[发明专利]电极、光伏器件和制作方法

说明书

发明领域

本发明涉及具有增强的电池性能和降低的制造成本的光伏器件。更具体地讲，本发明涉及用在光伏器件中的具有渐变型氧化锡镉层的透明电极。

背景技术

薄膜太阳能电池或光伏器件通常包括设置在透明衬底上的多个半导体层，其中一层作为窗口层且另一层作为吸收层。窗口层允许太阳辐射穿透到吸收层，在吸收层中光能转化为可使用的电能。碲化镉/硫化镉(CdTe/CdS)异质结基光伏电池是薄膜太阳能电池的一个这样的实例。

通常透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide，TCO)的薄层沉积在衬底和窗口层(例如CdS)之间用作前接触集流器。然而传统的TCO，例如氧化锡、氧化锡铟和氧化锌，在良好光传输所需的厚度时具有高电阻率。氧化锡镉(CTO)用作透明导电氧化物提供更好的电学、光学和机械特性以及高温稳定性。然而，CTO/CdS基薄膜太阳电池仍面临挑战，例如厚CdS膜通常导致器件效率低，而薄CdS膜导致降低的开路电压(V_OC)。

在某些情况中，为了用薄CdS膜获得高器件效率，薄缓冲材料层例如氧化锡(SnO₂)层设置在氧化锡镉(CTO)和窗口(CdS)层之间。制造CTO层使用的典型方法包括在衬底上沉积非晶氧化锡镉层，然后将与CdS膜接触的CTO层缓慢热退火，以获得所需的透明度和电阻率。然而，在大规模制造情况下难于进行CTO的CdS基退火。而且，使用昂贵的CdS增加了制造成本。实现CTO结晶后，将单独的缓冲层(例如氧化锡)沉积在CTO层上，然后其还可进行第二退火步骤以获得良好的结晶质量。缓冲层的性能通常部分取决于该层的结晶度和形态并且受被它沉积于其上的CTO表面的影响。需要高质量的缓冲层以获得太阳能电池制造中所需的性能。

因此，需要提供用具有所需电学和光学性质的CTO和缓冲层制造的改善的电极和光伏器件。而且，需要减少光伏器件制造中CTO和缓冲层沉积和退火的步骤数量，由此降低成本并提高制造能力。

发明内容

提供本发明的实施方案以满足这些或其他需要。一个实施方案是透明电极。透明电极包括衬底和设置在衬底上的透明层。透明层包括(a)包括氧化锡镉的第一区域；(b)包括锡和氧的第二区域；以及(c)介于第一区域和第二区域之间的包括镉、锡和氧的过渡区域，其中过渡区域中的镉对锡的原子比在过渡区域厚度上变化。第二区域具有比第一区域电阻率高的电阻率。

一个实施方案是光伏器件。光伏器件包括衬底；设置在衬底上的透明层；设置在透明层上的第一半导体层；设置在第一半导体层上的第二半导体层；以及设置在第二半导体层上的背接触层。透明层包括(a)包括氧化锡镉的第一区域，(b)包括锡和氧的第二区域，以及(c)介于第一区域和第二区域之间的包括镉、锡和氧的过渡区域，其中过渡区域中的镉对锡的原子比在过渡区域的厚度上变化。第二区域具有比第一区域的电阻率高的电阻率。

一个实施方案是光伏模块，包括多个如上所述的光伏器件。

另一实施方案是方法。该方法包括在衬底上沉积基本上非晶氧化锡镉层并热处理基本上非晶氧化锡镉层以形成透明层，其中热处理包括在处理温度、真空条件下加热基本上非晶氧化锡镉层一段时间，其足以形成(a)包括氧化锡镉的第一区域，(b)包括锡和氧的第二区域，以及(c)介于第一区域和第二区域之间的包括镉、锡和氧的过渡区域，其中过渡区域中的镉对锡的原子比在过渡区域厚度上变化。第二区域具有比第一区域的电阻率高的电阻率。

附图说明

当参考附图研读以下详细描述时，本发明的这些和其他特征、方面和优势将被更好地理解，其中：

图1是根据本发明的一个实施方案的透明电极的示意图。

图2是根据本发明的一个实施方案的光伏器件的示意图。

图3是根据本发明的一个实施方案的光伏器件的示意图。

图4A示出初沉积的(as-deposited)非晶氧化锡镉层的XPS特性(profile)。

图4B示出与CdS膜接触的退火的结晶氧化锡镉层的XPS特性。

图5示出根据发明的一个示例性实施方案的透明层的XRD图案。

图6示出根据发明的一个示例性实施方案的透明层的XPS特性。

图7示出根据发明的一个示例性实施方案的透明层的XPS特性。

图8示出根据发明的一个示例性实施方案的透明层的XPS特性。

图9示出根据发明的一个示例性实施方案的透明层的XRD图案。