光伏电池以及用于形成光伏电池的背接触的方法技术

本发明专利技术涉及光伏电池以及用于形成光伏电池的背接触的方法。提供了一种用于形成包括至少一个半导体层(22，24)的光伏电池(10)的背接触(12)的方法。一个方法包括在金属接触(20)上沉积至少一个背接触材料(16)。该背接触材料包括金属氮化物或金属磷化物。该方法进一步包括在该背接触材料上沉积包括镉和碲的吸收层(22)并热处理该背接触材料，使得该背接触材料与该吸收层相互作用来形成降低该光伏电池的接触电阻的夹层(30)。还提供了光伏电池(10)并且包括金属接触、设置在该金属接触上的至少一个背接触材料，以及设置在该背接触材料上的包括含镉和碲的材料的吸收层。夹层设置在该背接触材料和吸收层之间并包括该背接触材料和吸收层材料的组分梯度层(30)。该光伏电池进一步包括设置在该吸收层上的窗口层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体上涉及光伏电池，更具体地涉及用于形成光伏电池的背接触电极的方法。
技术介绍
在世界的许多地方，太阳能全年都很丰富。因此，将太阳能转换成电能的光伏(PV) 器件具有在世界的许多地方提供可靠形式的清洁的可再生能量的潜力。典型地，采用它的基本形式，PV(或太阳能)电池包括用设置在衬底层上的两个或三个层制成的半导体结，以及两个用于将电能采用电流形式传递到外电路的接触(导电层)。而且，常常采用附加层来提高PV器件的转换效率。存在多种用于PV电池的候选材料系统，其中每个都具有某些优点和缺点。碲化镉 (CdTe)是突出的多晶薄膜材料，具有约1.45-1.5电子伏特的接近理想的带隙。CdTe还具有非常高的吸收率，并且CdTe的膜可以采用低成本技术制造。理论上，假如可以克服关于个体半导体层的质量和背接触电极的各种问题，对于硫化镉(CdS)/CdTe器件可以实现超过百分之二十(20%)的太阳能电池效率。由于CdTe的高功函数，一般认为常规金属背接触是不合适的。相反，将石墨糊料 (未掺杂或掺杂，例如用铜或汞)广泛地用作CdTePV电池的背接触。然而，像经加速寿命测试示出的，这些石墨糊料背接触倾向于随时间推移而显著退化。该退化典型地将它自己显现为填充系数(FF)和/或开路电压Voc随时间减小。填充系数退化典型地由分流电阻 (Rsh)随时间的减小以及串联电阻(Roc)随时间的增加来驱动。在长期基础上，背接触电极的退化不期望地导致太阳能电池效率的退化。到目前为止，没能开发低电阻接触阻碍了 CdTe太阳能电池的商品化。该问题的成本有效的技术方案将去除商品化CdTe光伏模块遗留的障碍之一。由于CdTe PV器件常规采用“顶板(superstate) ”配置生长(如图5图示的)，因此对于制造CdTe太阳能电池的另一个技术挑战是优化窗口层的性能。如在图5中示出的， CdTe太阳能电池80在玻璃衬底82上形成。透明导电层84，典型地TCO层84沉积在该玻璃衬底82上。接着，可选的高电阻透明导电氧化物(HRT)层86可沉积在该TCO层84上， 并且典型地CdS层88沉积在该HRT层86上。CdTe层90沉积在该CdS层88上，并且形成背接触92。另外，还可包括上玻璃衬底94来提供廉价的、环保阻挡层。因此，对于采用顶板 (superstrate)几何结构制造的常规CdTe电池，由于吸收层在高温的随后沉积和器件的连续高温处理，优化该窗口层是不可能的。因此，为CdTe太阳能电池提供具有低接触电阻的背接触将是可取的。提供便于优化窗口层的性能的CdTe太阳能电池的制造方法将是进一步可取的。
技术实现思路
本专利技术的一个方面在于用于形成包括至少一个半导体层的光伏电池的背接触的方法。该方法包括在金属接触上沉积至少一个背接触材料。该背接触材料包括金属氮化物或金属磷化物。该方法进一步包括在该背接触材料上沉积包括镉和碲的吸收层并热处理该背接触材料，使得该背接触材料与该吸收层相互作用来形成夹层，其降低光伏电池的接触电阻。该方法进一步包括在该吸收层上沉积窗口层。本专利技术的另一方面在于用于形成包括至少一个半导体层的光伏电池的背接触的方法。该方法包括在金属接触上沉积至少一个背接触材料。该背接触材料包括镁、锌、铜、 汞、锰、铯、砷、锑、铋或其组合。该方法进一步包括在该背接触材料上沉积包括镉(Cd)和碲 (Te)的吸收层并在该吸收层上沉积窗口层。本专利技术的再另一方面在于包括金属接触的光伏电池。至少一个背接触材料设置在该金属接触上。该光伏电池进一步包括设置在该背接触材料上的包括含镉和碲的材料的吸收层。夹层设置在该背接触材料和该吸收层之间。该夹层包括该背接触材料和该吸收层材料的组分梯度层。该光伏电池进一步包括设置在该吸收层之上的窗口层。本专利技术的另一方面在于用于形成包括至少一个半导体层的光伏电池的背接触的方法。该方法包括在金属接触上沉积至少一个背接触材料。该背接触材料包括铟、镓、铝或其组合。该方法进一步包括在该背接触材料上沉积包括镉(Cd)和碲(Te)的吸收层并在该吸收层上沉积窗口层。附图说明当下列详细说明参照附图(其中类似的符号在整个图中代表类似的部件)阅读时，本专利技术的这些和其他的特征、方面和优势将变得更好理解，其中图1是根据本专利技术的各种实施例的示例性光伏电池的示意性截面图；图2是根据本专利技术的各种实施例的具有掩埋结的示例性光伏电池的示意性截面图；图3是根据本专利技术的各种实施例的具有ρ+区的示例性光伏电池的示意性截面图；图4是根据本专利技术的各种实施例的示例性光伏电池的示意性截面图，其具有在背接触材料和吸收层之间界面处形成的碲化物；图5图示采用“顶板”配置制造的常规CdTe PV电池；图6图示根据本专利技术的各种实施例的形成光伏电池的背接触的方法；图7图示根据本专利技术的各种实施例的形成具有掩埋结的光伏电池的背接触的方法；图8图示根据本专利技术的各种实施例的形成光伏电池的背接触的另一个方法；图9图示根据本专利技术的各种实施例的形成具有掩埋结的光伏电池的背接触的另一个方法。具体实施例方式如上文指出的，CdTe的高功函数使得能够采用的用于与CdTe层形成欧姆接触的有相对一小组金属。合适的金属包括钼和金，它们对于低成本CdTe PV电池不是商业上可行的候选。然而，例如钼、镍和铬等较低成本的金属典型地在背接触和CdTe层之间的界面处形成隧道势垒。由于CdTe典型地具有每立方厘米约1 X IO14至1 X IO15的载流子密度，该隧道势垒可是相对大的。因此，在没有CdTe层的背面的适当处理的情况下，与背接触的电阻可以是可观的，由此减小PV电池的填充系数(并因此减小效率)。而且，已经证明，形成采用“衬底”配置(与上文参照图5描述的“顶板”配置相反) 制造的CdTe PV电池的低电阻背接触是极为困难的。本专利技术解决这些问题，并提供用于形成采用“衬底”配置生长的光伏电池10的改进的背接触12的方法。参照图1-4、6和7描述这些方法。对于图示的设置，与上文参照图5描述的采用常规“顶板”配置形成的电池80 相比，PV电池10采用“衬底”配置形成。如指示的，例如在图1中，光伏电池10包括至少一个半导体层22。对于图示的设置，该半导体层22包括碲化镉(CdTe)。尽管所提供的示例针对CdTe，但是本专利技术也可以用于形成其他半导体的改进的背接触电极。其它用于半导体层22的示例性材料非限制地包括，CdZnxTeh 和 CdSxTe1Y 其中 χ 小于 0. 1。如指示的，例如在图1和6中，用于形成光伏电池10的背接触12的方法包括，在步骤40在金属接触20上沉积至少一个背接触材料16。该背接触材料包括金属氮化物或金属磷化物。对于特别实施例，该背接触材料16包括金属氮化物。合适的金属氮化物的非限定性的示例包括氮化钽、氮化钼和氮化钨。对于特别配置，金属氮化物的1-200纳米(nm) 厚的层，以及更特别地50-100nm厚的层沉积在该金属接触20上。该金属氮化物可例如通过反应溅射沉积。对于其他实施例，背接触材料16包括金属磷化物。合适的金属磷化物的非限制性示例包括磷化镍(NiP)。对于特别配置，金属磷化物的l-200nm，以及更特别地50-100nm厚的层沉积在金属接触20上。该金属磷化物可例如通过电镀沉积。对于该实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于形成包括至少一个半导体层（２２，２４）的光伏电池（１０）的背接触（１２）的方法，所述方法包括：在金属接触（２０）上沉积至少一个背接触材料（１６），其中所述背接触材料包括金属氮化物或金属磷化物；在所述背接触材料（１６）上沉积包括镉和碲的吸收层（２２）；热处理所述背接触材料（１６），使得所述背接触材料与所述吸收层（２２）相互作用来形成降低所述光伏电池（１０）的接触电阻的夹层（３０）；以及在所述吸收层（２２）上沉积窗口层（２４）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：B·A·科尔瓦尔，J·C·罗霍，F·R·艾哈迈德，D·W·韦尔努伊，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US