光伏装置及制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及光伏装置及制造方法。光伏装置包括衬底结构和至少一个含Se层，例如CdSeTe层。制造所述光伏装置的方法包括通过溅射、蒸发沉积、CVD、化学浴沉积工艺和蒸气传输沉积工艺中的至少一种在衬底上形成CdSeTe层。所述方法还可包括控制所述含Se层的厚度范围。

【技术实现步骤摘要】
光伏装置及制造方法本申请是申请号为201580072252.8母案的分案申请。该母案的申请日为2015年2月11日；专利技术名称为“光伏装置及制造方法”。
概括地讲，所公开的实施方案涉及光伏装置。
技术介绍
光伏结构通过使用表现出光伏效应的半导体材料将光转换成直流电而产生电能。在暴露于光时光伏效应产生电能，因为光子(能量包)被吸收在半导体内以将电子激发到较高的能态，留下空的状态(“空穴”)。因此，这些激发的电子和空穴能够在材料内自由地传导和移动。光伏结构的基本单元(通常称为电池)仅可产生小规模的电能。因此，可将多个电池电连接以集聚在称为模块或面板的更大的集成装置内的多个电池中产生的总电能。光伏模块还可包括保护性背层和密封剂材料以保护所含电池免受环境因素的破坏。可以将多个光伏模块或面板组装在一起以产生光伏系统或阵列，该光伏系统或阵列能够产生高达与其它类型的公用工程规模发电厂相当水平的显著的电能。除了光伏模块之外，公用工程规模的阵列还将包括安装结构、包括逆变器的电气设备、变压器和其它控制系统。考虑到各种级别的装置(从单个电池到包含多个模块的公用工程规模阵列)，光伏效应的所有这样的实施方式(implementation)可以包含一个或多个光伏结构以完成能量转换。为了由太阳光产生能量，光伏结构或装置的活性面积通常包括两个不同区域的双层，一个在另一个之上，并且各自包含一种或多种材料，其中每种材料还可以包含添加的杂质。结果是，光伏装置中的一个区域是n型，具有过量的带负电荷的电子，而另一个是p型，具有过量的带正电荷的空穴。这些区域中的n型区域通常称为窗口层，这些区域中的p型区域通常称为吸收剂层。当这两个区域彼此邻接时，形成p-n结。窗口层优选尽可能薄，以便允许最大量的光到达吸收剂层，但是也需要吸收剂层足够厚以保持稳健的p-n结。当光子在p-n结附近产生自由电子和空穴(统称为电荷载流子)时，该结的内部电场使得电子朝向该结的n侧移动而空穴朝向p侧移动，从而产生电荷电位。电连接到窗口层的前接触和电连接到吸收剂层的背接触可以提供该电荷电位可流动通过以成为电流的通道。电子可以经由外部电流路径或电路流回p侧。在材料内移动的同时，由于存在重组中心例如点缺陷或结构缺陷(包括晶界和材料界面)，产生的移动的电子和空穴可能重组。这减少了可用于在装置内产生电流的电荷载流子的总数和整体转化效率。在这种情况下，效率是指与入射在装置上的光子的等价能量相比由PV装置产生的电能或能量。光伏结构的制造通常包括通过可包括蒸气传输沉积、原子层沉积、化学浴沉积、溅射、闭合空间升华或产生所需材料的任何其它合适方法的方法依次地形成多个功能层。一旦形成层，可能需要通过随后的激活过程来改变该层的物理特性。例如，激活步骤可以包括钝化，钝化是晶粒结构的缺陷修复，并且还可包括退火。晶粒中的瑕疵或缺陷破坏了层中的周期性结构，并且可能产生高电阻或电流损失的区域。激活过程可以通过将化学掺杂剂作为浴溶液、喷雾或蒸气引入半导体双层来完成结构缺陷或点缺陷的钝化。随后在升高的温度下在化学掺杂剂存在下将该层退火提供晶粒生长并使掺杂剂结合到该层中。较大的晶粒尺寸降低了该层的电阻率，使电荷载流子更有效地流动。化学掺杂剂的结合也可以使双层的区域更为n型或更为p型，并且能够产生更高量的移动的电荷载流子。这些中的每一个通过增加装置能够产生的最大电压并减少不需要的重组来提高效率。在上述激活过程中，对于具体层的退火温度、化学浴组成和浸泡时间的概括性参数取决于该层的材料，并且可能对光伏结构中存在的其它层具有不利影响。例如，在吸收剂层的激活步骤期间，高温退火可能导致窗口层熔合到吸收剂层中并与吸收剂层互混，这可能导致窗口层具有不均匀的厚度或变得不连续，这降低了装置性能。可能期望在激活步骤中使用更化学有效的掺杂溶液、较高的退火温度或更长的退火持续时间来更积极地(aggressively)处理吸收剂层，因为这将增加通过激活步骤赋予吸收剂层上的益处。然而，在激活步骤期间使用更积极的工艺条件会导致更多的熔合，因此使窗口层进一步变劣或破坏，这降低了装置性能。或者，所述TCO可以执行n型层的功能。在这种情况下，退火约束是由TCO与吸收剂的界面处可能增加重组的膜缺陷强加的。这个问题不能通过简单地增加窗口层的初始厚度，使得如果在激活步骤期间一些材料被熔掉，仍有足够材料来保持良好的接合来解决。这种明显的补救办法导致其它问题，因为窗口层将吸收一些光子，并且在激活步骤之后具有较厚的窗口层减少了在吸收剂层处收集的光子的可用光。通常，可能期望具有非常薄的窗口层以提供向吸收剂层的更好的光透射。形成非常薄的窗口但允许积极退火的一种方法是插入合金层以阻止相互扩散。一个实例是使用CdS/CdSxTe1-x/CdTe结构。在这种情况下，三元合金层减小了S浓度梯度并因此阻止相互扩散通量。双层半导体叠层，例如具有CdSe/CdTe层的那些，需要相互扩散以形成所需组成合金来增加红外光子吸收。最佳的最终Se分布可能不能由来自起始双层结构的相互扩散最好地实现。在这种情况下，来自CdSe/CdSexTe1-x/CdTe三层起始结构的相互扩散可用于产生所需的最终Se分布。对于双层和三层，最初的CdSe种子层通常不存在于最终结构中，而是用作Se源，导致在CdSexTe1-x层中的梯度变化(graded)的Se组成。具有CdSexTe1-x作为合金吸收剂的装置通常通过沉积CdSe或具有高Se摩尔分数x的三元CdSexTe1-x层、然后沉积CdTe和/或具有低Se摩尔分数的CdSexTe1-x层来制备。在随后的氯化镉处理期间，这些层互混，在装置中产生平滑的连续Se分布。这些装置中的峰值Se浓度位于装置吸收剂与所述TCO之间的界面处。
技术实现思路
因此，期望在半导体材料的层之间提供有效的p-n结，该p-n结结合了可用积极的激活步骤激活的吸收剂层。附图说明当鉴于附图考虑时本领域技术人员将由优选实施方案的以下详细描述显而易见本专利技术的上述以及其它优点，其中：图1示出了根据本专利技术的一个实施方案的光伏装置中的功能层的示意图；图2示出了根据本专利技术的一个实施方案的用于制造光伏装置的方法；图3示出了根据光伏装置的一个实施方案的功能层的示意图；图4示出了根据光伏装置的一个实施方案的功能层的示意图；图5示出了根据另一个实施方案的图3的光伏装置的功能层的示意图。图6示出了根据光伏装置的一个实施方案的功能层的示意图；图7示出了根据光伏装置的一个实施方案的功能层的示意图；图8示出了根据光伏装置的一个实施方案的功能层的示意图；图8a示出了在退火步骤之前图7的光伏装置中的功能层的示意图；图8b示出了根据本专利技术的另一个实施方案在退火步骤之前图7的光伏装置中的功能层的示意图；图9示出了根据光伏装置的一个实施方案的功能层的示意图；图10示出了光伏装置的第十三实施方案中的功能层的示意图；图11示出了根据光伏装置的一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成光伏装置的方法，包括以下步骤：/n在衬底上沉积TCO层；/n在所述TCO层上沉积包含CdSe的材料；/n沉积包含CdTe的材料以形成前体层；/n退火该前体层以形成吸收剂层，由此该CdSe材料和该CdTe材料的至少一部分相互扩散以形成CdSeTe合金；以及/n在所述吸收剂层上形成背接触。/n

【技术特征摘要】
20141103 US 14/531425;20150122 US 14/6023401.一种形成光伏装置的方法，包括以下步骤：
在衬底上沉积TCO层；
在所述TCO层上沉积包含CdSe的材料；
沉积包含CdTe的材料以形成前体层；
退火该前体层以形成吸收剂层，由此该CdSe材料和该CdTe材料的至少一部分相互扩散以形成CdSeTe合金；以及
在所述吸收剂层上形成背接触。


2.根据权利要求1所述的方法，其中：
吸收剂层由不同量的镉、硒和碲组成，
在整个所述吸收体层中Te原子与Se原子和Te原子之和的比率在99:100与60:100之间；以及
Se浓度在吸收体层的厚度上朝向背接触下降。


3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
在所述TCO层和所述吸收体层之间形成缓冲层，其中所述缓冲层包含Mg，并且其中Se的峰值浓度位于所述缓冲层和所述吸收体层之间的界面处。


4.根据权利要求1所述的方法，还包括：
通过使所述吸收体层的表面与含氯材料接触并将所述吸收体层加热至350℃至475℃范围内的温度持续90分钟或更短的时间来活化所述吸收体层，其中所述含氯材料包含CdCl2、MnCl2、MgCl2、NH4Cl、ZnCl2或TeCl4中的至少一者。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述包含CdSe的材料是CdSeTe合金。


6.根据权利要求1所述的方法，其中沉积包含CdSe的材料的步骤和沉积包含CdTe的材料的步骤包括共蒸发CdSe源和CdTe源。


7.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在所述退火步骤之前，在所述包含CdTe的材料与所述背接触之间沉积CdTe的第二层。


8.根据权利要求1所述的方法，其中，在退火之前，CdSeTe层被布置在与所述TCO层相邻布置的CdSe层和布置在所述CdSeTe层上方的CdTe层之间；且由此所述Cd...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·达姆加诺维奇，M·格勒克勒，廖峰，A·罗斯，毛聃，B·米利伦，G·摩尔，R·鲍威尔，K·林，A罗格林，J·特里维迪，赵志波，
申请(专利权)人：第一阳光公司，
类型：发明
国别省市：美国;US