用于形成氧化镉锡层和光伏器件的方法技术

本发明专利技术涉及用于形成氧化镉锡层和光伏器件的方法。在本发明专利技术的一个方面，提供方法。该方法包括在支撑体上设置大致上非晶的氧化镉锡层并且通过将该大致上非晶的氧化镉锡层的第一表面暴露于电磁辐射而将该大致上非晶的氧化镉锡层快速热退火来形成透明层。还提供制造光伏器件的方法。

【技术实现步骤摘要】
用于形成氧化镉锡层和光伏器件的方法
本专利技术涉及用于形成光伏器件的方法。更具体地，本专利技术涉及用于通过快速热退火形成多晶氧化镉锡层的方法。
技术介绍
薄膜太阳能电池或光伏器件典型地包括多个设置在透明支撑体上的半导体层，其中一层充当窗口层，并且第二层充当吸收体层。该窗口层允许太阳能辐射穿透到该吸收体层，在该吸收层，光能被转换成可用的电能。基于碲化镉/硫化镉(CdTe/CdS)异质结的光伏电池是薄膜太阳能电池的一个这样的示例。典型地，透明导电氧化物(TCO)的薄层沉积在支撑体和窗口层(例如，CdS)之间来起前接触电流收集器的功能。然而，例如掺氟氧化锡、氧化铟锡和掺铝氧化锌等常规TCO在对于良好的光学透射率必需的厚度下具有高电阻率。氧化镉锡(CTO)用作TCO提供更好的电学、光学和机械性质，以及在升高的温度下的稳定性。然而，基于CdTe/CdS的薄膜太阳能电池仍然具有挑战，例如厚CdS膜典型地由于降低的短路电流(JSC)导致低器件效率，然而薄CdS膜可以引起降低的开路电压(VOC)。在一些实例中，为了用薄CdS膜取得高器件效率，例如未掺杂的氧化锡(SnO2)层等缓冲材料的薄层插入氧化镉锡(CTO)和窗口(CdS)层之间。用于制造CTO层的典型方法包括在支撑体上沉积非晶氧化镉锡层，接着是CTO层(其与CdS膜接触或临近CdS膜)的缓慢热退火，来取得期望的透明度和电阻率。然而，CTO的基于CdS的退火难以在大规模制造环境中实现。具体地，非常难在退火工艺之前和之后组装和拆解板，其典型地要求操作员的人工干预，并且存在可能导致CTO膜升华的未对准的高风险。此外，对于每个退火步骤在非可再用玻璃板上使用昂贵的CdS增加制造成本。对于CTO膜的热处理采用的高退火温度(＞550℃)进一步不允许使用较便宜的低软化温度支撑体，例如钠钙玻璃等。在取得CTO的结晶化后，分开的缓冲层(例如，未掺杂氧化锡)被沉积在CTO层上，其可进一步后跟第二退火步骤来获得良好的结晶质量。该缓冲层的性能通常部分取决于该层的结晶度和形态，并且受CTO的表面(该层沉积在CTO表面上)影响。高质量缓冲层对于在由此制造的太阳能电池中获得期望的性能是可取的。从而，存在减少光伏器件的制造期间CTO和缓冲层的沉积和退火的步骤数目的需要，导致降低的成本和提高的制造能力。此外，存在提供使用具有期望的电学和光学性质的氧化镉锡制造的成本有效的电极和光伏器件的需要。
技术实现思路
提供本专利技术的实施例来满足这些和其他需要。一个实施例是方法。该方法包括在支撑体上设置大致上非晶的氧化镉锡层，并且通过将该非晶氧化镉锡层的第一表面暴露于电磁辐射而将该非晶氧化镉锡层快速热退火来形成透明层。另一个实施例是制作光伏器件的方法。该方法包括在支撑体上设置大致上非晶的氧化镉锡层并且通过将该非晶氧化镉锡层的第一表面暴露于电磁辐射而将该非晶氧化镉锡层快速热退火来形成透明层。该方法进一步包括在该透明层上设置第一半导体层；在该第一半导体层上设置第二半导体层；并且在该第二半导体层上设置背接触层来形成光伏器件。再另一个实施例是方法。该方法包括在支撑体上设置大致上非晶的氧化镉锡层并且通过将该非晶氧化镉锡层的第一表面暴露于电磁辐射而将该非晶氧化镉锡层快速热退火来形成透明层。该透明层包括具有大致上单相尖晶石型(spinel)晶体结构的氧化镉锡，并且具有小于大约2x10-4Ω-cm的电阻率。附图说明当下列详细说明参照附图阅读时，本专利技术的这些和其他特征、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示范性实施例的设置在支撑体上的大致上非晶的氧化镉锡层的示意图。图2是根据本专利技术的示范性实施例的透明电极的示意图。图3是根据本专利技术的示范性实施例的透明电极的示意图。图4是根据本专利技术的示范性实施例的光伏器件的示意图。图5是根据本专利技术的示范性实施例的光伏器件的示意图。图6是根据本专利技术的示范性实施例的光伏器件的示意图。图7是根据本专利技术的示范性实施例的光伏器件的示意图。图8是根据本专利技术的示范性实施例的光伏器件的示意图。图9A示出未退火的大致上非晶的氧化镉锡层的数字图像。图9B根据本专利技术的示范性实施例示出透明层的数字图像。图10根据本专利技术的示范性实施例示出透明层的光学透射率曲线。图11根据本专利技术的示范性实施例示出透明层的作为灯功率的函数的薄层电阻值。图12根据本专利技术的示范性实施例示出透明层的XRD花样。图13A示出沉积态的大致上非晶的氧化镉锡层的XPS轮廓。图13B根据本专利技术的示范性实施例示出透明层的XPS轮廓。图14示出作为自耦变压器(vasiac)设置的函数的薄层电阻。图15示出作为脉冲宽度的函数的薄层电阻。图16示出作为灯能量的函数的薄层电阻。图17示出在每个退火步骤后大致上非晶的氧化镉锡层的数字图像。图18根据本专利技术的示范性实施例示出透明层的XRD花样。图19示出非晶氧化镉锡和结晶氧化镉锡的吸收曲线。具体实施方式如下文详细论述的，本专利技术的实施例中的一些提供用于通过快速热退火形成结晶氧化镉锡层的方法。该方法可通过排除使用昂贵的CdS/玻璃牺牲部分(典型地在临近退火中使用)实现用于形成结晶氧化镉锡的成本有效的可制造工艺。此外，该方法允许避免在退火工艺期间需要人工干预的连续工艺，并且更快的退火时间可引起更高的生产能力和更低的制造成本。该快速热退火工艺还允许使用具有低于600℃的软化温度的较便宜的支撑体，例如钠钙玻璃等。本专利技术的实施例中的一些进一步提供用于形成具有渐变氧化镉锡层的透明电极和光伏器件的方法。该渐变氧化镉锡层可在一些实施例中有利地起透明导电氧化物层和缓冲层的功能，或备选地在一些其他实施例中便于设置结晶缓冲层，从而实现该缓冲层增强的结晶化和性能。该渐变氧化镉锡层从而可在该光伏器件的生产期间提供成本降低以及通过减小窗口层中的光学吸收、降低全反射并且优化该器件的开路电压而增强的器件性能。如在本文中在说明书和权利要求书中使用的近似语言可应用于修饰任何定量表示，其可以获准地改变而不引起它与之有关的基本功能中的变化。因此，由例如“大约”等术语或多个术语修饰的值不限于规定的精确值。在一些实例中，该近似语言可对应于用于测量该值的仪器的精确度。在下列说明书和权利要求书中，单数形式“一”和“该”包括复数个指代物，除非上下文清楚地另外指明。如本文使用的，术语“可”和“可以是”指示：在一组情况内发生的可能性；具有规定的性质、特性或功能；和/或通过表达与修饰的动词关联的能力、性能或可能性中的一个或多个来修饰该动词。因此，“可”和“可以是”的使用指示所修饰的术语对于指示的能够性、功能或使用是明显适当的、有能力的或合适的，但考虑在一些情况下该修饰的术语可能有时不是适当的、有能力的或合适的。例如，在一些情况下，可以预期事件或能够性，而在其他情况下该事件或能够性不能发生，该区别由术语“可”和“可以是”正确表达。如本文使用的术语“透明区域”、“透明层”和“透明电极”指允许入射电磁辐射的至少80％的平均透射的区域、层或物品，该电磁辐射具有在从大约300nm至大约850nm的范围中的波长。如本文使用的，术语“设置在...上”指层直接互相接触设置或通过在其之间具有插入层间接互相接触设置。如下文详细论述的，本专利技术的一些实施例针本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2010.12.17 US 12/9722421.一种用于形成氧化镉锡层的方法，其包括：在支撑体上设置非晶的氧化镉锡层；以及通过将所述非晶的氧化镉锡层的第一表面暴露于电磁辐射而将所述非晶的氧化镉锡层快速热退火来形成透明层，其中快速热退火包括将所述非晶的氧化镉锡层暴露于从卤素灯、紫外灯、高强度放电灯及其组合构成的组中选择的一个或多个不相干光源，并且其中快速热退火包括将所述非晶的氧化镉锡层在从10秒至40秒范围中的持续时间暴露于所述电磁辐射。2.如权利要求1所述的方法，其中快速热退火包括以大于200瓦/cm2的范围中的入射功率密度辐照所述非晶的氧化镉锡层的所述第一表面。3.如权利要求1所述的方法，其中所述电磁辐射包括红外辐射、紫外辐射或其组合。4.如权利要求1所述的方法，其中所述电磁辐射具有小于600nm范围中的波长。5.如权利要求1所述的方法，其中所述电磁辐射具有从450nm至600nm范围中的波长。6.如权利要求1所述的方法，其中所述电磁辐射具有小于300nm范围中的波长。7.如权利要求1所述的方法，其中快速热退火包括在从700℃至1000℃范围中的处理温度加热所述非晶的氧化镉锡层。8.如权利要求1所述的方法，其中快速热退火包括以大于20℃/s的加热速率加热所述非晶的氧化镉锡层。9.如权利要求1所述的方法，其中快速热退火包括将所述非晶的氧化镉锡层的第一表面在包括氧、氩、氮、氢、氦或其组合的气氛中暴露于所述电磁辐射。10.如权利要求1所述的方法，其中设置所述非晶的氧化镉锡层包括溅射、化学气相沉积、旋涂或浸涂。11.如权利要求1所述的方法，其中所述支撑体具有在小于600℃范围中的软化温度，并且其中快速热退火包括在从700℃至1000℃范围中的处理温度加热所述非晶的氧化镉锡层。12.如权利要求1所述的方法，其中所述支撑体包括硼硅酸盐玻璃或钠钙玻璃。13.如权利要求1所述的方法，其中所述透明层包括具有单相尖晶石型晶体结构的氧化镉锡。14.如权利要求1所述的方法，其中所述透明层包括：（a）包括氧化镉锡的第一区域；和（b）包括锡和氧的第二区域，...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·D·迈克尔，B·E·布拉克特，K·W·安德雷尼，J·C·罗霍，S·费尔德曼皮博迪，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：