[发明专利]利用氢形成透明导电氧化物的方法和设备

说明书

技术领域

公开的实施例涉及包括光伏电池和包含多个电池的光伏模块的光伏器件的领域，更具体地讲，涉及一种利用氢气形成透明导电氧化物的方法和设备。

背景技术

光伏器件可以包括沉积在诸如玻璃的基底上方的半导体材料，例如，具有用作窗口层的半导体材料的第一层和用作吸收层的半导体材料的第二层。半导体窗口层与半导体吸收层形成结，在所述结处入射光被转换成电。

光伏器件还可以包括透明导电氧化物(TCO)层以引导电荷。经常使用的一种TCO材料是晶体锡酸镉。这是因为晶体锡酸镉的低的片电阻(sheet resistance)和高的透光率。

形成晶体TCO层的一种传统的方法是将镉和氧化锡的非晶层沉积到基底上，然后将沉积的非晶层转变成晶体形式。这通过在高温(例如，通常大于550℃的温度)下在低的氧分压环境(例如，氧不足或还原性的气氛)中使非晶层退火足够的退火时间(例如，至少10分钟)来完成。

为了提供低的氧分压环境，当前的光伏器件制造工艺提倡在非晶TCO层进行退火之前，在该非晶TCO层上形成可以由硫化镉制成的半导体窗口层。这样做剥夺了可以用于周围处理气氛中的非晶层的氧。此外，非晶TCO层上方的硫化镉层使可以存在于非晶TCO层中的任何氧从其扩散出。具体地，从非晶TCO层扩散出的氧可以与硫化镉反应以形成可以在大约600℃和以上的温度下蒸发的氧化镉以及将扩散到沉积环境中的二氧化硫。于是该反应在非晶层中产生氧空位。每个氧空位用作只要非晶TCO层转变成晶体形式就有助于导电性的电子施主。因此，由于窗口层创建了促进TCO层中的氧空位所需要的氧不足的气氛，因此窗口层用作还原剂。

然而，在使非晶TCO层退火之前在TCO层上形成硫化镉窗口层与以另外的方式将需要的时间或温度相比，需要较长的退火时间或较高的退火温度，或者既需要较长的退火时间又需要较高的退火温度，以将非晶层转变成晶体形式。长时间段地利用高温会损坏玻璃基底。例如，玻璃基底通常将在大约550℃和以上的温度下开始软化。因此，使玻璃基底经受这样高的退火温度(即，大于550℃)这样相对长的时间(即，10分钟或更长)增大了损坏基底的风险。具体地，玻璃基底会在这样长的退火时间段所施加的高退火温度下开始软化并翘曲。另外，高的退火温度具有使存在于玻璃基底中的钠原子或分子可以随着时间而扩散到器件的其他层的离子化的趋势。钠离子在器件的某些层中的扩散会不利地影响器件性能。此外，长的退火时间降低了生产率并且还使退火室经受有助于室劣化的条件，这会需要补救。最后，用于使非晶层转变成晶体的高退火温度是器件会在被进行处理的同时所经受的多个高温中的一个。例如，其他层必须在高温下退火。因此，会使器件经受多个高的热循环。这些热循环会弱化玻璃并使其受到高程度的破坏。

因此，期望缓解这些潜在问题的使非晶TCO层转变成晶体形式的方法。

附图说明

图1A是局部构建的光伏器件的示意图。

图1B是局部构建的光伏器件的示意图。

图2A是根据实施例的多区炉的示意图。

图2B是根据实施例的多区炉的示意图。

图3是根据实施例的转变区。

图4是根据实施例的光伏器件的示意图。

图5是示出氢的退火温度效果的曲线图。

具体实施方式

在下面的具体实施方式中，参照形成具体实施方式的一部分的附图，并且在附图中通过示出可以实施的具体实施例的方式来示出。足够详细地描述这些实施例，以使本领域技术人员能够制出并利用这些实施例，并且将理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对公开的具体实施例做出结构上的改变、逻辑上的改变或程序上的改变。

这里描述的实施例提供了一种通过对镉和氧化锡的非晶TCO层进行热处理或退火来形成TCO层(例如，在氢存在的条件下使非晶TCO层至少部分地(如果不是彻底地)转变成晶体形式)的方法。根据公开的实施例，可以在形成窗口层之前使非晶TCO层退火。这允许低得多的退火温度。可以在与例如多区炉相同的环境中但是在半导体沉积工艺(例如，气相传输沉积、近距离升华、蒸发、溅射或其他半导体沉积工艺)之前进行在氢存在的条件下的非晶TCO层退火。