專利名稱：具有光散射界面層的光伏結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及光伏電池(PV電池)及其制造方法。更特別地，本發(fā)明涉及在薄膜太陽能電池中制造光漫射(光散射)層的方法以及利用這種方法制造的薄膜太陽能電池。
背景技術(shù)：
并不承認(rèn)本節(jié)中公開的背景技術(shù)在法律上構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。在薄膜太陽能電池中制造光漫射層以改善極薄吸收層中的光吸收會(huì)是有利的。利用這種方法制造的薄膜太陽能電池允許使用薄得多的吸收層，因此便于更快地制造吸收層并且更少地使用昂貴 的吸收層，從而減少對(duì)環(huán)境的可能不利影響。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面，這里提供一種包括一體光散射層的PV電池結(jié)構(gòu)。在另一方面，這里提供一種制造具有一體光散射層的PV電池結(jié)構(gòu)的方法。在一寬泛方面，這里提供一種光伏(PV)電池結(jié)構(gòu)，包括由第一半導(dǎo)體材料構(gòu)成的至少第一層，所述第一層與第二半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第二層相鄰，所述第一半導(dǎo)體材料具有第一晶格常數(shù)，所述第二半導(dǎo)體材料具有與所述第一晶格常數(shù)不同的第二晶格常數(shù)；以及至少一個(gè)光散射界面層，配置成在光進(jìn)入第一和第二層中的一個(gè)或多個(gè)之前對(duì)光進(jìn)行漫射或散射。在某些實(shí)施例中，所述光散射界面層形成于所述第一和第二半導(dǎo)體材料層之間的邊界處。 在某些實(shí)施例中，所述光散射界面層形成于所述第一半導(dǎo)體材料的第一層中。在某些實(shí)施例中，所述光散射界面層形成于所述第二半導(dǎo)體材料的第二層中。在某些實(shí)施例中，所述PV電池結(jié)構(gòu)包括與所述第一層相鄰的透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層，所述光散射界面層形成于所述第一層中。在某些實(shí)施例中，所述第一和第二層之一是在將所述第一和第二層中的一個(gè)或多個(gè)置于壓應(yīng)力中的條件下沉積的。在某些實(shí)施例中，所述光散射界面層具有在基本垂直于所述第一和第二層定義的平面的方向上伸長的晶格結(jié)構(gòu)。
在某些實(shí)施例中，所述第一和第二半導(dǎo)體材料具有在每種半導(dǎo)體材料的晶格常數(shù)之間的晶格失配，該晶格失配足以形成所述光散射界面層。在某些實(shí)施例中，所述第一和第二半導(dǎo)體材料在每種半導(dǎo)體材料的晶格常數(shù)之間具有大約5%的晶格失配。在某些實(shí)施例中，所述第一和第二半導(dǎo)體材料在每種半導(dǎo)體材料的晶格常數(shù)之間具有大約10%的晶格失配。在某些實(shí)施例中，所述晶格失配是在半導(dǎo)體材料CdS和CdTe之間的。在某些實(shí)施例中，所述光散射界面層由CdS/CdTe構(gòu)成，所述光散射界面層在所述光散射界面層的CdTe側(cè)具有光散射界面表面。在某些實(shí)施例中，所述PV電池結(jié)構(gòu)包括玻璃/TCO/CdS/CdTe，所述光散射界面層形成于所述TCO和CdS層之間。在某些實(shí)施例中，所述PV電池結(jié)構(gòu)包括玻璃/TCO/CdS/CdTe，所述光散射界面層形成于所述CdS和CdTe層之間 。在某些實(shí)施例中，所述TCO層包括SnO2:F、ZnO:Al、In2O3 = Sn中的一種或多種。在某些實(shí)施例中，所述光散射界面層的厚度在大約0.1到大約0. 5微米的范圍。在某些實(shí)施例中，所述光散射界面層的厚度在大約0.1到大約0. 25微米的范圍。在某些實(shí)施例中，所述光散射界面層包括CdTe，且厚度在大約0. 2到大約0. 5微米的范圍。在某些實(shí)施例中，所述光散射界面層中具有微孔。在某些實(shí)施例中，所述光散射界面層的特征在于大約20-50%的孔隙度。在某些實(shí)施例中，所述光散射界面層的特征在于大約20-50%的孔隙度，孔隙尺寸在大約0.1微米到大約I微米的范圍。在某些實(shí)施例中，利用所述第一半導(dǎo)體材料和所述第二半導(dǎo)體材料中的一種或多種形成電介質(zhì)不連續(xù)性。在某些實(shí)施例中，所述PV結(jié)構(gòu)包括透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層，利用所述TCO和所述光散射界面層形成電介質(zhì)不連續(xù)性。在某些實(shí)施例中，所述光散射界面層具有光散射屬性，該光散射屬性足以使入射光線在寬角度范圍上散射或偏轉(zhuǎn)。在某些實(shí)施例中，所述光散射界面層形成于CdS第一半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第一層和CdTe第二半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第二層之間；所述界面層具有光散射屬性，當(dāng)所散射的光線進(jìn)A CdTe第二半導(dǎo)體材料層時(shí)，該光散射屬性足以使入射光線在寬角度范圍上散射或偏轉(zhuǎn)。在另一寬泛方面，這里提供光散射界面層在用于制造太陽能電池的光伏(PV)電池中的使用。在另一寬泛方面，這里提供一種制造用于光伏(PV)電池的光散射界面層的方法，包括沉積與半導(dǎo)體材料的第二層相鄰的第一半導(dǎo)體材料的至少第一層以形成PV電池結(jié)構(gòu)，所述第一和第二半導(dǎo)體材料具有不同的晶格常數(shù)，以及形成至少一個(gè)光散射界面層，該至少一個(gè)光散射界面層配置成在光進(jìn)入第一和第二層中的一個(gè)或多個(gè)之前對(duì)光進(jìn)行漫射或散射。在某些實(shí)施例中，通過對(duì)所述第一和第二層進(jìn)行熱處理，從而在所述第一和第二層的相鄰表面之間形成所述光散射界面層，來形成所述界面層。在某些實(shí)施例中，在大約350°C到大約420°C的溫度范圍對(duì)所述第一和第二層進(jìn)行熱處理。在某些實(shí)施例中，在大約350°C到大約420°C的溫度范圍且在存在CdCl2、ZnCl2,HCl和Cl2中的一種或多種的蒸汽時(shí)對(duì)所述第一和第二層進(jìn)行熱處理。在某些實(shí)施例中，所述第一和第二層中的至少一個(gè)是在將所述第一和第二層中的一個(gè)或多個(gè)置于壓應(yīng)力中的條件下沉積的。在某些實(shí)施例中，所述光散射界面層在分層生長工藝中形成。在某些實(shí)施例中，所述光散射界面層在分層生長工藝中利用納米顆粒形成。在某些實(shí)施例中，所述光散射界面層利用納米墨工藝形成。在某些實(shí)施例中，所述光散射界面層通過等離子體工藝形成。在某些實(shí)施例中，所述第一和第二層中的至少一個(gè)通過磁控濺射沉積工藝形成。在某些實(shí)施例中，所述沉積在將第一和第二層中的一個(gè)或多個(gè)置于壓應(yīng)力中的條件下執(zhí)行。在某些實(shí)施例中，在由所述第一和第二層定義的平面中施加所述壓應(yīng)力，由此晶格在垂直于第一和第二層的平面的方向上伸長。在某些實(shí)施例中，所述PV電池結(jié)構(gòu)包括玻璃/TCO/CdS/CdTe，且在大約390°C的溫度下對(duì)PV電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱處理。此外，在某些實(shí)施例中，所述CdS/CdTe界面層在所述界面層的CdTe側(cè)具有光散射漫射表面。在某些實(shí)施例中，在所述光散射界面層中形成微孔。在某些實(shí)施例中，所述光散射界面層形成于CdS第一半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第一層和CdTe第二半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第二層之間；所述光散射界面層具有在所散射的光線進(jìn)入CdTe第二半導(dǎo)體材料層時(shí)，足以使入射光線在寬角度范圍上散射或偏轉(zhuǎn)的屬性。在另一寬泛方面，這里提供一種通過這里描述的一種或多種方法制造的具有散射界面層的光伏(PV)電池結(jié)構(gòu)。在另一寬泛方面，這里提供一種光伏(PV)電池結(jié)構(gòu)，包括透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層；與所述TCO層相鄰的至少第一半導(dǎo)體材料的第一層；以及在光進(jìn)入所述第一層之前漫射或散射光的光散射界面層。在某些實(shí)施例中，所述光散射界面層形成于所述第一層和所述TCO層之間的邊界處。在某些實(shí)施例中，所述光散射界面層形成于所述第一半導(dǎo)體材料的第一層中。在某些實(shí)施例中，所述第一層在將所述第一層和所述TCO層置于壓應(yīng)力中的條件下沉積。在某些實(shí)施例中，所述光散射界面層具有在基本垂直于所述第一和第二層定義的平面的方向上伸長的晶格結(jié)構(gòu)。在某些實(shí)施例中，所述第一層和所述TCO層具有晶格失配以導(dǎo)致所述光散射界面層的形成。 在某些實(shí)施例中，所述第一層和所述TCO層具有大約5%的晶格失配。在某些實(shí)施例中，所述第一層和所述TCO層具有大約10%的晶格失配。
在某些實(shí)施例中，所述PV電池結(jié)構(gòu)包括TCO/CdS/CIGS/Mo/玻璃或TCO/CdS/CIGS/Mo/金屬片或TCO/CdS/CIGS/Mo/聚合物，光散射界面層形成于TCO和CdS層之間(CIGS指的是銅_銦-嫁-硫或硒)。在某些實(shí)施例中，所述TCO層包括SnO2:F、ZnO:Al、In2O3 = Sn中的一種或多種。在某些實(shí)施例中，利用所述TCO和所述光散射界面層形成電介質(zhì)不連續(xù)性。在另一寬泛方面，這里提供一種制造用于光伏(PV)電池的光散射界面層的方法，包括提供與透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層相鄰的至少第一半導(dǎo)體材料的第一層；以及形成至少一個(gè)光散射界面層，其配置成在光進(jìn)入第一層之前對(duì)光進(jìn)行漫射或散射。在某些實(shí)施例中，通過對(duì)所述第一層進(jìn)行熱處理，從而在第一層和TCO層的相鄰表面之間形成所述光散射界面層，來形成所述界面層。在某些實(shí)施例中，在大約350°C到大約420°C的溫度范圍對(duì)所述第一層進(jìn)行熱處理。在某些實(shí)施例中，在大約350°C到大約420°C的溫度范圍且在存在CdCl2、ZnCl2,HCl和Cl2中的一種或多種的蒸汽時(shí)對(duì)所述第一層進(jìn)行熱處理。在某些實(shí)施例中，所述光散射界面層形成于所述第一層和所述TCO層之間的邊界處。在某些實(shí)施例中，所述光散射界面層形成于所述第一層中。在某些實(shí)施例中，所述第一層在將所述第一層置于壓應(yīng)力中的條件下沉積。在某些實(shí)施例中 ，所述第一層和所述TCO層具有晶格失配，該晶格失配足以導(dǎo)致所述光散射界面層的形成。在某些實(shí)施例中，利用所述TCO形成電介質(zhì)不連續(xù)性。在某些實(shí)施例中，所述第一層通過磁控濺射沉積工藝形成。在某些實(shí)施例中，所述沉積在將第一層置于壓應(yīng)力中的條件下執(zhí)行。在某些實(shí)施例中，在由所述第一層定義的平面中施加所述壓應(yīng)力，由此晶格在垂直于第一層的平面的方向上伸長。在某些實(shí)施例中，PV電池結(jié)構(gòu)包括TCO/CdS/CIGS/Mo/玻璃或TCO/CdS/CIGS/Mo/金屬片或TCO/CdS/CIGS/Mo/聚合物，所述光散射界面層形成于TCO和CdS層之間(CIGS指的是銅_銦-嫁-硫或硒)。在另一寬泛方面，這里提供一種通過這里描述的一種或多種方法制造的具有散射界面層的光伏(PV)電池結(jié)構(gòu)。在另一寬泛方面，這里提供一種通過這里描述的方法之一制造的具有散射界面層的光伏(PV)電池結(jié)構(gòu)。結(jié)合附圖閱讀下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的各個(gè)方面將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員變得顯然。


專利或申請(qǐng)文件可以包含彩色完成的一個(gè)或多個(gè)附圖和/或一個(gè)或多個(gè)照片。在請(qǐng)求并支付必要費(fèi)用后，將由專利局提供帶有彩色附圖和/或照片的本專利或?qū)＠暾?qǐng)公開的副本。
圖1A是沒有后觸點(diǎn)的CdTe/CdS薄膜PV器件結(jié)構(gòu)的示意圖?？梢允褂面壘劢闺x子束(FIB)從離膜表面大約3°的角暴露各層，為掃描電子顯微鏡(SEM)成像做準(zhǔn)備。圖1B是圖1A的電池結(jié)構(gòu)的平面視圖掃描電子顯微照片(SEM)，示出了在磁控濺射系統(tǒng)中在IOmTorr下沉積，并在CdCl2蒸汽中進(jìn)行沉積后熱處理之前的器件的CdTe、CdS、TCO(SnO2)和玻璃層的矩形FIB暴露結(jié)構(gòu)。底部附近的亮區(qū)是因?yàn)椴Ａщ?。在這種濺鍍?cè)そY(jié)構(gòu)中看不到多微孔層。在圖2A、2B、2C和2D中以放大圖示出了高亮區(qū)。圖1C示出在CdCl2激活之后，所濺鍍的CdTe/CdS光伏結(jié)構(gòu)和FIB蝕刻的切片的SEM顯微照片。在CdS區(qū)域上方可以看到多微孔層。圖2E-2F中示出了放大圖。圖2A-2D。圖2A至圖2D中的放大視圖所示的區(qū)域?qū)?yīng)于圖1B的方框區(qū)域，始于CdTe表面附近，止于濺鍍?cè)ぶ星『肅dS層之前的光散射層附近。圖2E-2F示出CdTe/CdS界面附近兩個(gè)FIB蝕刻區(qū)域的放大SEM顯微照片，顯示了CdCl2退火之后產(chǎn)生的多微孔結(jié)構(gòu)。在磁控濺射沉積半導(dǎo)體層之后，在CdCl2蒸汽中對(duì)PV結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火。圖2E示出 多微孔光散射層的邊緣附近的區(qū)域。圖2F示出光散射層的中心附近的區(qū)域。圖3A是曲線圖，示出對(duì)于具有圖1的結(jié)構(gòu)和適當(dāng)?shù)暮笥|點(diǎn)的一系列電池，效率與CdTe厚度的關(guān)系。平均值通常針對(duì)15個(gè)電池。所有電池都包括類似于圖1C和圖2E-2F的光漫射層。注意，用僅0. 25微米的CdTe實(shí)現(xiàn)了大約8%的效率。圖3B示出圖3A所示最佳電池的電流_電壓(I_V)特性。圖4A是曲線圖，示出作為加速壽命試驗(yàn)(ALT)小時(shí)數(shù)的函數(shù)的薄CdTe電池的歸一化開路電壓(Voc)。在一個(gè)太陽、85°C、室內(nèi)空氣的條件下執(zhí)行ALT。圖4B是曲線圖，示出作為加速壽命試驗(yàn)(ALT)小時(shí)數(shù)的函數(shù)的薄CdTe電池的歸一化效率。在一個(gè)太陽、85 °C、室內(nèi)空氣的條件下執(zhí)行ALT。圖5是曲線圖，示出在劈裂以獲得截面之后，包括銅/金后觸點(diǎn)的完整CdS/CdTe電池結(jié)構(gòu)的透射電子顯微鏡(TEM)圖像。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明描述了在極薄半導(dǎo)體吸收層入口處制造極薄光漫射層的工藝，該光漫射層能夠產(chǎn)生非常強(qiáng)的光漫射。這種強(qiáng)的光漫射或散射大大增強(qiáng)了吸收層中的光吸收，否則吸收層太薄而不能完全吸收入射光。這里公開的方法尤其適于薄膜太陽能電池。發(fā)明人在此發(fā)現(xiàn)了一種方法，其能夠有效利用所沉積的層的屬性并容易縮放到薄膜太陽能電池制造所需的大面積。本發(fā)明通過減小薄膜太陽能電池中的吸收層的厚度提供了其他益處。例如，吸收層的減小厚度同時(shí)實(shí)現(xiàn)了沉積時(shí)間的減少，更少使用昂貴材料以及更少使用可能會(huì)影響環(huán)境的材料。在一方面，這里描述一種在太陽能電池的制造過程期間在內(nèi)部界面中制造極薄但仍然強(qiáng)的光散射或光漫射層的方法。在一實(shí)施例中，利用層的磁控濺射和隨后的太陽能電池結(jié)構(gòu)熱處理來制造薄的漫射層。在一范例中，CdS/CdTe太陽能電池制造在涂有透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層的玻璃上。
此外，在某些實(shí)施例中，可以在將層置于壓應(yīng)力中的條件下執(zhí)行磁控濺射工藝。在沉積膜的平面中施加壓應(yīng)力，使得晶格在垂直于膜平面的方向上伸長。在沉積制造PV電池結(jié)構(gòu)的材料之后，在大約350°C到大約420°C范圍的溫度下(在一實(shí)施例中，對(duì)于玻璃/TCO/CdS/CdTe PV電池結(jié)構(gòu)在大約390°C )并在存在CdCl2蒸汽的條件下，對(duì)PV電池結(jié)構(gòu)(例如玻璃/TCO/CdS/CdTe)進(jìn)行熱處理或退火。這種沉積后的熱處理(這里也稱為退火或激活)步驟將CdS/CdTe界面層從CdS或CdTe任一層中幾乎沒有微觀孔隙(大約0.1到大約I微米)的緊湊狀態(tài)轉(zhuǎn)換到CdS/CdTe界面層，其中光散射界面漫射層出現(xiàn)在該界面層的CdTe偵U。在某些實(shí)施例中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)光散射界面漫射層的特征在于多達(dá)50%的孔隙率，孔隙尺寸在0.1到大約I微米的范圍。此外，在某些實(shí)施例中，光散射界面漫射層的厚度大約為0.1到大約0. 5微米，在某些實(shí)施例中，從大約0.1到大約0. 25微米。結(jié)果，CdS/CdTe界面層獲得非常強(qiáng)的光散射屬性，這導(dǎo)致通過TCO和CdS層的入射光線在更寬角度范圍上散射或偏轉(zhuǎn)，使得光線將以寬角度范圍進(jìn)入CdTe層。大部分散射光線將與垂直于界面層成大角度指向。結(jié)果，即使在非常薄的層中，這些光線也可以幾乎完全被吸收。在PV電池中使用光散射界面漫射層允許制造具有非常薄的吸收層的太陽能電池。小孔或孔隙的大小尺度可以稍微小于或稍微大于介質(zhì)中日光的波長。因此，光散射可以非常強(qiáng)，一般通過Mie散射理論描述。亦即，光散射界面層的光散射屬性足以令入射光線在寬角度范圍上散射或偏轉(zhuǎn)。在來自尺寸范圍從大約0.1到IU m的微孔或微夾雜物的Mie散射中，光在從向前方向(0度)到向后方向(180度)的整個(gè)角度范圍上散射。為了提高PV效率，接近90度的散射尤其有益。

具有不同介電常數(shù)的孔隙或容積的尺寸對(duì)散射量有影響。于是，利用這里描述的過程，能夠針對(duì)不同波長根據(jù)需要來控制散射量。例如，在CdTe中，對(duì)于大約0.25微米的CdTe層，在恰好在能帶邊緣以下或大致從850nm到700nm的波長區(qū)域中尤其需要光散射或漫射。范例在以下范例中進(jìn)一步描述本發(fā)明，范例中所有的部分和百分比都是按重量計(jì)的，度為攝氏度，除非另有說明。應(yīng)理解，這些范例盡管表示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但僅以例示的方式給出。根據(jù)以上論述和這些范例，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠確定本發(fā)明的本質(zhì)特征，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出本發(fā)明的各種變化和修改，以使本發(fā)明適應(yīng)于各種用途和條件。本說明書中提到的所有出版物，包括專利和非專利文獻(xiàn)，都通過引用明確并入。以下范例旨在例示本發(fā)明的特定優(yōu)選實(shí)施例，不應(yīng)被解釋為限制權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的范圍，除非這樣指出。因此，可以參考這里的范例看出本發(fā)明的價(jià)值。范例I發(fā)明人在此已經(jīng)制造了高性能太陽能電池，具有0. 25微米薄的CdTe。在利用Ga離子用聚焦離子束(FIB)進(jìn)行所謂的小沖角面銑(LISM)的離子束蝕刻工藝之后，利用掃描電子顯微鏡圖像(顯微照片)揭示了界面層的形態(tài)。薄膜光伏器件的橫向尺度高達(dá)若干米，但厚度僅為若干微米或更小。在厚度維度上觀察到的形態(tài)特征通常不會(huì)在橫向維度上觀察到。將厚度維度中的微觀特征暴露于平面圖中，進(jìn)行常規(guī)電子顯微鏡研究。在此，發(fā)明人觀察到，例如TEC玻璃中52nm厚的SnO2和緩沖層的雙層延伸到大約I微米(未示出)。這種方法用于研究濺鍍的CdTe/CdS薄膜器件中的孔隙形態(tài)和空隙率分布。在390°C附近利用CdCl2進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)“激活”退火期間發(fā)現(xiàn)，發(fā)生了異常的變化。在CdS/CdTe結(jié)的CdTe側(cè)出現(xiàn)了厚度為 IOOnm (0.1微米)的光散射層。發(fā)明人還研究了在兩種不同的濺鍍幾何條件下，即正入射和相對(duì)于旋轉(zhuǎn)的襯底以大約45°角沉積的條件下，所沉積的CdTe/CdS結(jié)構(gòu)。利用固定的靶和處于正入射的襯底配置沉積“經(jīng)典”系統(tǒng)中生長的膜，利用旋轉(zhuǎn)襯底座在 45°下沉積“AJA”系統(tǒng)中生長的膜。在各實(shí)施例中，使用不同的濺射壓強(qiáng)來實(shí)現(xiàn)優(yōu)化電池性能；例如，對(duì)于經(jīng)典系統(tǒng)為18mTorr，對(duì)于AJA系統(tǒng)為IOmTorr,發(fā)明人用FIB蝕刻穿透整個(gè)裝置輪廓。圖1A是沒有后觸點(diǎn)的CdTe/CdS薄膜PV器件結(jié)構(gòu)的示意圖。圖1B示出在磁控濺射系統(tǒng)中在IOmTorr下沉積，并在CdCl2蒸汽中的沉積后熱處理之前的器件的CdTe、CdS、TCO(SnO2)和玻璃層的矩形FIB暴露結(jié)構(gòu)。底部附近的更亮區(qū)域是因?yàn)椴Ａщ妼?dǎo)致的。圖1B是圖1A的電池結(jié)構(gòu)在CdCl2蒸汽中退火前的平面掃描電子顯微照片。圖1B標(biāo)記了玻璃；TCO (Sn02:F)層；CdS 層和 CdTe 層。圖1C示出CdCl2激活之后FIB暴露的濺鍍CdTe/CdS光伏結(jié)構(gòu)的SEM顯微照片。該器件通過如下操作制造利用AJA系統(tǒng)在IOmTorr下沉積0.1 y m的CdS,也在IOmTorr下沉積1. 0 ii m的CdTe，接著在390°C下進(jìn)行30分鐘的CdCl2處理并通過蒸鍍沉積Cu/Au金屬觸點(diǎn)。通過從CdTe的表面沿著FIB暴露的切片直到玻璃進(jìn)行線性掃描(未示出)的能量散射X射線光譜(EDS)來進(jìn)行各層的識(shí)別，其識(shí)別了 CdTe/CdS和CdS/Sn02界面的位置。還通過如下操作來確認(rèn)層的識(shí)別從觀測(cè)到的SEM長度計(jì)算層厚，乘以tan (3° )并與發(fā)明人的原位光學(xué)厚度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

圖2A-2D中示出圖1B的CdTe層的放大顯微照片(例如參見圖1B中的a、b、c和d)，顯示了非常緊湊的多晶膜結(jié)構(gòu)，證明了在圖2A中在CdTe層的表面或頂部附近有晶粒邊界，以及CdTe更深處的致密晶粒邊界。圖2E和圖2F是圖1C中出現(xiàn)的多微孔光散射層的放大顯微照片，圖2F是在中央取得的，圖2E是朝多微孔光散射層的邊緣取得的，如圖1C的區(qū)域“f”和“e”所示。如圖2F所示，這樣的光散射界面層出現(xiàn)于針對(duì)不同形狀的經(jīng)典和AJA膜的濺鍍器件中。光散射界面層不僅出現(xiàn)于圖2A-2F所示的具有1. Oym CdTe層的器件中，而且出現(xiàn)于具有2. 4 ii m和0. 7 ii m CdTe的器件中。圖1A-1C和圖2A-2F示出了氯化物激活和膜形態(tài)變化的影響，其中穿過2.2iimCdTe (在IOmT下濺鍍)的3° FIB蝕刻暴露了晶粒和孔隙形態(tài)。在CdCl2激活之前，在晶粒邊界處可看到微小孔隙，朝向表面越來越多，達(dá)到孔隙度fV = 5%。在CdCl2激活之后，孔隙的形狀更接近球形，在整個(gè)膜(未示出)中孔隙度fv= 8%是均勻的。在激活之后，如圖2E和2F中所示，在CdS/CdTe界面的CdTe側(cè)發(fā)展出0.1iim的多孔層。將要理解的是，在某些實(shí)施例中，可以通過改變生長條件來改變孔隙容積比。光散射界面層通過在光進(jìn)入CdTe吸收層時(shí)增強(qiáng)光散射而有利于極薄CdTe中的光收集。雖然不希望受理論束縛，但是發(fā)明人在此相信產(chǎn)生這種光散射界面層的可能機(jī)制是CdS和CdTe之間 10%的晶格失配以及氯化物激活過程期間的應(yīng)變弛豫。然而，如果使用更高的溫度，例如大約450°C，那么沒有CdCl2存在，在真空、空氣或不活潑氣氛中的正常退火也可以產(chǎn)生光散射層。范例2這里描述的光伏(PV)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出12%到13+%范圍的效率。此外，這些PV結(jié)構(gòu)因此可視為是可調(diào)諧的，同時(shí)提供厚度減小的PV結(jié)構(gòu)。圖3A是器件效率作為光伏結(jié)構(gòu)的CdTe層的厚度的函數(shù)的散點(diǎn)圖，其中針對(duì)類似于圖2E-2F中所示那些的PV結(jié)構(gòu)包括了光漫射層。圖3A示出對(duì)于具有適當(dāng)后觸點(diǎn)的圖1A-1C的PV結(jié)構(gòu)，一系列電池的效率與CdTe厚度的關(guān)系。(平均值一般針對(duì)15個(gè)電池)。于是可以將這些PV結(jié)構(gòu)形成為具有減小的CdS層厚度，還便于利用更薄的CdTe層?？梢钥闯觯么蠹s0. 7 ii m厚的CdTe實(shí)現(xiàn)了 > 11 %的效率。圖3B示出具有可變CdTe厚度的幾種PV結(jié)構(gòu)的電流-電壓(I_V)特性。1.1微米以上的PV結(jié)構(gòu)類似于1.1微米。還應(yīng)注意，用僅0. 25微米的CMTe實(shí)現(xiàn)了大約8%的效率。范例3圖4A是曲線圖，示出作為加速壽命試驗(yàn)(ALT)小時(shí)數(shù)的函數(shù)的薄CdTe電池的歸一化開路電壓(Voc)。在一個(gè)太陽、8`5°C、室內(nèi)空氣的條件下執(zhí)行ALT。這些ALT測(cè)試表明，即使器件非常薄且后觸點(diǎn)非常接近CdS/CdTe界面處的主n/p結(jié)，在暴露于更高溫度之后且在暴露于濕氣時(shí)，器件電壓仍然是穩(wěn)定的。具有多孔界面層的薄CdTe電池在ALT條件下穩(wěn)定的Voc表明盡管有大的孔隙，結(jié)質(zhì)量也很好。圖4B是曲線圖，示出作為加速壽命試驗(yàn)(ALT)小時(shí)數(shù)的函數(shù)的薄CdTe電池的歸一化效率。在一個(gè)太陽、85°C、室內(nèi)空氣的條件下執(zhí)行ALT。這些ALT測(cè)試表明，即使器件非常薄且后觸點(diǎn)非常接近CdS/CdTe界面處的主n/p結(jié)，但在暴露于更高溫度之后且在暴露于濕氣時(shí)，器件效率仍然是穩(wěn)定的。范例4圖5是在劈裂以獲得截面之后，包括銅/金后觸點(diǎn)的完整CdS/CdTe電池結(jié)構(gòu)的透射電子顯微鏡(TEM)圖像?？梢钥闯觯贑dCl2激活之后在CdTe的后表面處有顯著的硫濃度。也可觀察到多孔性CdS/CdTe界面。范例5一種用于在制造光伏(PV)電池的制造過程期間制造光散射界面層的方法包括沉積至少一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體材料層以形成PV電池結(jié)構(gòu)，以及對(duì)PV電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱處理以在具有不同晶格常數(shù)的相鄰半導(dǎo)體材料之間產(chǎn)生界面層。在某些實(shí)施例中，對(duì)PV電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱處理以將幾乎沒有微觀孔隙的界面層基本轉(zhuǎn)變?yōu)樵诮缑鎸拥闹辽僖粋?cè)具有多孔界面漫射層的界面層。范例6在光伏(PV)電池的制造過程期間制造光散射界面層的替選方法包括產(chǎn)生納米多孔界面光漫射層。在兩個(gè)半導(dǎo)體層之間形成光散射層，其中兩種半導(dǎo)體材料在條件下具有顯著的晶格失配，使得界面的至少一側(cè)形成大量微觀孔隙，從而生成納米多孔界面光漫射層。
范例7在光伏(PV)電池的制造過程期間制造光散射界面層的替選方法包括通過沉積后熱處理來形成或增強(qiáng)光散射層。在某些實(shí)施例中，在促進(jìn)再結(jié)晶的環(huán)境氣氛中進(jìn)行沉積后的熱處理。在非限制性范例中，環(huán)境氣氛包括選自CdCl2、ZnCl2、HCl和Cl2中的一種或多種的蒸汽。范例8在光伏(PV)電池的制造過程期間制造光散射界面層的替選方法包括通過控制沉積來產(chǎn)生納米多孔層，以在透明導(dǎo)電層(例如Sn02:F、Zn0:Al、In203:Sn)中或其邊界處形成光散射層。這種方法對(duì)于諸如玻璃/TCO/CdS/CdTe/后觸點(diǎn)的上襯底(superstrate)電池以及諸如TCO/CdS/CIGS/Mo/玻璃的下襯底電池都是有用的。要理解的是，有多種方法來控制薄膜生長以生成納米或微米孔隙，從而獲得多孔層。發(fā)明人在這里希望指出的是，TCO可能不像CdTe中的孔隙那樣有效，因?yàn)镃dTe的折射率約為3，而TCO的折射率通常為1. 7到2. 0，光散射的強(qiáng)度取決于介質(zhì)和折射率為I的孔隙之間的電介質(zhì)不連續(xù)性。范例9在光伏(PV)電池的制造過程期間制造光散射界面層的替選方法包括通過控制沉積條件以形成介電常數(shù)顯著不同于周圍介質(zhì)的納米內(nèi)含物，來形成光散射層。要理解，在蒸汽和等離子體中，常常能夠控制條件，使得蒸汽或等離子體中有同質(zhì)成核，其產(chǎn)生并入膜中的“灰塵”顆粒。例如，可以中斷正常的半導(dǎo)體生長，同時(shí)引入不同氣體或蒸汽足夠長的時(shí)間，以 生成具有內(nèi)含物或內(nèi)含物加孔隙的層。范例10在光伏(PV)電池的制造過程期間制造光散射界面層的替選方法包括在分層生長工藝中形成光散射層。在一個(gè)非限制性范例中，可以臨時(shí)調(diào)節(jié)液相生長過程例如電沉積或化學(xué)浴沉積，以在液體中生成同質(zhì)成核或用納米顆粒做種，以沉積兩側(cè)都被正常膜材料圍繞的薄的光漫射層。范例11在光伏(PV)電池的制造過程期間制造光散射界面層的替選方法包括在分層生長工藝期間利用納米顆粒形成光散射層。在一個(gè)非限制性范例中，可以用不同材料的納米顆粒臨時(shí)做種進(jìn)行正常物理氣相沉積工藝(濺鍍、蒸鍍、密集凝華等)，以生成薄的光漫射層。范例12在光伏(PV)電池的制造過程期間制造光散射界面層的替選方法包括利用納米墨工藝形成光散射層。例如，可以使用這種方法進(jìn)行這樣的生長工藝，其中利用噴墨工藝在接近大氣壓下沉積半導(dǎo)體層，并用不同折射率的顆粒做墨的種子來生成薄的光漫射層。范例13這里描述的方法在具有不同晶格常數(shù)的兩種半導(dǎo)體材料之間生成界面。應(yīng)當(dāng)理解，可以通過業(yè)內(nèi)可接受的方式確定晶格常數(shù)。還應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語“晶格常數(shù)”一般可以描述為原子在三維空間中的周期性布置，其中晶格常數(shù)是晶格的周期長度，即晶格自身重復(fù)的最小距離。例如，CdS和CdTe之間的晶格失配約為10%。
權(quán)利要求
1.一種光伏(PV)電池結(jié)構(gòu),包括由第一半導(dǎo)體材料構(gòu)成的至少第一層，其與由第二半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第二層相鄰，所述第一半導(dǎo)體材料具有第一晶格常數(shù)，所述第二半導(dǎo)體材料具有與所述第一晶格常數(shù)不同的第二晶格常數(shù)；以及至少一個(gè)光散射界面層，配置為在光進(jìn)入該第一和第二層中的一個(gè)或多個(gè)之前對(duì)光進(jìn)行漫射或散射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述光散射界面層形成于所述第一和第二半導(dǎo)體材料層之間的邊界處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述光散射界面層形成于所述第一半導(dǎo)體材料的第一層中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述光散射界面層形成于所述第二半導(dǎo)體材料的第二層中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述PV電池結(jié)構(gòu)包括與所述第一層相鄰的透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層，所述光散射界面層形成于所述第一層中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述第一和第二層之一是在將所述第一和第二層中的一個(gè)或多個(gè)置于壓應(yīng)力中的條件下沉積的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述光散射界面層具有在基本垂直于所述第一和第二層定義的平面的方向上伸長的晶格結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述第一和第二半導(dǎo)體材料在每種半導(dǎo)體材料的晶格常數(shù)之間具有晶格失配，該晶格失配足以導(dǎo)致所述光散射界面層的形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述第一和第二半導(dǎo)體材料在每種半導(dǎo)體材料的晶格常數(shù)之間具有大約5%的晶格失配。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述第一和第二半導(dǎo)體材料在每種半導(dǎo)體材料的晶格常數(shù)之間具有大約10%的晶格失配。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述晶格失配是在半導(dǎo)體材料CdS和CdTe之間的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述光散射界面層由CdS/CdTe構(gòu)成，所述光散射界面層具有在所述光散射界面層的CdTe側(cè)的光散射界面表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述PV電池結(jié)構(gòu)包括玻璃/TCO/CdS/CdTe，所述光散射界面層形成于所述TCO和CdS層之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述PV電池結(jié)構(gòu)包括玻璃/TCO/CdS/CdTe，所述光散射界面層形成于所述CdS和CdTe層之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求5所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述TCO層包括SnO2:F、ZnO: Al、In2O3: Sn中的一種或多種。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述光散射界面層的厚度在大約O.1到大約O. 5微米的范圍。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述光散射界面層的厚度在大約O.1到大約O. 25微米的范圍。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述光散射界面層包括CdTe，且厚度在大約O. 2到大約O. 5微米的范圍。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述光散射界面層中具有微孔。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述光散射界面層的特征在于大約20-50%的孔隙度。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述光散射界面層的特征在于大約20-50%的孔隙度，孔隙尺寸在大約O.1微米到大約I微米的范圍。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中利用所述第一半導(dǎo)體材料和所述第二半導(dǎo)體材料中的一種或多種形成電介質(zhì)不連續(xù)性。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述PV結(jié)構(gòu)包括透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層，利用所述TCO和所述光散射界面層形成電介質(zhì)不連續(xù)性。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PV電池結(jié)構(gòu),其中所述光散射界面層具有光散射屬性,該光散射屬性足以使入射光線在寬角度范圍上散射或偏轉(zhuǎn)。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述光散射界面層形成于CdS第一半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第一層和CdTe第二半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第二層之間；所述界面層具有光散射屬性，在所散射的光線進(jìn)入CdTe第二半導(dǎo)體材料層時(shí)，所述光散射屬性足以使入射光線在寬角度范圍上散射或偏轉(zhuǎn)。
26.光散射界面層在用于制造太陽能電池的光伏(PV)電池中的用途。
27.一種制造用于光伏(PV)電池的光散射界面層的方法，包括沉積與半導(dǎo)體材料的第二層相鄰的至少第一半導(dǎo)體材料的第一層以形成PV電池結(jié)構(gòu)，所述第一和第二半導(dǎo)體材料具有不同的晶格常數(shù)，以及形成至少一個(gè)光散射界面層，其配置為在光進(jìn)入第一和第二層中的一個(gè)或多個(gè)之前對(duì)光進(jìn)行漫射或散射。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中通過對(duì)所述第一和第二層進(jìn)行熱處理使得在第一和第二層的相鄰表面之間形成所述光散射界面層，來形成所述界面層。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中在大約350°C到大約420°C范圍中的溫度下對(duì)所述第一和第二層進(jìn)行熱處理。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中在大約350°C到大約420°C范圍中的溫度下并在存在CdCl2、ZnCl2、HCl和Cl2中的一種或多種的蒸汽時(shí)對(duì)所述第一和第二層進(jìn)行熱處理。
31.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述光散射界面層形成于所述第一或第二半導(dǎo)體材料層之間的邊界處。
32.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述光散射界面層形成于所述第一半導(dǎo)體材料的第一層中。
33.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述光散射界面層形成于所述第二半導(dǎo)體材料的第二層中。
34.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中PV電池結(jié)構(gòu)包括與所述第一層相鄰的透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層，所述光散射界面層形成于所述第一層中。
35.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述第一和第二層中的至少一個(gè)是在將所述第一和第二層中的一個(gè)或多個(gè)置于壓應(yīng)力中的條件下沉積的。
36.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述光散射界面層具有在基本垂直于由所述第一和第二層定義的平面的方向上伸長的晶格結(jié)構(gòu)。
37.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述第一和第二半導(dǎo)體材料在每種半導(dǎo)體材料的晶格常數(shù)之間具有晶格失配，該晶格失配足以導(dǎo)致所述光散射界面層的形成。
38.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述第一和第二半導(dǎo)體材料在每種半導(dǎo)體材料的晶格常數(shù)之間具有大約5%的晶格失配。
39.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述第一和第二半導(dǎo)體材料在每種半導(dǎo)體材料的晶格常數(shù)之間具有大約10%的晶格失配。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中所述晶格失配是在半導(dǎo)體材料CdS和CdTe之間的。
41.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述光散射界面層具有與所述第一和第二半導(dǎo)體材料的第一和第二層中的至少一個(gè)相鄰的光散射漫射表面。
42.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述光散射界面層是在分層生長工藝中形成的。
43.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述光散射界面層是在分層生長工藝期間利用納米顆粒形成的。
44.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述光散射界面層是利用納米墨工藝形成的。
45.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述光散射界面層是通過等離子體工藝形成的。
46.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中利用所述第一半導(dǎo)體材料和所述第二半導(dǎo)體材料中的一種或多種形成電介質(zhì)不連續(xù)性。
47.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述PV結(jié)構(gòu)包括透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層，利用所述TCO形成電介質(zhì)不連續(xù)性。
48.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述第一和第二層中的至少一個(gè)是通過磁控濺射沉積工藝形成的。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中所述沉積是在將所述第一和第二層中的一個(gè)或多個(gè)置于壓應(yīng)力中的條件下進(jìn)行的。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其中在由所述第一和第二層定義的平面中施加所述壓應(yīng)力，由此晶格在垂直于所述第一和第二層的平面的方向上伸長。
51.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述PV電池結(jié)構(gòu)包括玻璃/TCO/CdS/CdTe。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，其中在大約390°C的溫度下對(duì)所述PV電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱處理。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的方法，其中所述CdS/CdTe界面層具有在所述界面層的CdTe側(cè)的光散射漫射表面。
54.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中在所述光散射界面層中形成微孔。
55.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述光散射界面層的特征在于大約50%的孔隙度，孔隙尺寸在O.1到大約I微米的范圍。
56.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述光散射界面層的厚度在大約O.1到大約O. 5微米的范圍。
57.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述光散射界面層的厚度在大約O.1到大約O. 25微米的范圍。
58.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述光散射界面層包括CdTe，且厚度在大約O.3到大約O. 5微米的范圍。
59.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法,其中所述光散射界面層具有光散射屬性,該光散射屬性足以使入射光線在寬角度范圍上散射或偏轉(zhuǎn)。
60.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述光散射界面層形成于CdS第一半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第一層和CdTe第二半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第二層之間；所述光散射界面層具有在所散射的光線進(jìn)入CdTe第二半導(dǎo)體材料層時(shí)，足以使入射光線在寬角度范圍上散射或偏轉(zhuǎn)的屬性。
61.一種光伏(PV)電池結(jié)構(gòu)，具有散射界面層，由權(quán)利要求27的方法制造。
62.—種光伏(PV)電池結(jié)構(gòu),包括透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層；與所述TCO層相鄰的至少第一半導(dǎo)體材料的第一層；以及在光進(jìn)入所述第一層之前漫射或散射光的光散射界面層。
63.根據(jù)權(quán)利要求62所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述光散射界面層形成于所述第一層和所述TCO層之間的邊界處。
64.根據(jù)權(quán)利要求62所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述光散射界面層形成于所述第一半導(dǎo)體材料的第一層中。
65.根據(jù)權(quán)利要求62所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述第一層是在將所述第一層和所述TCO層置于壓應(yīng)力中的條件下沉積的。
66.根據(jù)權(quán)利要求62所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述光散射界面層具有在基本垂直于由所述第一和第二層定義的平面的方向上伸長的晶格結(jié)構(gòu)。
67.根據(jù)權(quán)利要求62所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述第一層和所述TCO層具有晶格失配從而導(dǎo)致所述光散射界面層的形成。
68.根據(jù)權(quán)利要求67所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述第一層和所述TCO層具有大約5%的晶格失配。
69.根據(jù)權(quán)利要求67所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述第一層和所述TCO層具有大約10%的晶格失配。
70.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述PV電池結(jié)構(gòu)包括TCO/CdS/CIGS/Mo/玻璃，所述光散射界面層形成于所述TCO和CdS層之間。
71.根據(jù)權(quán)利要求70所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述TCO層包括Sn02:F、Ζη0:Α1,In2O3 = Sn中的一種或多種。
72.根據(jù)權(quán)利要求62所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述光散射界面層的厚度在大約O.1到大約O. 5微米的范圍。
73.根據(jù)權(quán)利要求62所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述光散射界面層的厚度在大約O.1到大約O. 25微米的范圍。
74.根據(jù)權(quán)利要求62所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述光散射界面層中具有微孔。
75.根據(jù)權(quán)利要求62所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述光散射界面層的特征在于大約20-50%的孔隙度。
76.根據(jù)權(quán)利要求62所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述光散射界面層的特征在于大約20-50%的孔隙度，孔隙尺寸在大約0.1微米到大約0. 5微米的范圍。
77.根據(jù)權(quán)利要求62所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中利用所述TCO和所述光散射界面層形成電介質(zhì)不連續(xù)性。
78.根據(jù)權(quán)利要求62所述的PV電池結(jié)構(gòu)，其中所述光散射界面層具有光散射屬性，該光散射屬性足以使入射光線在寬角度范圍上散射或偏轉(zhuǎn)。
79.—種制造用于光伏(PV)電池的光散射界面層的方法，包括 提供與透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層相鄰的至少第一半導(dǎo)體材料的第一層；以及 形成至少一個(gè)光散射界面層，其配置為在光進(jìn)入所述第一層之前對(duì)光進(jìn)行漫射或散射。
80.根據(jù)權(quán)利要求79所述的方法，其中通過對(duì)所述第一層進(jìn)行熱處理使得在所述第一層和所述TCO層的相鄰表面之間形成所述光散射界面層來形成所述界面層。
81.根據(jù)權(quán)利要求79所述的方法，其中在大約350°C到大約420°C范圍中的溫度下對(duì)所述第一層進(jìn)行熱處理。
82.根據(jù)權(quán)利要求79所述的方法，其中在大約350°C到大約420°C范圍中的溫度下，并在存在CdCl2、ZnCl2、HCl和Cl2中的一種或多種的蒸汽時(shí)，對(duì)所述第一層進(jìn)行熱處理。
83.根據(jù)權(quán)利要求79所述的方法，其中所述光散射界面層形成于所述第一層和所述TCO層之間的邊界處。
84.根據(jù)權(quán)利要求79所述的方法，其中所述光散射界面層形成于所述第一層中。
85.根據(jù)權(quán)利要求79所述的方法，其中所述第一層是在將所述第一層置于壓應(yīng)力中的條件下沉積的。
86.根據(jù)權(quán)利要求79所述的方法，其中所述光散射界面層具有在基本垂直于由所述第一層界定的平面的方向上伸長的晶格結(jié)構(gòu)。
87.根據(jù)權(quán)利要求79所述的方法，其中所述第一層和所述TCO層具有晶格失配，該晶格失配足以導(dǎo)致所述光散射界面層的形成。
88.根據(jù)權(quán)利要求87所述的方法，其中有大約5%的晶格失配。
89.根據(jù)權(quán)利要求87所述的方法，其中有大約10%的晶格失配。
90.根據(jù)權(quán)利要求79所述的方法，其中所述光散射界面層是在分層生長工藝中形成的。
91.根據(jù)權(quán)利要求79所述的方法，其中所述光散射界面層是在分層生長工藝期間利用納米顆粒形成的。
92.根據(jù)權(quán)利要求79所述的方法，其中所述光散射界面層是利用納米墨工藝形成的。
93.根據(jù)權(quán)利要求79所述的方法，其中所述光散射界面層是通過等離子體工藝形成的。
94.根據(jù)權(quán)利要求79所述的方法，其中利用所述TCO形成電介質(zhì)不連續(xù)性。
95.根據(jù)權(quán)利要求79所述的方法，其中所述第一層是通過磁控濺射沉積工藝形成的。
96.根據(jù)權(quán)利要求95所述的方法，其中所述沉積是在將所述第一層置于壓應(yīng)力中的條件下進(jìn)行的。
97.根據(jù)權(quán)利要求96所述的方法，其中在由所述第一層定義的平面中施加所述壓應(yīng)力，由此晶格在垂直于所述第一層的平面的方向上伸長。
98.根據(jù)權(quán)利要求79所述的方法，其中所述PV電池結(jié)構(gòu)包括TCO/CdS/CIGS/Mo/玻璃。
99.根據(jù)權(quán)利要求79所述的方法，其中在所述光散射界面層中形成微孔。
100.根據(jù)權(quán)利要求79所述的方法，其中所述光散射界面層的特征在于大約50%的孔隙度，孔隙尺寸在0.1到大約0. 5微米的范圍。
101.根據(jù)權(quán)利要求79所述的方法，其中所述光散射界面層的厚度在大約0.1到大約0.5微米的范圍。
102.根據(jù)權(quán)利要求79所述的方法，其中所述光散射界面層的厚度在大約0.25到大約0.5微米的范圍。
103.根據(jù)權(quán)利要求79所述的方法,其中所述光散射界面層具有光散射屬性,該光散射屬性足以使入射光線在寬角度范圍上散射或偏轉(zhuǎn)。
104.根據(jù)權(quán)利要求79所述的方法，其中所述光散射界面層形成于CdS半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第一層中；且 所述光散射界面層具有當(dāng)所散射的光線進(jìn)入CdS第一層時(shí)，足以使入射光線在寬角度范圍上散射或偏轉(zhuǎn)的性質(zhì)。
105.一種光伏(PV)電池結(jié)構(gòu)，具有散射界面層，由權(quán)利要求79的方法制造。
全文摘要
描述了一種光伏(PV)電池結(jié)構(gòu)及其制造方法，該電池結(jié)構(gòu)具有一體的光散射界面層，其配置成在光進(jìn)入半導(dǎo)體材料之前漫射或散射光。
文檔編號(hào)H01L31/052GK103038891SQ201180034782
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者劉向鑫, A·D·庫姆潘, N·R·鮑戴 申請(qǐng)人:托萊多大學(xué)