光伏装置及制造方法.pdf

在本发明的一个方面，提供一种光伏装置。该光伏装置包括窗口层和设置在窗口层上的吸收器层，其中吸收器层包括第一区域和第二区域，第一区域邻近窗口层设置。吸收器层进一步包括第一添加剂和第二添加剂，其中第一区域中第一添加剂的浓度高于第二区域中第一添加剂的浓度，以及其中第二区域中第二添加剂的浓度高于第一区域中第二添加剂的浓度。还提供一种制造光伏装置的方法。

权利要求书一种光伏装置(100)，包含：窗口层(130)；以及设置在所述窗口层(130)上的吸收器层(160)，其中所述吸收器层(160)包含第一区域(140)和第二区域(150)，所述第一区域(140)邻近所述窗口层(130)而设置；其中所述吸收器层(160)包含第一添加剂和第二添加剂，其中所述第一区域(140)中所述第一添加剂的浓度高于所述第二区域(150)中所述第一添加剂的浓度，以及其中所述第二区域(150)中所述第二添加剂的浓度高于所述第一区域(140)中所述第二添加剂的浓度。根据权利要求1所述的光伏装置，其中所述第一添加剂包含氧。根据权利要求1所述的光伏装置，其中所述第二添加剂包含氮、砷、磷、锑、锌，或其组合。根据权利要求1所述的光伏装置，其中所述第一区域(140)是基本上没有所述第二添加剂。根据权利要求1所述的光伏装置，其中所述第二区域(150)是基本上没有所述第一添加剂。根据权利要求1所述的光伏装置，其中所述第一添加剂在所述吸收器层(160)的厚度上在成分上梯度变化。根据权利要求1所述的光伏装置，其中所述第二添加剂在所述吸收器层(160)的厚度上在成分上梯度变化。一种方法，包含：在窗口层(130)上设置吸收器层(160)，其中吸收器层(160)包含第一区域(140)和第二区域(150)；其中设置吸收器层(160)包含：在包含第一添加剂的前体的第一环境中在窗口层(130)上设置所述第一区域(140)，以及在包含第二添加剂的前体的第二环境中在所述第一区域(140)上设置所述第二区域(150)。根据权利要求8的方法，其中所述第一添加剂包含氧。根据权利要求8的方法，其中所述第二添加剂包括氮、锌、砷、磷、锑，或其组合。

说明书光伏装置及制造方法
背景技术
本发明通常涉及光伏装置。更具体地，本发明涉及包含吸收器层的光伏装置。
薄膜太阳能电池或者光伏装置典型地包含设置在透明衬底上的多个半导体层，其中一层用作窗口层，第二层用作吸收器层。窗口层允许太阳辐射穿透到吸收器层，在那里光能转化为可用的电能。基于碲化镉/硫化镉(CdTe/CdS)异质结的光伏池是一个这样的薄膜太阳能电池的示例。
基于碲化镉(CdTe)的光伏装置通常展示了相对低的能量转换效率，这可能归因于与材料的带隙有关的相对低的开路电压(VOc)，这部分由于CdTe中低的有效载流子浓度和短的少数载流子寿命。可以通过掺杂p型掺杂剂改善CdTe的有效载流子浓度。然而，在光伏装置中载流子寿命与载流子浓度典型地是耦合的，这意思是载流子密度的增加可导致载流子寿命的减小，尤其是在CdS与CdTe之间的前界面(front interface)处。可期望去耦这种相互作用。
因此，可期望改善CdS和CdTe之间的界面以在前缘界面处产生高的少数载流子寿命。进一步，需要提供改善的具有经掺杂CdTe层的光伏装置以及在背界面(back interface)处更高的载流子密度结构以产生更高的效率。
发明内容
提供本发明的实施例以满足这些及其它需要。一个实施例是一种光伏装置。该光伏装置包括窗口层和设置在窗口层上的吸收器层，其中吸收器层包括第一区域和第二区域，该第一区域邻近该窗口层设置。该吸收器层进一步包括第一添加剂和第二添加剂，其中第一区域中的第一添加剂的浓度高于第二区域中第一添加剂的浓度，以及其中第二区域中第二添加剂的浓度高于第一区域中第二添加剂的浓度。
一个实施例是一种光伏装置。该光伏装置包括窗口层和设置在窗口层上的吸收器层，其中吸收器层包括第一区域和第二区域，该第一区域邻近该窗口层设置。该吸收器层进一步包括第一添加剂和第二添加剂，第一添加剂包括氧并且第二添加剂包括氮、砷、磷、锑、锌，或其组合。第一添加剂的浓度从第一区域向第二区域连续减小，以及第二添加剂的浓度从第一区域向第二区域连续增加。
一个实施例是一种光伏装置。该光伏装置包括窗口层和设置在窗口层上的吸收器层，其中吸收器层包括第一区域和第二区域，该第一区域邻近该窗口层设置。该吸收器层进一步包括第一添加剂和第二添加剂，第一添加剂包括氧并且第二添加剂包括氮、砷、磷、锑、锌，或其组合。进一步，第一区域包括第一添加剂并且是基本上没有第二添加剂，以及第二区域包括第二添加剂并且是基本上没有第一添加剂。
一个实施例是一种方法。该方法包括在窗口层上设置吸收器层，其中该吸收器层包括第一区域和第二区域。设置该吸收器层包括在第一环境中在该窗口层上设置第一区域，该第一环境包括第一添加剂的前体(precursor)；以及在第二环境中在第一区域上设置第二区域，该第二环境包括第二添加剂的前体。
附图说明
当参考附图阅读下面详细的描述时，本发明的这些以及其它的特征、方面、及优点将变得更好理解，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的光伏装置的示意图。
图2是根据本发明的一个实施例的光伏装置的示意图。
图3是根据本发明的一个实施例的光伏装置的示意图。
图4是根据本发明的一个实施例的光伏装置的示意图。
图5是根据本发明的一示例性实施例的吸收器层中第一添加剂的浓度分布曲线的例图。
图6是根据本发明的一示例性实施例的吸收器层中第二添加剂的浓度分布曲线的例图。
图7是根据本发明的一示例性实施例的吸收器层中第一添加剂的浓度分布曲线的例图。
图8是根据本发明的一示例性实施例的吸收器层中第二添加剂的浓度分布曲线的例图。
附图标记说明
10太阳辐射；100光伏装置；110支撑件；120透明层；122导电层；124缓冲层；130窗口层；140第一区域；141第一区域的第一表面；143第一区域的第二表面；150第二区域；151第二区域的第一表面；153第二区域的第二表面；160吸收器层；161吸收器层的第一表面；162吸收器层的第二表面；170p+型半导体层；180金属层。
具体实施方式
如以下的详细讨论，本发明的一些实施例包括光伏装置，该光伏装置包括吸收器层。进一步地，本发明的一些实施例包括光伏装置，该光伏装置包括吸收器层，该吸收器层具有包括第一添加剂(例如，氧)的第一区域以及包括第二添加剂(例如，氮或锌)的第二区域。进一步地，在本发明的某些实施例中，第二添加剂在第二区域上在成分上梯度变化。在第二区域中的第二添加剂的浓度方面的梯度在吸收器层(例如，CdTe)内产生场，这可有助于电荷载流子的收集。进一步地，在窗口和吸收器层(例如，CdS/CdTe)之间界面处的氧提供了改善的界面特性，允许在与窗口层接触的界面处高的少数载流子寿命。
在一个实施例中，提供一种光伏装置，包括具有两种添加剂的梯度变化成分分布的吸收器层。在一备选的实施例中，提供一种光伏装置，包括具有两个明显的成分体系(regime)的吸收器层。
如整篇说明书和权利要求书中本文使用的近似语言可应用于修饰任何数量的表示，在不产生与其有关的基本功能方面改变的情况下，该任何数量的表示可以允许变化。因此，通过诸如“大约”的术语修饰的值不限于规定的精确值。在一些情况下，近似语言可与用于测量值的工具的精度对应。
在以下说明书和权利要求书中，单数形式“一(a/an)”和“该”包括多个对象，除非上下文另外清楚地指示。
如本文使用的术语“透明区域”和“透明层”指允许具有从大约300mn到大约850nm范围内的波长的入射电磁辐射的至少80％的平均透射的区域或者层。如本文使用的，术语“在......上设置”指彼此接触直接设置或者通过在其间具有插入层而间接设置的层，除非另外明确指示。
如下面详细讨论，本发明的一些实施例针对包括吸收器层的光伏装置。根据本发明的一个实施例，图1‑3中示出光伏装置100。如图1‑3中所示，光伏装置100包括窗口层130和设置在窗口层130上的吸收器层160。在一个实施例中，吸收器层160包括第一区域140和第二区域150，其中第一区域140邻近窗口层130来设置，如图1‑3中所示。如本文使用的术语“邻近”意思是第一区域140与窗口层130直接接触。
在一个实施例中，吸收器层160包括第一添加剂和第二添加剂。在某些实施例中，第一区域140中第一添加剂的浓度高于第二区域150中第一添加剂的浓度。进一步地，在某些实施例中，第二区域150中第二添加剂的浓度高于第一区域140中第二添加剂的浓度。在一些实施例中，吸收器层160中的第一区域140为了载流子寿命而最优化并且吸收器层160中第二区域150为了载流子密度而最优化。
如本文使用的术语“窗口层”指基本上透明并且与吸收器层形成异质结的半导体层。在一些实施例中，窗口层130包含n型半导体材料。在这样的实施例中，吸收器层160可以被掺杂为p型并且窗口层130和吸收器层160可以形成“n‑p”异质结。用于窗口层130的非限制示例性材料包括硫化镉(CdS)、硫化铟Ⅲ(In2S3)、硫化锌(ZnS)、碲化锌(ZnTe)、硒化锌(ZnSe)、硒化镉(CdSe)、氧化硫化镉(CdS：O)、氧化铜(Cu2O)、氢氧化锌(ZnO，H)，或其组合。在一特定的实施例中，窗口层130包括CdS。
如本文使用的术语“吸收器层”指在其中吸收太阳辐射的半导体层。典型地，当太阳辐射10入射在光伏装置100上时，吸收器层160中的电子从低能量“基态”(在其中它们被束缚在固体中的特定原子)被激发至更高的“激发态”，在其中它们能穿过该固体。
在一个实施例中，吸收器层160包括p型半导体材料。在一个实施例中，吸收器层160具有范围从大约1×1013每立方厘米至大约1×1016每立方厘米的有效载流子密度。如本文使用的，术语“有效载流子密度”指材料中空穴和电子的平均浓度。在这样的情况下，窗口层130可以掺杂为n型，并且吸收器层160和窗口层130可以形成“p‑n”或“n‑p”结，如上所述。
在一个实施例中，感光材料用于形成吸收器层160。合适的感光材料包括碲化镉(CdTe)、碲化镉锌(CdZnTe)、碲化镉镁(CdMgTe)、碲化镉锰(CdMnTe)、碲化镉硫(CdSTe)、碲化锌(ZnTe)、硫化铜铟(CIS)、硒化铜铟镓(CIGS)、硫化铜锌锡(CZTS)，或其组合。上述感光半导体材料可以单独或组合使用。进一步地，这些材料可以在多于一层中出现，每层具有不同类型的感光材料或者在不同的层中具有这些材料的组合。在一个特定的实施例中，吸收器层160包含碲化镉(CdTe)。在一个特定的实施例中，吸收器层160包含p型碲化镉(CdTe)。
在一些实施例中，窗口层130和吸收器层160可以用p型掺杂剂或n型掺杂剂来掺杂以形成异质结。如该上下文中使用的，异质结是由相异的半导体材料层组成的半导体结。这些材料通常具有不相等的带隙。作为一示例，异质结能通过一种导电型的层或者区域与相反导电的层或者区域之间的接触来形成，例如，“p‑n”结。
如较早指出的，吸收器层160包括第一区域140和第二区域150。在一些实施例中，第一区域140可以起窗口层130与第二区域150之间的界面区域的作用。第一区域140的成分可以在窗口层130和吸收器层160之间提供理想的界面特性。进一步地，在一些实施例中，吸收器层160的第二区域150可以起吸收器层160的体区域(bulk region)的作用。如本文描述的，术语“第一区域”和“界面区域”可以相互交换使用。进一步地，本文使用的术语“体区域”和“第二区域”可以相互交换。
因此，在一些实施例中，第一区域140具有的厚度小于第二区域150的厚度。在一些实施例中，第一区域140具有范围从大约10纳米到大约500纳米的厚度。在一些实施例中，第一区域140具有范围从大约20纳米到大约200纳米的厚度。在特定的实施例中，第一区域140具有范围从大约50纳米到大约100纳米的厚度。
在一些实施例中，第二区域150具有范围从大约500纳米到大约5000纳米的厚度。在一些实施例中，第二区域150具有范围从大约750纳米到大约4000纳米的厚度。在特定的实施例中，第二区域150具有范围从大约1000纳米到大约3000纳米的厚度。
如较早指出的，窗口和吸收器层之间改善的界面，例如，CdS/CdTe层之间的界面，可以是理想的。进一步地，p型掺杂剂与吸收器层的掺杂可以是理想的，其不会不利地影响窗口层和吸收器层之间的界面。因此，在一些实施例中，提供具有两种添加剂(也就是，第一添加剂和第二添加剂)的吸收器层160。
在一个实施例，第一添加剂包括在窗口层130和吸收器层160之间提供改善的界面的材料。在一个实施例中，第一添加剂包括在CdS和CdTe之间提供改善的界面的材料。在一特定的实施例中，第一添加剂包括氧。在一特定的实施例中，第一添加剂只是氧(除附带的杂质以外)。
在一个实施例中，第二添加剂包括用于吸收器层160的p型掺杂剂。在一个实施例中，第二添加剂包括用于CdTe中的p型掺杂剂。在一个实施例中，第二添加剂包括氮、砷、磷、锌、锑，或其组合。在一个实施例中，第二添加剂包括氮。在一特定的实施例中，第二添加剂只是氮(除附带的杂质以外)。
在一个实施例中，第二添加剂包括锌。在一个实施例中，第二添加剂只是锌(除附带的杂质以外)。不受任何理论约束，相信的是，锌可以减小吸收器层160中的深缺陷状态(deep defect state)。进一步地，在一些实施例中，锌可以增加吸收器层材料中的载流子密度，并且提供带隙的增加，产生梯度变化的带隙吸收器材料。
在一些实施例中，第二添加剂包括添加剂材料的组合。在一些实施例中，第二添加剂包括p型掺杂剂和锌的组合。在特定的实施例中，第二添加剂包括氮和锌的组合。
进一步地，在一个实施例中，提供一种具有两种添加剂的两个不同的浓度分布曲线的吸收器层160。参考图1‑4，在某些实施例中，第一区域140中的第一添加剂的浓度高于第二区域150中第一添加剂的浓度。进一步地，在某些实施例中，第二区域150中第二添加剂的浓度高于第一区域140中第二添加剂的浓度。如本文使用的术语“浓度”指出现在吸收器层中的第一添加剂或第二添加剂的每单位体积的原子数量或者原子浓度。进一步地，应注意的是，术语“浓度”指第一区域和第二区域中每单位体积原子的平均数量。如较早指出的，在一些实施例中，第二添加剂包括添加剂材料的组合。在这样的实施例中，术语“第二添加剂的浓度”指添加剂材料的组合的平均浓度，例如，氮和锌的平均浓度。
在一些实施例中，邻近窗口层130设置的第一区域140包括第一添加剂，其中第一区域140基本上没有第二添加剂。如本文使用的术语“基本上没有第二添加剂”意思是第一区域140中第二添加剂的浓度低于大约1017cm‑3。在一个实施例中，第一区域140中第二添加剂的浓度低于大约1016cm‑3。在一个实施例中，第一区域140中第二添加剂的浓度低于大约1015cm‑3。在某些实施例中，邻近窗口层130设置的第一区域140包括作为第一添加剂的氧并且基本上没有第二添加剂，例如，氮。
类似的，在一些其它的实施例中，第二区域150包括第二添加剂，其中第二区域150基本上没有第一添加剂。如本文使用的术语“基本上没有第一添加剂”意思是第二区域150中第一添加剂的浓度低于大约1017cm‑3。在一个实施例中，第二区域150中第一添加剂的浓度低于大约1016cm‑3。在一个实施例中，第二区域中第一添加剂的浓度低于大约1015cm‑3。在某些实施例中，第二区域150基本上没有氧。在某些实施例中，第二区域150包括作为第二添加剂的氮并且基本上没有氧。在某些实施例中，第二区域150包括作为第二添加剂的锌并且基本上没有氧。在某些实施例中，第二区域150包括作为第二添加剂的氮和锌的组合并且基本上没有氧。
在一些实施例中，第一区域140包括第一添加剂并且基本上没有第二添加剂。进一步地，第二区域150包括第二添加剂并且基本上没有第一添加剂。在这样的实施例中，在第一区域140和第二区域150之间的过渡处可能存在第一添加剂和第二添加剂的浓度分布曲线的阶跃变化，如图5和6中所示。在这样的实施例中，吸收器层160可以包括两个明显的成分体系并且可以配置为双层。
参考图4和5，根据本发明的一个实施例，示出吸收器层160中第一添加剂的浓度分布曲线200。如图5中所示，第一添加剂的浓度在第一区域140中具有值201，其在第二区域150中下降为值202。在一个实施例中，从201至202的阶跃变化发生在第一区域140和第二区域150之间的界面151/143处。如较早指出的，在某些实施例中，第二区域150基本上没有第一添加剂。
类似的，参考图4和6，根据本发明的一个实施例，示出吸收器层160中第二添加剂的浓度分布曲线300。如图6中所示，第二添加剂的浓度在第一区域140中具有值301，其在第二区域150中增加到值302。在一个实施例中，从301至302的阶跃变化发生在第一区域140和第二区域150之间的界面151/143处。如较早指出的，在某些实施例中，第一区域140基本上没有第二添加剂。
进一步应该注意的是，在图5和6中，第一添加剂和第二添加剂的浓度分布曲线已示出为在第一区域140和第二区域150中具有常数值，仅为一示例性实施例。在一些实施例中，第一区域140中的第一添加剂的浓度分布曲线可在第一区域140的厚度上变化。例如，在一个实施例中，第一添加剂的浓度从与窗口层130接触的界面141向与第二区域150接触的界面143而减小。在这样的实施例中，值201可表示第一添加剂的平均浓度。在一备选的实施例中，第一区域中第一添加剂的浓度可在第一区域140的厚度上基本为常数，如图5中所示。
类似的，在一个实施例中，第二区域150中的第二添加剂的浓度分布曲线可在第二区域150的厚度上变化。例如，在一个实施例中，第二添加剂的浓度可从与第一区域140接触的界面151向与背接触层180或p+型半导体层170接触的界面153而增加。在这样的实施例中，值302可表示第二添加剂的平均浓度。在一备选的实施例中，第二区域150中第二添加剂的浓度可在第二区域150的厚度上基本为常数，如图6中所示。
在特定的实施例中，例如氧的第一添加剂的浓度在第一区域140的厚度上基本为常数并且进一步例如氮的第二添加剂的浓度在第二区域150的厚度上梯度变化。在一个实施例中，例如氮的第二添加剂的浓度从与第一区域140接触的界面151向与背接触层180或p+型半导体层170接触的界面153而增加。如本文使用的术语“基本上为常数”意思是浓度的变化在第一区域或第二区域的厚度上小于百分之5。
不受任何理论约束，相信的是，第二区域150中的第二添加剂的浓度方面的梯度可以在吸收器层(例如，CdTe)中产生场，这可有助于电荷载流子的收集。进一步地，在窗口和吸收器层(例如，CdS/CdTe)之间界面处的氧可以改善界面特性，允许在吸收器层的前缘界面或者与窗口层接触的界面处高的少数载流子寿命。
在一备选的实施例中，提供一种具有两种添加剂的梯度变化成分分布的吸收器层160。参考图7，在一个实施例中，第一添加剂在吸收器层160的厚度上在成分上梯度变化。进一步地，参考图8，在一个实施例中，第二添加剂在吸收器层160的厚度上在成分上梯度变化。如本文使用的术语“在成分上梯度变化”意思是第一添加剂或第二添加剂的浓度在吸收器层160的厚度上连续地改变。在一个实施例中，第一添加剂的浓度从与窗口层150接触的表面141/161向与金属层190或p+型半导体层170接触的表面153/163连续减小，如图4和7中所示。在一个实施例中，第二添加剂的浓度从与窗口层150接触的表面141/161向与背接触层180或p+型半导体层170接触的表面153/163连续增加，如图4和8所示。应该注意的是，第一和第二添加剂的浓度分布曲线200和300是示例性分布曲线并且浓度分布曲线可以变化。
在特定的实施例中，例如氧的第一添加剂的浓度从与窗口层150接触的表面141/161向与背接触层180或p+型半导体层170接触的表面153/163连续减小，如图7中所示。进一步地，在一个特定的实施例中，例如氮的第二添加剂的浓度从与窗口层150接触的表面141/161向与背接触层180或p+型半导体层170接触的表面153/163连续增加，如图8中所示。
在一些实施例中，例如氧的第一添加剂的浓度在第一区域140的厚度上基本为常数并且进一步第一添加剂的浓度在第二区域150的厚度上梯度变化。在一些实施例中，第一添加剂的浓度从与第一区域140接触的界面151向与背接触层180或p+型半导体层170接触的界面153减小。
在一些实施例中，例如氮的第二添加剂的浓度在第二区域150的厚度上基本为常数并且进一步第二添加剂的浓度在第一区域140的厚度上梯度变化。在一个实施例中，第二添加剂的浓度从与第一区域140接触的界面151向与窗口层130接触的界面141减小。
在一些实施例中，第一区域140中第一添加剂的浓度范围从大约1016cm‑3到大约1020cm‑3。在一些实施例中，第一区域140中第一添加剂的浓度范围从大约1017cm‑3到大约1019cm‑3。在特定的实施例中，第一区域140中第一添加剂的浓度范围从大约1018cm‑3到大约1020cm‑3。
在一些实施例中，第二区域150中第一添加剂的浓度范围从大约1014cm‑3到大约1019cm‑3。在一些实施例中，第二区域150中第一添加剂的浓度范围从大约1014cm‑3到大约1018cm‑3。在特定的实施例中，第二区域150中第一添加剂的浓度范围从大约1014cm‑3到大约1016cm‑3。
在一些实施例中，第二区域150中第二添加剂的浓度范围从大约1016cm‑3到大约1020cm‑3。在一些实施例中，第二区域150中第二添加剂的浓度范围从大约1017cm‑3到大约1019cm‑3。在一些实施例中，第二区域150中第二添加剂的浓度范围从大约1018cm‑3到大约1022cm‑3。在特定的实施例中，第二区域150中第二添加剂的浓度范围从大约1018cm‑3到大约1020cm‑3。
在一些实施例中，第一区域140中第二添加剂的浓度范围从大约1014cm‑3到大约1019cm‑3。在一些实施例中，第一区域140中第二添加剂的浓度范围从大约1014cm‑3到大约1018cm‑3。在特定的实施例中，第一区域140中第二添加剂的浓度范围从大约1014cm‑3到大约1016cm‑3。
在一些实施例中，如较早指出的，吸收器层包括具有不同有效载流子密度值的两个区域。在一些实施例中，第一区域140具有范围低于大约1×1014cm‑3的有效载流子密度。在一些实施例中，第一区域140具有范围低于大约5×1013cm‑3的有效载流子密度。在一些实施例中，第二区域150具有范围大于大约1×1014cm‑3的有效载流子密度。在一些实施例中，第二区域150具有范围大于大约3×1014cm‑3的有效载流子密度。不受任何理论约束，相信的是，和第一区域140对比第二区域150中第二添加剂的更高的浓度在第二区域150中产生更高的有效载流子密度。
在一些实施例中，如图1‑3中所示，窗口层进一步设置在透明层120上并且该透明层120设置在支撑件110上。在一个实施例中，透明层120包括没置在支撑件110上的导电层(在本领域中有时指前接触层)122，如图2中所示。在一些实施例中，窗口层130直接设置在导电层122上。在一备选的实施例中，透明层120包括设置在支撑件110上的导电层122并且另外的缓冲层124插入在导电层122和窗口层130之间，如图2中所示。在一个实施例中，透明层120具有范围从大约100纳米至大约600纳米的厚度。
在一个实施例中，导电层122包括透明导电氧化物(TCO)。透明导电氧化物的非限制性示例包括氧化镉锡(CTO)、氧化铟锡(ITO)、氟掺杂的氧化锡(SnO：F或FTO)、铟掺杂的氧化镉、锡酸镉(Cd2SnO4或CTO)、掺杂的氧化锌(ZnO)(诸如铝掺杂的氧化锌(ZnO：Al或AZO)、氧化铟‑锌(IZO)和氧化锌锡(ZnSnOx))，或其组合。在一个实施例中，依赖所采用的特定的TCO和其表面电阻，导电层122的厚度范围可以从大约50纳米至大约600纳米。
在一些实施例中，光伏装置100进一步包括缓冲层(可选的)，也称为更高电阻透明(HRT)层124，插入在窗口层130和导电层122之间，如图2中所示。在一个实施例中，缓冲层124的厚度范围从大约50纳米至大约200纳米。用于缓冲层124的合适的材料的非限制性示例包括二氧化锡(SnO2)、氧化锌锡(ZTO)、锌掺杂的氧化锡(SnO2：：Zn)、氧化锌(ZnO)、氧化铟(In2O3)，或其组合。
如图1‑3中所示，透明层120进一步设置在支撑件110上。如图3中所示，在这样的实施例中，太阳辐射10从支撑件110进入，并且在经过透明层120和窗口层130后，进入吸收器层160，在那里发生入射光(例如太阳光)的电磁能向电子‑空穴对(即向自由电荷)的转换。
在一个实施例中，支撑件110在对于期望透射穿过支撑件110的波长范围上是透明的。在一个实施例中，支撑件110对于具有范围从大约400nm至大约1000nm的波长的可见光是透明的。在一些实施例中，支撑件110包括能够经受住高于大约600℃的热处理温度的材料，诸如，例如，硅或硼硅玻璃。在一些其它的实施例中，支撑件110包括具有低于600℃的软化温度的材料，诸如，例如，钠钙玻璃或者聚酰亚胺。在一些实施例中可以在透明层120和支撑件110之间设置某些其它层，诸如，例如，抗反射层或者阻挡层(未示出)。
在一个实施例中，光伏装置100进一步包括设置在吸收器层160上的p+型半导体层170，如图3中所示。如本文使用的术语“p+型半导体层”指和吸收器层160中的p型电荷载流子或空穴密度对比具有过量的移动p型载流子或空穴密度的半导体层。在一些实施例中，p+型半导体层具有范围大于大约1×1016每立方厘米的p型载流子密度。在一些实施例中，p+型半导体层具有范围大于大约5×1017每立方厘米的p型载流子密度。在一些实施例中，p+型半导体层具有范围大于大约1×1018每立方厘米的p型载流子密度。在特定的实施例中，p+型半导体层具有范围从大约1×1017每立方厘米至大约1×1020每立方厘米的p型载流子密度。
在一些实施例中，p+型半导体层170可以用作吸收器层160和背接触层180之间的界面。与装置内的其它电阻比较起来，p+型半导体层170的更高的载流子密度可以最小化背接触层的串联电阻。在一个实施例中，p+型半导体层170具有范围从大约50nm至大约200nm的厚度。
在一个实施例中，p+型半导体层170包括选自由非晶体的Si：H、非晶体的SiC：H、结晶的Si、微晶的Si：H、微晶的SiGe：H、非晶体的SiGe：H、非晶体的Ge、微晶的Ge、GaAs、BaCuSF、BaCuSeF、BaCuTeF、LaCuOS、LaCuOSe、LaCuOTe、LaSrCuOS、LaCuOSe0.6Te0.4、BiCuOSe、BiCaCuOSe、PrCuOSe、NdCuOS、Sr2Cu2ZnO2S2、Sr2CuGaO3S、(Zn，Co，Ni)Ox，及其组合构成的组中的大量掺杂的p型材料。
在另一实施例中，p+型半导体层170包括选自由碲化锌、碲化镁、碲化锰、碲化铍、碲化汞、碲化砷、碲化锑、碲化铜，及其组合构成的组中的大量掺杂的p+掺杂材料。在一些实施例中，p+掺杂材料进一步包括选自由铜、金、氮、磷、锑、砷、银、铋、硫、钠，及其组合构成的组中的掺杂剂。
在一个实施例中，光伏装置100进一步包括金属层，也称作背接触层180，如图3中所示。在一些实施例中，金属层180直接设置在吸收器层160上(未示出)。在一些其它的实施例中，金属层180设置在p+型半导体层170上，p+型半导体层170设置在吸收器层160上，如图3中所示。在一些实施例中，p+型半导体层170可在金属层180和吸收器层160之间提供改善的扩散特性。因此，在一些实施例中，具有期望的导电率和反射率的任何适合的金属可以选作背接触层180。在一个实施例中，金属层180包括金、铂、钼、钨、钽、钯、铝、铬、镊或银。在某些实施例中，可以在金属层180上设置另外的金属层(未示出)，例如铝，以向外部电路提供横向传导(lateral conduction)。
如较早指出的，在一个实施例中，提供一种具有梯度变化的吸收器层160的光伏装置100。参考图1‑4，在一个实施例中，光伏装置100包括窗口层130和设置在窗口层130上的吸收器层160，其中吸收器层160包括第一区域140和第二区域150，第一区域140邻近窗口层130设置。在一个实施例中，吸收器层160进一步包括第一添加剂和第二添加剂，第一添加剂包括氧，以及第二添加剂包括氮、锌、砷、磷、锑，或其组合。在一个实施例中，第一添加剂的浓度从第一区域140向第二区域150连续减小，以及第二添加剂的浓度从第一区域140向第二区域150连续增加。
在一备选的实施例中，提供一种具有吸收器层的光伏装置，该吸收器层具有两个明显的成分体系。参考图1‑4，在一个实施例中，光伏装置100包括窗口层130和设置在窗口层130上的吸收器层160，其中吸收器层160包括第一区域140和第二区域150，第一区域140邻近窗口层130设置。在一个实施例中，吸收器层160进一步包括第一添加剂和第二添加剂，第一添加剂包括氧，以及第二添加剂包括氮、锌、砷、磷、锑，或其组合。进一步地，在一个实施例中，第一区域140包括第一添加剂并且基本上没有第二添加剂，以及第二区域150包括第二添加剂并且基本上没有第一添加剂。
在一个实施例中，提供一种制造光伏装置的方法。参考图1‑3，在一些实施例中，该方法包括通过任何合适的技术，诸如溅射，化学气相沉积，旋涂，喷涂，或浸渍涂布，在支撑件110上设置包括导电层122的透明层120。参考图3，在一些实施例中，可使用溅射在导电层122上沉积可选的缓冲层124以形成透明层120。然后可在透明层120上沉积n型半导体层或窗口层130。用于n型半导体层130的沉积方法的非限制性示例包括近空间升华(CSS)，气相输运法(VTM)，溅射，电化学浴沉积(CBD)中的一个或更多。
在一些实施例中，该方法进一步包括在窗口层130上设置吸收器层160。在一个实施例中，吸收器层160可以通过采用选自近空间升华(CSS)、气相输运法(VTM)、离子辅助物理气相沉积(IAPVD)、射频或脉冲磁控溅射(RFS或PMS)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)及电化学沉积(ECD)的一个或更多的方法来沉积。
在一些实施例中，该方法包括以步进式的方式来设置吸收器层160，其中设置吸收器层160包括在包括第一添加剂的前体的第一环境中在该窗口层130上设置第一区域140，以及在包括第二添加剂的前体的第二环境中在第一区域140上设置第二区域150。
在一些实施例中，设置吸收器层160的方法是连续的过程，其中第一区域140设置在包括第一添加剂的环境中并且第二区域设置在包括第二添加剂的环境中。在一些实施例中，设置吸收器层160的方法包括在有第一添加剂的连续流的情况下在窗口层130上设置第一区域140。在一些实施例中，通过关闭第一添加剂的流(flow)并打开第二添加剂的流，在第一区域140上设置第二区域150。
在一个实施例中，第一环境包括第一添加剂的源和第二添加剂的源，其中在第一环境中第一添加剂的浓度高于第二添加剂的浓度。在一些实施例中，第一添加剂包括氧并且第二添加剂包括氮，以及第一环境是基本上富氧的。
在一备选的实施例中，第一环境基本上没有第二添加剂。在这样的实施例中，第一环境包括第一添加剂或者第一添加剂的源。在一个特定的实施例中，第一环境包括氧或者氧源。
在一个实施例中，第二环境包括第一添加剂的源和第二添加剂的源，其中在第二环境中第二添加剂的浓度高于第一添加剂的浓度。在一些实施例中，第一添加剂包括氧，以及第二添加剂包括氮，并且第二环境是基本上富氮的。
在一备选的实施例中，第二环境基本上没有第一添加剂。在这样的实施例中，第二环境包括第二添加剂或者第二添加剂的源。在一个特定的实施例中，第二环境包括氮或者氮源。
不受任何理论约束，相信的是，第一区域140和第二区域150的两个分离的生长体系允许富氧的CdS/CdTe界面，并且进一步减少可能发生在第二添加剂和CdS/CdTe界面处氧之间的气相相互作用。
在一些实施例中，该方法包括以梯度变化方式在窗口层130上设置第一区域140，这样的以致于第一添加剂的浓度在第一区域140的厚度上在成分上梯度变化。在一些实施例中，该方法包括以梯度变化方式在窗口层130上设置吸收器层160，这样的以致于第一添加剂的浓度在吸收器层160的厚度上梯度变化。
在一些实施例中，该方法包括以梯度变化方式在第一区域140上设置第二区域150，这样的以致于第二添加剂的浓度在第二区域150的厚度上在成分上梯度变化。在一些实施例中，该方法包括以梯度变化方式在窗口层130上设置吸收器层160，这样的以致于第二添加剂的浓度在吸收器层160的厚度上梯度变化。
在一个实施例中，在设置第二区域150以形成吸收器层160的步骤后，可以用氯化镉(CdCl2)进一步处理吸收器层160。在一个实施例中，可以用CdCl2溶液处理吸收器层160。在另一个实施例中，可以用CdCl2蒸汽处理吸收器层160。已知用CdCl2处理以增加吸收器层160的载流子寿命。用氯化镉处理后可以跟随着腐蚀或冲洗步骤。在一个实施例中，可以使用合适的酸来执行腐蚀。在其它实施例中，可从表面冲洗掉CdCl2，在界面处产生化学计量的碲化镉，从表面主要地去除氧化镉和CdCl2残留物，在表面处留下大约1的镉比碲的比率。腐蚀通过去除处理期间形成在表面处的非化学计量的材料来起作用。也可以采用可以在背界面处产生化学计量的碲化镉的本领域已知的其它腐蚀技术。
参考图3，在一个实施例中，可以通过使用例如PECVD的任何合适的技术来沉积p+型材料，在吸收器层160上进一步设置p+型半导体层170。在一备选的实施例中，可以通过化学处理吸收器层160，在吸收器层160上设置p+型半导体材料层170，以增加吸收器层160的背面(与金属层接触并且与窗口层相对的面)的载流子密度。在一个实施例中，可以通过在p+型半导体层170上沉积例如金属层180的背接触层来完成光伏装置100。
示例
示例1：具有使用氧梯度沉积的CdTe层的碲化镉光伏装置的制备
通过在沉积在SnO2：F(FTO)透明导电氧化物(TCO)涂布的衬底上的硫化镉(CdS)层上沉积碲化镉(CdTe)，制备碲化镉光伏装置。该衬底是3毫米厚的钠钙玻璃，涂有FTO透明导电层(450nm)和薄的高电阻透明ZnSnOx(ZTO)层(100nm)。在有氧(CdS：O(5％O))的情况下以大约80nm的厚度在ZTO层上沉积硫化镉(CdS)层。
以大约550摄氏度的衬底温度和大约625摄氏度的源温度，使用近空间升华过程来沉积CdTe层。在衬底和源温度的斜线上升(ramp)期间，衬底温度斜线上升率大于源温度斜线上升率。当衬底温度达到其设定值并且源温度超过衬底温度时，CdTe沉积开始。对于氧使用不同沉积条件来制备两个样品，样品1和2。
对于样品1的制备，在沉积步骤开始时，允许氧流动100秒。该步骤在吸收器层上产生含氧的第一区域的沉积。100秒后关闭氧并且在维持相同的背景压力时，在无氧的情况下沉积CdTe层的剩余部分。100秒是源温度达到其625摄氏度的设定值所需要的大约的时间长度。该步骤在吸收器层上产生第二区域的沉积。如较早指出的，在第二步骤期间，例如氮的第二添加剂可以被打开以在第一区域上形成第二区域。
对于样品2的制备，在CdTe沉积步骤开始时，允许氧流动130秒。该步骤在吸收器层上产生含氧的第一区域的沉积。130秒后关闭氧并且在维持相同的背景压力时，在无氧的情况下沉积CdTe层的剩余部分。在该样品中，在源温度达到其设定值后，氧流继续另外的30秒。该步骤在吸收器层上产生第二区域的沉积。如较早指出的，在第二步骤期间，例如氮的第二添加剂可以被打开以在第一区域上形成第二区域。
在空气中以400摄氏度的温度，用氯化镉进一步处理沉积的碲化镉层大约20分钟。在规定的时间结束时，用铜溶液处理CdTe层，并以200摄氏度的温度，经受退火18分钟的持续时间。然后通过蒸发过程在作为背接触的铜处理后的层上沉积金以完成装置制作过程。
比较示例1：具有用连续氧流沉积的CdTe层的碲化镉光伏装置的制备
制备光伏装置，类似于样品1和2中光伏装置，除了用连续地流动贯穿CdTe生长过程的氧来沉积CdTe层。
比较示例2：具有在没有氧流的情况下沉积的CdTe层的碲化镉光伏装置的制备
制备光伏装置，类似于样品1和2中的光伏装置，除了在没有流过生长过程的氧的情况下，沉积CdTe层。
表1示出和比较样品1和2对比样品1和2的平均(Avg)效率，开路电压(VOC)，短路电流密度(JSC)，和填充因素(FF)值，以及与这些值关联的标准偏差(StDev)。
表1CdTe光伏装置的性能参数

从表1可以注意到，当和具有使用连续氧流沉积的CdTe层的装置的性能参数相比，具有使用氧梯度沉积的CdTe层的装置显示出FF和VOC的增加。进一步地，当和具有在没有氧流的情况下沉积的CdTe层的装置的性能参数相比，具有使用氧梯度沉积的CdTe层的装置显示出FF和VOC的增加。样品1和2中的装置显示出更高的VOC和FF，有助于更高的效率。
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