少薄層電阻并且增加光透射或透明度。為了提供TCO的期望的性質(zhì)，錫酸鎘膜根據(jù)已知工藝退火以將錫酸鎘膜結(jié)晶并且提供增加的透明度和傳導(dǎo)率。當(dāng)前，在再結(jié)晶工藝中需要真空退火爐。用于將在PV模塊中使用的例如錫酸鎘等透明傳導(dǎo)薄膜結(jié)晶而不需要真空退火或真空退火設(shè)備的方法將在本領(lǐng)域內(nèi)是受歡迎的。

發(fā)明內(nèi)容
本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例包括用于形成透明導(dǎo)電層的方法。該方法包括提供包括鎘、 錫和氧的層。將集中電磁能從能源引向該層的至少一部分以將該層的該至少一部分局部加熱。將該層結(jié)晶為氧化鎘錫陶瓷。本公開(kāi)的另一個(gè)實(shí)施例包括PV電池，其具有包括激光結(jié)晶的氧化鎘錫陶瓷的導(dǎo)體層。本公開(kāi)的再另一個(gè)實(shí)施例包括一種物質(zhì)的成分，該物質(zhì)包括用來(lái)自激光器的集中電磁能局部照射形成的透明、導(dǎo)電結(jié)晶氧化鎘錫陶瓷。


圖1示出根據(jù)本公開(kāi)安裝在基底上的薄膜模塊。圖2是根據(jù)本公開(kāi)的組成模塊的電池的層系統(tǒng)的圖。圖3是根據(jù)本公開(kāi)的用于形成模塊的示范性工藝的工藝流程圖。圖4是根據(jù)本公開(kāi)的示范性工藝的工藝流程圖。圖5示出根據(jù)本公開(kāi)的用于執(zhí)行方法的設(shè)備。圖6示出根據(jù)本公開(kāi)的用于執(zhí)行方法的示范性方法。圖7示出根據(jù)本公開(kāi)的用于執(zhí)行方法的另一個(gè)示范性方法。圖8示出真空退火錫酸鎘層的X射線衍射花樣。圖9示出激光結(jié)晶的錫酸鎘層的X射線衍射花樣。只要有可能，在整個(gè)圖中將使用相同的標(biāo)號(hào)表示相同的部件。
具體實(shí)施例方式提供的是用于將PV模塊中使用的例如錫酸鎘等透明傳導(dǎo)薄膜結(jié)晶而不需要真空退火或真空退火設(shè)備的方法。與本公開(kāi)一起使用的適合的膜可以是用于顯示器、PV模塊、 低輻射玻璃(e-glass)或需要透明、導(dǎo)電接觸的其他裝置的薄膜。本公開(kāi)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)包括具有增加的電導(dǎo)率的導(dǎo)體層。本公開(kāi)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)包括具有更大透明度并且能夠接收更多光的透明導(dǎo)體層。圖1示出安裝在基底103上的薄膜PV模塊100。該P(yáng)V模塊設(shè)置以接收光105。 該P(yáng)V模塊分成串聯(lián)設(shè)置的多個(gè)電池107。該電池107由間隔、不傳導(dǎo)材料和/或其他分開(kāi)電路的結(jié)構(gòu)分隔。例如，電池107可由通過(guò)激光劃線形成的劃線互相隔離。當(dāng)PV模塊100 暴露于光105時(shí)，產(chǎn)生電力。本公開(kāi)不限于示出的設(shè)置并且可包括其他安裝設(shè)置和/或電池107。例如，電池107可沿模塊100的長(zhǎng)尺寸而不是模塊100的短尺寸取向。本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例包括薄膜CdTe太陽(yáng)能光伏(PV)模塊。這樣的模塊用于對(duì)許多應(yīng)用產(chǎn)生太陽(yáng)能電力，例如大型地面安裝系統(tǒng)和在商業(yè)和居住建筑上的屋頂系統(tǒng)。圖2是形成PV模塊100的電池107的層系統(tǒng)的圖。電池107的層包括上板201、 第一傳導(dǎo)層203、緩沖層205、第一半導(dǎo)體層207、第二半導(dǎo)體層209、第二傳導(dǎo)層211和封裝玻璃213。電池107的層設(shè)置成當(dāng)暴露于光105時(shí)產(chǎn)生并且傳導(dǎo)采用可用形式的電力。上板201是薄膜生長(zhǎng)到其上的高透射玻璃板。上板201在下面的層之前接收光 105 (參見(jiàn)例如圖1)。上板201可是高透射、低鐵浮法玻璃或?qū)τ诠?05具有高透射率的任何其他適合的玻璃材料。在另一個(gè)實(shí)施例中，上板201還可是高透射硼硅酸鹽玻璃。在光105通過(guò)上板201后，光的至少一部分通過(guò)第一傳導(dǎo)層203。第一傳導(dǎo)層203 可是透明傳導(dǎo)氧化物(TCO)，其允許光105的透射且具有很少的吸收或沒(méi)有吸收。第一傳導(dǎo)層203也是導(dǎo)電的，其允許導(dǎo)電以提供電池107的串聯(lián)設(shè)置。第一傳導(dǎo)層203形成到提供導(dǎo)電性但允許至少一些光105通過(guò)的厚度。盡管沒(méi)有這樣限制，在一個(gè)實(shí)施例中，第一傳導(dǎo)層203可形成到約300-500nm的厚度，且具有高達(dá)大約0. 1-0. 65 μ m或大約0. 15-0. 3 μ m的厚度。在第一傳導(dǎo)層的形成中使用的一個(gè)適合的材料可是化學(xué)計(jì)量錫酸鎘(名義上CdSnO3 或 Cd2SnO4)。其他適合的第一傳導(dǎo)層203可包括摻氟氧化錫、摻鋁氧化鋅、氧化銦錫、摻雜的氧化銦、摻鋅或鎘的氧化錫、氧化銅鋁或氧化鎘錫的另一個(gè)化合物(例如0331103等)。第一傳導(dǎo)層203可允許光105通過(guò)到半導(dǎo)體層(例如，第一半導(dǎo)體層207和第二半導(dǎo)體層209)同時(shí)也起歐姆電極的作用以輸運(yùn)光生電荷載流子從光吸收材料離開(kāi)。緩沖層205鄰近第一傳導(dǎo)層203。緩沖層205電阻更高并且保護(hù)電池107的層免于來(lái)自玻璃的化學(xué)相互作用和/或可能從隨后處理招致的化學(xué)相互作用。包括緩沖層205 減少或防止跨電池107和跨模塊100可發(fā)生的電或其他損耗。緩沖層205的適合材料可包括含氧化錫的材料，例如但不限于摻鋅的氧化錫、氧化鋅和氧化錫的混合物(例如，具有 0. 5至33原子％ Zn的氧化鋅錫)、錫酸鋅、氧化鎵、氧化鋁、氧化硅、氧化銦、氧化鎘和具有比第一傳導(dǎo)層203更高的電阻以及保護(hù)電池107的層免于來(lái)自玻璃的相互作用或來(lái)自隨后處理的相互作用的能力的任何其他適合的阻擋材料。另外，包括緩沖層205允許第一半導(dǎo)體層207的形成，第一半導(dǎo)體層207允許光子通過(guò)同時(shí)維持能夠產(chǎn)生電力的高質(zhì)量結(jié)。在某些實(shí)施例中，緩沖層205可省略或由另一個(gè)材料或?qū)犹鎿Q。在一個(gè)實(shí)施例中，緩沖層205包括ZnO和SnO2W組合。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，緩沖層205 (盡管沒(méi)有這樣限制)可形成至高達(dá)大約1. 5微米或大約0. 8-1. 5微米的厚度并且可包括按大約0 1至大約2 1的比例(ZnO SnO2)的 ZnO 和 SnO2。如在圖2中示出的，第一半導(dǎo)體層207鄰近緩沖層205并且繼上板201、第一傳導(dǎo)層203和緩沖層205之后接收光105。第一半導(dǎo)體層207包括寬帶隙η型半導(dǎo)體材料。第一半導(dǎo)體層207的適合的半導(dǎo)體材料包括但不限于CdS、SnO2, CdO、ZnO, AnSe, GaN, In2O2, CdSnO、ZnS, CdZnS或其他適合的η型半導(dǎo)體材料。在一個(gè)實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體層207包括CdS。盡管沒(méi)有這樣限制，第一半導(dǎo)體層207可具有從大約0. 01至0. 3 μ m或大約0. 01 至大約0. 1 μ m的厚度。第一半導(dǎo)體層207可通過(guò)化學(xué)浴沉積或通過(guò)濺射形成。第一半導(dǎo)體層207優(yōu)選地具有平滑表面并且大致上是均勻的并且沒(méi)有雜質(zhì)和針孔。第一半導(dǎo)體層207與第二半導(dǎo)體層209形成結(jié)以在電池107中形成光伏效應(yīng)，允許電力從光105產(chǎn)生。第二半導(dǎo)體層209可包括例如CcUCdTe或其他ρ型半導(dǎo)體材料。當(dāng)?shù)诙雽?dǎo)體層209提供有第一半導(dǎo)體層207時(shí)，當(dāng)暴露于光105時(shí)光伏效應(yīng)產(chǎn)生。如在圖2中示出的，第二半導(dǎo)體層209鄰近第一半導(dǎo)體層207。第二傳導(dǎo)層211鄰近第二半導(dǎo)體層209并且提供導(dǎo)電材料，其能夠傳導(dǎo)當(dāng)暴露于光105時(shí)從第一半導(dǎo)體層207 和第二半導(dǎo)體層209的組合形成的電力。盡管圖2示出第一半導(dǎo)體層207和第二半導(dǎo)體層 209的兩層設(shè)置，可利用任何數(shù)目的層(包括間隙層)來(lái)提供光伏效應(yīng)。第二傳導(dǎo)層211可用任何適合的傳導(dǎo)材料和其的組合制造。例如，適合的材料可包括但不限于石墨、金屬銀、鎳、銅、鋁、鈦、鈀、鉻、鉬，金屬銀、鎳、銅、鋁、鈦、鈀、鉻、和鉬的合金以及其的任何組合。在一個(gè)實(shí)施例中，第二傳導(dǎo)層211可是石墨與鎳和鋁合金的組合。封裝玻璃213可鄰近第二傳導(dǎo)層211粘附。封裝玻璃213可是適合與電池107的薄膜使用的剛性結(jié)構(gòu)。封裝玻璃213可是與上板201相同的材料或可是不同的。另外，盡管沒(méi)有在圖2中示出，封裝玻璃213可包括開(kāi)口或結(jié)構(gòu)以允許到電池107的布線和/或連接。模塊100和個(gè)體電池107可包括沒(méi)有在圖2中示出的其他層和結(jié)構(gòu)。例如，上板 201和/或封裝玻璃213可包括阻擋涂層或其他結(jié)構(gòu)以便于減少或防止雜質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入層。 另外，封裝玻璃213可包括粘附層以將封裝玻璃213粘附到層。可在模塊100和/或電池 107中存在的另外的結(jié)構(gòu)包括例如劃線、匯流排連接(bussing)結(jié)構(gòu)、外部布線和與薄膜和 /或PV結(jié)構(gòu)有用的各種常規(guī)部件。圖3示出用于形成模塊100的示范性工藝的工藝流程圖。該工藝包括薄膜堆疊形成電池107的形成，其中膜或?qū)釉谏习?01上形成(在圖2中從頂部向下示出)。如在圖3的流程圖中示出的，提供上板201 (框301)。上板201可由能夠收容用作光伏電池的薄膜并且足夠透明以允許光105透射的任何適合材料制造。繼提供上板201后，第一傳導(dǎo)層203沉積到上板201上(框30 。第一傳導(dǎo)層 203是導(dǎo)電的，其允許導(dǎo)電以提供電池107的串聯(lián)設(shè)置。盡管沒(méi)有這樣限制，在一個(gè)實(shí)施例中第一傳導(dǎo)層203可形成到化學(xué)計(jì)量錫酸鎘(名義上Cd2^iO4)的大約0. 1-0. 6 μ m或大約 0. 15-0. 3 μ m的厚度。其他適合的第一傳導(dǎo)層203可包括摻氟氧化錫、摻鋁氧化鋅、氧化銦錫、摻雜的氧化銦、摻鋅或鎘的氧化錫、氧化銅鋁或氧化鎘錫的另一個(gè)化合物(例如CdSnO3 等)。第一傳導(dǎo)層203可例如通過(guò)直流(DC)或射頻(RF)濺射形成。在一個(gè)實(shí)施例中，第一傳導(dǎo)層203是濺射到上板201上的大致上非晶的Cd2SnO4層。這樣的濺射可以從含化學(xué)計(jì)量數(shù)量的SnO2和CdO的熱壓靶執(zhí)行到上板201。盡管沒(méi)有這樣限制，濺射可按大約0 1 至大約2 1的比例(Cd Sn)提供SnO2和CdO到上板201。錫酸鎘可以備選地通過(guò)噴霧熱解使用醋酸鎘和氯化錫(II)前驅(qū)物制備。一旦施加第一傳導(dǎo)層203，緩沖層205可施加到第一傳導(dǎo)層203 (框30 。在一個(gè)實(shí)施例中，緩沖層205可例如通過(guò)濺射形成。在一個(gè)示例中，緩沖層205可通過(guò)從含大約 67mol % SnO2和大約33mol % ZnO的化學(xué)計(jì)量數(shù)量的熱壓靶濺射到第一傳導(dǎo)層203上形成。 當(dāng)通過(guò)濺射沉積時(shí)，緩沖層205的氧化鋅錫材料可是大致上非晶的。緩沖層205可具有大約200和3，000埃之間、或大約800和1，500埃之間的厚度，以便具有可取的機(jī)械、光學(xué)和電性質(zhì)。緩沖層205可具有寬光學(xué)帶隙，例如大約3. 3eV或更高，以便允許光105的透射。第一半導(dǎo)體層207沉積在緩沖層205上(框307)。在一個(gè)實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體層207可例如通過(guò)化學(xué)浴沉積或通過(guò)濺射形成。盡管沒(méi)有這樣限制，第一半導(dǎo)體層207可沉積到從大約0. 01至0. 3 μ m或大約0. 01至0. 1 μ m的厚度。用作第一半導(dǎo)體層207的一個(gè)適合的材料是CdS。CdS層的適合厚度可在從大約500至800埃的范圍內(nèi)。第一半導(dǎo)體層 207與第二半導(dǎo)體層209形成結(jié)以在電池107中形成PV效應(yīng)，允許它從光105產(chǎn)生電力。在第一半導(dǎo)體層207形成后，第二半導(dǎo)體層209沉積在第一半導(dǎo)體層207上(框 309)。第二半導(dǎo)體層209可包括CcUCdTe或其他ρ型半導(dǎo)體材料。第二半導(dǎo)體層209可通過(guò)擴(kuò)散輸運(yùn)沉積、濺射或用于沉積P型半導(dǎo)體層薄膜材料的其他適合的沉積方法沉積。繼第二半導(dǎo)體層209形成后，形成第二傳導(dǎo)層211 (框311)。第二傳導(dǎo)層211可用任何適合的傳導(dǎo)材料制造。第二傳導(dǎo)層211可通過(guò)濺射、電沉積、絲網(wǎng)印刷、物理氣相沉積 (PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)或噴涂形成。在一個(gè)實(shí)施例中，第二傳導(dǎo)層211是絲網(wǎng)印刷到表面上的石墨和濺射到其上的鎳和鋁合金的組合。上文描述的所有濺射步驟可在高純氣氛下在環(huán)境溫度磁控濺射。然而，可使用其他的沉積工藝，包括更高溫度的濺射、電沉積、絲網(wǎng)印刷、物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)或噴涂。另外，該處理可在連續(xù)線中提供或可是一系列分批操作。當(dāng)工藝是連續(xù)工藝時(shí)，濺射或沉積腔被單獨(dú)隔離并且在每個(gè)涂覆周期期間達(dá)到涂覆條件，然后重復(fù)。一旦第二傳導(dǎo)層211形成，封裝玻璃213粘附到第二傳導(dǎo)層211 (框313)。封裝玻璃213可是適合與薄膜結(jié)構(gòu)一起使用的剛性材料并且可是與上板201相同的材料或不同材料。封裝玻璃213可使用任何適合的方法粘附到第二傳導(dǎo)層211。例如，封裝玻璃213可使用粘合劑或其他接合成分來(lái)粘附到第二傳導(dǎo)層211。盡管沒(méi)有在圖3中示出，在用于形成模塊100和電池107的工藝中可包括其他處理步驟。例如，還可利用清潔、蝕刻、摻雜、介電或其他選擇性的絕緣材料沉積、間隙層的形成、劃線、熱處理和布線。可提供布線和/或匯流排連接裝置以完成PV電路(即，采用串聯(lián)設(shè)置的電池107)和提供PV電路到負(fù)載或其他外部裝置的連接性?？衫脛澗€以形成層和隔離電池和/或薄膜堆疊的層之間的互連。劃線可使用用于劃線和/或互連薄膜層的任何已知技術(shù)完成。在一個(gè)實(shí)施例中，劃線使用從一個(gè)或多個(gè)方向弓丨導(dǎo)于一個(gè)或多個(gè)層的激光完成?？衫靡粋€(gè)或多個(gè)激光劃線以選擇性地去除薄膜層并且提供電池107的互連性和/或隔離。在一個(gè)實(shí)施例中，完成劃線和層沉積以互連和/ 或隔離電池107以提供具有采用串聯(lián)電設(shè)置的電池107的PV電路。
在本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例中，氧化鎘錫陶瓷511在第一傳導(dǎo)層203上或內(nèi)形成。該氧化鎘錫陶瓷511是其中第一傳導(dǎo)層203的材料至少部分結(jié)晶的區(qū)域。該氧化鎘錫陶瓷511 可位于沿第一傳導(dǎo)層203或可包括第一傳導(dǎo)層203的整個(gè)表面或整個(gè)塊體。該氧化鎘錫陶瓷511包括比錫酸鎘更大的透明度和更大的電導(dǎo)率。圖4包括圖示用于形成氧化鎘錫陶瓷511的示范性方法的流程圖。第一傳導(dǎo)層203 可是錫酸鎘的透明傳導(dǎo)氧化物(TCO)，包括具有例如2 1 4(Cd Sn 0)原子比和錫酸鎘尖晶石晶體結(jié)構(gòu)的化學(xué)計(jì)量錫酸鎘(名義上Cd2SnO4)。該方法包括提供錫酸鎘膜(框 401)。該錫酸鎘膜可例如是PV模塊的第一傳導(dǎo)層203。該錫酸鎘膜包括鎘、錫和氧作為例如錫酸鎘等化合物或化合物的混合物。另外，該錫酸鎘膜可包括用于形成透明第一傳導(dǎo)層 203的添加劑和/或雜質(zhì)。該方法進(jìn)一步包括將來(lái)自能源501的集中電磁能或束503引導(dǎo)朝向錫酸鎘膜(框40 。適合的能源可包括但不限于激光器、射頻(Rf)、電子束、紅外線(IR) 或用于快速熱處理/退火(RTA)的源。激光器或其他能源501配置成產(chǎn)生集中電磁能503， 其具有提供熱和/或其他適合的能量給錫酸鎘膜的功率密度和/或波長(zhǎng)。術(shù)語(yǔ)“集中電磁能”包括采用任何適合的形式的定向能量，并且可包括但不限于激光束、定向Rf能量、電子束、定向頂能量或能夠提供能量給表面505的任何其他定向或集中能量。熱和/或其他適合的能量可足夠當(dāng)冷卻時(shí)提供膜的結(jié)晶。在一個(gè)實(shí)施例中，能源可是具有100-1500nm的波長(zhǎng)和從大約0. 01J/cm2至大約1 J/em2或大約0. lj/cm2的流量密度的激光器發(fā)射集中電磁能 503。該方法進(jìn)一步包括將錫酸鎘膜結(jié)晶以形成氧化鎘錫(框40 。氧化鎘錫陶瓷511包括大于錫酸鎘膜的傳導(dǎo)率(即，低于其的電阻率)的電導(dǎo)率和透明度。例如，氧化鎘錫陶瓷 511的電阻率可如5歐姆/平方一樣低或從大約10歐姆/平方至大約5歐姆/平方。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一傳導(dǎo)層203可是錫酸鋅的TC0，其包括具有例如2 1 4(Zn Sn 0) 原子比和錫酸鋅反尖晶石晶體結(jié)構(gòu)的化學(xué)計(jì)量錫酸鋅(名義上Si2SnO4)。盡管上文的工藝已經(jīng)示出并且描述為將來(lái)自能源501的集中電磁能或束503直接引導(dǎo)朝向錫酸鎘膜，該工藝也適合通過(guò)玻璃的工藝。示范性通過(guò)玻璃的工藝可提供在通過(guò)玻璃或其他透明物件后入射到錫酸鎘膜的激光或其他集中電磁能。圖5圖示用于形成如在圖4中示出和描述的氧化鎘錫陶瓷511的設(shè)備。如在圖5 中示出的，能源501發(fā)射引導(dǎo)于第一傳導(dǎo)層203的表面505的集中電磁能503。在一個(gè)實(shí)施例中，第一傳導(dǎo)層203包括可采用錫酸鎘的形式的鎘、錫和氧。能源501是能夠提供足夠熱和/或其他適合的能量到第一傳導(dǎo)層203的表面以當(dāng)冷卻時(shí)將第一傳導(dǎo)層203中的鎘、錫和氧結(jié)晶的能源。在一個(gè)實(shí)施例中，能源501是發(fā)射具有從大約100-1500nm的波長(zhǎng)的集中電磁能503的激光器。適合的波長(zhǎng)包括226nm、350nm、532nm和1064nm。激光器的脈沖持續(xù)時(shí)間在從Ins至500ns的范圍內(nèi)。另外，激光器可包括具有從大約0. 01J/cm2至大約IJ/ cm2或大約0. lj/cm2的流量密度的束。當(dāng)集中電磁能503接觸表面505時(shí)，第一傳導(dǎo)層203 在集中電磁能503接觸表面505的位置局部加熱。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)冷卻時(shí)，產(chǎn)生的熱可足夠局部形成具有多個(gè)晶相的氧化鎘錫陶瓷511。氧化鎘錫陶瓷包括多個(gè)晶相，其當(dāng)冷卻發(fā)生時(shí)形成。在其中處理錫酸鎘的氣氛可是例如空氣、CO、隊(duì)H2 (形成氣體)、O2和其的組合等環(huán)境氣體成分。盡管不希望被理論束縛，認(rèn)為在由來(lái)自能源501的集中電磁能503的輻射點(diǎn)的局部溫差和高淬火速率導(dǎo)致晶相的組合。本發(fā)明的工藝?yán)么蠹s納秒的淬火速率。
圖6示出經(jīng)受本公開(kāi)的方法的包括鎘、錫和氧的第一傳導(dǎo)層203的頂視圖。如示出的，沿路徑601掃描來(lái)自激光器的集中電磁能503從而局部加熱第一傳導(dǎo)層203的表面 505。在集中電磁能503加熱表面505后，表面冷卻并且第一傳導(dǎo)層203結(jié)晶以形成氧化鎘錫陶瓷511。在圖6中示出的實(shí)施例包括路徑601，其在方向603上來(lái)回地跨表面505掃描。 然而，集中電磁能503的路徑601不被這樣限制并且可包括集中電磁能503的任何適合的路徑601。圖7示出備選設(shè)置，其中利用多個(gè)集中電磁能503的束同時(shí)將第一傳導(dǎo)層203的表面505結(jié)晶。在該實(shí)施例中，集中電磁能503可提供在方向603上的單遍處理，其減少需要的工藝時(shí)間。像在圖6的實(shí)施例中那樣，第一傳導(dǎo)層203沿集中電磁能503的路徑601結(jié)晶以形成氧化鎘錫陶瓷511。在一個(gè)實(shí)施例中，薄層電阻由于結(jié)晶而減小高達(dá)大約70%或高達(dá)大約60%或高達(dá)大約50%。例如，氧化鎘錫陶瓷511的電阻率可如5歐姆/平方一樣低或從大約10歐姆/平方至大約5歐姆/平方。在某些實(shí)施例中，電阻率可從大約50歐姆/平方減少到大約20歐姆/平方或從大約20歐姆/平方減小到大約8歐姆/平方。另外，氧化鎘錫陶瓷511的透明度大于含TCO的第一傳導(dǎo)層203的透明度。示例比較示例錫酸鎘膜在氦中在650°C (1202° F)根據(jù)沉積后熱處理的已知方法通過(guò)真空退火10分鐘來(lái)再結(jié)晶。獲得該比較示例的X射線衍射數(shù)據(jù)并且在圖8中示出。示例1 示范性錫酸鎘膜使用具有近似1070nm的波長(zhǎng)的激光再結(jié)晶。獲得該示例的X射線衍射數(shù)據(jù)并且在圖9中示出。如在圖9中示出的，受到局部激光退火的錫酸鎘在激光入射在它上面的地方示出顯著的錫酸鎘局部再結(jié)晶。如在圖8和9中示出的，當(dāng)執(zhí)行本公開(kāi)的局部加熱時(shí)與真空退火工藝比較，產(chǎn)生晶相的不同組合。在示例1中，初始薄層電阻分別是 500hm/Sq和 200hm/Sq。在激光引致的結(jié)晶后，薄層電阻降低到如由四點(diǎn)探針?lè)y(cè)量的近似 200hm/Sq和7. 50hm/Sq。使用光透射測(cè)量系統(tǒng)，還示出這樣的膜增加的透射。示例1的測(cè)試樣品在包括激光暴露部分和沒(méi)有暴露于激光的部分的膜的區(qū)域中的成分如下
元素一般區(qū)域區(qū)域α-χa-ya-zSn12.4112.4912.47Cd5.715.655.68 IZn0.000.000.00O71.3271.4070.88Si8.938.909.19Ca1.631.571.78 如上文示出的示例1的處理和未處理區(qū)域的元素成分大致上相同,
示例2 示范性錫酸鎘膜使用具有近似532的波長(zhǎng)的激光再結(jié)晶。獲得與示例1大致上相同的薄層電阻和吸收中的減少。下文描述的是根據(jù)本公開(kāi)的錫酸鎘薄膜的激光處理的示例方法。示例3 雙遍方法示例該雙遍方法已經(jīng)示出將初始非晶的錫酸鎘薄膜結(jié)晶。激光束以低掃描速度跨非晶錫酸鎘薄膜的膜側(cè)和玻璃側(cè)來(lái)光柵化。光柵發(fā)生兩遍，在其之間在掃描方向上引致角差，由此增加照射覆蓋的均勻性。第一遍@0度角流量密度0.19J/cm2脈沖持續(xù)時(shí)間 150nsPRF :80kHz波長(zhǎng)1070nm掃描速度50mm/s掃描間隔100 μ m第二遍@90度角流量密度0.19J/cm2脈沖持續(xù)時(shí)間 150nsPRF :80kHz波長(zhǎng)1070nm掃描速度50mm/s掃描間隔100 μ m示例3的所產(chǎn)生的膜包括具有增加的透明度和增加的電導(dǎo)率的氧化鎘錫陶瓷膜。示例4 使用示例1的初始激光器配置執(zhí)行多遍方法。在每個(gè)連續(xù)遍數(shù)中，流量密度遞增以補(bǔ)償激光器的增加的透射(減小的吸收)。所產(chǎn)生的膜包括具有增加的透明度和增加的電導(dǎo)率的氧化鎘錫陶瓷膜。錫酸鎘可以達(dá)到大約5-10歐姆/平方的薄層電阻。激光退火的氧化鎘錫材料具有大約7. 8歐姆/平方的相似范圍。示例5 傳導(dǎo)氧化錫沉積在低鐵玻璃上。該傳導(dǎo)氧化錫具有大約50ohm/Sq的初始電阻率。繼暴露于激光后，電阻率是大約20ohm/sq。示例6 加熱的傳導(dǎo)氧化錫沉積在低鐵玻璃上。在該示例中，初始電阻率是大約 20ohm/sq。繼暴露于激光后，電阻率是大約7. 8ohm/sq。盡管本發(fā)明已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例描述，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將理解可做出各種改變并且等同物可代替其元件而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。另外，可做出許多修改以使特定情況或材料適應(yīng)于本發(fā)明的講授而不偏離其的本質(zhì)范圍。因此，規(guī)定本發(fā)明不限于作為設(shè)想用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式公開(kāi)的特定實(shí)施例，而本發(fā)明將包括落入附上的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。部件列表
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權(quán)利要求
1.一種用于形成透明導(dǎo)電層的方法，所述方法包括 提供包括鎘、錫和氧的層；將集中電磁能(50 從能源(501)引向所述層的至少一部分以將所述層的所述至少一部分局部加熱；以及將所述層結(jié)晶為氧化鎘錫陶瓷。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述能源(501)從由激光器、射頻、電子束、紅外線、 快速熱處理/退火和其組合構(gòu)成的組選擇。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述能源(501)是激光器。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述能源(501)包括從大約IOOnm至大約1500nm的波長(zhǎng)。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述能源(501)包括從由266nm、350nm、532nm和 1064nm構(gòu)成的組選擇的波長(zhǎng)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述層是光伏電池(107)的第一傳導(dǎo)層003)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氧化鎘錫陶瓷具有比所述層更大的透明度。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氧化鎘錫陶瓷具有比所述層更大的電導(dǎo)率。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述氧化鎘錫陶瓷具有比所述層大至少50%的電導(dǎo)率。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氧化鎘錫陶瓷包括多個(gè)晶相。
全文摘要
本發(fā)明名稱為透明導(dǎo)電層及其形成方法。用于形成透明導(dǎo)電層的方法。該方法包括提供包括鎘、錫和氧的層。將集中電磁能(503)從能源(501)引向該層的至少一部分以將該層的該至少一部分局部加熱。將該層結(jié)晶為氧化鎘錫陶瓷。還公開(kāi)具有該激光結(jié)晶的氧化鎘錫陶瓷的光伏電池(107)和一種物質(zhì)成分。
文檔編號(hào)H01L31/0224GK102315321SQ201110192328
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月1日
發(fā)明者J·M·弗里 申請(qǐng)人:初星太陽(yáng)能公司