描述了用于光伏裝置和基底結構的方法和裝置。在一個實施例中，光伏裝置包括基底結構和CdTe吸收層，所述基底結構包括Zn1-xMgxO窗口層和低導電率緩沖層。另一個實施例涉及用于制造光伏裝置的工藝，所述工藝包括通過濺射、蒸發沉積、CVD、化學浴沉積工藝以及氣相傳輸沉積工藝中的至少一種在基底上方形成Zn1-xMgxO窗口層。所述工藝包括在Zn1-xMgxO窗口層之上形成CdTe吸收層。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術的實施例涉及半導體裝置及制造方法，更具體地涉及光伏(PV)裝置領域。
技術介紹
光伏裝置通常包括沉積在基底(例如玻璃)上的多層材料。圖1描繪了典型的光伏裝置。光伏裝置100可以采用玻璃基底105、沉積在基底105上的透明導電氧化物(TCO)層110、由η型半導體材料制成的窗口層115、由半導體材料制成的吸收層120以及金屬背接觸件125。典型的裝置使用碲化鎘(CdTe)作為吸收層120并包括玻璃基底105、作為TCO層110的氧化錫(SnO2)或氧化鎘錫(Cd2SnO4)和作為窗口層115的硫化鎘(CdS)。以示例的方式，基底105上的典型的光伏裝置的沉積工藝的順序為:TC0層110，包括與SnO2和Cd2SnO4中的一種摻雜的η型材料；CdS窗口層115 ;CdTe吸收層120 ;以及金屬背接觸件125。CdTe吸收層120可以沉積在窗口層115的頂部上。圖2中描繪了典型的薄膜光伏裝置(例如CdTe裝置)的示例性能帶圖。作為TCO層的F摻雜的SnO2的帶隙能被描繪為205，作為緩沖層的未摻雜的SnO2的帶隙能被描繪為210，作為窗口層的CdS的帶隙能被描繪為215，作為吸收層的CdTe的帶隙能被描繪為220。典型地，CdS相對于CdTe的導帶邊沿偏移Λ通常是-0.2eV，具有+/-0.1eV的實驗不確定度。 如圖2中所描繪的，Δ是窗口層和吸收層之間的導帶邊沿Ec的偏差，在CdS/CdTe堆疊的情況下，Λ是大約_0.2eV。理論模型已經表明較大的Λ負值由于光載流子在窗口層/吸收層的界面復合的速率增加而導致Voc和FF的更大的損失。當使Λ略微呈正值(O至0.4eV)時，可以將復合速率最小化，導致改善的Voc和FF。CdS是包括采用CdTe和Cu (In，Ga) Se2中的一種作為吸收層的光伏裝置的許多類型的薄膜光伏裝置中的常規的窗口層。然而，如圖2中所描繪的，CdS的光帶隙僅為2.4eV。附圖說明圖1描繪了典型的光伏裝置。圖2描繪了典型的薄膜光伏裝置的示例性能帶圖。圖3A描繪了根據一個實施例的基底結構。圖3B描繪了根據另一個實施例的基底結構。圖4描繪了根據另一個實施例的基底結構。圖5A描繪了根據一個實施例的薄膜光伏裝置。圖5B描繪了根據另一個實施例的薄膜光伏裝置。圖6描繪了根據另一個實施例的薄膜光伏裝置。圖7描繪了根據一個實施例的薄膜光伏裝置的能帶圖。圖8A描繪了根據一個實施例的斷路電壓的圖示。圖SB描繪了根據另一個實施例的量子效率的圖示。具體實施例方式本公開涉及一種光伏裝置及生產方法。在一個實施例中，采用ZrvxMgxO用于基底結構的窗口層。圖3描繪了根據一個實施例的基底結構300。基底結構300包括基底305、透明導電氧化物(TCO)層310、緩沖層315和窗口層320。可以典型地采用TCO層310以允許太陽輻射進入光伏裝置，TCO層310還可以用作電極。TCO層310可以包括與SnOjP Cd2SnO4中的一種摻雜的η型材料。可以采用窗口層320以減少裝置中的光載流子(例如，電子和空穴)的內部損失，窗口層320可以顯著地影響包括斷路電壓(Voc)、短路電流(Isc)和填充因數(FF)的裝置參數。在一個實施例中，窗口層320可以允許入射光傳遞到吸光材料以吸收光。根據一個實施例，為了改善窗口層320的整體發光效率，窗口層320包括ZrvxMgxO化合物。在一個實施例中，基底結構300可以包括玻璃基底305以及TCO層310。緩沖層315可以是可選擇的。窗口層320 (例如ZrvxMgxO層)可以直接在TCO層310的頂部上，TCO層包括F摻雜的SnO2、未摻雜的SnO2和Cd2SnO4中的一種或多種。當TCO層包括未摻雜的Cd2SnO4時，TCO層不具有外來的摻雜劑，然而該層可能由于氧空位而是高度η型的。根據另一個實施例，可以提供用于制造光伏裝置的基底結構300。如圖3Α中所描繪的，基底結構包括基底305、TCO層310、低導電率緩沖層315以及ZrvxMgxO窗口層320。圖3Α的基底結構包括裝置的其他層(例如，吸收層、金屬背件等)可以沉積到其上的ZrvxMgxO窗口層320。在一個實施例中，ZrvxMgxO窗口層320可以沉積到基于F-SnO2的基底結構(類似TEC10)上。相似地，基底結構300可以是錫酸鎘(CdSt)基底結構。緩沖層315可以用于減小在半導體窗口層的形成過程中發生不規則性的可能性。緩沖層315可以由導電率比TCO層310的導電率低的材料形成，例如由未摻雜的氧化錫、氧化鋅錫、氧化鎘鋅或其他透明導電氧化物或者其組合形成。在特定的實施例中，如圖4中所描繪的，基底結構300可以不包括緩沖層。當基底結構300包括低導電率緩沖層315時，該緩沖層布置在基底305 (例如，玻璃)和ZrvxMgxO窗口層之間。在一個實施例中，ZrvxMgxO窗口層320的厚度范圍為從2nm至2000nm。在另一個實施例中，Zn1JVIgxO中的組成X大于O且小于I。窗口層320可以是相對于常規的窗口層材料(例如CdS)導電率更高的材料。另外，窗口層320可以包括允許大大減小在藍光不足的環境中填充因數(FF)的損失的窗口層材料。ZrvxMgxO窗口層可以允許在藍光區域(例如，400nm至475nm)中的更多的太陽福射能夠到達吸收層,導致更高的短路電流(Isc)。在可選擇的實施例中，如圖3B中所 描繪的，例如基底結構300的光伏裝置可以包括作為窗口層320的ZrvxMgxO化合物材料以及阻擋層和CdS窗口層中的一個或多個。基底結構350的阻擋層355可以是氧化硅、氧化硅鋁、氧化錫或其他合適的材料或者其組合。CdS窗口層360可以沉積在ZrvxMgxO層320上，其中CdS窗口涉及用于沉積吸收層的表面。在一個實施例中，光伏裝置除了基底結構(例如，基底結構300)之外還包括ZrvxMgxO窗口層。例如，基底結構300可以采用包括基底305、T⑶層310以及一個或多個附加元件的TCO堆疊件。在另一個實施例中，基底結構300可以包括緩沖層315。ZrvxMgxO對于傳統的CdS窗口層的優勢可以在于ZrvxMgxO相對于具有CdS窗口層的裝置具有更寬的帶隙。這樣，更多的太陽輻射可以到達CdTe吸收層，這導致更高的Isc。相似地，通過調整Zn1JVIgxO的組成,可以實現改善的導帶邊沿對準,這產生更高的Voc。摻雜濃度可以在每cm3的金屬氧化物為IO15至IO15原子(或離子)摻雜劑的范圍中。ZrvxMgxO的載流子密度可以大于CdS的載流子密度。這樣，可以形成更強的n-p半導體異質結，從而增加了太陽能電池的內置電勢并將在界面處的復合最小化。導電率更高的窗口層還可以改善與處于全光照下相比藍光的百分比大大減小的弱光環境(例如光導電效應)下的填充因數的損失。參照圖4，根據另一個實施例描繪圖3A的基底結構。基底結構400包括基底405、TCO層410和ZrvxMgxO窗口層420。與圖3A的基底結構相比，可以以更低的成本制造基底結構400。根據另一個實施例，可以采用ZrvxMgxO用于光伏裝置的窗口層。圖5A至5B描繪了根據一個或多個實施例的光伏裝置，所述光伏裝置可以形成為薄膜光伏裝置。參照圖5A，光伏裝本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...
【專利技術屬性】
技術研發人員：邵銳，馬庫斯·格洛克勒，
申請(專利權)人：第一太陽能有限公司，
類型：
國別省市：
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