[发明专利]基于碲化镉的薄膜光伏器件所用的导电透明氧化物膜层的形成方法

说明书

技术领域

本文公开的主题一般涉及形成导电透明氧化物膜层。更特别是，本文公开的主题涉及形成用于碲化镉薄膜光伏器件的导电透明氧化物膜层的方法。

背景技术

基于碲化镉(CdTe)与硫化镉(CdS)作为光敏成分配对的薄膜光伏(PV)模块(也被称为“太阳电池板”)在工业上得到广泛的接受和关注。CdTe为具有特别适用于太阳能转化成电的性质的半导体材料。例如，CdTe具有约1.45eV能带隙，这使得与过去在太阳能电池应用中使用的较低带隙半导体材料(例如对于硅约1.1eV)比较，能够从太阳光谱转化更多能量。此外，与较低带隙材料比较，CdTe在较低或漫射光条件转化辐射能，因此与其他常规材料比较在一整天或阴天条件具有较长的有效转化时间。在CdTe PV模块曝露于光能时，如日光，n型层和p型层的结一般担负产生电压和电流。特别是，碲化镉(CdTe)层和硫化镉(CdS)形成p-n异质结，其中CdTe层作为p型层(即，正的电子接受层)，CdS层作为n型层(即，负的给电子层)。

透明导电氧化物(“TCO”)层一般用于窗玻璃和结形成层之间。例如，可通过两种方法任一种：热溅射或冷溅射从锡酸镉(即，Cd₂SnO₄)靶溅镀TCO层。在热溅射时，一般在一步溅射方法中在高于约150℃的溅射温度沉积TCO层。在冷溅射时(例如，在约室温)，必须在层溅镀后在第二步骤使TCO层退火(annealed)，以使层从无定形层转化成结晶层。

尽管热溅射法更精简(即，只需要单一步骤)，但热溅射TCO层可具有比冷溅射TCO层更高的电阻率-甚至在溅镀相同材料(例如，锡酸镉)时-这使热溅射TCO层对最终用途不太有吸引力。虽然，不希望受任何具体理论限制，相信热溅射层和冷溅射层之间的这种电阻率差异可能源于原沉积化学计量的差异。例如，在从锡酸镉靶溅镀时，目前相信冷溅射产生具有化学计量Cd₂SnO₄的层，这是锡酸镉的所需化学计量。另一方面，目前相信在一定升高的温度从锡酸镉靶热溅射产生具有接近CdSnO₃+SnO₂化学计量的层，虽然层的精确化学计量可能为某种温度的函数。因此，需要通过冷溅射形成TCO层，以得到所需的化学计量。

然而，存在的其他处理问题是妨碍冷溅射形成TCO层的可行性，尤其是从锡酸镉靶。首先，退火处理可能使镉原子升华出TCO层，改变TCO层的化学计量，尤其是沿着其外表面。其次，退火处理可导致TCO层在基体上裂纹和/或脱层，在使基体温度从溅射温度升高到退火温度，在从退火温度冷却返回到室温时和/或从非晶到结晶相变(也可导致密度/体积变化)时这些都可能形成。这两个处理问题可导致所得PV器件TCO层的稳定性问题，而这些问题在用热溅射形成的TCO层制成的PV器件中不存在。另外，以精简制备的观点，需要进行一步方法。

因此，需要一种TCO层，该TCO层具有那些冷溅射层的电导率和在那些热溅射层中发现的处理和器件稳定性以及制备容易性。

发明内容

本发明的各方面和优点将部分在以下描述中阐述，或者可从描述中明显看到，或者可通过实施本发明认识。

本发明一般提供在基体上形成导电氧化物层的方法。在一个具体实施方案中，所述方法可包括在约50℃至约250℃的溅射温度在基体 上溅镀透明导电氧化物层，并在约450℃至约650℃的退火温度使所述透明导电氧化物层退火。

本发明也一般提供制备基于碲化镉的薄膜光伏器件的方法。例如，所述方法的一个具体实施方案可包括在约50℃至约250℃的溅射温度在基体上溅镀透明导电氧化物层，并在约450℃至约650℃的退火温度使透明导电氧化物层退火。最后，可在透明导电氧化物层上形成阻性透明缓冲层，在阻性透明层上形成硫化镉层，在硫化镉层上形成碲化镉层。

通过参考以下描述和附加权利要求，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。附图结合到本说明书并形成本说明书的一部分，阐述本发明的实施方案，并与文字描述一起用于解释本发明的原理。

附图说明

本发明的完全和确保公开内容，包括其最佳方式(针对本领域的技术人员)，参考附图阐述于本说明书，其中：

图1显示根据本发明的一个实施方案的示例性碲化镉薄膜光伏器件的一般横截面示意图；

图2显示制备光伏模块的示例性方法的流程图，所述光伏模块包括碲化镉薄膜光伏器件；

图3显示根据本发明的一个实施方案的示例性DC溅射室的一般横截面示意图；和