碲化镉的p型掺杂的方法

专利名称：碲化镉的p型掺杂的方法
技术领域：
本发明一般涉及光伏(PV)电池的领域。更具体地说，本发明涉及制作具有包括碲 化镉(CdTe)的光敏(photo-active)层的PV电池的方法。本发明还涉及CdTe的ρ型掺杂 的方法。
背景技术：
太阳光谱“阳光”包含随频率变化的强度分布。能够看到，经半导体利用阳光获得 电能的转换效率被优化以用于大约1. 4到大约1. 5电子伏特(eV)之间附近范围中的半导 体带隙。CdTe的半导体带隙是对于此要求的良好匹配。P型CdTe是当前在PV电池中常见商用材料之一，其中，光敏材料是CdTe。相当概 括地说，为本文中讨论的简明起见，包括P型CdTe为光敏材料的PV电池可称为“CdTe PV电 池”。类似地，包括CcTTe PV电池的PV安装将称为“CdTe PV安装”。包括ρ型CcTTe PV电 池的大规模PV安装的商业可行性已得以证明，并且从此类大规模ρ型CdTePV安装获得的 电力的成本接近于电网平价(parity)。较小规模(即区域受限的)安装的商业可行性由 于此类较小规模安装的较差总体效率而在该领域内仍是一个难题。尽管付出了相当大的学 术和行业研究与开发努力，P型CdTe PV电池的最佳报告的转换效率“eB”在接近十年一直 停滞在大约16.5%。此最佳报告的转换效率可比于CdTe PV电池对太阳能谱的权利效率 (entitlement-efficiency)，该权利效率为大约23%。转换效率数还可比于典型的当前可 用的商业大规模P型CdTePV安装的“模块”效率，该模块效率更低，为大约11%。ρ型CdTe PV电池效率的任何改进显然将产生对应CdTe PV安装的总体效率的 改进。此类改进将增强CdTe PV安装与诸如从天然气或煤炭等发电的传统方法相比的竞争 力。明显的是，总体效率的改进将使得P型CdTe PV电池技术能够成功渗透要求小规模区 域受限安装的市场，如对于家庭PV安装的市场。用于在商业可行的碱石灰玻璃基片上制造ρ型CdTe PV电池的当前已知方法必 需要求较低温的工艺(一般在 < 600摄氏度(°C )的温度执行)。对低温工艺的此类必 需性是为什么一直不可能增强P型掺杂级别以超出掺杂级别“C/的原因之一(其中，Cm ^clOw每立方厘米(/cm3))。不能实现CdTe内基本上超过Cm的ρ型掺杂级别是导致转换效 率当前停滞在大约％的因素之一。在本领域内需要制作的方法，经由这些方法，能够获得具有超过eM的转换效率的 改进P型CdTe PV电池。要使任何此类方法在商业上可行，它们应与现有ρ型CdTe PV电 池制作工艺要求相兼容，例如在上述较低温度执行制作的必需要求。因此，将高度合乎需要的是能获得光敏CdTe材料内增强ρ型掺杂级别的方法，而 这些方法仍与现存P型CdTe PV电池制作工艺相兼容。

发明内容
本发明的实施例涉及能够磁化在例如转子的机械构件原地布置的永久性磁体的磁化器。一种制作光伏(PV)电池的方法，所述方法包括以下步骤(a)提供包括含有界面 区(interfacial region)的碲化镉(CdTe)层的第一组件；(b)使第一组件进行功能化处 理以获得第一绿组件(green component)，所述功能化处理包括通过包括铜的第一材料和 包括氯的第二材料来处理所述界面区的至少一部分；(c)使第一绿组件进行第一退火处理 以获得第二绿组件；(d)使第二绿组件进行加工处理；以及(e)将第二组件与CdTe层相邻 布置以形成PV电池。一种用于制作光伏电池的方法，所述方法包括以下步骤(a)提供包括含有界面 区的碲化镉(CdTe)层的第一组件；(b)使第一组件进行功能化处理以获得第一绿组件，所 述功能化处理包括在存在包括铜的第一溶液的情况下浸泡所述界面区的至少一部分；(C) 在存在包括氯的第二溶液的情况下，使第一绿组件进行第一退火处理以获得第二绿组件; (d)使第二绿组件进行加工处理；以及(e)将第二组件与CdTe层相邻布置以形成光伏电 池。从连同附图提供的本发明的优选实施例的以下详细描述，将更容易理解这些和其 它优点和特征。


图1是根据本发明的一个实施例的制作PV电池的方法的流程图示。图2是根据本发明的一个实施例的制作PV电池的方法的流程图示。图3是根据本发明的一方面的第一组件的侧截面视图。图4是根据本发明的一方面的PV电池的侧截面视图。图5是根据本发明的一方面的在一系列第二组件上获得的表面光电压值的条形 图。图6示出根据本发明的一方面的PV电池的操作特性数据。图7是根据本发明的一方面的条形图，其比较包括根据本文中公开的方法的实施 例制作的PV电池的PV模块的效率。图8是根据本发明的一个实施例的制作PV电池的方法的流程图示。图9是根据本发明的一个实施例的ρ型掺杂CdTe的方法的流程图示。
具体实施例方式在下面的描述中，无论何时本发明的实施例的特定方面或特征描述为包括组的至 少一个要素及其组合，或由其组成，可理解的是，该方面或特征可包括单独的或与该组的任 何其它要素组合的组的任何要素，或由其组成。在介绍本发明的各种实施例的要素时，“一”、“该”和“所述”等词旨在表示有一个 或多个要素。术语“包括”和“具有”旨在是包容性的，并且表示可存在不同于所列要素的另 外要素。另外，除非另有说明，否则，“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”及这些术语的变型的使 用是为了方便起见，而不要求组件的任何特定定向。在本文中使用时，术语“布置在...上” 或“沉积在...上方”或“布置在....之间”指直接接触的固定或布置和通过其间具有中 间层间接的固定或布置。
在本文中使用时，术语“相邻”在讨论例如PV电池的不同区域和/或部分的上下 文中使用时可指所述区域和/或部分相互紧邻的情况，或者它也可指在所述区域和/或部 分之间存在中间区域和/或部分的情况。在本文中使用时，术语“绿”在讨论诸如组件等物理实体的上下文中使用时，表示 实体迄今在其制造的中间阶段中，即，用于从实体制作或获得组件采用的方法的一个或多 个步骤迄今尚未启动或完成。例如，“绿组件”指制作该组件(其中，所获得的组件显示例如 能量转换效率的某些物理属性的期望或改进的级别)的方法的一个或多个步骤迄今仍未 在其上执行的物理实体。在本文中使用时，术语“界面区”在讨论物理实体的上下文中使用时指在物理实体 与周围环境具有的任何界面和其附近的区域。要理解的是，界面区是“显露的”，因为环境内 存在的任何实体(例如环境内存在的化学试剂)具有对界面区的直接物理访问。在本文中使用时，术语“功能化处理”在讨论诸如组件或绿组件等物理实体的上下 文中使用时指包括物理实体的化学处理和/或物理处理的处理，该处理产生了物理实体的 诸如掺杂浓度或能量转换效率等一个或多个物理属性的基本变化。功能化处理例如可作 为制作组件的方法的步骤的部分来执行。如下面详细讨论的，本发明的实施例涉及制作光伏(PV)电池的改进方法，其中， 光敏层包括P型碲化镉(CdTe)。光敏层是PV电池的部分，其中例如阳光等入射光的电磁 能出现，转换成电能(即，电流)。相当概括地说，在本文的讨论中，将理解的是，术语“P型 CdTe PV电池”或简称“CdTe PV电池”或“PV电池”将指其中光敏层包括ρ型CdTe的PV电 池。本文中公开的本发明的实施例还提供用于CdTe的ρ型掺杂的改进方法。当代ρ型CdTe PV电池的上下文中一个重要的问题是尽管有业界和学术界几年 来的研究和开发工作，但一直不可能在CdTe层内将ρ型掺杂级别增强到超出大约Cm 5xl014/cm3o这是限制了 ρ型CdTePV电池的最佳报告效率为大约％ 16. 5%的原因之一。制作ρ型CdTe PV电池所需的较低温度加工条件(一般 < 500摄氏度(°C ))是 为什么一直不可能增强CdTe内ρ型掺杂级别的原因之一。这又阻碍了效率接近CdTe PV 电池对太阳能谱的权利效率( 23% )的ρ型CdTe PV电池的开发。相当概括地说，本文 中提议的本发明的实施例还包括P型掺杂CdTe的方法，由此增强ρ型掺杂级别。如下面至少涉及图1-2和图8所详细讨论的，本文中公开的本发明的实施例提供 用于制作改进的PV电池的方法。图5-7示出在根据当前公开的方法的实施例制作的P型 PV电池上获得的操作参数的典型数据。此外，如涉及图9所详细讨论的，本文中公开的本发 明的实施例提供用于实现与当前展示的CdTe内的ρ型掺杂级别相比CdTe内增强的ρ型掺 杂级别的方法。图1是根据本发明的一个实施例制作PV电池的方法100的流程图示。方法100 包括提供包括含有界面区的CdTe层的第一组件的步骤102。此步骤之后是使第一组件进 行功能化处理以获得第一绿组件的步骤104，其中，功能化处理包括通过包括铜的第一材料 和包括氯的第二材料来处理至少一部分界面区。此步骤之后是使第一绿组件进行第一退 火处理以获得第二绿组件的步骤106。此步骤之后是使第二绿组件进行加工处理(下面讨 论)的步骤108。此步骤之后是将第二绿组件与CdTe层相邻布置以形成PV电池的步骤 110。本领域技术人员将知道经其可获得用于在方法100期间使用的兼容的第一组件实施例的制作规程(protocol)。下面进一步讨论非限制性的制作规程。在本发明的一个实施例中，在步骤102中提供的第一组件包括含有至少一种透明 传导氧化物的层。适合的透明传导氧化物的非限制性示例包括铝掺杂的氧化锌、氧化铟锡、 氧化氟锡、氧化镉锡或其组合。在本发明的一个实施例中，在步骤102中提供的第一组件包 括含有至少一种高电阻氧化物的层。适合的高电阻氧化物的非限制性示例包括氧化锌锡、 氧化铝、氧化锡、氧化镓、氧化硅、氧化铟或其组合。在本发明的一个实施例中，在步骤102 中提供的第一组件包括含有硫化镉的层。在本发明的特定实施例中，在步骤104中提供的第二材料包括氯化镉。基于实验， 这些实验的一些典型结果在图4-7中示出，在本发明的一个实施例中，第一材料的量与第 二材料的量的比率在从大约0. 01个百万分之一(ppm)到大约IOOppm的范围内，所述第一 材料和第二材料如在步骤104中记载。在本发明的另一个实施例中，第一材料的量与第二 材料的量的比率在从大约0. Ippm到大约20ppm的范围内，所述第一材料和第二材料如在步 骤104中记载。在本发明仍有的另一个实施例中，第一材料的量与第二材料的量的比率在 从大约0. 5ppm到大约5ppm的范围内，所述第一材料和第二材料如在步骤104中记载。在本发明的一个实施例中，如步骤106中记载的第一退火处理在位于从大约300 摄氏度(°c)到大约500°C的范围内的温度执行。在本发明的另一个实施例中，如步骤106 中记载的第一退火处理在位于从大约350°C到大约450°C的范围内的温度执行。在本发明 仍有的另一个实施例中，如步骤106中记载的第一退火处理在位于从大约375°C到大约 425°C的范围内的温度执行。在本发明的一个实施例中，如步骤106中记载的第一退火处理 对于在从大约1分钟到大约60分钟的范围内的时间期来执行。在本发明的另一个实施例 中，如步骤106中记载的第一退火处理对于在从大约5分钟到大约40分钟的范围内的时间 期来执行。在本发明的另一个实施例中，如步骤106中记载的第一退火处理对于在从大约 10分钟到大约20分钟的范围内的时间期来执行。在本发明的特定实施例中，执行如步骤 106中记载的第一退火处理，使得在第一退火处理期间第一绿组件的环境包括氧化环境。氧 化环境的非限制性示例包括空气。可能的是，在执行步骤106后，如在步骤102期间提供的 至少一部分CdTe层基本上变为ρ型。在本发明的特定实施例中，在步骤108期间执行的加工处理包括浸泡处理。在本 发明的更多特定实施例中，浸泡处理包括使用溶剂，溶剂包括乙二胺(EDA)。在本发明的特 定实施例中，在步骤108期间执行的加工处理包括在至少一部分界面区上沉积铜层。在本 发明的特定实施例中，在步骤108期间执行的加工处理包括第二退火处理。在本发明的特定实施例中，步骤110中提供的第二组件包括后接触层。在本发明 的更多特定实施例中，后接触层包括多个层。在其中后接触层包括多个层的本发明的此类 特定实施例中，后接触可与CdTe层相邻地组装或逐层布置(即，多个层的每层顺序地布 置)。后接触层的此类逐层或顺序组装的一个非限制性示例包括一个过程，由此多个层的每 层与CdTe层相邻地一层接一层地布置。第二组件可经其与CdTe层相邻地组装或布置的方 法的非限制性示例包括沉积方法，其包括丝网印刷、溅射、蒸发、电镀、电解沉积或无电电镀 中的至少一项。如所讨论的，本发明的实施例包括含有多个层的后接触层。在一个非限制性实施 例中，后接触包括三层，其中，三层的第一层包括经包括至少一个丝网印刷的方法而沉积的石墨；三层的第二层包括经包括溅射、蒸发、电镀或无电电镀中至少一项的方法而沉积的 金属；以及三层的第三层包括电极层，其包括含有铝、镍、钯、钛、钼、铬或金中至少一项的金 属，并且该层经包括溅射、蒸发、电镀或无电电镀中至少一项的方法来沉积。在另一非限制 性实施例中，后接触包括两层，其中，两层的第一层包括碲化锌(例如，SiTe)、碲化锑(例 如，Sb2Te3)、碲化砷(例如，As2Te3)、碲(Te)或碲化铜(例如，CuxTe,其中，“X”在1和2之 间)中的至少一项，其经包括溅射、蒸发、电解沉积或无电电镀中至少一项的方法来沉积； 以及两层的第二层包括含有铝、镍、钯、钛、钼、铬或金中至少一项的金属，并且经包括溅射、 蒸发、电镀或无电电镀中至少一项的方法来沉积。在仍有的另一个非限制性实施例中，后接 触包括单层，其中，该单层包括含有铝、镍、钯、钛、钼、铬或金中至少一项的金属，并且经包 括溅射、蒸发、电镀或无电电镀中至少一项的方法来沉积。图2是根据本发明的一个实施例制作PV电池的方法200的流程图示。方法200 包括提供包括含有界面区的CdTe层的第一组件的步骤202。此步骤之后是使第一组件进行 功能化处理以获得第一绿组件的步骤204，该功能化处理包括在存在包括铜的第一溶液的 情况下，浸泡至少一部分界面区。此步骤之后是在存在包括氯的第二溶液的情况下使第一 绿组件进行第一退火处理以获得第二绿组件的步骤206。此步骤之后是使第二绿组件进行 加工处理的步骤208。此步骤之后是将第二绿组件与CdTe层相邻布置以形成PV电池的步 骤 210。在本发明的一个实施例中，步骤202中提供的第一组件包括含有至少一种透明传 导氧化物的层。适合的透明传导氧化物的非限制性示例包括铝掺杂的氧化锌、氧化铟锡、氧 化氟锡、氧化镉锡或其组合。在本发明的一个实施例中，步骤202中提供的第一组件包括含 有至少一种高电阻氧化物的层。适合的高电阻氧化物的非限制性示例包括氧化锌锡、氧化 铝、氧化锡、氧化镓、氧化硅、氧化铟或其组合。在本发明的一个实施例中，步骤202中提供 的第一组件包括含有硫化镉的层。在本发明的特定实施例中，步骤204中记载的第一溶液包括溶剂。适合的溶剂的 一个非限制性示例包括EDA。在本发明的更多特定实施例中，如步骤204中记载的第一溶液 内铜的浓度应在从大约0. Olppm到大约IOOppm的范围内。在本发明的特定实施例中，如步骤206中记载的第一退火处理在从大约300°C到 大约500°C的范围内的温度执行。在本发明的特定实施例中，如步骤206中记载的第一退火 处理对于在从大约1分钟到大约60分钟的范围内的时间期来执行。在本发明的特定实施 例中，执行步骤206中记载的第一退火处理，使得在第一退火处理期间第一绿组件的环境 包括氧化环境。可能的是，在执行步骤206后，在步骤202期间提供的CdTe层基本上变为 P型。在本发明的特定实施例中，在步骤208期间执行的加工处理包括浸泡处理。在本 发明的更多特定实施例中，浸泡处理包括使用溶剂，溶剂包括EDA。在本发明的特定实施例 中，在步骤208期间执行的加工处理包括在至少一部分界面区上沉积铜层。在本发明的特 定实施例中，在步骤208期间执行的加工处理包括第二退火处理。在本发明的特定实施例中，步骤210中提供的第二组件包括后接触层。在本发明 的更多特定实施例中，后接触层包括多个层。在其中后接触层包括多个层的本发明的此类 特定实施例中，后接触可与CdTe层相邻地逐步或顺序地组装。后接触层的此类逐步或顺序组装的一个非限制性示例包括一个过程，由此多个层的每层与CdTe层相邻地一层接一层 地布置。第二组件经其可与CdTe层相邻布置的方法的非限制性示例包括沉积方法，其包括 丝网印刷、溅射、蒸发、电镀、电解沉积或无电电镀中的至少一项。考虑例如方法100，且不限于任何特定解释或理论，可能的是，如方法100的步 骤104中记载的氯充当助熔剂，由此氯帮助降低步骤102期间作为第一组件的部分提供的 CdTe在如步骤106中记载第一退火处理期间的再结晶和晶粒生长所要求的温度，所述再 结晶和晶粒生长可能导致CdTe的电子属性的增强。现在讨论一个典型非限制性制作规程，经该规程可获得用于在方法100或200期 间使用兼容的第一组件实施例。一“批”第一组件一般从相同片材(sheet)上获得或“切 割”。现在介绍一个典型非限制性制作规程，经该规程可制作片材提供包括碱石灰玻璃并 且具有包括沉积在其表面上的氟掺杂的氧化锡的层的商业可用基片。在包括氟掺杂的氧化 锡的层上，在具有大约1毫托(mT)到大约5mT之间压力的氧气气氛中使用直流经反应溅 射，沉积了包括高电阻氧化物的层，该氧化物包括厚度为大约1000埃(人)的氧化锌锡。 用于沉积包括氧化锌锡的层的靶具有重量大约5%的锌和重量大约95%的锡的成分。在包 括氧化锌锡的层上，还在具有大约5mT到大约15mT之间压力的氩气气氛中经射频(RF)溅 射，沉积了包括厚度为大约1000人的硫化镉(CdS)的层。在包括CdS的层上，经修改的近 空间升华(CSS)方法沉积了包括厚度为大约3微米的碲化镉(CdTe)的层，其中，基片温度 保持在大约400°C到大约600°C之间。上文提及本文中使用的CSS方法在至少一个方面与 该领域内已知的更多标准CSS方法不同，由此，要沉积材料(本例中的CdTe)的位置与材 料的来源之间的距离是大约几十厘米，而在更多标准CSS方法中，此距离是大约几毫米。注 意，例如省略包括高电阻氧化物的层的沉积的规程的备选规程也可用于获得用于在本发明 的实施例内使用的兼容的片材。注意，经其它已知制作方法而制作的第一组件也对于本文 公开的发明的实施例内的使用是兼容的。再次考虑例如方法100 不要限于任何特定解释或理论，当步骤102期间提供的第 一组件包括含有硫化镉(CdS)的层时，则可能的是，如方法100的步骤104中记载的氯有助 于CdTe (也在步骤102期间提供)和CdS的混合，以便包括CdSxTei_x(其中，“X”在0与1 之间)的层沿CdTe与CdS之间的界面区形成。不要限于任何特定解释或理论，可能的是， 包括CdSxTei_x的层的存在增强了 CdTe中少数载流子寿命。此外，也可能的是，氯充当CdTe 内的P型掺杂物。还可能的是，氯吸气剂(chlorine getter)逃到(defect to)CdTe层内的 晶粒边界。显然，这些讨论基本上仍适用于本文中公开的本发明的其它实施例，具体而言， 这些讨论适用于方法200。图3是如方法100、200内记载的第一组件300的侧截面视图。第一组件300包括 含有界面区304的CdTe层302。如本文中讨论的，第一组件可还包括另外的层。例如，第 一组件300包括四个另外的层306、308、310、313，其中，层306包括CdS，层308包括至少一 种高电阻氧化物，层310包括至少一种透明传导氧化物，以及层313包括含有玻璃的透明基 片。层313的表面可配置成接收光能通量(未示出；见图4，参考标号417)。本发明的这些 方面在至少图4的上下文中更详细地讨论。图4是根据例如方法100、200的本文中记载的方法的实施例制作的PV电池400 的侧截面视图。PV电池400包括含有CdTe层404的第一组件402 (类似于第一组件300)。第一组件402还包括另外的层406、408和410，其中，层406包括CdS，层408包括至少一种 高电阻氧化物，并且层410包括至少一种透明传导氧化物，以及413包括例如玻璃等透明基 片。PV电池400还包括第二组件412。要阐明的是，即使图4所示的第二组件412只包括 单层，包括多层的第二组件仍在本发明的范围内。例如，第二组件412可包括后接触层，其 中后接触层包括多个层。基于本文中的讨论，本领域技术人员现在可理解，在与CdTe层404 相邻布置第二组件412(例如，按照方法100、200)以实现如图4所示的PV电池之前，第一 组件402的界面区(类似于界面区308 ；见图3)要进行如在例如步骤104、106和108中记 载的或如在例如步骤204、206、208中记载的处理。层413的表面415可配置成接收光能通 量417，所述光能通量417的至少一部分在它继续到层404上时，导致电荷载流子(电子和 空穴)的光生成，即，导致PV电池400的光伏动作。图5-6示出与本领域内已知的常规制作方法获得的PV电池的操作特性相比经方 法100、200及其等效和推广的方法(关于图8-9来讨论)获得的PV电池的操作特性(例 如表面光电压(SPV)(图5)或电流电压特性(图6))得到增强。图6比较结合经方法100、 200获得的PV电池的模块的能量转换效率和结合经本领域中已知的常规方法获得的PV电 池的模块的能量转换效率。图5是沿纵坐标510为一系列“第二”组件绘出的SPV值的条形图500，该系列第 一组件的每个要受到大约一个太阳或大约100毫瓦每平方厘米的照射。每个第一组件是基 本上类似的，因为它们从相同片材获得或“切割”，而该片材按照更早所示的讨论来获得。考虑例如条形502和504。条形502表示在使用EDA溶液进行浸泡处理的第一组 件上获得的SPV值数据。未提供随后对铜的显露。结果获得的组件随后通过氯化镉进行处 理。通过氯化镉的处理在大约400°C的温度执行大约20分钟。条形502表示的SPV值是在 通过氯化镉进行的处理后由此获得的第二组件上获得的。现在考虑条形504，该条形表示在 既未进行任何浸泡处理、也未通过含氯的溶液进行任何处理的第一组件上获得的SPV值数 据，而这些处理是对于与条形502对应的第一组件的情况。明显的是，由条形502和504两 者表示的分别在大约689毫伏和大约690毫伏的SPV值基本上是相同的。换而言之，可合 理地确定SPV值基本上不受任何浸泡处理的影响。现在考虑条形506和508。条形506表示在第一绿组件上获得的SPV值数据，该第 一绿组件从进行如方法100的步骤104和106中记载的处理的第一组件而获得。例如，作为 执行步骤104的部分，第一组件进行功能化处理以获得第一绿组件，功能化处理包括通过 包括铜的第一材料和包括氯化镉的第二材料来处理至少一部分界面区。作为执行步骤106 的部分，第一绿组件还在空气中在大约400摄氏度的温度进行第一退火处理大约20分钟以 获得第二绿组件。条形508表示在第一绿组件上获得的SPV值数据，该第一绿组件从进行 如方法200的步骤204中记载的处理的第一组件而获得。例如，作为执行步骤204的部分， 第一组件进行功能化处理以获得第一绿组件，功能化处理包括在存在包括EDA和铜的第一 溶液的情况下浸泡至少一部分界面区。作为执行步骤206的部分，第一绿组件还在空气中 在大约400°C的温度进行第一退火处理大约20分钟以获得第二绿组件。条形506和508两 者表示的分别在大约775毫伏和大约797毫伏的SPV值基本上分别高于由条形502或504 表示的基线SPV值。从条形502、504与条形506或与条形508的比较中明显看到在功能化处理的执行期间铜的存在大大增强了从结果第二绿组件可获得的SPV值。本领域的技术人员将理解， SPV值的此增强将可能产生包括此类第二绿组件的PV电池的效率的增强。图6示出比较由于在执行步骤104期间使用不同量的铜所引起的操作特性(例 如，电流-电压“J-V”特性)上的效应的数据。图6示出经方法100的实施例形成的三个 PV电池上获得的电流电压“J-V”数据集602、604和606，其中，在执行步骤104期间使用了 不同量的铜。图6的PV电池包括从与图5的示例中从其获得第一组件的片材基本类似地制备 的片材获得的第一组件。相应地，三个第一组件要进行根据方法100的处理以获得相应的 第一绿组件，其中，第一材料(在步骤104的实施例的执行期间)内铜的浓度分别是大约0 个百万分之一(ppm)(图6，经参考标号602表示的数据)(即，无铜添加到第一溶液)、大约 1. 5ppm(图6，经参考标号604表示的数据)和大约4. 5ppm(图6，经参考标号606表示的数 据)。在执行步骤104后，根据步骤106的实施例，获得的相应第一绿组件在存在氯化镉溶 液的情况下在大约400°C进行第一退火处理大约20分钟以获得相应的第二绿组件。在步 骤106的实施例的所述执行后，根据步骤108的实施例，相应的第二绿组件进行加工处理， 其中，在界面区上沉积铜层。加工处理还包括在大约170°C的温度对界面区上沉积有铜层的 第二绿组件进行第二退火处理大约12分钟。在步骤108的实施例的所述执行后，根据步 骤110的实施例，与CdTe层相邻地沉积包括石墨的后接触层。后接触层包括含有镍和铝的 电极。标准激光划片工艺用于塑造所述电极。图6示出对于给定PV电池的J-V数据集，其中获得的电流“J”沿纵坐标608作为 沿横坐标610的电压“V”的函数而绘制。对于图6所示的特定数据集，在大约125平方厘 米的孔径(aperture)面积上以大约一个太阳的照射强度来照射对应的PV电池。在大约 0.8伏的电压值之外，从图6明显看到，相对于对应于数据集602的PV电池，对于与数据集 604对应的PV电池的给定电压可获得的电流量得到增强。类似地，在大约0. 8伏的电压值 之外，相对于对应于数据集604的PV电池，明显看到对于与数据集606对应的PV电池的给 定电压可获得的电流量得到增强。换而言之，如由图6所示的J-V特性中的趋势显示的，PV 电池的操作特性是步骤104的执行期间使用的铜的量的函数。图7是条形图，比较包括根据方法200的实施例制作的PV电池的PV模块的效率 和包括类似地制作而未进行方法200的功能化处理的PV电池的PV模块的效率。对应于条 形702和704的每个PV模块具有大约7200平方厘米的总面积。明显的是，对PV电池执行 功能化处理产生了效率的增强，从大约4. 8%的值增强到大约8%的值。由于对于从特定PV 电池的给定电压可获得的电流与相同PV电池的效率之间存在公知的直接正相关，因此，图 6-7中所示数据的完全形态评估将使本领域技术人员明白，在根据例如方法200的本发明 的方法的实施例的PV电池制作期间，在存在铜的情况下的功能化处理导致带有增强效率 的PV电池。至少基于图1-2中所示的方法和图5-7中所示的实验结果，现在可明白，退火处理 (例如，如步骤106中或步骤206中记载的第一退火处理)期间ρ型掺杂物(如铜)的存在 基本上导致CdTe层(例如，步骤102中或步骤202中记载的CdTe层)内增强的ρ型掺杂 级别，该增强又使得能够实现具有与当前可用P型CdTe PV电池的效率相比效率增强的ρ 型CdTe PV电池。适合在本发明的实施例内使用的ρ型掺杂物的非限制性示例包括磷铜、
10砷、锑、金、银及铋。适合在本发明的实施例内使用的卤素的非限制性示例包括氯。图8是根据本发明的另一实施例制作PV电池的方法800的流程图示。方法800 包括提供包括含有界面区的CdTe层的第一组件的步骤802。此步骤之后是使CdTe层进行 功能化处理以获得绿组件的步骤804，功能化处理包括在存在包括ρ型掺杂物的第一材料 和包括卤素的第二材料的情况下对至少一部分界面区的热处理，其中，功能化处理实现了P 型掺杂物结合到至少一部分CdTe层中。换而言之，可能的是，在执行步骤804后，在步骤802 期间提供的CdTe层基本上变为ρ型。此步骤之后是使绿组件进行加工处理的步骤806。此 步骤之后是将第二组件与CdTe层相邻布置以形成PV电池的步骤808。在本发明的一个实施例中，步骤802中提供的第一组件包括含有至少一种透明传 导氧化物的层。适合的透明传导氧化物的非限制性示例包括铝掺杂的氧化锌、氧化铟锡、氧 化氟锡、氧化镉锡或其组合。在本发明的一个实施例中，步骤802中提供的第一组件包括含 有至少一种高电阻氧化物的层。适合的高电阻氧化物的非限制性示例包括氧化锌锡、氧化 铝、氧化锡、氧化镓、氧化硅、氧化铟或其组合。在本发明的一个实施例中，步骤802中提供 的第一组件包括含有硫化镉的层。上文提及经其可获得用于在方法100或方法200(前面 已讨论)期间使用的兼容的第一组件实施例的方法基本上也适用于获得用于与方法800或 与方法900 (在下面讨论)使用的兼容的第一组件实施例。在本发明的特定实施例中，步骤804中提供的第二材料包括氯化镉、盐酸、氯气或 其组合。基于实验，这些实验的典型结果在图5-7中示出，在本发明的更多特定实施例中， 如步骤804期间记载的第一材料的量与第二材料的量的比率在从大约0. Olppm到大约 IOOppm的范围内。在本发明的特定实施例中，步骤804中记载的热处理包括第一退火处理。在本发 明的特定实施例中，所述第一退火处理在某些温度执行，其在从大约1分钟到大约60分钟 的范围内。在本发明的特定实施例中，执行记载的所述第一退火处理，以便在第一退火处理 期间绿组件的环境包括氧化环境。在本发明的特定实施例中，在步骤806期间执行的加工处理包括浸泡处理。在本 发明的更多特定实施例中，浸泡处理包括使用包括EDA、甲醇中溴的稀溶液或硝酸与磷酸的 混合物中至少一项的溶剂。在本发明的特定实施例中，在步骤806期间执行的加工处理包 括在至少一部分界面区(例如，界面区308)上沉积铜层。在本发明的特定实施例中，在步 骤806期间执行的加工处理包括第二退火处理。在本发明的特定实施例中，步骤808中提供的第二组件包括后接触层。在本发明 的更多特定实施例中，后接触层包括多个层。在其中后接触层包括多个层的本发明的此类 特定实施例中，后接触可与CdTe层相邻逐层(即顺序地)组装。后接触层的此类逐层或顺 序组装的一个非限制性示例包括一个过程，由此多个层的每层与CdTe层相邻地一层接一 层地布置。第二组件或其组件层经其可与CdTe层相邻布置的方法的非限制性示例包括沉 积方法，其包括丝网印刷、溅射、蒸发、电镀、电解沉积或无电电镀中至少一项。至少基于图1-2和8中所示的方法和图5-7中所示的实验结果，本领域技术人员 现在可明白，相当概括地说，退火处理(例如，如步骤106中或步骤206中记载的第一退火 处理)期间P型掺杂物的存在能用于获得CdTe层(例如，步骤102中或步骤202中记载的 CdTe层)内增强的ρ型掺杂级别，
图9是根据本发明的一个实施例的ρ型掺杂CdTe的方法900的流程图示。方法 900包括提供包括含有界面区的CdTe的第一组件的步骤902。此步骤之后是使CdTe进行 功能化处理以获得P型掺杂CdTe的步骤904，该功能化处理包括在存在包括ρ型掺杂物的 第一材料和包括卤素的第二材料的情况下对至少一部分界面区的热处理。在本发明的特定 实施例中，步骤904中记载的功能化处理包括在热处理之前在至少一部分界面区上沉积第 一材料。在本发明的特定实施例中，如步骤902中记载的CdTe的物理形态是多晶的。在本 发明的特定实施例中，步骤904中记载的第一材料包括液体或气体。在本发明的更多特定 实施例中，步骤904中记载的第二材料包括液体或气体。步骤904中记载的ρ型掺杂物的非限制性示例包括铋、磷、砷、锑、金或铜。步骤 904中记载的第二材料的非限制性示例包括氯化镉、盐酸、氯气或其组合。在本发明的特定 实施例中，步骤904中记载的第一材料还包括EDA、甲醇中溴的稀溶液或硝酸与磷酸的混合 物中的至少一项。基于实验，其典型结果在图5-7中示出，在本发明的更多特定实施例中，如方法 900中记载的第一材料的量与第二材料的量的比率应在从大约0. Olppm到大约IOOppm的范 围内。在本发明的特定实施例中，步骤904中记载的热处理包括第一退火处理。在本发 明的特定实施例中，所述第一退火处理在从大约300°C到大约500°C的范围内的温度执行。 在本发明的特定实施例中，所述第一退火处理对于从大约1分钟到大约60分钟的范围内的 时间期来执行。在本发明的特定实施例中，执行记载的所述第一退火处理，以便在第一退火 处理期间绿组件的环境包括氧化环境。虽然本发明已结合仅有限数量的实施例详细描述，但应容易理解，本发明并不限 于此类公开的实施例。相反，本发明能进行修改以结合本文前面未描述的但与本发明的精 神和范围相称的任何数量的变化、改变、替代或等效布置。另外，虽然已描述本发明的各种 实施例，但要理解，本发明的方面可仅包括一些所述实施例。相应地，本发明不要视为受以 上描述限制，而只受随附权利要求的范围限制。作为新的和期望受到美国专利特许证保护的所要求权利的是
部件列表
300第一组件
302CdTe 层
304CdTe层的界面区304
306包括CdS的层
308包括至少一个高电阻氧化物的层
310包括至少一个透明传导氧化物的层
313透明基片层
315透明基片层313的表面
400PV电池
402PV电池400的第一组件
404PV电池400的CdTe层
406包括CdS的层408包括至少一个高电阻氧化物的层410包括至少一个透明传导氧化物的层412 第二组件413透明基片层415透明基片层413的表面417光能通量500条形图602电流电压“J-V”特性604电流电压“J-V”特性606电流电压“J-V”特性。
权利要求
1.一种P型掺杂碲化镉(CdTe)的方法，所述方法包括以下步骤(a)提供包括含有界面区(304)的碲化镉(CdTe)的第一组件(300)；以及(b)使所述CdTe进行功能化处理以获得ρ型掺杂的CdTe，所述功能化处理包括在存在 包括P型掺杂物的第一材料和包括卤素的第二材料的情况下所述界面区的至少一部分的 热处理。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一材料的量与所述第二材料的量的比率在从 大约0. Olppm到大约IOOppm的范围内。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述第二材料包括氯化镉、盐酸、氯气或其组合。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一材料的物理形态从由液体和气体组成的组 中选择。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述第二材料的物理形态从由液体和气体组成的组 中选择。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述功能化处理包括在所述热处理之前在所述界面 区(304)的至少一部分上沉积所述第一材料。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述第一材料还包括乙二胺(EDA)、甲醇中溴的稀溶 液、硝酸与磷酸的混合物及其组合中的至少一个。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述ρ型掺杂物包括磷铜、砷、锑、金、银、铋或其组 合。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述卤素包括氯。
10.一种制作光伏电池G00)的方法，所述方法包括以下步骤(a)提供包括含有界面区(304)的碲化镉(CdTe)层的第一组件(300，402)；(b)使所述CdTe层进行功能化处理以获得绿组件，所述功能化处理包括在存在包括ρ 型掺杂物的第一材料和包括卤素的第二材料的情况下所述界面区(304)的至少一部分的 热处理，其中，所述功能化处理实现所述P型掺杂物结合到所述CdTe层中；(c)使所述绿组件进行加工处理；以及(d)将第二组件G12)与所述CdTe层相邻布置以形成所述光伏电池。
全文摘要
本发明碲化镉的P型掺杂的方法。公开一种p型掺杂碲化镉(CdTe)的方法。该方法包括以下步骤(a)提供包括含有界面区(304)的碲化镉(CdTe)的第一组件(300)；以及(b)使CdTe进行功能化处理以获得p型掺杂的CdTe，所述功能化处理包括在存在包括p型掺杂物的第一材料和包括卤素的第二材料的情况下界面区的至少一部分的热处理。还公开一种制作光伏电池(400)的方法。
文档编号H01L31/18GK102142481SQ20101061557
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月16日 优先权日2009年12月16日
发明者J·A·德卢卡, S·菲尔德曼-皮博迪 申请人:通用电气公司