[发明专利]碲化镉薄膜光伏器件中的渐变合金碲化物层及其制造方法

说明书

技术领域

本文公开的主旨大体上涉及碲化镉薄膜光伏器件及它们的制造方法。更加具体地，本文公开的主旨涉及在碲化镉层上具有渐变合金碲化物层(graded alloy telluride layer)的碲化镉薄膜光伏器件。

背景技术

基于作为光反应部件的与硫化镉(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具有在白天过程或多云状况下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型层的结大体上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，负的施电子层)。自由载流子对由光能产生并且然后由p-n异质结分开以产生电流。

然而，具有CdTe PV器件的一个问题是金属电极与碲化镉层接触不良。该接触问题可以导致器件中显著减小的能量转换效率，并且可以导致增加的器件的退化率。

从而，存在对具有通过背接触与碲化镉层之间改进的接触的改进的能量转换效率和/或器件寿命的碲化镉光伏器件以及用于制作这样的电池的实用、廉价方法的需要。

发明内容

本发明的方面和优势将在下列说明中部分阐述，或可通过说明是明显的，或可通过本发明的实践而得知。

碲化镉薄膜光伏器件大体上公开为包括渐变合金碲化物层。该器件可以包括硫化镉层、在该硫化镉层上的渐变合金碲化物层和在该渐变合金碲化物层上的背接触。该渐变合金碲化物层一般具有在从该硫化镉层朝该背接触层的方向上延伸的递增合金浓度和递减镉浓度。在特定的实施例中，该器件可以进一步包括在该硫化镉层和该渐变合金碲化物层之间的碲化镉层。

还大体上公开用于制造基于碲化镉的薄膜光伏器件的方法，该光伏器件具有渐变碲化镉结构。在一个方法实施例中，逐步(step-wise)的多个合金碲化物层可以直接在硫化镉层上形成使得随着这些层延伸远离硫化镉层时多个合金碲化物层具有递增合金含量和递减镉含量。多个合金碲化物层然后可以退火以直接在硫化镉层上形成单个渐变合金碲化物层。背接触层可以在渐变合金碲化物层上形成。根据另一个方法实施例，渐变合金碲化物层可以直接在碲化镉层上形成使得渐变合金碲化物层具有延伸远离碲化镉层的递增合金浓度和递减镉浓度。渐变合金碲化物层和碲化镉层可以退火，并且背接触层可以在渐变合金碲化物层上形成。

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本说明书的部分的附图图示本发明的实施例并且与说明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实现用的公开(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示出由单层限定的渐变合金碲化物层的示范性实施例，该单层具有在从碲化镉层延伸至背接触层的渐变合金碲化物层的整个厚度上递增的合金浓度和递减的镉浓度；

图3示出逐步形成使得多个递增合金浓度的层限定渐变合金碲化物层的渐变合金碲化物层的另一个示范性实施例；

图4示出由交替的CdTe层和(合金)Te层的数字层形成的渐变合金碲化物层的再另一个示范性实施例，其中在从碲化镉层延伸至背接触层的渐变合金碲化物层的这个厚度上，随着(合金)Te层厚度增加而CdTe层厚度减少；

图5示出其中单个渐变合金碲化物层在硫化镉层和背接触层之间而没有单独的和不同的碲化镉层的示范性实施例；和

图6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。

本说明书和图中标号的重复使用意在代表相同或类似的特征或元件。

具体实施方式