[发明专利]用于形成导电透明氧化物膜层的设备和方法

说明书

技术领域

本文公开的主旨大体上涉及形成导电透明氧化物膜层。更具体地，本文公开的主旨涉及形成用于在碲化镉薄膜光伏器件中使用的导电透明氧化物膜层的设备和方法。

背景技术

基于作为光敏(photo-reactive)部件的与硫化镉(CdS)配对的碲化镉(CdTe)的薄膜光伏(PV)模块(也称为“太阳能电池板”)在行业内获得广泛认可和关注。CdTe是具有特别适合于将太阳能转换为电的特性的半导体材料。例如，CdTe具有约1.45eV的能量带隙，其使它与历史上在太阳能电池应用中使用的较低带隙的半导体材料(例如，对于硅约1.1eV)相比能够从太阳光谱转换更多的能量。同样，与较低带隙的材料相比，CdTe在较低或漫射光状况下转换辐射能，从而与其他常规材料相比在白天过程或多云状况下具有更长的有效转换时间。当CdTe PV模块暴露于例如太阳光等光能时，n型层和p型层的结一般负责电势和电流的产生。具体地，碲化镉(CdTe)层和硫化镉(CdS)层形成p-n异质结，其中CdTe层充当p型层(即，正的电子接受层)并且CdS层充当n型层(即，负的电子供给层)。

透明导电氧化物(“TCO”)层一般在窗口玻璃和结形成层之间使用。例如，可通过热溅射或冷溅射两个工艺中的任一个从锡酸镉(即，Cd₂SnO₄)靶溅射TCO层。当热溅射时，TCO层典型地在单步骤溅射工艺中在高于大约250℃的溅射温度沉积。当冷溅射(例如，在大约室温)时，TCO层必须在第二步骤中在溅射层之后被退火以将该层从非晶层转换成结晶层。

尽管热溅射工艺更精简(即，仅需要单个步骤)，热溅射TCO层可以具有比冷溅射TCO层高得多的电阻率，即使当从相同材料(例如锡酸镉)溅射时也是这样，使得热溅射TCO层对于最终用途没有多少吸引力。尽管不希望被任何特别理论束缚，但认为热溅射层和冷溅射层之间的电阻率的差别可能来自沉积态的化学计量的差别。例如，当从锡酸镉靶溅射时，目前认为冷溅射产生具有化学计量Cd₂SnO₄的层，其是锡酸镉的期望化学计量。然而，存在其他加工问题，其阻碍冷溅射形成TCO层(尤其从锡酸镉靶)的可行性。例如，退火工艺可以使镉原子从TCO层升华，改变了TCO层的化学计量(尤其沿它的外表面)。

为了对抗镉原子从TCO层的表面的这个损耗，TCO层典型地与含镉的退火板接触地退火。例如，在其接触TCO层的表面上具有硫化镉的退火板可以用于在退火期间提供另外的镉给TCO层来抑制镉从TCO层的损耗。

然而，接触板对于在大型投产规模的制造设置中的制造用途是难以操纵的，并且在重复使用期间变为耗尽镉，则要求换板。如此，这样的退火板的使用增添制造工艺和材料，实际上增加形成PV模块的制造成本和复杂性。从而，存在对形成具有冷溅射层的导电率的TCO层的且具有在那些热溅射层中发现的加工容易性的方法的需要。

发明内容

本发明的方面和优势将在下列说明中部分阐述，或可通过该说明是明显的，或可通过本发明的实践学习。

方法大体上提供用于在衬底上形成导电氧化物层。在一个特别实施例中，该方法可以包括在从大约10℃至大约100℃的溅射温度从包括锡酸镉的靶在衬底上溅射透明导电氧化物层。盖罩材料(例如，包括镉)可以沉积到间接退火系统的外表面上，并且该透明导电氧化物层可以在大约500℃至大约700℃的退火温度退火同时与沉积在该间接退火系统的外表面上的盖罩材料接触或在其大约10cm内。

还大体上提供用于将在衬底上的薄膜层退火的退火炉。该退火炉可以包括配置成运载衬底通过退火炉的运输系统和配置成将退火炉加热到退火温度的加热元件。限定沉积表面和退火表面的间接退火系统也可以被包括在该退火炉内，使得沉积在该间接退火系统的退火表面上的盖罩材料安置成与衬底上的薄膜接触或在其大约10cm内。盖罩材料源可以安置成将盖罩材料沉积到沉积表面上使得退火表面包括盖罩材料。

本发明的这些和其他特征、方面和优势将参照下列说明和附上的权利要求变得更好理解。包含在本说明书中并且构成其的部分的附图图示本发明的实施例并且与描述一起服务于解释本发明的原理。

附图说明

针对本领域内技术人员的本发明的完全和使能公开(包括其最佳模式)在该说明书中阐述，其参照附图，其中：

图1示出根据本发明的一个实施例的示范性碲化镉薄膜光伏器件的剖视图的一般示意图；

图2示出制造包括碲化镉薄膜光伏器件的光伏模块的示范性方法的流程图；