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光伏裝置制造方法

文檔序號:7263715閱讀:193來源:國知局
光伏裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種光伏裝置。所述光伏裝置包括窗口層和半導(dǎo)體層,所述半導(dǎo)體層包括安置在窗口層上的半導(dǎo)體材料。所述半導(dǎo)體層包括第一區(qū)域和第二區(qū)域,所述第一區(qū)域安置在所述窗口層附近,而所述第二區(qū)域包括富含硫族元素的區(qū)域,其中所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域包括摻雜劑,并且所述第二區(qū)域中的摻雜劑的平均原子濃度大于所述第一區(qū)域中的摻雜劑的平均原子濃度。
【專利說明】光伏裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及包括半導(dǎo)體層的光伏裝置。確切地說,本發(fā)明涉及包括半導(dǎo)體層的薄膜光伏裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]薄膜光伏裝置通常包括安置在透明基片上的多個(gè)半導(dǎo)體層,其中第一半導(dǎo)體層用作窗口層,而第二半導(dǎo)體層用作吸收層。所述窗口層允許太陽輻射穿透到吸收層,其中光能轉(zhuǎn)換為可用的電能。在特定配置中,薄層光伏裝置可以進(jìn)一步包括安置在窗口層與吸收層之間的額外半導(dǎo)體層,此半導(dǎo)體層可以用作本征層。基于碲化鎘/硫化鎘(CdTe/CdS)異質(zhì)結(jié)的光伏裝置就是一種此類薄膜太陽能電池的實(shí)例,其中基于碲化鎘(CdTe)的半導(dǎo)體層可以用作本征層或吸收層。
[0003]但是,基于CdTe的光伏裝置通常呈現(xiàn)出相對較低的能量變換效率,原因可能在于相對于材料的帶隙而言,開路電壓(V。。)相對較低,而它的原因部分在于CdTe中有效的載流子濃度較低且少數(shù)載流子的壽命較短。CdTe的有效載流子濃度可以通過摻雜P型摻雜劑而提聞。
[0004]要提高CdTe太陽能電池的裝置效率,還需要解決的進(jìn)一步問題包括:CdTe的功函數(shù)較高,并且CdTe與基于金屬的背接觸層之間界面處的背接觸電阻較高。背接觸電阻可以通過增加背部界面上的載流子濃度來提高。例如,對于P型CdTe材料而言,即增加載流子濃度量以增加CdTe材料中的P型載流子量,從而在CdTe層的背部形成“歐姆接觸層”,該層與背接觸層接觸。
[0005]用于形成歐姆層或用于摻雜吸收層的典型方法包括蝕刻CdTe層,以及將銅集成到吸收層的線路處理的后端。但是,在使用典型的CdTe處理方法時(shí),可能難以控制集成到基本部分和背部界面中的銅的量。此外,使用典型方法制造的光伏裝置在背部界面上可能包括高銅含量,而這可能對長期穩(wěn)定性造成不利影響。此外,使用傳統(tǒng)蝕刻劑對CdTe層進(jìn)行蝕刻可能導(dǎo)致CdTe材料與表面脫離,以及對晶粒邊界進(jìn)行選擇性地蝕刻,導(dǎo)致缺陷數(shù)量增加。
[0006]因此,需要對半導(dǎo)體層的處理方法做出改進(jìn)。此外,還需要對包括半導(dǎo)體層的光伏裝置配置做出改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的實(shí)施例用于滿足這些和其他需求。一項(xiàng)實(shí)施例是一種光伏裝置。所述光伏裝置包括窗口層和半導(dǎo)體層,所述半導(dǎo)體層包括安置在窗口層上的半導(dǎo)體材料。所述半導(dǎo)體層包括第一區(qū)域和第二區(qū)域,所述第一區(qū)域安置在所述窗口層附近,而所述第二區(qū)域包括富含硫族元素的區(qū)域,其中所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域包括摻雜劑,并且第二區(qū)域中的摻雜劑的平均原子濃度大于所述第一區(qū)域中的摻雜劑的平均原子濃度。
[0008]根據(jù)以上實(shí)施例,第一區(qū)域中的所述摻雜劑包括銅、銀、金或其組合。[0009]根據(jù)以上實(shí)施例,第一區(qū)域中的所述摻雜劑的濃度在所述第一區(qū)域的厚度上大體恒定。
[0010]根據(jù)以上實(shí)施例,第二區(qū)域包括富碲區(qū)域。
[0011]根據(jù)以上實(shí)施例,富碲區(qū)域中碲與鎘的原子比約比2大。
[0012]根據(jù)以上實(shí)施例,富碲區(qū)域中碲與鎘的原子比約比10大。
[0013]根據(jù)以上實(shí)施例,富含硫族元素的區(qū)域具有約10納米至約1000納米的厚度。
[0014]根據(jù)以上實(shí)施例,第二區(qū)域中的所述摻雜劑包括銅、銀、金或其組合。
[0015]根據(jù)以上實(shí)施例,第二區(qū)域中的所述摻雜劑的平均原子濃度在約5x1018個(gè)原子/cm3以上。
[0016]根據(jù)以上實(shí)施例,第二區(qū)域中的所述摻雜劑的平均原子濃度與所述第一區(qū)域中的所述摻雜劑的平均原子濃度之間的比率約比10大。
[0017]根據(jù)以上實(shí)施例,所述半導(dǎo)體材料包括碲化鎘、碲化鎂、碲化汞、碲化鉛、碲化鋅、硒化鎘、硒化萊、硒化鉛、硒化鋅、硫化鎘、硫化萊、硫化鋅、硫化鉛、締化鎘鋅、硫締化鎘、締
化鎘錳、碲化鎘鎂或其組合。
[0018]根據(jù)以上實(shí)施例,光伏裝置進(jìn)一步包括:載體;安置在所述載體上的透明傳導(dǎo)層;以及所述窗口層安置在所述透明傳導(dǎo)層上。
[0019]根據(jù)以上實(shí)施例,光伏裝置進(jìn)一步包括背接觸層,其中所述半導(dǎo)體層安置在所述窗口層與所述背接觸層之間,并且其中所述第二區(qū)域安置在所述背接觸層附近。
[0020]根據(jù)以上實(shí)施例,光伏裝置進(jìn)一步包括:載體;所述載體上的背接觸層;以及所述半導(dǎo)體層安置在所述背接觸層與所述窗口層之間,其中所述第二區(qū)域安置在所述背接觸層附近。
[0021]—項(xiàng)實(shí)施例是一種光伏模塊,其包括以上實(shí)施例的光伏裝置。
[0022]一項(xiàng)實(shí)施例是一種光伏裝置。所述光伏裝置包括窗口層以及安置在窗口層上的半導(dǎo)體層,其中所述半導(dǎo)體層包括第一區(qū)域和第二區(qū)域,所述第一區(qū)域安置在所述窗口層附近。所述第一區(qū)域包括銅,所述第二區(qū)域包括富碲區(qū)域和銅,第二區(qū)域中銅的平均原子濃度大于第一區(qū)域中銅的平均原子濃度。
[0023]根據(jù)以上實(shí)施例,第一區(qū)域中的銅的平均原子濃度在從約1016個(gè)原子/cm3至約5x1017個(gè)原子/cm3的范圍內(nèi)。
[0024]根據(jù)以上實(shí)施例,第一區(qū)域中的銅的原子濃度在所述第一區(qū)域的整個(gè)厚度上大體恒定。
[0025]根據(jù)以上實(shí)施例,富碲區(qū)域中碲與鎘的原子約比2大。
[0026]根據(jù)以上實(shí)施例,富碲區(qū)域具有約10納米至約1000納米的厚度。
[0027]根據(jù)以上實(shí)施例,第二區(qū)域中的銅的平均原子濃度在約5x1018個(gè)原子/cm3以上。
[0028]根據(jù)以上實(shí)施例,第二區(qū)域中的銅的平均原子濃度與所述第一區(qū)域中的銅的平均原子濃度之間的比率約比10大。
[0029]根據(jù)以上實(shí)施例,半導(dǎo)體層進(jìn)一步包括碘,并且所述半導(dǎo)體層中碘的濃度在所述半導(dǎo)層的整個(gè)厚度變化。
[0030]根據(jù)以上實(shí)施例,半導(dǎo)體材料包括碲化鎘、碲化鎂、碲化汞、碲化鉛、碲化鋅、硒化鎘、硒化萊、硒化鉛、硒化鋅、硫化鎘、硫化萊、硫化鋅、硫化鉛、締化鎘鋅、硫締化鎘、締化鎘錳、碲化鎘鎂或其組合。
[0031]一項(xiàng)實(shí)施例是一種光伏裝置。所述光伏裝置包括窗口層和安置在所述窗口層上的半導(dǎo)體層,其中當(dāng)在約65°C的溫度以及開路條件下暴露于一倍太陽輻射強(qiáng)度的照明56天后,所述光伏裝置的效率相對于初始值降低了約5%以下,歸一化串聯(lián)電阻提高了約
1.0ohm-cm2 以下。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]在參考附圖閱讀以下詳細(xì)說明之后,將更清楚地了解本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)勢,其中:
[0033]圖1是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的半導(dǎo)體層的側(cè)面截面圖。
[0034]圖2是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的半導(dǎo)體層的側(cè)面截面圖。
[0035]圖3是用于處理根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的半導(dǎo)體層的方法的流程圖。
[0036]圖4是用于處理根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的半導(dǎo)體層的方法的流程圖。
[0037]圖5是用于處理根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的半導(dǎo)體層的方法的流程圖。
[0038]圖6是用于處理根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的半導(dǎo)體層的方法的流程圖。
[0039]圖7是用于處理根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的半導(dǎo)體層的方法的流程圖。
[0040]圖8是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的光伏裝置的側(cè)面截面圖。
[0041]圖9是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的光伏裝置的側(cè)面截面圖。
[0042]圖10是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的光伏裝置的電流密度與電壓曲線圖。
[0043]圖11是對于根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例和比較樣本準(zhǔn)備的光伏裝置的效率與加速壽命測試(ALT)小時(shí)的曲線圖。
[0044]圖12根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例,示出了處理?xiàng)l件對效率的影響。
[0045]圖13根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例,示出了處理?xiàng)l件對效率的影響。
[0046]圖14根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例,示出了處理?xiàng)l件對效率的影響。
[0047]圖15根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例,示出了處理?xiàng)l件對效率的影響。
[0048]圖16根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例,示出了處理?xiàng)l件對效率的影響。
[0049]圖17A是未經(jīng)處理CdTe層的掃描電子顯微照片。
[0050]圖17B是用富碲化學(xué)試劑處理的CdTe層的掃描電子顯微照片。
[0051]圖18A是未經(jīng)處理的CdTe層的XPS分布圖。
[0052]圖18B是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的CdTe層的XPS分布圖。
[0053]圖19示出了富碲區(qū)域中的碲元素的存在
[0054]圖20是富碲區(qū)域的形成的顯微照片。
[0055]圖21是富碲區(qū)域的形成的顯微照片。
[0056]圖22針對根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例和比較樣本準(zhǔn)備的CdTe樣本,示出了其中的碘原子的二次離子質(zhì)譜(SIMS)濃度分布圖。
[0057]圖23A示出了銅的濃度隨根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的已處理CdTe層的深度的變化曲線。
[0058]圖23B示出了銅的濃度隨根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的已處理CdTe層的深度的變化曲線。[0059]圖23C示出了銅的濃度隨根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的已處理CdTe層的深度的變化曲線。
[0060]圖23D示出了銅的濃度隨根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的已處理CdTe層的深度的變化曲線。
[0061]圖23E示出了銅的濃度隨根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的已處理CdTe層的深度的變化曲線。
[0062]圖23F示出了銅的濃度隨根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的已處理CdTe層的深度的變化曲線。
[0063]圖24根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例,示出了處理?xiàng)l件對效率的影響。
【具體實(shí)施方式】
[0064]本發(fā)明的一些實(shí)施例包括具有半導(dǎo)體層的光伏裝置。確切地說,本發(fā)明涉及包括半導(dǎo)體層的薄膜光伏裝置。
[0065]如上所述,制造光伏裝置的傳統(tǒng)方法通常包括蝕刻以及在后端線路處理中引入銅。但是,在使用典型的CdTe處理方法時(shí),可能難以控制集成到基本部分和背部界面中的銅的量。此外,使用典型方法制造的光伏裝置在背部界面上可能包括高銅含量,而這可能對長期穩(wěn)定性造成不利影響。此外,蝕刻可能導(dǎo)致晶粒邊界變更以及電氣分流。本發(fā)明的實(shí)施例解決了現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)。本發(fā)明的實(shí)施例有利地提供了有效且穩(wěn)定的光伏裝置,以及制造這些裝置的方法。
[0066]在以下說明和權(quán)利要求書中,除非上下文另作明確規(guī)定,否則單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”和“該”也包括復(fù)數(shù)參考。除非上下文另作明確規(guī)定,否則本說明書中所述的術(shù)語“或”并不意指排他性,而是指存在至少一個(gè)所參考的部件,并且包括可能存在所參考部件的組合的情況。
[0067]本說明書中和權(quán)利要求書中所用的近似語言可用于修飾任何定量表示,這些定量表示能夠在許可范圍內(nèi)變動,而不改變相關(guān)的基本功能。因此,由一個(gè)或多個(gè)“約”和“大體上”等術(shù)語修飾的值并不限于所指定的精確值。在一些情況下,近似語言可能與用于測量值的儀器的精度對應(yīng)。此處以及在整個(gè)說明書和權(quán)利要求書中,范圍限制可以相結(jié)合和/或交替,除非上下文或語言另作規(guī)定,否則此類范圍均指示并且包括本說明書中包含的所有子范圍。
[0068]本說明書中所用的術(shù)語“透明區(qū)域”和“透明層”是指能夠平均傳輸至少約70%的波長在約300nm至約850nm的入射電磁輻射的區(qū)域或?qū)?。除非另作明確規(guī)定,否則本說明書中所用的術(shù)語“安置于其上”是指彼此直接接觸或者通過兩者之間的中間層間接接觸。
[0069]本說明書中所用的術(shù)語“接觸”或“已接觸”是指半導(dǎo)體層的一部分暴露于諸如鈍化劑、化學(xué)試劑、摻雜濟(jì)源、接觸混合物、金屬鹽或其組合等適當(dāng)接觸材料中,例如,與其直接物理接觸。在一些實(shí)施例中,半導(dǎo)體層的表面可以與適當(dāng)?shù)慕佑|材料接觸,例如,使用表面處理技術(shù)。在一些其他實(shí)施例中,半導(dǎo)體層的主要部分可以與適當(dāng)?shù)慕佑|材料接觸,例如,使用浸潰處理。
[0070]除非上下文另作明確規(guī)定,否則在說明書、附圖和權(quán)利要求書,與方法相關(guān)的實(shí)施例并不限于特定順序的步驟。因此,在一些實(shí)施例中,方法的兩個(gè)或更多個(gè)步驟可以同時(shí)執(zhí)行?;蛘撸谝恍┢渌麑?shí)施例中,方法的兩個(gè)或更多個(gè)步驟可以按順序執(zhí)行。此外,在以下說明書、附圖和權(quán)利要求書中,與方法相關(guān)的實(shí)施例并不限于出現(xiàn)在權(quán)利要求書、附圖或說明書中的步驟順序。因此,例如,在包括步驟(a)、(b)和(C)的實(shí)施例中,步驟(C)可以在步驟(b)之前、之后執(zhí)行,或者與其同時(shí)執(zhí)行。此外,在一些實(shí)施例中,步驟(a)可以在步驟
(b)或步驟(C)之后執(zhí)行。在一些其他實(shí)施例中,所有這三個(gè)步驟(a)、(b)和(C)可以同時(shí)執(zhí)行。
[0071]如下文詳細(xì)所述,本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及用于處理包括硫族化物半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體層的方法。本說明書中所用的術(shù)語“半導(dǎo)體層”是可以進(jìn)一步安置在一個(gè)或多個(gè)其他層上的半導(dǎo)體材料層。在一些實(shí)施例中,半導(dǎo)體層是光伏裝置的部件。在一些實(shí)施例中,半導(dǎo)體層包括吸收層。本說明書中所用的術(shù)語“吸收層”是指在其中吸收太陽輻射的半導(dǎo)體層。
[0072]本說明書中所用的術(shù)語“硫族化物”是指至少一個(gè)硫族元素與至少一個(gè)正電性元素的化合物。術(shù)語“硫族元素”是指締、硒或硫。適當(dāng)?shù)牧蜃寤锊牧习ň喕k、締化鎂、締化萊、締化鉛、締化鋅、硒化鎘、硒化萊、硒化鉛、硒化鋅、硫化鎘、硫化萊、硫化鋅、硫化鉛、碲化鎘鋅、硫碲化鎘、碲化鎘錳、碲化鎘鎂或其組合。上述半導(dǎo)體材料可以單獨(dú)使用或者組合使用。此外,這些材料可以存在于一個(gè)以上層中,每層具有不同類型的半導(dǎo)體材料,或者具有單獨(dú)層中的材料的組合。在某些實(shí)施例中,半導(dǎo)體層包括碲化鎘。在某些實(shí)施例中,半導(dǎo)體層包括P型碲化鎘。
[0073]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例,提供一種用于處理半導(dǎo)體層的方法。根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的方法將進(jìn)一步參考圖1-3進(jìn)行描述。圖1示出了包括半導(dǎo)體材料的未經(jīng)處理半導(dǎo)體層110的側(cè)面截面圖,如上所述。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的已處理半導(dǎo)體層110的側(cè)面截面圖。圖3示出了用于處理半導(dǎo)體層110的方法10的示例性實(shí)施例的流程圖。應(yīng)注意,在一些實(shí)施例中,圖3中的兩個(gè)或更多個(gè)步驟可以同時(shí)執(zhí)行。此外,在一些實(shí)施例中,圖3中的兩個(gè)或更多個(gè)步驟可以按順序執(zhí)行,并且所述方法并不限于所出現(xiàn)的步驟順序。
[0074]在一些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟11中使半導(dǎo)體材料的至少一部分與鈍化劑接觸。本說明書中所用的術(shù)語“鈍化劑”是指能夠改變半導(dǎo)體層的物理或成分特性從而改進(jìn)裝置性能的試劑。在一些實(shí)施例中,鈍化劑能夠沿晶粒邊界去除缺陷狀態(tài)。例如,在一些實(shí)施例中,鈍化劑能夠在基于CdS/CdTe的光伏裝置中在CdS層與CdTe層之間擴(kuò)散,從而改進(jìn)界面。
[0075]在一些實(shí)施例中,鈍化劑包括氯化鎘(CdCl2)。在一些實(shí)施例中,所述方法可以包括使半導(dǎo)體材料的至少一部分與氯化鎘或氯化鎘源接觸。在一些實(shí)施例中,半導(dǎo)體材料的一部分可以用CdCl2溶液進(jìn)行處理。在一些實(shí)施例中,半導(dǎo)體材料的一部分可以用CdCl2蒸汽進(jìn)行處理。
[0076]在一些實(shí)施例中,使半導(dǎo)體材料的至少一部分與鈍化劑接觸的步驟進(jìn)一步包括熱處理。在一些實(shí)施例中,熱處理步驟可以在使半導(dǎo)體材料的至少一部分與鈍化劑接觸的步驟之后執(zhí)行。在一些實(shí)施例中,熱處理步驟可以與使半導(dǎo)體材料的至少一部分與鈍化劑接觸的步驟同時(shí)執(zhí)行。
[0077]在一些實(shí)施例中,熱處理步驟在約300°C至約500°C范圍內(nèi)的溫度下執(zhí)行。在一些實(shí)施例中,熱處理部分在約350°C至約450°C范圍內(nèi)的溫度下執(zhí)行。在一些實(shí)施例中,熱處理步驟在約I分鐘至約60分鐘范圍內(nèi)的持續(xù)時(shí)間段內(nèi)執(zhí)行。在一些實(shí)施例中,熱處理步驟在約10分鐘至約45分鐘的范圍內(nèi)的持續(xù)時(shí)間段內(nèi)執(zhí)行。在一些實(shí)施例中,熱處理步驟在惰性環(huán)境中執(zhí)行。在一些其他實(shí)施例中,熱處理步驟在包括氧化氣氛的環(huán)境中執(zhí)行。氧化氣氛的非限定性實(shí)例包括空氣或氧氣。
[0078]在一些實(shí)施例中,所述方法可以進(jìn)一步包括在用鈍化劑處理半導(dǎo)體材料之后,使半導(dǎo)體材料的至少一部分與清洗劑接觸,從而去除表面上的諸如氧化鎘等雜質(zhì)。清洗劑的合適非限定性實(shí)例包括乙烯雙胺(EDA)、氫氧化銨(NH4OH)或其組合的水溶液。
[0079]繼續(xù)參見圖2和3,在一些實(shí)施例中,所述方法進(jìn)一步包括在步驟12中,通過向半導(dǎo)體材料中引入摻雜劑而在半導(dǎo)體層110中形成第一區(qū)域112。本說明書中所用的術(shù)語“摻雜劑”是指添加到半導(dǎo)體材料以改變諸如電氣性質(zhì)等一個(gè)或多個(gè)性質(zhì)的物質(zhì)。在一些實(shí)施例中,第一區(qū)域112中的摻雜劑包括P型摻雜劑。在一些實(shí)施例中,摻雜劑112包括銅、銀、金或其組合。在某些實(shí)施例中,第一區(qū)域中的摻雜劑包括銅。本說明書中所用的術(shù)語“銅”是指銅元素、銅離子或其組合。因此,在某些實(shí)施例中,半導(dǎo)體層110中的第一區(qū)域112可以包括作為摻雜劑的銅元素、銅離子或其組合。
[0080]在一些實(shí)施例中,第一區(qū)域112中摻雜劑的平均原子濃度在從約IxlO15個(gè)原子/cm3至約IxlO18個(gè)原子/cm3的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中,第一區(qū)域112中摻雜劑的平均原子濃度在從約IxlO16個(gè)原子/cm3至約5xl017個(gè)原子/cm3的范圍內(nèi)。本說明書中所用的術(shù)語“原子濃度”是指每單位體積中的原子數(shù)。
[0081]在一些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟12中,使用適當(dāng)?shù)某练e技術(shù)將摻雜劑引入半導(dǎo)體材料中。適當(dāng)沉積技術(shù)的非限定性實(shí)例可以包括物理蒸汽沉積、化學(xué)蒸汽沉積、電化學(xué)沉積、化學(xué)浴沉積、原子層沉積、封閉空間升華,或者其組合。
[0082]在一些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟12中使半導(dǎo)體材料的至少一部分與摻雜劑源接觸。與摻雜劑源接觸的半導(dǎo)體材料部分可以部分取決于接觸步驟期間摻雜劑源的物理形式。在一些實(shí)施例中,摻雜劑源采用固體、溶液、懸浮液、漿糊、蒸汽或其組合的形式。因此,例如,在一些實(shí)施例中,摻雜劑源可以采用漿糊的形式,并且所述方法可以包括將摻雜劑源漿糊沉積在半導(dǎo)體層110的表面上。在一些其他實(shí)施例中,例如,摻雜劑源可以采用蒸汽的形式,并且所述方法可以包括使用適當(dāng)?shù)恼羝练e技術(shù)沉積摻雜劑源。在一些其他實(shí)施例中,例如,摻雜劑源可以采用溶液的形式,并且所述方法可以包括將半導(dǎo)體層110的至少一部分浸泡在溶液中。在一些此類實(shí)施例中,所述方法可以進(jìn)一步包括對半導(dǎo)體層110執(zhí)行熱處理步驟,以將摻雜劑引入半導(dǎo)體材料中。
[0083]在一些實(shí)施例中,摻雜劑源包括金屬鹽,并且將摻雜劑引入半導(dǎo)體材料中的步驟包括使半導(dǎo)體材料的至少一部分與金屬鹽接觸。本說明書中所用的術(shù)語“金屬鹽”是指包括至少一個(gè)金屬陽離子和至少一個(gè)陰離子的化合物。在一些實(shí)施例中,所述金屬鹽包括銅、金、銀或其組合。在一些實(shí)施例中,所述金屬鹽進(jìn)一步包括陰離子。適當(dāng)陰離子的非限定性實(shí)例包括硝酸鹽、醋酸鹽、氯化物、碘化物或其組合。在某些實(shí)施例中,所述金屬鹽進(jìn)一步包括氯化物陰離子。
[0084]在某些實(shí)施例中,例如,摻雜劑源可以采用金屬鹽溶液的形式,并且所述方法可以包括在步驟12中將半導(dǎo)體材料的至少一部分浸泡在金屬鹽溶液中。在一些實(shí)施例中,所述半導(dǎo)體材料可以基本上浸沒在金屬鹽溶液中。在一些實(shí)施例中,所述金屬鹽溶液包括至少一種溶劑和至少一種金屬鹽。在一些實(shí)施例中,所述至少一種溶劑包括水。在一些實(shí)施例中,可以添加少量水溶性溶劑,以進(jìn)行潤濕。此類溶劑的適當(dāng)非限定性實(shí)例包括甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、四氫呋喃、二甘醇二甲醚或者其組合。在某些實(shí)施例中,所述金屬鹽溶液可以是基于水的金屬鹽溶液。
[0085]在一些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟12中以足以引起金屬陽離子與半導(dǎo)體材料之間進(jìn)行陽離子交換的濃度、溫度和持續(xù)時(shí)間,使半導(dǎo)體材料的至少一部分與金屬鹽溶液接觸。此上下文中所述的術(shù)語“陽離子交換”是指使一部分的金屬陽離子與半導(dǎo)體材料中存在的陽離子交換。
[0086]在一些實(shí)施例中,摻雜劑以從約10ppb(parts per billion,十億分率)至約IOppm(parts per million,百萬分率)的濃度存在于金屬鹽溶液中。在一些實(shí)施例中,摻雜劑以從約IOOppb至約IOOOppb的濃度存在于金屬鹽溶液中。在一些實(shí)施例中,摻雜劑以從約150ppb至約500ppb的濃度存在于金屬鹽溶液中。
[0087]在一些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟12中在從約25攝氏度至約100攝氏度的溫度下,使半導(dǎo)體材料的至少一部分與金屬鹽溶液接觸。在一些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟12中在從約60攝氏度至約75攝氏度的溫度下,使半導(dǎo)體材料的至少一部分與金屬鹽溶液接觸。在一些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟12中在從約I分鐘至約30分鐘的持續(xù)時(shí)間內(nèi),使半導(dǎo)體材料的至少一部分與金屬鹽溶液接觸。在一些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟12中在從約2分鐘至約10分鐘的持續(xù)時(shí)間內(nèi),使半導(dǎo)體材料的至少一部分與金屬鹽溶液接觸。
[0088]再次參見圖3,在一些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟13中形成富含硫族元素的區(qū)域。本說明書中所用的術(shù)語“富含硫族元素的區(qū)域”是指硫族元素的平均原子濃度大于半導(dǎo)體層Iio的主體區(qū)域(例如,第一區(qū)域112)中硫族元素的平均原子濃度的區(qū)域。在一些實(shí)施例中,半導(dǎo)體材料包括碲,并且所述方法包括在步驟13中,在半導(dǎo)體層110中形成富碲區(qū)域。本說明書中所述術(shù)語的“富碲區(qū)域”是指碲的平均原子濃度大于半導(dǎo)體層110的主體區(qū)域的區(qū)域。在一些實(shí)施例中,富碲區(qū)域中碲的平均原子濃度與半導(dǎo)體層110的主體區(qū)域中碲的平均原子濃度的比例大于約1.2。在一些實(shí)施例中,富碲區(qū)域中碲的平均原子濃度與半導(dǎo)體層110的主體區(qū)域中碲的平均原子濃度的比例大于約2。
[0089]在一些實(shí)施例中,富碲區(qū)域的特征可以進(jìn)一步在于碲與鎘的平均原子比。在一些實(shí)施例中,富碲區(qū)域中碲與鎘的平均原子比在大于約2的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中,富碲區(qū)域中碲與鎘的平均原子比在大于約10的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中,富碲區(qū)域中碲與鎘的平均原子比在大于約40的范圍內(nèi)。本說明書中所用的“原子比”是指平均原子濃度的比。
[0090]富碲區(qū)域中的碲可以采用碲元素Te(O)、碲化物(Te2_)或其組合的形式。在一些實(shí)施例中,富碲區(qū)域中的碲采用碲元素的形式,同時(shí)也采用碲化物的形式。在一些實(shí)施例中,富碲區(qū)域中至少約50%的碲大體采用碲元素的形式。在一些實(shí)施例中,富碲區(qū)域中至少約90%的碲大體采用碲元素的形式。在一些實(shí)施例中,富碲區(qū)域中碲元素(Te(O))與鎘的平均原子比在大于約I的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中,富碲區(qū)域中碲元素與鎘的平均原子比在大于約10的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中,富碲區(qū)域中碲元素與鎘的平均原子比在大于約20的范圍內(nèi)。碲原子濃度以及碲與鎘的原子比可以通過任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)確定,例如,X射線光電子能譜法。
[0091]富含硫族元素的區(qū)域的特征可以進(jìn)一步在于厚度。在一些實(shí)施例中,富含硫族元素的區(qū)域具有大于約10納米的厚度。在一些實(shí)施例中,富含硫族元素的區(qū)域具有在約10納米至約1000內(nèi)米范圍內(nèi)的厚度。在一些實(shí)施例中,富含硫族元素的區(qū)域具有在約50納米至約500納米范圍內(nèi)的厚度。在一些實(shí)施例中,相對于使用傳統(tǒng)蝕刻化學(xué)試劑形成的富含硫族元素的區(qū)域,本發(fā)明的方法可以有利地提供較深的富含硫族元素的區(qū)域。
[0092]所述富含硫族元素的區(qū)域可以使用適當(dāng)?shù)奶砑踊蛉コ夹g(shù)形成。在一些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟13中,通過在半導(dǎo)體層110上沉積出包括硫族元素的區(qū)域來形成富含硫族元素的區(qū)域。添加沉積技術(shù)的適當(dāng)非限定性實(shí)例可以包括物理蒸汽沉積、化學(xué)蒸汽沉積、電化學(xué)沉積、化學(xué)浴沉積、原子層沉積、封閉空間升華或者其組合。在某些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟13中,通過使用一種或多種上述技術(shù)在半導(dǎo)體層110上沉積出富碲區(qū)域來形成富碲 區(qū)域。
[0093]在一些其他實(shí)施例中,所述方法包括在步驟13中,通過使半導(dǎo)體材料的至少一部分與化學(xué)試劑接觸來形成富含硫族元素的區(qū)域?;瘜W(xué)試劑的適當(dāng)非限定性實(shí)例包括氧化齊?、酸、金屬鹵化物或者其組合。在一些實(shí)施例中,所述化學(xué)試劑包括硫酸、鹽酸或者其組合。在某些實(shí)施例中,所述化學(xué)試劑包括I % (體積)的硫酸。金屬鹵化物的適當(dāng)非限定性實(shí)例包括氯化錳、氯化鋅、氯化銨或者其組合。在某些實(shí)施例中,所述化學(xué)試劑包括氯化錳。
[0094]在一些實(shí)施例中,所述化學(xué)試劑包括碘。如下文詳細(xì)描述,在一些實(shí)施例中,碘可以固體或溶液形式用作化學(xué)試劑。在一些實(shí)施例中,碘可以元素形式存在于化學(xué)試劑中。在一些其他實(shí)施例中,碘可以碘化物的形式存在于化學(xué)試劑中。在此類實(shí)施例中,化學(xué)試劑可以進(jìn)一步包括能夠在反應(yīng)條件下氧化化學(xué)試劑以產(chǎn)生碘的適當(dāng)氧化劑。在一些實(shí)施例中,化學(xué)試劑可以進(jìn)一步包括能夠提高碘在溶液中的可溶性的增溶劑。在一些實(shí)施例中,所述增溶劑可以包括鹵化物。在某些實(shí)施例中,所述增溶劑可以包括碘化物。在某些實(shí)施例中,所述化學(xué)試劑包括碘和碘化物的組合。適當(dāng)?shù)饣锏膶?shí)例包括碘化鈉、碘化鉀、碘化鋰或者其組合。
[0095]與化學(xué)試劑接觸的半導(dǎo)體材料部分可以部分取決于接觸步驟期間化學(xué)試劑的物理形式。在一些實(shí)施例中,化學(xué)試劑采用固體、溶液、懸浮液、漿糊、蒸汽或其組合的形式。因此,例如,在一些實(shí)施例中,化學(xué)試劑可以采用漿糊的形式,并且所述方法可以包括將化學(xué)試劑漿糊沉積在半導(dǎo)體層110的表面上。在一些其他實(shí)施例中,例如,化學(xué)試劑可以采用溶液的形式,并且所述方法可以包括將半導(dǎo)體材料的至少一部分浸泡在化學(xué)試劑溶液中。在一些實(shí)施例中,所述化學(xué)試劑溶液可以包括除化學(xué)試劑以外的溶劑。在一些實(shí)施例中,所述化學(xué)試劑溶液可以基于水。
[0096]在一些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟13中使半導(dǎo)體材料的至少一部分與富碲化學(xué)試劑接觸,以在半導(dǎo)體層110中形成富碲區(qū)域。本說明書中所用的術(shù)語“富碲化學(xué)試劑”是指當(dāng)在適當(dāng)接觸條件下與半導(dǎo)體層110接觸時(shí)將形成富碲區(qū)域,同時(shí)保持相對于半導(dǎo)體層的晶粒的晶粒邊界形態(tài)大體不變的化學(xué)試劑。本說明書中所用的術(shù)語“晶粒邊界形態(tài)”是指晶粒邊界大小、晶粒邊界形狀和晶粒邊界成分中的一個(gè)或多個(gè)。
[0097]在一些實(shí)施例中,富碲試劑進(jìn)一步不會導(dǎo)致半導(dǎo)體層的表面上發(fā)生顯著溶解。本說明書中所用的術(shù)語“顯著溶解”是指溶解了約10納米的半導(dǎo)體表面層。相反,“蝕刻化學(xué)試劑”相對于晶粒優(yōu)先蝕刻半導(dǎo)體層的晶粒邊界,并且進(jìn)一步引起半導(dǎo)體層的表面發(fā)生顯著溶解。
[0098]本上下文中所用的術(shù)語“接觸條件”是指使化學(xué)試劑與半導(dǎo)體層接觸的化學(xué)試劑濃度、反應(yīng)溫度和持續(xù)時(shí)間中的一個(gè)或多個(gè)。在一些實(shí)施例中,化學(xué)試劑以從約0.01克/升至約I克/升的濃度存在于化學(xué)試劑溶液中。在某些實(shí)施例中,化學(xué)試劑以從約0.05克/升至約0.5克/升的濃度存在于化學(xué)試劑溶液中。
[0099]在一些實(shí)施例中,所述方法包括在從約45攝氏度至約180攝氏度的溫度下,使半導(dǎo)體材料的至少一部分與化學(xué)試劑接觸。在某些實(shí)施例中,所述方法包括在從約50攝氏度至約70攝氏度的溫度下,使半導(dǎo)體材料的至少一部分與化學(xué)試劑接觸。在一些實(shí)施例中,所述方法包括在從約30秒至約10分鐘的持續(xù)時(shí)間內(nèi),使半導(dǎo)體材料的至少一部分與化學(xué)試劑接觸。在一些實(shí)施例中,所述方法包括在從約I分鐘至約5分鐘的持續(xù)時(shí)間內(nèi),使半導(dǎo)體材料的至少一部分與化學(xué)試劑接觸。
[0100]繼續(xù)參見圖2和3,在一些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟14中,在半導(dǎo)體層110中形成第二區(qū)域114,其中第二區(qū)域114包括摻雜劑。在一些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟14中將摻雜劑引入半導(dǎo)體材料中,以形成第二區(qū)域114。在一些實(shí)施例中,第二區(qū)域114中的摻雜劑包括銅、銀、金或其組合。在某些實(shí)施例中,第二區(qū)域114中的摻雜劑包括銅。在某些實(shí)施例中,半導(dǎo)體層110中的第二區(qū)域114包括作為摻雜劑的銅元素、銅離子或其組

口 ο
[0101]在一些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟14中,使用適當(dāng)?shù)某练e技術(shù)形成第二區(qū)域114。適當(dāng)沉積技術(shù)的非限定性實(shí)例可以包括物理蒸汽沉積、化學(xué)蒸汽沉積、電化學(xué)沉積、化學(xué)浴沉積、原子層沉積、封閉空間升華,或者其組合。
[0102]在一些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟14中使半導(dǎo)體材料的至少一部分與包括摻雜劑的接觸混合物接觸。與接觸混合物接觸的半導(dǎo)體材料部分可以部分取決于接觸步驟期間接觸混合物的物理形式。在一些實(shí)施例中,接觸混合物采用固體、溶液、懸浮液、漿糊、蒸汽或其組合的形式。因此,例如,在一些實(shí)施例中,接觸混合物可以采用漿糊的形式,并且所述方法可以包括將接觸混合物漿糊沉積在半導(dǎo)體層110的表面上。在一些實(shí)施例中,接觸混合物可以采用蒸汽的形式,并且所述方法可以包括使用適當(dāng)?shù)恼羝练e技術(shù)沉積接觸混合物。在一些其他實(shí)施例中,例如,接觸混合物可以采用溶液的形式,并且所述方法可以包括將半導(dǎo)體層110的至少一部分浸泡在溶液中。在一些此類實(shí)施例中,所述方法可以進(jìn)一步包括對半導(dǎo)體層110執(zhí)行熱處理步驟,以將摻雜劑引入半導(dǎo)體材料中。
[0103]在一些實(shí)施例中,接觸混合物包括金屬鹽,并且形成第二區(qū)域114的步驟包括使半導(dǎo)體材料的至少一部分與金屬鹽接觸。在一些實(shí)施例中,所述金屬鹽包括銅、金、銀或其組合。在一些實(shí)施例中,所述金屬鹽進(jìn)一步包括陰離子。陰離子的適當(dāng)非限定性實(shí)例包括硝酸鹽、醋酸鹽、碘化物、氯化物或其組合。在某些實(shí)施例中,所述金屬鹽進(jìn)一步包括氯化物陰尚子。
[0104]在某些實(shí)施例中,例如,摻雜劑可以采用金屬鹽溶液的形式,并且所述方法可以包括在步驟14中將半導(dǎo)體材料的至少一部分浸泡在金屬鹽溶液中。在一些實(shí)施例中,所述半導(dǎo)體材料可以基本上浸沒在金屬鹽溶液中。在一些實(shí)施例中,所述金屬鹽溶液包括至少一種溶劑和至少一種金屬鹽。在一些實(shí)施例中,所述至少一種溶劑包括水。在一些實(shí)施例中,可以添加少量水溶性溶劑,以進(jìn)行潤濕。此類溶劑的適當(dāng)實(shí)例包括甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、四氫呋喃、二甘醇二甲醚或者其組合。在某些實(shí)施例中,所述金屬鹽溶液可以是基于水的金屬鹽溶液。
[0105]在一些實(shí)施例中,摻雜劑以小于約IOppm的濃度存在于金屬鹽溶液中。在一些實(shí)施例中,摻雜劑以從約IOppb至約IOOOppb的濃度存在于金屬鹽溶液中。在一些實(shí)施例中,摻雜劑以從約IOOppb至約500ppb的濃度存在于金屬鹽溶液中。
[0106]在一些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟14中在從約25攝氏度至約100攝氏度的溫度下,使半導(dǎo)體材料的至少一部分與金屬鹽溶液接觸。在一些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟14中在從約60攝氏度至約75攝氏度的溫度下,接觸半導(dǎo)體材料的至少一部分。
[0107]在一些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟14中在從約I分鐘至約30分鐘的持續(xù)時(shí)間內(nèi),使半導(dǎo)體材料的至少一部分與金屬鹽溶液接觸。在一些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟14中在從約2分鐘至約10分鐘的持續(xù)時(shí)間內(nèi),使半導(dǎo)體材料的至少一部分與金屬鹽溶液接觸。
[0108]在某些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟14中,用摻雜劑摻雜富含硫族元素的區(qū)域,以形成第二區(qū)域114。在一些實(shí)施例中,形成第二區(qū)域114的步驟可以進(jìn)一步包括形成摻雜物的硫族化物。在一些實(shí)施例中,形成第二區(qū)域114的步驟可以進(jìn)一步包括形成摻雜物的碲化物。在某些實(shí)施例中,第二區(qū)域114可以包括碲化銅。在一些實(shí)施例中,富含硫族元素的區(qū)域包括第二區(qū)域114。在一些其他實(shí)施例中,第二區(qū)域114包括富含硫族元素的區(qū)域。在一些其他實(shí)施例中,富含硫族元素的區(qū)域和第二區(qū)域114大體上重疊。
[0109]在一些實(shí)施例中,第二區(qū)域114中摻雜劑的平均原子濃度在約5xl018個(gè)原子/cm3以上。在一些實(shí)施例中,第二區(qū)域114中摻雜劑的平均原子濃度在約IxlO19個(gè)原子/cm3以上。在一些實(shí)施例中,第二區(qū)域114中摻雜劑的平均原子濃度在從約5xl018個(gè)原子/cm3至約1χ102°個(gè)原子/cm3的范圍內(nèi)。
[0110]如上所述,所述方法包括處理半導(dǎo)體層110以形成第一區(qū)域112和第二區(qū)域114,其中第二區(qū)域114中摻雜劑的平均原子濃度大于第一區(qū)域112中摻雜劑的平均原子濃度。在一些實(shí)施例中,第二區(qū)域114中摻雜劑的平均原子濃度與第一區(qū)域112中摻雜劑的平均原子濃度的比例大于約5。在一些實(shí)施例中,第二區(qū)域114中摻雜劑的平均原子濃度與第一區(qū)域112中摻雜劑的平均原子濃度的比例大于約10。在一些實(shí)施例中,第二區(qū)域114中摻雜劑的平均原子濃度與第一區(qū)域112中摻雜劑的平均原子濃度的比例大于約50。
[0111]不受任何理論約束的情況下,可以相信用摻雜劑摻雜半導(dǎo)體層110以形成第一區(qū)域112能夠有利地提聞光活性材料的載流子濃度。載流子濃度的提聞可以進(jìn)一步有利地提高從而提高光伏裝置的效率。此外,在不受任何理論約束的情況下,可以相信通過摻雜富含硫族元素的區(qū)域形成的第二區(qū)域114可以有利地降低半導(dǎo)體層110表面的電阻率,并且降低開路電阻(RJ,從而提高光伏裝置的效率。此外,本發(fā)明的實(shí)施例有利地提供穩(wěn)定的光伏裝置,方法是在第一區(qū)域112和第二區(qū)域114中不同濃度分布的摻雜劑,從而提高光伏裝置的穩(wěn)定性。
[0112]如上所述,所述方法可以包括任何步驟順序。在一些實(shí)施例中,步驟11、12、13和14中的兩個(gè)或更多個(gè)步驟同時(shí)執(zhí)行。在一些實(shí)施例中,步驟11、12、13和14中的兩個(gè)或更多個(gè)步驟按順序執(zhí)行。此外,如上所述,所述方法并不限于特定的步驟順序。因此,在一些實(shí)施例中,步驟11和12可以同時(shí)執(zhí)行。在一些替代實(shí)施例中,步驟11和12可以按順序執(zhí)行。此外,所述方法并不限于步驟的順序。在一些實(shí)施例中,步驟11可以在步驟12之前執(zhí)行,或者,步驟12可以在步驟11之前執(zhí)行。
[0113]在一些實(shí)施例中,半導(dǎo)體材料的至少一部分按順序與鈍化劑和摻雜劑源接觸。在一些實(shí)施例中,所述方法可以包括在執(zhí)行使半導(dǎo)體材料的至少一部分與鈍化劑接觸的步驟之后,執(zhí)行使半導(dǎo)體材料的至少一部分與摻雜劑源接觸的步驟。在一些實(shí)施例中,所述方法可以包括在執(zhí)行使半導(dǎo)體材料的至少一部分與摻雜劑源接觸的步驟之后,執(zhí)行使半導(dǎo)體材料的至少一部分與鈍化劑接觸的步驟。在某些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟11中,使半導(dǎo)體材料的至少一部分與氯化鎘溶液接觸(例如,通過浸泡或噴灑);然后在步驟12中,使半導(dǎo)體材料的至少一部分與銅鹽溶液接觸(例如,通過浸泡或噴灑)。在某些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟12中,使半導(dǎo)體材料的至少一部分與銅鹽溶液接觸(例如,通過浸泡或噴灑);然后在步驟11中,使半導(dǎo)體材料的至少一部分與氯化鎘溶液接觸(例如,通過浸泡或噴灑)。
[0114]在替代實(shí)施例中,半導(dǎo)體材料的至少一部分同時(shí)與鈍化劑和摻雜劑源接觸。在一些實(shí)施例中,例如,鈍化劑和摻雜劑源可以存在于相同溶液或漿糊中。在某些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟11和12中,使半導(dǎo)體材料的至少一部分與包括氯化鎘和銅鹽的溶液接觸。在某些實(shí)施例中,半導(dǎo)體材料的至少一部分可以浸泡在包括氯化鎘和銅鹽的溶液中,或者,氯化鎘和銅鹽可以同時(shí)噴灑到半導(dǎo)體層110的表面上。
[0115]在一些實(shí)施例中,步驟13和14可以同時(shí)執(zhí)行。在一些替代實(shí)施例中,步驟13和14可以按順序執(zhí)行。此外,所述方法并不限于步驟的順序。在一些實(shí)施例中,步驟13可以在步驟14之前執(zhí)行,或者,步驟14可以在步驟13之前執(zhí)行。
[0116]在一些實(shí)施例中,半導(dǎo)體材料的至少一部分按順序與化學(xué)試劑和接觸混合物接觸。在一些實(shí)施例中,所述方法可以包括在執(zhí)行使半導(dǎo)體材料的至少一部分與化學(xué)試劑接觸的步驟之后,執(zhí)行使半導(dǎo)體材料的至少一部分與接觸混合物接觸的步驟。在一些實(shí)施例中,所述方法可以包括在執(zhí)行使半導(dǎo)體材料的至少一部分與接觸混合物接觸的步驟之后,執(zhí)行使半導(dǎo)體材料的至少一部分與化學(xué)試劑接觸的步驟。在某些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟13中,使半導(dǎo)體材料的至少一部分與碘溶液接觸(例如,通過浸泡或噴灑);然后在步驟14中,使半導(dǎo)體材料的至少一部分與銅鹽溶液接觸(例如,通過浸泡或噴灑)。
[0117]在替代實(shí)施例中,半導(dǎo)體材料的至少一部分同時(shí)與化學(xué)試劑和接觸混合物接觸。在一些實(shí)施例中,例如,化學(xué)試劑和接觸混合物可以存在于相同溶液或漿糊中。在某些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟13和14中,使半導(dǎo)體材料的至少一部分與包括碘和銅鹽的溶液接觸。在某些實(shí)施例中,半導(dǎo)體層110的至少一部分可以浸泡在包括碘和銅鹽的溶液中。
[0118]此外,在某些實(shí)施例中,所述方法可以包括同時(shí)執(zhí)行步驟12、13和14。在一些此類實(shí)施例中,所述方法包括在步驟12、13和14中,同時(shí)使半導(dǎo)體材料的至少一部分與包括化學(xué)試劑和摻雜劑的混合物接觸。在一些此類實(shí)施例中,所述方法可以進(jìn)一步包括熱處理步驟,用于將至少一部分摻雜劑引入半導(dǎo)體材料中,從而形成第一區(qū)域112。在一些此類實(shí)施例中,所述方法可以進(jìn)一步包括通過形成包括摻雜劑的硫族元素區(qū)域來形成第二區(qū)域114,致使第二區(qū)域114中摻雜劑的濃度大于第一區(qū)域112中摻雜劑的濃度。在示例性實(shí)施例中,所述方法可以包括使半導(dǎo)體材料的至少一部分與包括碘和銅鹽的溶液接觸,然后執(zhí)行熱處理步驟。
[0119]在某些實(shí)施例中,步驟12和14按順序執(zhí)行。在一些此類實(shí)施例中,步驟11和12可以同時(shí)執(zhí)行,或者在一些其他實(shí)施例中,步驟11和12可以按順序執(zhí)行。此外,在一些實(shí)施例中,步驟13和14可以同時(shí)執(zhí)行,或者在一些其他實(shí)施例中,步驟13和14可以按順序執(zhí)行。在不受任何理論約束的情況下,可以相信通過單獨(dú)執(zhí)行步驟12和14,可以更有效地控制在第一區(qū)域112和第二區(qū)域114中引入半導(dǎo)體層中的摻雜劑的量,從而提高根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的光伏裝置的效率和穩(wěn)定性。
[0120]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例,提供一種用于處理半導(dǎo)體層110的方法。根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的方法將參考圖4進(jìn)一步描述。在一些實(shí)施例中,方法20包括在步驟21中使半導(dǎo)體材料的至少一部分與鈍化劑接觸。所述方法包括在步驟22中將摻雜劑引入半導(dǎo)體材料中。所述方法包括在步驟23中,通過使半導(dǎo)體材料的至少一部分與化學(xué)試劑接觸來形成富含硫族元素的區(qū)域,其中所述化學(xué)試劑包括碘。
[0121]應(yīng)注意,在一些實(shí)施例中,圖4中的兩個(gè)或更多個(gè)步驟可以同時(shí)執(zhí)行。此外,在一些實(shí)施例中,圖4中的兩個(gè)或更多個(gè)步驟可以按順序執(zhí)行,并且所述方法并不限于所出現(xiàn)的步驟順序。在某些實(shí)施例中,步驟22在步驟23之前執(zhí)行。在某些實(shí)施例中,步驟21和22同時(shí)執(zhí)行,或者在一些其他實(shí)施例中,步驟21和22按順序執(zhí)行。
[0122]方法步驟21、22和23的詳細(xì)信息如上文中參考圖3所述。在一些實(shí)施例中,摻雜劑包括銅、銀、金或其組合。在某些實(shí)施例中,摻雜劑包括銅。在某些實(shí)施例中,摻雜劑包括銅元素、銅離子或其組合。
[0123]在一些實(shí)施例中,半導(dǎo)體材料中摻雜劑的平均原子濃度在從約IxlO15個(gè)原子/cm3至約IxlO18個(gè)原子/cm3的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中,半導(dǎo)體材料中摻雜劑的平均原子濃度在從約IxlO16個(gè)原子/cm3至約5xl017個(gè)原子/cm3的范圍內(nèi)。
[0124]在一些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟23中形成富碲區(qū)域。在一些實(shí)施例中,富碲區(qū)域中碲與鎘的平均原子比在大于約2的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中,富碲區(qū)域中碲與鎘的平均原子比在大于約10的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中,富碲區(qū)域中碲與鎘的平均原子比在大于約40的范圍內(nèi)。
[0125]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例,提供一種用于處理半導(dǎo)體層的方法。根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的方法30將參考圖5進(jìn)一步描述。在一些實(shí)施例中,方法30包括在步驟31中,通過使半導(dǎo)體材料的至少一部分與化學(xué)試劑接觸來形成富含硫族元素的區(qū)域,其中所述化學(xué)試劑包括碘。所述方法包括在步驟32中將摻雜劑引入富含硫族元素的區(qū)域中。
[0126]應(yīng)注意,在一些實(shí)施例中,圖5中的步驟31和32可以同時(shí)執(zhí)行。在一些實(shí)施例中,圖5中的步驟31和32可以按順序執(zhí)行,并且所述方法并不限于所出現(xiàn)的步驟順序。在某些實(shí)施例中,步驟31在步驟32之前執(zhí)行。
[0127]方法步驟31和32的詳細(xì)信息如上文參考圖3所述。在一些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟31中形成富碲區(qū)域。在一些實(shí)施例中,富碲區(qū)域中碲與鎘的平均原子比在大于約2的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中,富碲區(qū)域中碲與鎘的平均原子比在大于約10的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中,富碲區(qū)域中碲與鎘的平均原子比在大于約40的范圍內(nèi)。
[0128]在一些實(shí)施例中,所述摻雜劑包括銅、銀、金或其組合。在某些實(shí)施例中,摻雜劑包括銅。在某些實(shí)施例中,摻雜劑包括作為摻雜劑的銅元素、銅離子或其組合。在一些實(shí)施例中,富含硫族元素的區(qū)域中摻雜劑的平均原子濃度在約5xl018個(gè)原子/cm3以上。在一些實(shí)施例中,富含硫族元素的區(qū)域中摻雜劑的平均原子濃度在約IxlO19個(gè)原子/cm3以上。在一些實(shí)施例中,富含硫族元素的區(qū)域中摻雜劑的平均原子濃度在從約5xl018個(gè)原子/cm3至約IxlO20個(gè)原子/cm3的范圍內(nèi)。
[0129]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例,提供一種用于處理半導(dǎo)體層110的方法。根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的方法40將參考圖6進(jìn)一步描述。在一些實(shí)施例中,所述方法包括在步驟41中使半導(dǎo)體材料的至少一部分與化學(xué)試劑接觸,其中所述化學(xué)試劑包括碘。所述方法包括在步驟42中使半導(dǎo)體材料的至少一部分與銅接觸。
[0130]應(yīng)注意,在一些實(shí)施例中,圖6中的步驟41和42可以同時(shí)執(zhí)行。此外,在一些實(shí)施例中,圖6中的步驟41和42可以按順序執(zhí)行,并且所述方法并不限于所出現(xiàn)的步驟順序。在某些實(shí)施例中,步驟41在步驟42之前執(zhí)行。
[0131]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例,提供一種用于處理半導(dǎo)體層的方法。根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的方法50將參考圖7進(jìn)一步描述。在一些實(shí)施例中,方法50包括在步驟51中使半導(dǎo)體材料的至少一部分與化學(xué)試劑接觸,其中所述化學(xué)試劑包括金屬鹵化物。所述方法包括在步驟52中使半導(dǎo)體材料的至少一部分與銅接觸。
[0132]應(yīng)注意,在一些實(shí)施例中,圖7中的步驟51和52可以同時(shí)執(zhí)行。此外,在一些實(shí)施例中,圖6中的步驟51和52可以按順序執(zhí)行,并且所述方法并不限于所出現(xiàn)的步驟順序。在某些實(shí)施例中,步驟51在步驟52之前執(zhí)行。
[0133]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例,提供一種用于處理半導(dǎo)體層的方法。在一些實(shí)施例中,所述方法包括使半導(dǎo)體材料的至少一部分與富碲化學(xué)試劑接觸以形成富碲區(qū)域,其中所述富締化學(xué)試劑包括碘。所述富締化學(xué)試劑如上所述。
[0134]鑒于前述內(nèi)容,本說明書中將進(jìn)一步描述根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的光伏裝置以及光伏裝置的制造方法。現(xiàn)在參見圖8和9,光伏裝置100/200包括窗口層120/220以及安置在窗口層120/220上的半導(dǎo)體層110/210。半導(dǎo)體層110/210包括第一區(qū)域112/212和第二區(qū)域114/214,第一區(qū)域112/212安置在窗口層120/220附近。第一區(qū)域112/212和第二區(qū)域114/214包括摻雜劑,其中第二區(qū)域114/214中摻雜劑的平均原子濃度大于第一區(qū)域112/212中摻雜劑的平均原子濃度。本說明書中所述的術(shù)語“安置于其上”意味著根據(jù)光伏裝置的配置,窗口層120/220或半導(dǎo)體層110/210可以安置在另一層之上。此外,在一些實(shí)施例中,一個(gè)或多個(gè)中間層可以安置在窗口層120/220與半導(dǎo)體層110/210之間。本說明書中所用的術(shù)語“附近”意味著相對于背接觸層150/250,第一區(qū)域112/212安置在更靠近窗口層120/220的位置。
[0135]術(shù)語“半導(dǎo)體層”如上所述。本說明書中所用的術(shù)語“窗口層”是指大體上透明且與半導(dǎo)體層110/210形成異質(zhì)結(jié)的半導(dǎo)體層。在一些實(shí)施例中,窗口層120/220包括η型半導(dǎo)體材料。在此類實(shí)施例中,半導(dǎo)體層110/210可以摻雜成P型,并且窗口層120/220和半導(dǎo)體層110/210可以形成η-ρ型異質(zhì)結(jié)。窗口層120/220的非限定性示例性材料包括硫化鎘(CdS)、硫化銦(III) (In2S3)、硫化鋅(ZnS)、碲化鋅(ZnTe)、硒化鋅(ZnSe)、硒化鎘(CdSe)、氧合硫化鎘(CdS:0)、氧化銅(Cu2O)、水合氧化鋅(ZnO H2O)或者其組合。在特定實(shí)施例中,窗口層120/220包括CdS、CdS:O或其組合。
[0136]在一些實(shí)施例中,第一區(qū)域112/212中的摻雜劑包括P型摻雜劑。在一些實(shí)施例中,第一區(qū)域112/212中的摻雜劑包括銅、銀、金或其組合。在某些實(shí)施例中,第一區(qū)域112/212中的摻雜劑包括銅。在一些實(shí)施例中,第一區(qū)域112/212中的摻雜劑包括銅元素、銅離子或者其組合。
[0137]在一些實(shí)施例中,第一區(qū)域112/212中摻雜劑的濃度在第一區(qū)域112/212的厚度上大體恒定。本說明書中所用的術(shù)語“大體上恒定”是指在第一區(qū)域112/212的厚度上,摻雜劑濃度的變化小于約5%。在一些其他實(shí)施例中,半導(dǎo)體層110/210包括在第一區(qū)域112/212的厚度上的不定摻雜劑濃度。
[0138]在一些實(shí)施例中,第一區(qū)域112/212中摻雜劑的平均原子濃度在從約IxlO15個(gè)原子/cm3至約IxlO18個(gè)原子/cm3的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中,第一區(qū)域112/212中摻雜劑的平均原子濃度在從約IxlO16個(gè)原子/cm3至約5xl017個(gè)原子/cm3的范圍內(nèi)。
[0139]第二區(qū)域114/214進(jìn)一步包括富含硫族元素的區(qū)域。在一些實(shí)施例中,第二區(qū)域114/214進(jìn)一步包括富碲區(qū)域。術(shù)語“富含硫族元素的區(qū)域”和“富碲區(qū)域”的定義如上文所述。在一些實(shí)施例中,富碲區(qū)域的特征可以進(jìn)一步在于碲與鎘的平均原子比。在一些實(shí)施例中,富碲區(qū)域中碲與鎘的平均原子比在大于約2的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中,富碲區(qū)域中碲與鎘的平均原子比在大于約10的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中,富碲區(qū)域中碲與鎘的平均原子比在大于約40的范圍內(nèi)。富碲區(qū)域中的碲可以采用碲元素、碲化物或其組合的形式。在一些實(shí)施例中,富碲區(qū)域中的碲采用碲元素的形式,同時(shí)也采用碲化物的形式。
[0140]富含硫族元素的區(qū)域的特征可以進(jìn)一步在于厚度。在一些實(shí)施例中,富含硫族元素的區(qū)域具有大于約10納米的厚度。在一些實(shí)施例中,富含硫族元素的區(qū)域具有在約10納米至約1000納米范圍內(nèi)的厚度。在一些實(shí)施例中,富含硫族元素的區(qū)域具有在約50納米至約500納米范圍內(nèi)的厚度。
[0141]在一些實(shí)施例中,第二區(qū)域114/214中的摻雜劑包括銅、銀、金或其組合。在某些實(shí)施例中,第二區(qū)域114/214中的摻雜劑包括銅。在某些實(shí)施例中,半導(dǎo)體層110/210中的第二區(qū)域114/214包括作為摻雜劑的銅元素、銅離子或其組合。在某些實(shí)施例中,第二區(qū)域114/214可以包括締化銅。
[0142]在一些實(shí)施例中,第二區(qū)域114/214中摻雜劑的平均原子濃度在約5xl018個(gè)原子/cm3以上。在一些實(shí)施例中,第二區(qū)域114/214中摻雜劑的平均原子濃度在約IxlO19個(gè)原子/cm3以上。在一些實(shí)施例中,第二區(qū)域114/214中摻雜劑的平均原子濃度在從約5xl018個(gè)原子/cm3至約1χ102°個(gè)原子/cm3的范圍內(nèi)。
[0143]如上所述,第二區(qū)域114/214中摻雜劑的平均原子濃度大于第一區(qū)域112/212中摻雜劑的平均原子濃度。在一些實(shí)施例中,第二區(qū)域114/214中摻雜劑的平均原子濃度與第一區(qū)域112/212中摻雜劑的平均原子濃度的比例大于約5。在一些實(shí)施例中,第二區(qū)域114/214中摻雜劑的平均原子濃度與第一區(qū)域112/212中摻雜劑的平均原子濃度的比例大于約10。在一些實(shí)施例中,第二區(qū)域114/214中摻雜劑的平均原子濃度與第一區(qū)域112/212中摻雜劑的平均原子濃度的比例大于約50。
[0144]在一些實(shí)施例中,半導(dǎo)體層110/210進(jìn)一步包括碘,并且半導(dǎo)體層110/210中的碘濃度在半導(dǎo)體層110/210的厚度上變化。在一些實(shí)施例中,如下文詳細(xì)所述,其中半導(dǎo)體層110/210安置在背接觸層與窗口層之間,半導(dǎo)體層110/210中碘的濃度可以沿背離背接觸層以及朝向窗口層的方向減小。在一些實(shí)施例中,半導(dǎo)體層110/210中碘的平均濃度在從約IxlO16個(gè)原子/cm3至約IxlO19個(gè)原子/cm3的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中,半導(dǎo)體層110/210中碘的平均濃度在從約IxlO15個(gè)原子/cm3至約IxlO19個(gè)原子/cm3的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中,半導(dǎo)體層110/210中碘的平均濃度在從約IxlO16個(gè)原子/cm3至約IxlO18個(gè)原子/cm3的范圍內(nèi)。
[0145]在一些實(shí)施例中,半導(dǎo)體層110/210包括多個(gè)晶粒邊界,并且多個(gè)晶粒邊界的形態(tài)在半導(dǎo)體層110/210的厚度上大體相同。本說明書中所用的術(shù)語“晶粒邊界形態(tài)”是指晶粒邊界大小、晶粒邊界形狀和晶粒邊界成分中的一個(gè)或多個(gè)。在一些實(shí)施例中,富碲區(qū)域114/214和主體區(qū)域112/212中的晶粒邊界形態(tài)可以大體相同。相反,使用強(qiáng)蝕刻化學(xué)試劑處理的半導(dǎo)體層通常包括相對于半導(dǎo)體層表面上的晶粒優(yōu)先蝕刻的晶粒邊界,并且可能具有在半導(dǎo)層的厚度上的不定晶粒形態(tài)。如上所述,根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的光伏裝置有利地提供具有富碲區(qū)域的半導(dǎo)體層,所述富碲區(qū)域可以用作歐姆背接觸,同時(shí)保持半導(dǎo)體層的晶粒邊界不變。
[0146]現(xiàn)在參見圖8和9,根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例,本說明書中將進(jìn)一步描述光伏裝置配置以及光伏裝置的制造方法。繼續(xù)參見圖8,在一些實(shí)施例中,光伏裝置100包括多個(gè)“覆蓋層”配置的層。在此類實(shí)施例中,光伏裝置100進(jìn)一步包括載體140以及安置在載體140上的透明層130,如圖8所示。窗口層120安置在透明層130上,并且半導(dǎo)體層110安置在窗口層120上,如圖8所示。在此類實(shí)施例中,太陽輻射30從載體140進(jìn)入,在穿過透明層130和窗口層120之后進(jìn)入半導(dǎo)體層110,在該層中,入射光(例如,太陽光)的電磁能將轉(zhuǎn)換為電子空穴對(即,自由電荷)。
[0147]在某些實(shí)施例中,載體140在需要透過載體140的波長范圍上透明。在一個(gè)實(shí)施例中,載體140可以對波長在從約400nm至約IOOOnm范圍內(nèi)的可見光透明。在一些實(shí)施例中,載體140包括能夠承受約600°C以上的熱處理溫度的材料,例如,硅石或硼硅玻璃。在一些其他實(shí)施例中,載體140包括具有600°C以下的軟化溫度的材料,例如,鈉鈣玻璃或聚酰亞胺。在一些實(shí)施例中,某些其他層可以安置在透明傳導(dǎo)層130與載體140之間,例如,抗反射層或阻擋層(未圖示)。
[0148]在一些實(shí)施例中,透明傳導(dǎo)層130包括安置在載體140上的導(dǎo)電層(所屬領(lǐng)域中有時(shí)稱為前接觸層)132,如圖8所示。在一些實(shí)施例中,窗口層120直接安置在導(dǎo)電層132(未圖示)上。在替代實(shí)施例中,透明傳導(dǎo)層130包括安置在載體140上的導(dǎo)電層132,并且額外的緩沖層134(可選)安置在導(dǎo)電層132與窗口層120之間,如圖8所示。在一個(gè)實(shí)施例中,透明傳導(dǎo)層130具有在約100納米至約600納米范圍內(nèi)的厚度。
[0149]在一些實(shí)施例中,導(dǎo)電層132包括透明導(dǎo)電氧化物(TCO)。透明導(dǎo)電氧化物的非限定性實(shí)例包括鎘錫氧化物(CTO)、銦錫氧化物(ITO)、摻氟氧化錫(SnO: F或FT0)、摻銦氧化鎘、錫酸鎘(Cd2SnO4或CT0)、摻雜氧化鋅(ZnO),例如摻鋁氧化鋅(ZnO: Al或ΑΖ0)、銦鋅氧化物(IZO)和鋅錫氧化物(ZnSnOx),或者其組合。根據(jù)所采用的具體TCO及其薄層電阻,在一個(gè)實(shí)施例中,導(dǎo)電層132的厚度可以在從約50nm至約600nm的范圍內(nèi)。
[0150]在一些實(shí)施例中,光伏裝置100進(jìn)一步包括緩沖層(可選),也稱為較高電阻透明(HRT)層134,安置在窗口層120與導(dǎo)電層132之間。在一個(gè)實(shí)施例中,緩沖層134的厚度在從約50nm至約200nm的范圍內(nèi)。緩沖層124所用適當(dāng)材料的非限定性實(shí)施例包括二氧化錫(SnO2)、鋅錫氧化物(錫酸鋅(ZTO))、摻鋅氧化錫(SnO2 = Zn)、氧化鋅、氧化銦(In2O3),或者其組合。
[0151]如上所述,半導(dǎo)體層110包括第二區(qū)域114和第一區(qū)域112。第一區(qū)域112安置在窗口層120附近,如圖8所示。在一個(gè)實(shí)施例中,光伏裝置100進(jìn)一步包括背接觸層150。在一些實(shí)施例中,背接觸層150安置在半導(dǎo)體層110的第二區(qū)域114附近。在某些實(shí)施例中,諸如鋁等另一金屬層(未圖示)可以安置在背接觸層150上,以向外部電路提供橫向傳導(dǎo)。
[0152]如上所述,本發(fā)明的實(shí)施例可以提供有效且穩(wěn)定的光伏裝置。在一些實(shí)施例中,一種光伏裝置包括窗口層、安置在窗口層上的半導(dǎo)體層,其中當(dāng)在約65°C的溫度以及開路條件下暴露于一倍太陽輻射強(qiáng)度的照明56天后,所述光伏裝置的效率相對于初始值降低了約5%以下,歸一化串聯(lián)電阻提高了約1.0ohm-cm2以下。
[0153]在一些實(shí)施例中,提供了一種制造光伏裝置的方法。在一些實(shí)施例中,用于制造光伏裝置100的方法包括將透明層130安置在載體140上。在一些實(shí)施例中,所述方法包括通過任何適當(dāng)?shù)姆椒?,例如濺鍍、化學(xué)蒸汽沉積、旋涂、噴涂或浸涂,將包括導(dǎo)電層132的透明層130安置在載體140上。參見圖8,在一些實(shí)施例中,可選的緩沖層134可以使用濺鍍安置在導(dǎo)電層132上,以形成透明層130。窗口層120隨后可以沉積到透明層130上。用于窗口層120的沉積方法的非限定性實(shí)例包括封閉空間升華(CSS)、蒸汽傳輸法(VTM)、濺鍍和電化學(xué)浴沉積(CBD)。
[0154]所述方法進(jìn)一步包括通過使用選自以下群組的一種或多種方法將半導(dǎo)體層110沉積在窗口層120上:封閉空間升華、蒸汽傳輸法、離子輔助物理蒸汽沉積(IAPVD)、射頻或脈沖磁控濺鍍(RFS或PMS)、等離子增強(qiáng)化學(xué)蒸汽沉積(PECVD)以及電化學(xué)沉積(ECD)。
[0155]在一些實(shí)施例中,用于制造光伏裝置的方法進(jìn)一步包括使用一種或多種前述處理技術(shù)處理半導(dǎo)體層110。在一些實(shí)施例中,所述方法進(jìn)一步包括將背接觸層150沉積在半導(dǎo)體層110上,以完成所述裝置。在沉積之后,可對窗口層120、半導(dǎo)體層110、背接觸層150中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行進(jìn)一步的熱處理或后續(xù)處理,以制造光伏裝置100。
[0156]在替代實(shí)施例中,如圖9所示,提供了包括“基片”配置的光伏裝置200。光伏裝置200包括安置在載體240上的背接觸層250。此外,半導(dǎo)體層210安置在背接觸層250上,窗口層220安置在半導(dǎo)體層210上。如上所述,窗口層210包括第二區(qū)域214和第一區(qū)域212。第一區(qū)域212安置在窗口層220附近。透明層230進(jìn)一步安置在窗口層220上。如圖9所示,在此類實(shí)施例中,太陽輻射30從透明層230進(jìn)入,在穿過窗口層220之后進(jìn)入半導(dǎo)體層210,在該層中,入射光(例如,太陽光)的電磁能轉(zhuǎn)換為電子空穴對(即,自由電荷)。在一些實(shí)施例中,圖9中所示各層的成分可以與上文針對圖8所示“覆蓋層”配置所述的成分相同。
[0157]在一些實(shí)施例中,示例性光伏裝置100/200中可以包括其他部件(未圖示),例如,匯流條、外部布線、激光蝕刻等。例如,當(dāng)光伏裝置100/200形成光伏模塊的光伏電池時(shí),多個(gè)光伏電池可以通過電氣布線連接等串聯(lián),以便獲得所需的電壓。串聯(lián)電池的每一端可以附接到適當(dāng)?shù)膶?dǎo)體,例如導(dǎo)線或匯流條,以將產(chǎn)生的電流導(dǎo)向便利的位置,以便連接到使用所產(chǎn)生電流的裝置或其他系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中,激光可以用于在光伏裝置100/200的沉積層上劃線,以將所述裝置分為多個(gè)串聯(lián)的電池。本發(fā)明的一些實(shí)施例進(jìn)一步包括光伏模塊,所述模塊包括一個(gè)或多個(gè)上述光伏裝置100/200。[0158]SM
[0159]實(shí)例I準(zhǔn)備CdTe/CdS/ZnO/CTO/玻璃樣本
[0160]準(zhǔn)備包括CdTe的多層樣本,方法是將鎘錫氧化物(CTO)沉積在玻璃載體上,然后將鋅錫氧化物(ZTO)層沉積在CTO上。然后將硫化鎘(CdS)沉積在ZTO層上,再將碲化鎘(CdTe)沉積在CdS層上,以形成CdTe/CdS/ZnO/CTO/玻璃樣本。
[0161]比較實(shí)例1:碲化鎘光伏裝置
[0162]將膠體石墨漿糊沉積在實(shí)例I的CdTe/CdS/ZTO/CTO/玻璃樣本的CdTe層上,然后在160°C下將裝置退火8分鐘。通過沉積鎳層和鋁層來完成所述裝置。
[0163]比較實(shí)例2:接受第一銅處理后接受CdCl2處理,然后接受第二銅處理的碲化鎘
[0164]在65°C的溫度下,將實(shí)例I中的CdTe/CdS/ZTO/CTO/玻璃樣本浸沒在銅的水溶液(第一銅處理;100ppb、pH 2.5)中2分鐘。然后將所述樣本用去離子水沖洗并干燥。所得的樣本用氯化鎘(100g/L)涂布,并在415°C的溫度下熱處理20分鐘。將經(jīng)過CdCl2處理的樣本用去離子水沖洗2分鐘,然后在室溫下浸沒在乙烯雙胺中I分鐘。將所得樣本用去離子水沖洗并干燥。在65°C的溫度下將經(jīng)過CdCl2處理的樣本浸沒在銅的水溶液(第二銅處理;250ppb、pH 4.5)中2分鐘。然后將所述樣本用去離子水沖洗并干燥,然后沉積膠體石墨漿糊并在160°C的溫度下將裝置退火8分鐘。通過沉積鎳層和鋁層來完成所述裝置。
[0165]比較實(shí)例3:接受標(biāo)準(zhǔn)銅和背接觸處理的碲化鎘光伏裝置
[0166]對實(shí)例I中的CdTe/CdS/ZTO/CTO/玻璃樣本進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)CdCl2/Cu/導(dǎo)電接觸處理,以形成背接觸。
[0167]實(shí)例2:相繼接受CdCl2和第一銅處理后相繼接受碘處理和第二銅處理的碲化鎘
[0168]實(shí)例I中的CdTe/CdS/ZTO/CTO/玻璃樣本用氯化鎘(CdCl2) (100g/L)涂布,并在415°C的溫度下熱處理20分鐘。將經(jīng)過CdCl2處理的樣本用去離子水沖洗2分鐘,然后在室溫下浸沒在乙烯雙胺(EDA)中I分鐘。將所得樣本用去離子水沖洗并干燥。在65°C的溫度下將經(jīng)過CdCl2處理的樣本浸沒在氯化銅的水溶液(第一銅處理;100ppb、pH 2.5)中2分鐘。然后將所述樣本用去離子水沖洗并干燥。在240°C溫度下將經(jīng)過干燥的樣本烘烤4分鐘。在65°C溫度下將所得的樣本浸沒在碘的水溶液(I2) (0.lg/L、pH 2.5)中2分鐘。在65°C的溫度下將所得的樣本浸沒在氯化銅的水溶液(第二銅處理;250ppb、pH4.5)中2分鐘。隨后用去離子水沖洗所述樣本并干燥,然后沉積膠體石墨漿糊并在160°C的溫度下將所述裝置退火8分鐘。通過沉積鎳層和鋁層來完成所述裝置。圖10示出了在初始條件下,以及在對裝置施加HALT (高度加速壽命長測試)測試條件(在105°C下在開路條件中暴露于一倍太陽輻射強(qiáng)度)之后,光伏裝置的電流密度(mA/cm2)與電壓(V)曲線圖。表I和2示出了實(shí)例2中光伏裝置相對于比較實(shí)例I和2中光伏裝置的歸一化效率和穩(wěn)定性數(shù)據(jù)。如圖10和表2所示,相對于比較實(shí)例I和2中的光伏裝置,實(shí)例2中的光伏裝置呈現(xiàn)出較高的效率值和更好的穩(wěn)定性能。
[0169]表I光伏裝置(實(shí)例2)的初始和HALT后光伏裝置性能特性
【權(quán)利要求】
1.一種光伏裝置,包括: 窗口層; 半導(dǎo)體層,所述半導(dǎo)體層包括安置在所述窗口層上的半導(dǎo)體材料,其中所述半導(dǎo)體層包括第一區(qū)域和第二區(qū)域,所述第一區(qū)域安置在所述窗口層附近,并且所述第二區(qū)域包括富含硫族元素的區(qū)域, 其中所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域包括摻雜劑,并且所述第二區(qū)域中的所述摻雜劑的平均原子濃度大于所述第一區(qū)域中的所述摻雜劑的平均原子濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏裝置,其中所述第一區(qū)域中的所述摻雜劑包括銅、銀、金或其組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏裝置,其中所述第二區(qū)域包括富碲區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光伏裝置,其中所述富碲區(qū)域中碲與鎘的原子比約比2大。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏裝置,其中所述第二區(qū)域中的所述摻雜劑包括銅、銀、金或其組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏裝置,其中所述第二區(qū)域中的所述摻雜劑的平均原子濃度與所述第一區(qū)域中的所述摻雜劑的平均原子濃度之間的比率約比10大。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏裝置,其中所述半導(dǎo)體材料包括碲化鎘、碲化鎂、碲化萊、締化鉛、締化鋅、硒化鎘、硒化萊、硒化鉛、硒化鋅、硫化鎘、硫化萊、硫化鋅、硫化鉛、締化鋪鋒、硫締化鋪、締化鋪猛、締化鋪續(xù)或其組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏裝置,進(jìn)一步包括: 載體; 安置在所述載體上的透明傳導(dǎo)層;以及 所述窗口層安置在所述透明傳導(dǎo)層上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光伏裝置,進(jìn)一步包括背接觸層,其中所述半導(dǎo)體層安置在所述窗口層與所述背接觸層之間,并且其中所述第二區(qū)域安置在所述背接觸層附近。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏裝置,進(jìn)一步包括: 載體; 所述載體上的背接觸層;以及 所述半導(dǎo)體層安置在所述背接觸層與所述窗口層之間,其中所述第二區(qū)域安置在所述背接觸層附近。
11.一種光伏模塊,其包括如權(quán)利要求1所述的光伏裝置。
12.—種光伏裝置,包括: 窗口層;以及 安置在所述窗口層上的半導(dǎo)體層,其中所述半導(dǎo)體層包括第一區(qū)域和第二區(qū)域,所述第一區(qū)域安置在所述窗口層附近,其中所述第一區(qū)域包括銅, 所述第二區(qū)域包括富碲區(qū)域和銅,以及 其中所述第二區(qū)域中銅的平均原子濃度大于所述第一區(qū)域中銅的平均原子濃度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光伏裝置,其中所述富碲區(qū)域中碲與鎘的原子約比2大。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光伏裝置,其中所述第二區(qū)域中的銅的平均原子濃度與所述第一區(qū)域中的銅的平均原子濃度之間的比率約比10大。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光伏裝置,其中所述半導(dǎo)體層進(jìn)一步包括碘,并且所述半導(dǎo)體層中碘的濃度在所述半導(dǎo)層的厚度變化。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光伏裝置,其中所述半導(dǎo)體材料包括碲化鎘、碲化鎂、碲化萊、締化鉛、締化鋅、硒化鎘、硒化萊、硒化鉛、硒化鋅、硫化鎘、硫化萊、硫化鋅、硫化鉛、締化鋪鋒、硫締化鋪、締化鋪猛、締化鋪續(xù)或其組合。
17.一種光伏裝置,包括: 窗口層;以及 安置在所述窗口層上的半導(dǎo)體層, 其中當(dāng)在約65° C的溫度以及開路條件下受到一倍太陽輻射強(qiáng)度56天照射后,所述光伏裝置的效率相對于初始值降低了約5%以下,歸一化串聯(lián)電阻提高了約1.0 ohm-cm2以下。
【文檔編號】H01L31/0352GK103681931SQ201310388745
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月31日
【發(fā)明者】D.F.富斯特, 曹洪波, L.A.克拉克, R.A.加伯爾, S.D.菲爾德曼-皮博迪, W.K.梅茨格爾, 單英輝, R.舒巴 申請人:通用電氣公司
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