降低半导体器件的透明导电氧化物层中钠浓度的方法技术

公开一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：形成具有原子浓度大于1×10

Methods to reduce the sodium concentration of the transparent conductive oxide layer in semiconductor devices.

Disclosed is a method of manufacturing a semiconductor device comprising: having an atomic concentration greater than 1 x 10

【技术实现步骤摘要】
降低半导体器件的透明导电氧化物层中钠浓度的方法
技术介绍
本公开一般涉及用于制造半导体器件的装置和方法，具体地涉及降低半导体器件的透明导电电极中的钠浓度。“薄膜”光伏材料是指沉积为提供结构支撑的衬底上的层的多晶或非晶的光伏材料。薄膜光伏材料与制造成本较高的单晶半导体材料不同。一些提供高转换效率的薄膜光伏材料包括含硫属元素化合物半导体材料，如铜铟镓硒(CIGS)。薄膜光伏电池(也称为太阳能电池)可通过使用辊对辊涂布系统基于溅射、蒸发或化学气相沉积(CVD)技术而被制造。薄箔衬底，如箔网状衬底以线性带状的方式通过一系列的单独的真空室或单个分开的真空室从辊中进料，在该真空室中接收所需的层以形成薄膜光伏电池。在这种系统中，具有有限长度的箔片可以在辊上供应。新辊的端部可以联接到先前辊的端部以提供连续供给的箔层。钠通过降低缺陷密度，增加净载流子浓度和导电性来提高一些含硫属元素化合物半导体材料(如CIGS)的电子特性，从而提高采用含硫属元素化合物半导体材料的光伏器件的转换效率。据认为，钠通过含硫属元素化合物半导体材料的结构改性来实现这种电子效应，其包括在含硫属元素化合物半导体材料的生长期间由于钠的存在而增加的晶粒尺寸和织构。
技术实现思路
根据本公开的一个方面，一种制造半导体器件的方法包括：形成包括具有原子浓度大于1×1019/cm3的钠的p-n结的半导体材料叠层；在半导体材料叠层上沉积透明导电氧化物层，使得钠原子从半导体材料叠层扩散到透明导电氧化物层中；以及使透明导电氧化物层的物理暴露表面与流体接触来去除透明导电氧化层中的钠。根据本专利技术的另一方面，一种半导体器件制造装置包括：至少一个半导体沉积模块，其被配置为在衬底上形成包括p-n结的半导体材料叠层；导电氧化物沉积模块，其被配置为将透明导电氧化物层沉积在半导体材料叠层上；和流体处理模块，其被配置为使透明导电氧化物层的物理暴露表面与流体接触来去除透明导电氧化物层中的钠。附图说明图1是根据本公开的一个实施例的薄膜光伏电池的示意性垂直横截面图。图2是根据本公开的一个实施例的能够用于制造图1所示的光伏电池的第一示例性模块化沉积装置的示意图。图3是根据本公开的一个实施例的能够用于制造图1所示的光伏电池的第二示例性模块化沉积装置的示意图。图4是根据本公开的一个实施例的能够用于制造图1所示的光伏电池的第三示例性模块化沉积装置的示意图。图5是根据本公开的一个实施例的示例性密封连接单元的示意图。图6是根据本公开的一个实施例的在去除钠步骤之后通过互连器互连的两个光伏电池的示意性垂直横截面图。图7是示出根据本公开的一个实施例的通过水漂洗降低钠的图。具体实施方式所述附图并没有按照比例绘制。元件的多个实例可以被重复，其中示出了元件的单个实例，除非明确地描述或者另外清楚地表示不存在元件的重复。序数如“第一”、“第二”和“第三”仅用于标识相似的元件，而且本即时公开的整个说明书和权利要求书中可以采用不同的序数。如本文所使用的，位于第二元件“上”的第一元件可以位于第二元件的表面的外侧上或第二元件的内侧上。如本文所使用的，如果在第一元件的表面和第二元件的表面之间存在直接的物理接触，则第一元件“直接位于”第二元件上。如本文所使用的，如果元件的结构部件固有地能够根据其物理和/或电气特性来执行一个功能，则该元件被“配置”为执行该功能。为了不被特定的理论所束缚，本专利技术人断定在透明导电氧化物材料的顶表面上或本体部分中存在相当高量的钠，这在环境条件下可能不利于互连的光伏电池的稳定性，该透明导电氧化物材料用作与导电互连器接触的光伏电池的顶电极。因此，本公开的实施例提供了降低光伏电池的透明导电氧化物中的钠和/或其上的钠，同时将钠用于下部的含硫属元素化合物半导体吸收层中的方法，以改善电池的稳定性，而不牺牲在吸收层中由钠带来的性能增强。参考图1，示出了光伏电池10的垂直横截面图。光伏电池10包括衬底、如导电衬底12、第一电极20、p掺杂的半导体层30、n掺杂的半导体层40、第二电极50、和可选的抗反射(AR)涂层(未示出)。衬底12优选地是柔性的导电材料，例如金属箔，其被供给到一个或多个处理模块的系统中，以作为用于在其上沉积附加层的幅状物。例如，导电衬底12的金属箔可以是不锈钢、铝、钛等金属或金属合金。如果衬底12是导电的，则它可包括电池10的背面(即第一)电极的一部分。因此，电池10的第一(背面)电极可被指定为(20、12)。或者，导电衬底12可以是导电的或绝缘的聚合物箔。又或者，衬底12可以是聚合物箔和金属箔的叠层。在另一实施例中，衬底12可以是刚性玻璃衬底或柔性玻璃衬底。衬底12的厚度可以在100微米至2毫米的范围内，尽管也可采用更小和更大的厚度。第一或背面电极20可包括任何合适的导电层或层的叠层。例如，电极20可包括金属层，其可以是例如钼。或者，可以代替地使用如美国专利号8,134,069中所述的钼和钠和/或氧掺杂的钼层的叠层，其通过引用整体并入本文。在另一实施例中，第一电极20可包括掺杂有K或Na的钼材料层，即MoKx或Mo(Na，K)x，其中x可以在1×10-6至1×10-2的范围内。电极20的厚度可以在是500纳米到1微米的范围内，尽管也可采用更小和更大的厚度。p掺杂的半导体层30可包括用作半导体吸收层的p型钠掺杂的铜铟镓硒(CIGS)。p掺杂的半导体层30的厚度可以在1微米到5微米的范围内，尽管也可采用更小和更大的厚度。n掺杂的半导体层40包括n掺杂的半导体材料如CdS、ZnS、ZnSe、或替代的金属硫化物或金属硒化物。n掺杂的半导体层40的厚度通常小于p掺杂的半导体层30的厚度，并且可以在30纳米至100纳米的范围内，尽管也可采用更小和更大的厚度。P掺杂的半导体层30和n掺杂的半导体层40之间的结是p-n结。n掺杂的半导体层40可以是对至少部分太阳辐射基本透明的材料。n掺杂的半导体层40也称窗口层或缓冲层。第二(例如，前侧或顶部)电极50包括一个或多个透明导电层50。透明导电层50是导电的且基本透明。透明导电层50可包括一种或多种透明导电材料，例如ZnO、氧化铟锡(ITO)、Al掺杂的ZnO(“AZO”)、硼掺杂的ZnO(“BZO”)或较高电阻率AZO和较低电阻率的ZnO、ITO、AZO和/或BZO层的组合或叠层。如图6所示，第二电极50与互连器60的导电部分62(例如，金属线或迹线)接触。互连器60可以任选地包含一个或多个绝缘片，如支撑导电部件62的光学透明的聚合物片64A、64B。导电部分62将一个光伏电池10A的第一电极(20，12)电连接至光伏面板(即模块)中相邻的光伏电池10B的第二电极50。互连器60可包括在2014年12月16日授权的美国专利号8,912,429中描述的互连器，其通过引用整体并入本文，或者用于光伏面板中的任何其它合适的互连器。参考图2，示出了用于形成图1所示的光伏电池10的装置1000。装置1000是能够用于制造图1所示的光伏电池的第一示例性模块化沉积装置。装置1000包括输入单元100、第一处理模块200、第二处理模块300、第三处理模块400、第四处理模块500和输出单元800，它们顺序地连接以通过该装置适应衬底12以幅状箔衬底层的形式不断流入。模块(100、20本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体器件的方法，包括：在衬底上形成包括p‑n结的半导体材料叠层，其中所述材料叠层包括原子浓度大于1×10

【技术特征摘要】
2016.04.27 US 62/328,0501.一种制造半导体器件的方法，包括：在衬底上形成包括p-n结的半导体材料叠层，其中所述材料叠层包括原子浓度大于1×1019/cm3的钠；在所述半导体材料叠层上沉积透明导电氧化物层，其中钠原子从所述半导体材料叠层扩散到所述透明导电氧化物层中；以及使所述透明导电氧化物层的所述物理暴露表面与流体接触来去除所述透明导电氧化物层和所述半导体材料叠层中的钠。2.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述透明导电氧化物层的所述物理暴露表面与所述流体接触包括：为了去除所述透明导电氧化物层的所述物理暴露表面的所述钠原子，将去离子水施加到所述透明导电氧化物层的物理暴露表面，并持续足够的时间，以允许钠原子从所述透明导电氧化物层和所述半导体材料叠层的本体内部扩散到所述透明导电氧化物层的所述物理暴露表面，以降低所述透明导电氧化物层和所述半导体材料叠层中的钠的体积浓度。3.根据权利要求2所述的方法，其中，通过喷雾将所述去离子水施加到所述透明导电氧化物层的所述物理暴露表面。4.根据权利要求2所述的方法，其中，通过将所述透明导电层的至少所述物理暴露表面浸入装有所述去离子水的箱中，所述去离子水被施加到所述透明导电层的所述物理暴露表面。5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述去离子水被施加到所述透明导电氧化物层的所述物理暴露表面，并在50摄氏度到100摄氏度的升高的温度下持续5秒到10分钟。6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述衬底设置为网状衬底，当所述网状衬底移动通过相应的沉积室时，在所述网状衬底上沉积所述半导体材料叠层和所述透明导电氧化物层。7.根据权利要求6所述的方法，其中，在不切割所述网状衬底的情况下或在切割所述网状衬底之前，所述网状衬底被连续移动到所述透明导电氧化物层的所述物理暴露表面的施加有去离子水的位置。8.根据权利要求7所述的方法，其中，在入口位置将所述网状衬底送入装有去离子水的箱中，并在出口位置从所述箱中连续地提取。9.根据权利要求6所述的方法，其中，在将所述去离子水施加到所述透明导电氧化物层的所述物理暴露表面之前，将所述网状衬底切割成具有预定尺寸的离散的光伏电池片。10.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：将所述网状衬底切割成离散的光伏电池；以及在使所述透明导电氧化物层的所述物理暴露表面与所述流体接触的步骤后使各光伏电池的所述透明导电氧化物层与导电互连器接触。11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：将所述互连光伏电池放入光伏电池板中。12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述材料叠层包括p掺杂的金属硫属化合物半导体层与n掺杂的金属硫属化合物半导体层的叠层；并且所述透明导电氧化物层包括选自氧化锌、掺锡氧化铟和掺铝氧化锌的材料。13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述p掺杂的金属硫属化合物半导体层包括铜铟镓硒(CIGS)；并且所述n掺杂的金属硫属化合物半导体层包括选自金属硒化物，金属硫化物及其合金的材料。14.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在所述衬底上设置含钠钼电极；和在所述含钠钼...

【专利技术属性】
技术研发人员：德米特里·波普拉夫斯基，
申请(专利权)人：北京铂阳顶荣光伏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11