[发明专利]用于制造具有带有纹理表面的透明传导氧化物层的多层结构的工艺和借此制成的结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造具有带有纹理表面的透明传导氧化物(TCO)层的多层结构的工艺和通过所述工艺制成的装置。 

背景技术

光伏(Photovoltaics)指代从光(尤其太阳光)产生电功率的工艺。光伏已成为代用能源的最成熟且有前途的技术，且将保持发展至少数十年。欧洲光伏工业协会(EPIA)报告全球光伏投资2007年增长了27％，且预测在2010到2020年期间年增长率将达到34％。 

尽管薄膜光伏技术与例如晶体硅等其它主要光伏技术相比具有相对低的效率，但其由于低成本及其大规模生产的潜力而被深入研究。通常，薄膜光伏装置需要具有低电阻率和高光透射的透明传导氧化物(TCO)层作为电极。可使用不同的材料来制造TCO层。举例来说，通常使用氧化铟锡(ITO)和氧化锡。然而，铟和锡为稀有的且其盐通常有毒，且ITO在高温下不稳定。因此，ITO已逐渐被例如掺杂Al的ZnO(AZO)等其它材料代替。 

TCO层优选具有粗糙表面(通常称为“纹理表面”)以散射入射光并允许光通过装置多次。这增强了能量转换。 

为了生产具有纹理表面的TCO层，此项技术中已知两种方法。在第一种方法中，通过粗糙膜的生长直接形成TCO层。此方法当前用于通过化学汽相沉积(CVD)产生大表面TCO层。举例来说，EP 0 204 563揭示一种低温(60到350℃)CVD工艺，其用于通过使用有机化合物和惰性气体中携带的水形成氧化锌膜，且通过所述工艺形成的氧化锌膜具有约5E-4到2.5E-3欧姆-厘米的电阻率。 

第二种方法通常涉及两个步骤的工艺。初始形成平滑TCO层，且随后采用蚀刻工艺以使所述TCO层的表面变粗糙。在第二种方法中，可使用包含复合金属氧化物的各种金属氧化物。在第二种方法中，通常借助物理汽相沉积(PVD)(尤其是溅镀)来产生TCO膜。与第一种方法相比，通过第二种方法制成的TCO膜的电和光学性质显著改进，但膜在沉积时视觉上平滑且不具有光散射效果。为了形成纹理表面，需要后续湿式 蚀刻操作以形成纹理表面。 

举例来说，US 2008/0163917揭示一种通过反应性溅镀在衬底上产生氧化锌TCO层的方法。所述溅镀包括滞后区且其特征在于，采用特定工艺条件且使用其中掺杂含量小于2.3at-％的经掺杂Zn目标。通过所述溅镀形成的膜经受湿式化学蚀刻以使表面变粗糙至30-300nm的均方根粗糙度(rms roughness)。 

文献中可找到用于通过湿式蚀刻使TCO膜变粗糙和纹理化的其它手段。举例来说，US 2008/0296262揭示一种在清洗液体之后通过蚀刻媒介使ZnO层变粗糙和纹理化的输送机式工艺。所述工艺技术上实施起来较简单且适于处理例如达1m²的大尺寸ZnO层。 

然而，由于金属颗粒的不规则性和湿式蚀刻的各向同性特性，经常在通过湿式蚀刻纹理化的TCO膜的表面上发现由于过分蚀刻引起的局部缺陷。所述缺陷通常导致TCO层与随后的非晶硅层之间的不合乎需要的效应，例如界面之间的粘合强度减小或产生孔穴。以上界面效应显著减小光伏装置的效率和可靠性。因此，需要开发一种减小或排除以上不利效应的工艺。 

发明内容

本发明的目的之一是提供一种用于制造没有以上界面缺陷的光伏装置的新颖的工艺。 

本发明的工艺包括以下步骤： 

(a)提供衬底， 

(b)在衬底上形成第一TCO层， 

(c)在第一TCO层上形成富含金属的第二TCO层， 

(d)任选地在第二TCO层上形成第三TCO层， 

(e)蚀刻以形成纹理表面，以及 

(f)在纹理表面上沉积非晶硅层， 

其中蚀刻在第二TCO层处停止。 

本发明的另一目的是提供一种可用于制造光伏装置的多层结构。所述多层结构包括： 

(a)衬底， 

(b)第一TCO层， 

(c)富含金属的第二TCO层，以及 

(d)任选地第三TCO层， 

其中第二TCO层的至少一部分和第三TCO层(如果存在的话)的至少一部分经蚀刻因此形成纹理表面。 

附图说明

图1(a)和1(b)示意展示用于在衬底(5)上形成具有纹理表面的TCO层(100)的现有技术工艺。在图1(a)中，TCO膜(100)沉积在衬底上。在湿式蚀刻工艺之后，表面粗糙但TCO膜可能被过分蚀刻，如图1(b)中(105)。