原位制造本征氧化锌层的方法及该方法制造的光伏器件技术

制造光伏器件的方法包括：在衬底上方形成用于光子吸收的吸收层，在吸收层之上形成缓冲层，其中，吸收层和缓冲层都是半导体，以及通过在含锌盐和碱性化学物质的溶液中的水热反应在缓冲层之上形成本征氧化锌层。本发明专利技术还提供了原位制造本征氧化锌层的方法及该方法制造的光伏器件。

【技术实现步骤摘要】
原位制造本征氧化锌层的方法及该方法制造的光伏器件
本专利技术一般地涉及光伏器件，更具体地，涉及光伏器件和相关结构的制造工艺。
技术介绍
光伏器件(也称为太阳能电池)吸收太阳光并将光能转换为电力。因此，光伏器件及制造方法涉及不断地发展以利用更薄的设计提供更高的转换效率。薄膜太阳能电池基于一层或多层沉积在衬底上的光伏材料的薄膜。光伏材料的膜厚度在几纳米至几十微米的范围内。这种光伏材料的示例包括碲化镉(CdTe)、硒化铜铟镓(CIGS)以及非晶硅(α-Si)。这些材料用作光吸收剂。光伏器件可以进一步包括其他薄膜，诸如缓冲层、后接触层以及前接触层。诸如溅射、金属有机物化学汽相沉积(MOCVD)的沉积技术通常用于在中等或高真空条件下形成这种薄膜。由于与处理条件相关的高能级以及器件的薄膜厚度，在工艺过程中，可能会产生损伤和缺陷。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本专利技术的一方面，提供了一种制造光伏器件的方法，包括：在衬底上方形成用于光子吸收的吸收层；在所述吸收层之上形成缓冲层，所述吸收层和所述缓冲层都是半导体；以及通过溶液中的水热反应在所述缓冲层之上形成本征氧化锌层，所述溶液包括含锌盐和碱性化学物质。在该方法中，所述吸收层是包括铜、铟、镓和硒的半导体。在该方法中，所述吸收层是CuInxGa(1-x)Se2，其中，x在0至1的范围内。在该方法中，所述缓冲层是n型半导体材料。在该方法中，所述缓冲层包括CdS或ZnS。在该方法中，从由硝酸锌、乙酸锌、氯化锌、硫酸锌、它们的组合以及它们的水合物所组成的组中选择用于沉积所述本征氧化锌层的所述溶液中的所述含锌盐。在该方法中，所述含锌盐是硝酸锌或乙酸锌。在该方法中，从由氨、胺和酰胺所组成的组中选择用于沉积所述本征氧化锌层的所述溶液中的所述碱性化学物质。在该方法中，所述溶液中的所述碱性化学物质是六亚甲基四胺。在该方法中，通过所述溶液中的水热反应在所述缓冲层之上形成所述本征氧化锌层包括：将所述溶液加热到50℃至100℃的范围内的温度；以及在0.5小时至10小时的范围内的时间段内，将其上具有所述吸收层和所述缓冲层的所述衬底浸入所述溶液。该方法进一步包括：在沉积所述本征氧化锌层之后用去离子水清洗所述光伏器件；以及加热所述光伏器件以蒸发残留的水。在该方法中，所述本征氧化锌层直接形成在所述缓冲层上方，而没有在所述缓冲层上沉积用于本征氧化锌的任何晶种。在该方法中，所述光伏器件中的所述本征氧化锌层的厚度小于140nm。在该方法中，所述光伏器件中的所述本征氧化锌层的厚度在5nm至100nm的范围内。根据本专利技术的另一方面，提供了一种制造光伏器件的方法，包括：形成包括CuInxGa(1-x)Se2的用于光子吸收的吸收层，其中，x在0至1的范围内；在所述吸收层之上形成包括CdS或ZnS的缓冲层；以及在50℃至100℃的范围内的温度下，通过包括含锌盐和碱性化学物质的溶液中的水热反应将本征氧化锌层直接形成在所述缓冲层上，其中，所述本征氧化锌层的厚度小于140nm。在该方法中，所述含锌盐是硝酸锌或乙酸锌，并且所述碱性化学物质是六亚甲基四胺。在该方法中，所述光伏器件中的所述本征氧化锌层的厚度在5nm至100nm的范围内。根据本专利技术的又一方面，提供了一种光伏器件，包括：吸收层，位于衬底上方并用于光子吸收；缓冲层，设置在所述吸收层之上，所述吸收层和所述缓冲层都是半导体；以及本征氧化锌层，厚度小于140nm并设置在所述缓冲层之上。在该光伏器件中：所述吸收层包括CuInxGa(1-x)Se2，其中，x在0至1的范围内；所述缓冲层包括CdS或ZnS；以及所述本征氧化锌层直接设置在所述缓冲层上。在该光伏器件中，所述本征氧化锌层的厚度在50nm至90nm的范围内。附图说明当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本专利技术。应该强调的是，根据惯例，附图中的各种部件没有必要成比例。相反，为了清晰，各种部件的尺寸可以被任意增加或减少。在整个说明书和全部附图中，相同的参考标号用于指定相同的部件。图1A至图1C示出了当通过诸如溅射或MOCVD工艺在缓冲层和吸收层上方沉积本征ZnO时，损伤以及控制膜厚度的难度的趋势。图2是示出根据一些实施例的制造包括通过水热反应形成本征ZnO层的光伏器件的示例性方法的流程图。图3A是根据一些实施例的形成在衬底上方的示例性后接触层的截面图。图3B是根据一些实施例的形成在图3A中的衬底和后接触层上方的示例性吸收层的截面图。图3C是根据一些实施例的形成在图3B的吸收层上方的示例性缓冲层的截面图。图3D是根据一些实施例的形成在图3C的缓冲层上方的示例性本征ZnO层的截面图。图4A示出了根据一些实施例的在制造过程中的示例性器件，其中，器件包括衬底、后接触层以及吸收层。图4B示出了根据一些实施例的通过化学浴沉积工艺在图4A的示例性器件上形成缓冲层。图4C示出了通过化学浴沉积工艺在图4B的示例性器件上形成本征ZnO层。图4D示出了清洗和干燥之后的包括本征ZnO层的图4C的示例性器件。图5A或图5B是根据一些实施例的图4D的示例性器件的表面的放大的截面图，示出形成在缓冲层上方的本征ZnO的示例性结构。图6是示出根据一些实施例的形成在缓冲层上方的本征ZnO的示例性结构的扫描电子显微镜(SEM)图像。具体实施方式旨在结合被认为是整个书面描述的一部分的附图阅读示例性实施例的该描述。在描述中，空间相对位置术语，诸如“下方”、“上方”、“水平”、“垂直”、“在...之上”、“在...之下”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”及它们的派生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)应该被解释为指的是如所描述的或如讨论的附图所示的定向。这些空间相对位置术语是为了便于描述并不要求以特定定向构建或操作装置。除非另有明确描述，否则诸如“连接”和“互连”的有关附接、耦合等的术语指的是结构彼此直接固定或附接或通过中间结构彼此间接地固定或附接的关系，而且都是可移动的或刚性的附接或关系。本专利技术提供光伏器件及其制造方法以减轻光伏器件中的分路电流并且减少不需要的短路。在薄膜太阳能电池中，形成在诸如玻璃的衬底上的诸如CdTe、硒化铜铟镓(CIGS)以及非晶硅(α-Si)的光伏材料的膜厚度在几纳米至几十微米的范围内。在一些实施例中，诸如缓冲层、后接触层和前接触层的其他层甚至更薄。如果由于薄膜中的缺陷而导致前接触层和后接触层意外连接，则会提供不需要的短路(分流电路)。这种现象降低了光伏器件的性能，并可能会导致器件无法在规格范围内运行。由于分流电路产生功耗所导致的效率损失可能高达100％。因此，除了在前接触层和后接触层之间，还在吸收层上方提供没有任何掺杂剂的本征氧化锌(i-ZnO)以防止可能会以其他方式产生的短路。具有高电阻的本征ZnO可以减轻分路电流并且减少分流电路的形成。专利技术人已经确定，当在某些合适的参数范围中实施诸如溅射和金属有机物化学汽相沉积(MOCVD)技术的某些方法时，这些方法适用于在缓冲层上方形成这种本征ZnO。溅射是用于形成膜沉积的物理工艺，其中，由于在真空或惰性气体氛围中轰击目标材料，原子或分子从诸如ZnO的固态目标材料中溅射出来。MOCVD是化学汽相沉积工艺，其中，有机金属化合物被蒸发进入处理室中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2012.10.18 US 13/654,5391.一种制造光伏器件的方法，包括：在衬底上方形成用于光子吸收的吸收层；在所述吸收层之上形成缓冲层，所述吸收层和所述缓冲层都是半导体，所述吸收层包括选自由CdTe、非晶硅、以及半导体所组成的组的材料，所述半导体包括铜、铟、镓和硒；以及通过溶液中的水热反应在所述缓冲层之上直接形成本征氧化锌层，所述溶液包括含锌盐和碱性化学物质，其中，在所述缓冲层的表面上竖直生长纳米管、纳米棒或纳米尖端。2.根据权利要求1所述的制造光伏器件的方法，其中，所述吸收层是CuInxGa(1-x)Se2，其中，x在0至1的范围内。3.根据权利要求1所述的制造光伏器件的方法，其中，所述缓冲层是n型半导体材料。4.根据权利要求3所述的制造光伏器件的方法，其中，所述缓冲层包括CdS或ZnS。5.根据权利要求1所述的制造光伏器件的方法，其中，从由硝酸锌、乙酸锌、氯化锌、硫酸锌、它们的组合以及它们的水合物所组成的组中选择用于沉积所述本征氧化锌层的所述溶液中的所述含锌盐。6.根据权利要求5所述的制造光伏器件的方法，其中，所述含锌盐是硝酸锌或乙酸锌。7.根据权利要求1所述的制造光伏器件的方法，其中，从由氨、胺和酰胺所组成的组中选择用于沉积所述本征氧化锌层的所述溶液中的所述碱性化学物质。8.根据权利要求7所述的制造光伏器件的方法，其中，所述溶液中的所述碱性化学物质是六亚甲基四胺。9.根据权利要求1所述的制造光伏器件的方法，其中，通过所述溶液中的水热反应在所述缓冲层之上形成所述本征氧化锌层包括：将所述溶液加热到50℃至100℃的范围内的温度；以及在0.5小时至10小时的范围内的时间段内，将其上具有所述吸收层和所述缓冲层的所述衬底浸入所述溶液。10.根据权利要求9所述的制造光伏器件的方法，进一步包括：在沉积所述本征氧化锌层之后用去离子水清洗...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈世伟，徐伟伦，严文材，吴忠宪，李文钦，
申请(专利权)人：台积太阳能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：