專利名稱：碲化鎘的p型摻雜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及光伏(PV)電池的領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及制作具有包括碲 化鎘(CdTe)的光敏(photo-active)層的PV電池的方法。本發(fā)明還涉及CdTe的ρ型摻雜 的方法。
背景技術(shù)：
太陽光譜“陽光”包含隨頻率變化的強(qiáng)度分布。能夠看到，經(jīng)半導(dǎo)體利用陽光獲得 電能的轉(zhuǎn)換效率被優(yōu)化以用于大約1. 4到大約1. 5電子伏特(eV)之間附近范圍中的半導(dǎo) 體帶隙。CdTe的半導(dǎo)體帶隙是對于此要求的良好匹配。P型CdTe是當(dāng)前在PV電池中常見商用材料之一，其中，光敏材料是CdTe。相當(dāng)概 括地說，為本文中討論的簡明起見，包括P型CdTe為光敏材料的PV電池可稱為“CdTe PV電 池”。類似地，包括CcTTe PV電池的PV安裝將稱為“CdTe PV安裝”。包括ρ型CcTTe PV電 池的大規(guī)模PV安裝的商業(yè)可行性已得以證明，并且從此類大規(guī)模ρ型CdTePV安裝獲得的 電力的成本接近于電網(wǎng)平價(jià)(parity)。較小規(guī)模(即區(qū)域受限的)安裝的商業(yè)可行性由 于此類較小規(guī)模安裝的較差總體效率而在該領(lǐng)域內(nèi)仍是一個(gè)難題。盡管付出了相當(dāng)大的學(xué) 術(shù)和行業(yè)研究與開發(fā)努力，P型CdTe PV電池的最佳報(bào)告的轉(zhuǎn)換效率“eB”在接近十年一直 停滯在大約16.5%。此最佳報(bào)告的轉(zhuǎn)換效率可比于CdTe PV電池對太陽能譜的權(quán)利效率 (entitlement-efficiency)，該權(quán)利效率為大約23%。轉(zhuǎn)換效率數(shù)還可比于典型的當(dāng)前可 用的商業(yè)大規(guī)模P型CdTePV安裝的“模塊”效率，該模塊效率更低，為大約11%。ρ型CdTe PV電池效率的任何改進(jìn)顯然將產(chǎn)生對應(yīng)CdTe PV安裝的總體效率的 改進(jìn)。此類改進(jìn)將增強(qiáng)CdTe PV安裝與諸如從天然氣或煤炭等發(fā)電的傳統(tǒng)方法相比的競爭 力。明顯的是，總體效率的改進(jìn)將使得P型CdTe PV電池技術(shù)能夠成功滲透要求小規(guī)模區(qū) 域受限安裝的市場，如對于家庭PV安裝的市場。用于在商業(yè)可行的堿石灰玻璃基片上制造ρ型CdTe PV電池的當(dāng)前已知方法必 需要求較低溫的工藝(一般在 < 600攝氏度(°C )的溫度執(zhí)行)。對低溫工藝的此類必 需性是為什么一直不可能增強(qiáng)P型摻雜級別以超出摻雜級別“C/的原因之一(其中，Cm ^clOw每立方厘米(/cm3))。不能實(shí)現(xiàn)CdTe內(nèi)基本上超過Cm的ρ型摻雜級別是導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效 率當(dāng)前停滯在大約％的因素之一。在本領(lǐng)域內(nèi)需要制作的方法，經(jīng)由這些方法，能夠獲得具有超過eM的轉(zhuǎn)換效率的 改進(jìn)P型CdTe PV電池。要使任何此類方法在商業(yè)上可行，它們應(yīng)與現(xiàn)有ρ型CdTe PV電 池制作工藝要求相兼容，例如在上述較低溫度執(zhí)行制作的必需要求。因此，將高度合乎需要的是能獲得光敏CdTe材料內(nèi)增強(qiáng)ρ型摻雜級別的方法，而 這些方法仍與現(xiàn)存P型CdTe PV電池制作工藝相兼容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例涉及能夠磁化在例如轉(zhuǎn)子的機(jī)械構(gòu)件原地布置的永久性磁體的磁化器。一種制作光伏(PV)電池的方法，所述方法包括以下步驟(a)提供包括含有界面 區(qū)(interfacial region)的碲化鎘(CdTe)層的第一組件；(b)使第一組件進(jìn)行功能化處 理以獲得第一綠組件(green component)，所述功能化處理包括通過包括銅的第一材料和 包括氯的第二材料來處理所述界面區(qū)的至少一部分；(c)使第一綠組件進(jìn)行第一退火處理 以獲得第二綠組件；(d)使第二綠組件進(jìn)行加工處理；以及(e)將第二組件與CdTe層相鄰 布置以形成PV電池。一種用于制作光伏電池的方法，所述方法包括以下步驟(a)提供包括含有界面 區(qū)的碲化鎘(CdTe)層的第一組件；(b)使第一組件進(jìn)行功能化處理以獲得第一綠組件，所 述功能化處理包括在存在包括銅的第一溶液的情況下浸泡所述界面區(qū)的至少一部分；(C) 在存在包括氯的第二溶液的情況下，使第一綠組件進(jìn)行第一退火處理以獲得第二綠組件; (d)使第二綠組件進(jìn)行加工處理；以及(e)將第二組件與CdTe層相鄰布置以形成光伏電 池。從連同附圖提供的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述，將更容易理解這些和其 它優(yōu)點(diǎn)和特征。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的制作PV電池的方法的流程圖示。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的制作PV電池的方法的流程圖示。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一方面的第一組件的側(cè)截面視圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一方面的PV電池的側(cè)截面視圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一方面的在一系列第二組件上獲得的表面光電壓值的條形 圖。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的一方面的PV電池的操作特性數(shù)據(jù)。圖7是根據(jù)本發(fā)明的一方面的條形圖，其比較包括根據(jù)本文中公開的方法的實(shí)施 例制作的PV電池的PV模塊的效率。圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的制作PV電池的方法的流程圖示。圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的ρ型摻雜CdTe的方法的流程圖示。
具體實(shí)施例方式在下面的描述中，無論何時(shí)本發(fā)明的實(shí)施例的特定方面或特征描述為包括組的至 少一個(gè)要素及其組合，或由其組成，可理解的是，該方面或特征可包括單獨(dú)的或與該組的任 何其它要素組合的組的任何要素，或由其組成。在介紹本發(fā)明的各種實(shí)施例的要素時(shí)，“一”、“該”和“所述”等詞旨在表示有一個(gè) 或多個(gè)要素。術(shù)語“包括”和“具有”旨在是包容性的，并且表示可存在不同于所列要素的另 外要素。另外，除非另有說明，否則，“頂部”、“底部”、“上方”、“下方”及這些術(shù)語的變型的使 用是為了方便起見，而不要求組件的任何特定定向。在本文中使用時(shí)，術(shù)語“布置在...上” 或“沉積在...上方”或“布置在....之間”指直接接觸的固定或布置和通過其間具有中 間層間接的固定或布置。
在本文中使用時(shí)，術(shù)語“相鄰”在討論例如PV電池的不同區(qū)域和/或部分的上下 文中使用時(shí)可指所述區(qū)域和/或部分相互緊鄰的情況，或者它也可指在所述區(qū)域和/或部 分之間存在中間區(qū)域和/或部分的情況。在本文中使用時(shí)，術(shù)語“綠”在討論諸如組件等物理實(shí)體的上下文中使用時(shí)，表示 實(shí)體迄今在其制造的中間階段中，即，用于從實(shí)體制作或獲得組件采用的方法的一個(gè)或多 個(gè)步驟迄今尚未啟動(dòng)或完成。例如，“綠組件”指制作該組件(其中，所獲得的組件顯示例如 能量轉(zhuǎn)換效率的某些物理屬性的期望或改進(jìn)的級別)的方法的一個(gè)或多個(gè)步驟迄今仍未 在其上執(zhí)行的物理實(shí)體。在本文中使用時(shí)，術(shù)語“界面區(qū)”在討論物理實(shí)體的上下文中使用時(shí)指在物理實(shí)體 與周圍環(huán)境具有的任何界面和其附近的區(qū)域。要理解的是，界面區(qū)是“顯露的”，因?yàn)榄h(huán)境內(nèi) 存在的任何實(shí)體(例如環(huán)境內(nèi)存在的化學(xué)試劑)具有對界面區(qū)的直接物理訪問。在本文中使用時(shí)，術(shù)語“功能化處理”在討論諸如組件或綠組件等物理實(shí)體的上下 文中使用時(shí)指包括物理實(shí)體的化學(xué)處理和/或物理處理的處理，該處理產(chǎn)生了物理實(shí)體的 諸如摻雜濃度或能量轉(zhuǎn)換效率等一個(gè)或多個(gè)物理屬性的基本變化。功能化處理例如可作 為制作組件的方法的步驟的部分來執(zhí)行。如下面詳細(xì)討論的，本發(fā)明的實(shí)施例涉及制作光伏(PV)電池的改進(jìn)方法，其中， 光敏層包括P型碲化鎘(CdTe)。光敏層是PV電池的部分，其中例如陽光等入射光的電磁 能出現(xiàn)，轉(zhuǎn)換成電能(即，電流)。相當(dāng)概括地說，在本文的討論中，將理解的是，術(shù)語“P型 CdTe PV電池”或簡稱“CdTe PV電池”或“PV電池”將指其中光敏層包括ρ型CdTe的PV電 池。本文中公開的本發(fā)明的實(shí)施例還提供用于CdTe的ρ型摻雜的改進(jìn)方法。當(dāng)代ρ型CdTe PV電池的上下文中一個(gè)重要的問題是盡管有業(yè)界和學(xué)術(shù)界幾年 來的研究和開發(fā)工作，但一直不可能在CdTe層內(nèi)將ρ型摻雜級別增強(qiáng)到超出大約Cm 5xl014/cm3o這是限制了 ρ型CdTePV電池的最佳報(bào)告效率為大約％ 16. 5%的原因之一。制作ρ型CdTe PV電池所需的較低溫度加工條件(一般 < 500攝氏度(°C ))是 為什么一直不可能增強(qiáng)CdTe內(nèi)ρ型摻雜級別的原因之一。這又阻礙了效率接近CdTe PV 電池對太陽能譜的權(quán)利效率( 23% )的ρ型CdTe PV電池的開發(fā)。相當(dāng)概括地說，本文 中提議的本發(fā)明的實(shí)施例還包括P型摻雜CdTe的方法，由此增強(qiáng)ρ型摻雜級別。如下面至少涉及圖1-2和圖8所詳細(xì)討論的，本文中公開的本發(fā)明的實(shí)施例提供 用于制作改進(jìn)的PV電池的方法。圖5-7示出在根據(jù)當(dāng)前公開的方法的實(shí)施例制作的P型 PV電池上獲得的操作參數(shù)的典型數(shù)據(jù)。此外，如涉及圖9所詳細(xì)討論的，本文中公開的本發(fā) 明的實(shí)施例提供用于實(shí)現(xiàn)與當(dāng)前展示的CdTe內(nèi)的ρ型摻雜級別相比CdTe內(nèi)增強(qiáng)的ρ型摻 雜級別的方法。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例制作PV電池的方法100的流程圖示。方法100 包括提供包括含有界面區(qū)的CdTe層的第一組件的步驟102。此步驟之后是使第一組件進(jìn) 行功能化處理以獲得第一綠組件的步驟104，其中，功能化處理包括通過包括銅的第一材料 和包括氯的第二材料來處理至少一部分界面區(qū)。此步驟之后是使第一綠組件進(jìn)行第一退 火處理以獲得第二綠組件的步驟106。此步驟之后是使第二綠組件進(jìn)行加工處理(下面討 論)的步驟108。此步驟之后是將第二綠組件與CdTe層相鄰布置以形成PV電池的步驟 110。本領(lǐng)域技術(shù)人員將知道經(jīng)其可獲得用于在方法100期間使用的兼容的第一組件實(shí)施例的制作規(guī)程(protocol)。下面進(jìn)一步討論非限制性的制作規(guī)程。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在步驟102中提供的第一組件包括含有至少一種透明 傳導(dǎo)氧化物的層。適合的透明傳導(dǎo)氧化物的非限制性示例包括鋁摻雜的氧化鋅、氧化銦錫、 氧化氟錫、氧化鎘錫或其組合。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在步驟102中提供的第一組件包 括含有至少一種高電阻氧化物的層。適合的高電阻氧化物的非限制性示例包括氧化鋅錫、 氧化鋁、氧化錫、氧化鎵、氧化硅、氧化銦或其組合。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在步驟102 中提供的第一組件包括含有硫化鎘的層。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，在步驟104中提供的第二材料包括氯化鎘?；趯?shí)驗(yàn)， 這些實(shí)驗(yàn)的一些典型結(jié)果在圖4-7中示出，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一材料的量與第 二材料的量的比率在從大約0. 01個(gè)百萬分之一(ppm)到大約IOOppm的范圍內(nèi)，所述第一 材料和第二材料如在步驟104中記載。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，第一材料的量與第二 材料的量的比率在從大約0. Ippm到大約20ppm的范圍內(nèi)，所述第一材料和第二材料如在步 驟104中記載。在本發(fā)明仍有的另一個(gè)實(shí)施例中，第一材料的量與第二材料的量的比率在 從大約0. 5ppm到大約5ppm的范圍內(nèi)，所述第一材料和第二材料如在步驟104中記載。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如步驟106中記載的第一退火處理在位于從大約300 攝氏度(°c)到大約500°C的范圍內(nèi)的溫度執(zhí)行。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，如步驟106 中記載的第一退火處理在位于從大約350°C到大約450°C的范圍內(nèi)的溫度執(zhí)行。在本發(fā)明 仍有的另一個(gè)實(shí)施例中，如步驟106中記載的第一退火處理在位于從大約375°C到大約 425°C的范圍內(nèi)的溫度執(zhí)行。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如步驟106中記載的第一退火處理 對于在從大約1分鐘到大約60分鐘的范圍內(nèi)的時(shí)間期來執(zhí)行。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例 中，如步驟106中記載的第一退火處理對于在從大約5分鐘到大約40分鐘的范圍內(nèi)的時(shí)間 期來執(zhí)行。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，如步驟106中記載的第一退火處理對于在從大約 10分鐘到大約20分鐘的范圍內(nèi)的時(shí)間期來執(zhí)行。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，執(zhí)行如步驟 106中記載的第一退火處理，使得在第一退火處理期間第一綠組件的環(huán)境包括氧化環(huán)境。氧 化環(huán)境的非限制性示例包括空氣?？赡艿氖?，在執(zhí)行步驟106后，如在步驟102期間提供的 至少一部分CdTe層基本上變?yōu)棣研?。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，在步驟108期間執(zhí)行的加工處理包括浸泡處理。在本 發(fā)明的更多特定實(shí)施例中，浸泡處理包括使用溶劑，溶劑包括乙二胺(EDA)。在本發(fā)明的特 定實(shí)施例中，在步驟108期間執(zhí)行的加工處理包括在至少一部分界面區(qū)上沉積銅層。在本 發(fā)明的特定實(shí)施例中，在步驟108期間執(zhí)行的加工處理包括第二退火處理。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，步驟110中提供的第二組件包括后接觸層。在本發(fā)明 的更多特定實(shí)施例中，后接觸層包括多個(gè)層。在其中后接觸層包括多個(gè)層的本發(fā)明的此類 特定實(shí)施例中，后接觸可與CdTe層相鄰地組裝或逐層布置(即，多個(gè)層的每層順序地布 置)。后接觸層的此類逐層或順序組裝的一個(gè)非限制性示例包括一個(gè)過程，由此多個(gè)層的每 層與CdTe層相鄰地一層接一層地布置。第二組件可經(jīng)其與CdTe層相鄰地組裝或布置的方 法的非限制性示例包括沉積方法，其包括絲網(wǎng)印刷、濺射、蒸發(fā)、電鍍、電解沉積或無電電鍍 中的至少一項(xiàng)。如所討論的，本發(fā)明的實(shí)施例包括含有多個(gè)層的后接觸層。在一個(gè)非限制性實(shí)施 例中，后接觸包括三層，其中，三層的第一層包括經(jīng)包括至少一個(gè)絲網(wǎng)印刷的方法而沉積的石墨；三層的第二層包括經(jīng)包括濺射、蒸發(fā)、電鍍或無電電鍍中至少一項(xiàng)的方法而沉積的 金屬；以及三層的第三層包括電極層，其包括含有鋁、鎳、鈀、鈦、鉬、鉻或金中至少一項(xiàng)的金 屬，并且該層經(jīng)包括濺射、蒸發(fā)、電鍍或無電電鍍中至少一項(xiàng)的方法來沉積。在另一非限制 性實(shí)施例中，后接觸包括兩層，其中，兩層的第一層包括碲化鋅(例如，SiTe)、碲化銻(例 如，Sb2Te3)、碲化砷(例如，As2Te3)、碲(Te)或碲化銅(例如，CuxTe,其中，“X”在1和2之 間)中的至少一項(xiàng)，其經(jīng)包括濺射、蒸發(fā)、電解沉積或無電電鍍中至少一項(xiàng)的方法來沉積； 以及兩層的第二層包括含有鋁、鎳、鈀、鈦、鉬、鉻或金中至少一項(xiàng)的金屬，并且經(jīng)包括濺射、 蒸發(fā)、電鍍或無電電鍍中至少一項(xiàng)的方法來沉積。在仍有的另一個(gè)非限制性實(shí)施例中，后接 觸包括單層，其中，該單層包括含有鋁、鎳、鈀、鈦、鉬、鉻或金中至少一項(xiàng)的金屬，并且經(jīng)包 括濺射、蒸發(fā)、電鍍或無電電鍍中至少一項(xiàng)的方法來沉積。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例制作PV電池的方法200的流程圖示。方法200 包括提供包括含有界面區(qū)的CdTe層的第一組件的步驟202。此步驟之后是使第一組件進(jìn)行 功能化處理以獲得第一綠組件的步驟204，該功能化處理包括在存在包括銅的第一溶液的 情況下，浸泡至少一部分界面區(qū)。此步驟之后是在存在包括氯的第二溶液的情況下使第一 綠組件進(jìn)行第一退火處理以獲得第二綠組件的步驟206。此步驟之后是使第二綠組件進(jìn)行 加工處理的步驟208。此步驟之后是將第二綠組件與CdTe層相鄰布置以形成PV電池的步 驟 210。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，步驟202中提供的第一組件包括含有至少一種透明傳 導(dǎo)氧化物的層。適合的透明傳導(dǎo)氧化物的非限制性示例包括鋁摻雜的氧化鋅、氧化銦錫、氧 化氟錫、氧化鎘錫或其組合。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，步驟202中提供的第一組件包括含 有至少一種高電阻氧化物的層。適合的高電阻氧化物的非限制性示例包括氧化鋅錫、氧化 鋁、氧化錫、氧化鎵、氧化硅、氧化銦或其組合。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，步驟202中提供 的第一組件包括含有硫化鎘的層。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，步驟204中記載的第一溶液包括溶劑。適合的溶劑的 一個(gè)非限制性示例包括EDA。在本發(fā)明的更多特定實(shí)施例中，如步驟204中記載的第一溶液 內(nèi)銅的濃度應(yīng)在從大約0. Olppm到大約IOOppm的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，如步驟206中記載的第一退火處理在從大約300°C到 大約500°C的范圍內(nèi)的溫度執(zhí)行。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，如步驟206中記載的第一退火 處理對于在從大約1分鐘到大約60分鐘的范圍內(nèi)的時(shí)間期來執(zhí)行。在本發(fā)明的特定實(shí)施 例中，執(zhí)行步驟206中記載的第一退火處理，使得在第一退火處理期間第一綠組件的環(huán)境 包括氧化環(huán)境?？赡艿氖牵趫?zhí)行步驟206后，在步驟202期間提供的CdTe層基本上變?yōu)?P型。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，在步驟208期間執(zhí)行的加工處理包括浸泡處理。在本 發(fā)明的更多特定實(shí)施例中，浸泡處理包括使用溶劑，溶劑包括EDA。在本發(fā)明的特定實(shí)施例 中，在步驟208期間執(zhí)行的加工處理包括在至少一部分界面區(qū)上沉積銅層。在本發(fā)明的特 定實(shí)施例中，在步驟208期間執(zhí)行的加工處理包括第二退火處理。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，步驟210中提供的第二組件包括后接觸層。在本發(fā)明 的更多特定實(shí)施例中，后接觸層包括多個(gè)層。在其中后接觸層包括多個(gè)層的本發(fā)明的此類 特定實(shí)施例中，后接觸可與CdTe層相鄰地逐步或順序地組裝。后接觸層的此類逐步或順序組裝的一個(gè)非限制性示例包括一個(gè)過程，由此多個(gè)層的每層與CdTe層相鄰地一層接一層 地布置。第二組件經(jīng)其可與CdTe層相鄰布置的方法的非限制性示例包括沉積方法，其包括 絲網(wǎng)印刷、濺射、蒸發(fā)、電鍍、電解沉積或無電電鍍中的至少一項(xiàng)?？紤]例如方法100，且不限于任何特定解釋或理論，可能的是，如方法100的步 驟104中記載的氯充當(dāng)助熔劑，由此氯幫助降低步驟102期間作為第一組件的部分提供的 CdTe在如步驟106中記載第一退火處理期間的再結(jié)晶和晶粒生長所要求的溫度，所述再 結(jié)晶和晶粒生長可能導(dǎo)致CdTe的電子屬性的增強(qiáng)?，F(xiàn)在討論一個(gè)典型非限制性制作規(guī)程，經(jīng)該規(guī)程可獲得用于在方法100或200期 間使用兼容的第一組件實(shí)施例。一“批”第一組件一般從相同片材(sheet)上獲得或“切 割”。現(xiàn)在介紹一個(gè)典型非限制性制作規(guī)程，經(jīng)該規(guī)程可制作片材提供包括堿石灰玻璃并 且具有包括沉積在其表面上的氟摻雜的氧化錫的層的商業(yè)可用基片。在包括氟摻雜的氧化 錫的層上，在具有大約1毫托(mT)到大約5mT之間壓力的氧氣氣氛中使用直流經(jīng)反應(yīng)濺 射，沉積了包括高電阻氧化物的層，該氧化物包括厚度為大約1000埃(人)的氧化鋅錫。 用于沉積包括氧化鋅錫的層的靶具有重量大約5%的鋅和重量大約95%的錫的成分。在包 括氧化鋅錫的層上，還在具有大約5mT到大約15mT之間壓力的氬氣氣氛中經(jīng)射頻(RF)濺 射，沉積了包括厚度為大約1000人的硫化鎘(CdS)的層。在包括CdS的層上，經(jīng)修改的近 空間升華(CSS)方法沉積了包括厚度為大約3微米的碲化鎘(CdTe)的層，其中，基片溫度 保持在大約400°C到大約600°C之間。上文提及本文中使用的CSS方法在至少一個(gè)方面與 該領(lǐng)域內(nèi)已知的更多標(biāo)準(zhǔn)CSS方法不同，由此，要沉積材料(本例中的CdTe)的位置與材 料的來源之間的距離是大約幾十厘米，而在更多標(biāo)準(zhǔn)CSS方法中，此距離是大約幾毫米。注 意，例如省略包括高電阻氧化物的層的沉積的規(guī)程的備選規(guī)程也可用于獲得用于在本發(fā)明 的實(shí)施例內(nèi)使用的兼容的片材。注意，經(jīng)其它已知制作方法而制作的第一組件也對于本文 公開的發(fā)明的實(shí)施例內(nèi)的使用是兼容的。再次考慮例如方法100 不要限于任何特定解釋或理論，當(dāng)步驟102期間提供的第 一組件包括含有硫化鎘(CdS)的層時(shí)，則可能的是，如方法100的步驟104中記載的氯有助 于CdTe (也在步驟102期間提供)和CdS的混合，以便包括CdSxTei_x(其中，“X”在0與1 之間)的層沿CdTe與CdS之間的界面區(qū)形成。不要限于任何特定解釋或理論，可能的是， 包括CdSxTei_x的層的存在增強(qiáng)了 CdTe中少數(shù)載流子壽命。此外，也可能的是，氯充當(dāng)CdTe 內(nèi)的P型摻雜物。還可能的是，氯吸氣劑(chlorine getter)逃到(defect to)CdTe層內(nèi)的 晶粒邊界。顯然，這些討論基本上仍適用于本文中公開的本發(fā)明的其它實(shí)施例，具體而言， 這些討論適用于方法200。圖3是如方法100、200內(nèi)記載的第一組件300的側(cè)截面視圖。第一組件300包括 含有界面區(qū)304的CdTe層302。如本文中討論的，第一組件可還包括另外的層。例如，第 一組件300包括四個(gè)另外的層306、308、310、313，其中，層306包括CdS，層308包括至少一 種高電阻氧化物，層310包括至少一種透明傳導(dǎo)氧化物，以及層313包括含有玻璃的透明基 片。層313的表面可配置成接收光能通量(未示出；見圖4，參考標(biāo)號417)。本發(fā)明的這些 方面在至少圖4的上下文中更詳細(xì)地討論。圖4是根據(jù)例如方法100、200的本文中記載的方法的實(shí)施例制作的PV電池400 的側(cè)截面視圖。PV電池400包括含有CdTe層404的第一組件402 (類似于第一組件300)。第一組件402還包括另外的層406、408和410，其中，層406包括CdS，層408包括至少一種 高電阻氧化物，并且層410包括至少一種透明傳導(dǎo)氧化物，以及413包括例如玻璃等透明基 片。PV電池400還包括第二組件412。要闡明的是，即使圖4所示的第二組件412只包括 單層，包括多層的第二組件仍在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，第二組件412可包括后接觸層，其 中后接觸層包括多個(gè)層。基于本文中的討論，本領(lǐng)域技術(shù)人員現(xiàn)在可理解，在與CdTe層404 相鄰布置第二組件412(例如，按照方法100、200)以實(shí)現(xiàn)如圖4所示的PV電池之前，第一 組件402的界面區(qū)(類似于界面區(qū)308 ；見圖3)要進(jìn)行如在例如步驟104、106和108中記 載的或如在例如步驟204、206、208中記載的處理。層413的表面415可配置成接收光能通 量417，所述光能通量417的至少一部分在它繼續(xù)到層404上時(shí)，導(dǎo)致電荷載流子(電子和 空穴)的光生成，即，導(dǎo)致PV電池400的光伏動(dòng)作。圖5-6示出與本領(lǐng)域內(nèi)已知的常規(guī)制作方法獲得的PV電池的操作特性相比經(jīng)方 法100、200及其等效和推廣的方法(關(guān)于圖8-9來討論)獲得的PV電池的操作特性(例 如表面光電壓(SPV)(圖5)或電流電壓特性(圖6))得到增強(qiáng)。圖6比較結(jié)合經(jīng)方法100、 200獲得的PV電池的模塊的能量轉(zhuǎn)換效率和結(jié)合經(jīng)本領(lǐng)域中已知的常規(guī)方法獲得的PV電 池的模塊的能量轉(zhuǎn)換效率。圖5是沿縱坐標(biāo)510為一系列“第二”組件繪出的SPV值的條形圖500，該系列第 一組件的每個(gè)要受到大約一個(gè)太陽或大約100毫瓦每平方厘米的照射。每個(gè)第一組件是基 本上類似的，因?yàn)樗鼈儚南嗤墨@得或“切割”，而該片材按照更早所示的討論來獲得?？紤]例如條形502和504。條形502表示在使用EDA溶液進(jìn)行浸泡處理的第一組 件上獲得的SPV值數(shù)據(jù)。未提供隨后對銅的顯露。結(jié)果獲得的組件隨后通過氯化鎘進(jìn)行處 理。通過氯化鎘的處理在大約400°C的溫度執(zhí)行大約20分鐘。條形502表示的SPV值是在 通過氯化鎘進(jìn)行的處理后由此獲得的第二組件上獲得的?，F(xiàn)在考慮條形504，該條形表示在 既未進(jìn)行任何浸泡處理、也未通過含氯的溶液進(jìn)行任何處理的第一組件上獲得的SPV值數(shù) 據(jù)，而這些處理是對于與條形502對應(yīng)的第一組件的情況。明顯的是，由條形502和504兩 者表示的分別在大約689毫伏和大約690毫伏的SPV值基本上是相同的。換而言之，可合 理地確定SPV值基本上不受任何浸泡處理的影響?，F(xiàn)在考慮條形506和508。條形506表示在第一綠組件上獲得的SPV值數(shù)據(jù)，該第 一綠組件從進(jìn)行如方法100的步驟104和106中記載的處理的第一組件而獲得。例如，作為 執(zhí)行步驟104的部分，第一組件進(jìn)行功能化處理以獲得第一綠組件，功能化處理包括通過 包括銅的第一材料和包括氯化鎘的第二材料來處理至少一部分界面區(qū)。作為執(zhí)行步驟106 的部分，第一綠組件還在空氣中在大約400攝氏度的溫度進(jìn)行第一退火處理大約20分鐘以 獲得第二綠組件。條形508表示在第一綠組件上獲得的SPV值數(shù)據(jù)，該第一綠組件從進(jìn)行 如方法200的步驟204中記載的處理的第一組件而獲得。例如，作為執(zhí)行步驟204的部分， 第一組件進(jìn)行功能化處理以獲得第一綠組件，功能化處理包括在存在包括EDA和銅的第一 溶液的情況下浸泡至少一部分界面區(qū)。作為執(zhí)行步驟206的部分，第一綠組件還在空氣中 在大約400°C的溫度進(jìn)行第一退火處理大約20分鐘以獲得第二綠組件。條形506和508兩 者表示的分別在大約775毫伏和大約797毫伏的SPV值基本上分別高于由條形502或504 表示的基線SPV值。從條形502、504與條形506或與條形508的比較中明顯看到在功能化處理的執(zhí)行期間銅的存在大大增強(qiáng)了從結(jié)果第二綠組件可獲得的SPV值。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解， SPV值的此增強(qiáng)將可能產(chǎn)生包括此類第二綠組件的PV電池的效率的增強(qiáng)。圖6示出比較由于在執(zhí)行步驟104期間使用不同量的銅所引起的操作特性(例 如，電流-電壓“J-V”特性)上的效應(yīng)的數(shù)據(jù)。圖6示出經(jīng)方法100的實(shí)施例形成的三個(gè) PV電池上獲得的電流電壓“J-V”數(shù)據(jù)集602、604和606，其中，在執(zhí)行步驟104期間使用了 不同量的銅。圖6的PV電池包括從與圖5的示例中從其獲得第一組件的片材基本類似地制備 的片材獲得的第一組件。相應(yīng)地，三個(gè)第一組件要進(jìn)行根據(jù)方法100的處理以獲得相應(yīng)的 第一綠組件，其中，第一材料(在步驟104的實(shí)施例的執(zhí)行期間)內(nèi)銅的濃度分別是大約0 個(gè)百萬分之一(ppm)(圖6，經(jīng)參考標(biāo)號602表示的數(shù)據(jù))(即，無銅添加到第一溶液)、大約 1. 5ppm(圖6，經(jīng)參考標(biāo)號604表示的數(shù)據(jù))和大約4. 5ppm(圖6，經(jīng)參考標(biāo)號606表示的數(shù) 據(jù))。在執(zhí)行步驟104后，根據(jù)步驟106的實(shí)施例，獲得的相應(yīng)第一綠組件在存在氯化鎘溶 液的情況下在大約400°C進(jìn)行第一退火處理大約20分鐘以獲得相應(yīng)的第二綠組件。在步 驟106的實(shí)施例的所述執(zhí)行后，根據(jù)步驟108的實(shí)施例，相應(yīng)的第二綠組件進(jìn)行加工處理， 其中，在界面區(qū)上沉積銅層。加工處理還包括在大約170°C的溫度對界面區(qū)上沉積有銅層的 第二綠組件進(jìn)行第二退火處理大約12分鐘。在步驟108的實(shí)施例的所述執(zhí)行后，根據(jù)步 驟110的實(shí)施例，與CdTe層相鄰地沉積包括石墨的后接觸層。后接觸層包括含有鎳和鋁的 電極。標(biāo)準(zhǔn)激光劃片工藝用于塑造所述電極。圖6示出對于給定PV電池的J-V數(shù)據(jù)集，其中獲得的電流“J”沿縱坐標(biāo)608作為 沿橫坐標(biāo)610的電壓“V”的函數(shù)而繪制。對于圖6所示的特定數(shù)據(jù)集，在大約125平方厘 米的孔徑(aperture)面積上以大約一個(gè)太陽的照射強(qiáng)度來照射對應(yīng)的PV電池。在大約 0.8伏的電壓值之外，從圖6明顯看到，相對于對應(yīng)于數(shù)據(jù)集602的PV電池，對于與數(shù)據(jù)集 604對應(yīng)的PV電池的給定電壓可獲得的電流量得到增強(qiáng)。類似地，在大約0. 8伏的電壓值 之外，相對于對應(yīng)于數(shù)據(jù)集604的PV電池，明顯看到對于與數(shù)據(jù)集606對應(yīng)的PV電池的給 定電壓可獲得的電流量得到增強(qiáng)。換而言之，如由圖6所示的J-V特性中的趨勢顯示的，PV 電池的操作特性是步驟104的執(zhí)行期間使用的銅的量的函數(shù)。圖7是條形圖，比較包括根據(jù)方法200的實(shí)施例制作的PV電池的PV模塊的效率 和包括類似地制作而未進(jìn)行方法200的功能化處理的PV電池的PV模塊的效率。對應(yīng)于條 形702和704的每個(gè)PV模塊具有大約7200平方厘米的總面積。明顯的是，對PV電池執(zhí)行 功能化處理產(chǎn)生了效率的增強(qiáng)，從大約4. 8%的值增強(qiáng)到大約8%的值。由于對于從特定PV 電池的給定電壓可獲得的電流與相同PV電池的效率之間存在公知的直接正相關(guān)，因此，圖 6-7中所示數(shù)據(jù)的完全形態(tài)評估將使本領(lǐng)域技術(shù)人員明白，在根據(jù)例如方法200的本發(fā)明 的方法的實(shí)施例的PV電池制作期間，在存在銅的情況下的功能化處理導(dǎo)致帶有增強(qiáng)效率 的PV電池。至少基于圖1-2中所示的方法和圖5-7中所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，現(xiàn)在可明白，退火處理 (例如，如步驟106中或步驟206中記載的第一退火處理)期間ρ型摻雜物(如銅)的存在 基本上導(dǎo)致CdTe層(例如，步驟102中或步驟202中記載的CdTe層)內(nèi)增強(qiáng)的ρ型摻雜 級別，該增強(qiáng)又使得能夠?qū)崿F(xiàn)具有與當(dāng)前可用P型CdTe PV電池的效率相比效率增強(qiáng)的ρ 型CdTe PV電池。適合在本發(fā)明的實(shí)施例內(nèi)使用的ρ型摻雜物的非限制性示例包括磷銅、
10砷、銻、金、銀及鉍。適合在本發(fā)明的實(shí)施例內(nèi)使用的鹵素的非限制性示例包括氯。圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例制作PV電池的方法800的流程圖示。方法800 包括提供包括含有界面區(qū)的CdTe層的第一組件的步驟802。此步驟之后是使CdTe層進(jìn)行 功能化處理以獲得綠組件的步驟804，功能化處理包括在存在包括ρ型摻雜物的第一材料 和包括鹵素的第二材料的情況下對至少一部分界面區(qū)的熱處理，其中，功能化處理實(shí)現(xiàn)了P 型摻雜物結(jié)合到至少一部分CdTe層中。換而言之，可能的是，在執(zhí)行步驟804后，在步驟802 期間提供的CdTe層基本上變?yōu)棣研汀４瞬襟E之后是使綠組件進(jìn)行加工處理的步驟806。此 步驟之后是將第二組件與CdTe層相鄰布置以形成PV電池的步驟808。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，步驟802中提供的第一組件包括含有至少一種透明傳 導(dǎo)氧化物的層。適合的透明傳導(dǎo)氧化物的非限制性示例包括鋁摻雜的氧化鋅、氧化銦錫、氧 化氟錫、氧化鎘錫或其組合。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，步驟802中提供的第一組件包括含 有至少一種高電阻氧化物的層。適合的高電阻氧化物的非限制性示例包括氧化鋅錫、氧化 鋁、氧化錫、氧化鎵、氧化硅、氧化銦或其組合。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，步驟802中提供 的第一組件包括含有硫化鎘的層。上文提及經(jīng)其可獲得用于在方法100或方法200(前面 已討論)期間使用的兼容的第一組件實(shí)施例的方法基本上也適用于獲得用于與方法800或 與方法900 (在下面討論)使用的兼容的第一組件實(shí)施例。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，步驟804中提供的第二材料包括氯化鎘、鹽酸、氯氣或 其組合?；趯?shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)的典型結(jié)果在圖5-7中示出，在本發(fā)明的更多特定實(shí)施例中， 如步驟804期間記載的第一材料的量與第二材料的量的比率在從大約0. Olppm到大約 IOOppm的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，步驟804中記載的熱處理包括第一退火處理。在本發(fā) 明的特定實(shí)施例中，所述第一退火處理在某些溫度執(zhí)行，其在從大約1分鐘到大約60分鐘 的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，執(zhí)行記載的所述第一退火處理，以便在第一退火處理 期間綠組件的環(huán)境包括氧化環(huán)境。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，在步驟806期間執(zhí)行的加工處理包括浸泡處理。在本 發(fā)明的更多特定實(shí)施例中，浸泡處理包括使用包括EDA、甲醇中溴的稀溶液或硝酸與磷酸的 混合物中至少一項(xiàng)的溶劑。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，在步驟806期間執(zhí)行的加工處理包 括在至少一部分界面區(qū)(例如，界面區(qū)308)上沉積銅層。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，在步 驟806期間執(zhí)行的加工處理包括第二退火處理。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，步驟808中提供的第二組件包括后接觸層。在本發(fā)明 的更多特定實(shí)施例中，后接觸層包括多個(gè)層。在其中后接觸層包括多個(gè)層的本發(fā)明的此類 特定實(shí)施例中，后接觸可與CdTe層相鄰逐層(即順序地)組裝。后接觸層的此類逐層或順 序組裝的一個(gè)非限制性示例包括一個(gè)過程，由此多個(gè)層的每層與CdTe層相鄰地一層接一 層地布置。第二組件或其組件層經(jīng)其可與CdTe層相鄰布置的方法的非限制性示例包括沉 積方法，其包括絲網(wǎng)印刷、濺射、蒸發(fā)、電鍍、電解沉積或無電電鍍中至少一項(xiàng)。至少基于圖1-2和8中所示的方法和圖5-7中所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本領(lǐng)域技術(shù)人員 現(xiàn)在可明白，相當(dāng)概括地說，退火處理(例如，如步驟106中或步驟206中記載的第一退火 處理)期間P型摻雜物的存在能用于獲得CdTe層(例如，步驟102中或步驟202中記載的 CdTe層)內(nèi)增強(qiáng)的ρ型摻雜級別，
圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的ρ型摻雜CdTe的方法900的流程圖示。方法 900包括提供包括含有界面區(qū)的CdTe的第一組件的步驟902。此步驟之后是使CdTe進(jìn)行 功能化處理以獲得P型摻雜CdTe的步驟904，該功能化處理包括在存在包括ρ型摻雜物的 第一材料和包括鹵素的第二材料的情況下對至少一部分界面區(qū)的熱處理。在本發(fā)明的特定 實(shí)施例中，步驟904中記載的功能化處理包括在熱處理之前在至少一部分界面區(qū)上沉積第 一材料。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，如步驟902中記載的CdTe的物理形態(tài)是多晶的。在本 發(fā)明的特定實(shí)施例中，步驟904中記載的第一材料包括液體或氣體。在本發(fā)明的更多特定 實(shí)施例中，步驟904中記載的第二材料包括液體或氣體。步驟904中記載的ρ型摻雜物的非限制性示例包括鉍、磷、砷、銻、金或銅。步驟 904中記載的第二材料的非限制性示例包括氯化鎘、鹽酸、氯氣或其組合。在本發(fā)明的特定 實(shí)施例中，步驟904中記載的第一材料還包括EDA、甲醇中溴的稀溶液或硝酸與磷酸的混合 物中的至少一項(xiàng)?；趯?shí)驗(yàn)，其典型結(jié)果在圖5-7中示出，在本發(fā)明的更多特定實(shí)施例中，如方法 900中記載的第一材料的量與第二材料的量的比率應(yīng)在從大約0. Olppm到大約IOOppm的范 圍內(nèi)。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，步驟904中記載的熱處理包括第一退火處理。在本發(fā) 明的特定實(shí)施例中，所述第一退火處理在從大約300°C到大約500°C的范圍內(nèi)的溫度執(zhí)行。 在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，所述第一退火處理對于從大約1分鐘到大約60分鐘的范圍內(nèi)的 時(shí)間期來執(zhí)行。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，執(zhí)行記載的所述第一退火處理，以便在第一退火 處理期間綠組件的環(huán)境包括氧化環(huán)境。雖然本發(fā)明已結(jié)合僅有限數(shù)量的實(shí)施例詳細(xì)描述，但應(yīng)容易理解，本發(fā)明并不限 于此類公開的實(shí)施例。相反，本發(fā)明能進(jìn)行修改以結(jié)合本文前面未描述的但與本發(fā)明的精 神和范圍相稱的任何數(shù)量的變化、改變、替代或等效布置。另外，雖然已描述本發(fā)明的各種 實(shí)施例，但要理解，本發(fā)明的方面可僅包括一些所述實(shí)施例。相應(yīng)地，本發(fā)明不要視為受以 上描述限制，而只受隨附權(quán)利要求的范圍限制。作為新的和期望受到美國專利特許證保護(hù)的所要求權(quán)利的是
部件列表
300第一組件
302CdTe 層
304CdTe層的界面區(qū)304
306包括CdS的層
308包括至少一個(gè)高電阻氧化物的層
310包括至少一個(gè)透明傳導(dǎo)氧化物的層
313透明基片層
315透明基片層313的表面
400PV電池
402PV電池400的第一組件
404PV電池400的CdTe層
406包括CdS的層408包括至少一個(gè)高電阻氧化物的層410包括至少一個(gè)透明傳導(dǎo)氧化物的層412 第二組件413透明基片層415透明基片層413的表面417光能通量500條形圖602電流電壓“J-V”特性604電流電壓“J-V”特性606電流電壓“J-V”特性。
權(quán)利要求
1.一種P型摻雜碲化鎘(CdTe)的方法，所述方法包括以下步驟(a)提供包括含有界面區(qū)(304)的碲化鎘(CdTe)的第一組件(300)；以及(b)使所述CdTe進(jìn)行功能化處理以獲得ρ型摻雜的CdTe，所述功能化處理包括在存在 包括P型摻雜物的第一材料和包括鹵素的第二材料的情況下所述界面區(qū)的至少一部分的 熱處理。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一材料的量與所述第二材料的量的比率在從 大約0. Olppm到大約IOOppm的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二材料包括氯化鎘、鹽酸、氯氣或其組合。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一材料的物理形態(tài)從由液體和氣體組成的組 中選擇。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二材料的物理形態(tài)從由液體和氣體組成的組 中選擇。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述功能化處理包括在所述熱處理之前在所述界面 區(qū)(304)的至少一部分上沉積所述第一材料。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一材料還包括乙二胺(EDA)、甲醇中溴的稀溶 液、硝酸與磷酸的混合物及其組合中的至少一個(gè)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述ρ型摻雜物包括磷銅、砷、銻、金、銀、鉍或其組 合。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述鹵素包括氯。
10.一種制作光伏電池G00)的方法，所述方法包括以下步驟(a)提供包括含有界面區(qū)(304)的碲化鎘(CdTe)層的第一組件(300，402)；(b)使所述CdTe層進(jìn)行功能化處理以獲得綠組件，所述功能化處理包括在存在包括ρ 型摻雜物的第一材料和包括鹵素的第二材料的情況下所述界面區(qū)(304)的至少一部分的 熱處理，其中，所述功能化處理實(shí)現(xiàn)所述P型摻雜物結(jié)合到所述CdTe層中；(c)使所述綠組件進(jìn)行加工處理；以及(d)將第二組件G12)與所述CdTe層相鄰布置以形成所述光伏電池。
全文摘要
本發(fā)明碲化鎘的P型摻雜的方法。公開一種p型摻雜碲化鎘(CdTe)的方法。該方法包括以下步驟(a)提供包括含有界面區(qū)(304)的碲化鎘(CdTe)的第一組件(300)；以及(b)使CdTe進(jìn)行功能化處理以獲得p型摻雜的CdTe，所述功能化處理包括在存在包括p型摻雜物的第一材料和包括鹵素的第二材料的情況下界面區(qū)的至少一部分的熱處理。還公開一種制作光伏電池(400)的方法。
文檔編號H01L31/18GK102142481SQ20101061557
公開日2011年8月3日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者J·A·德盧卡, S·菲爾德曼-皮博迪 申請人:通用電氣公司