[发明专利]用于制造半导体膜和光伏装置的方法

说明书

技术领域

一般来说，本发明涉及通过脉冲直流磁控管溅射来制造用于光电装置中的半导体膜的方法。具体地说，本发明涉及通过脉冲直流磁控管溅射来制造硫化镉膜的方法及由此制造的光伏装置。

背景技术

改进能量转换效率(从电磁能到电能或者反之亦然)是光伏装置领域中的主要关注点之一。在世界的很多地方太阳能常年都是丰富的。遗憾的是，这些可用的太阳能一般未被有效地用于产生电力。光伏(“PV”)装置将光直接转化为电力。光伏装置用在许多应用中，从用于计算器和手表的小型能量转换装置到用于家庭、公共设施以及卫星的大型能量转换装置。

常规的光伏电池或太阳能电池以及由这些电池生成的电力的成本一般比较高。例如，典型的太阳能电池实现低于20％的转换效率。而且，太阳能电池通常包含形成在基板上的多个层，因此太阳能电池的生产通常需要大量的工艺步骤。结果，大量的工艺步骤、层、界面以及复杂性使生产这些太阳能电池所需的时间量和金钱量增加。

光伏装置常常由于通过例如反射和吸收导致光的损耗而遭受下降的性能。因此，这些装置的光学设计的研究包含光收集和捕获、光谱匹配吸收和上/下光能转换。在光伏电池中使损耗最小化的方法之一就是结合窗口层(window layer)。现有技术中众所周知，窗口层的设计和工程技术应具有尽可能高的带隙以使吸收损耗最小化。此外，为了提高太阳能电池的性能，希望制造具有好的电学和光学性质以及热和化学稳定性的窗口层。窗口层也应与吸收体层在材料上兼容，以使吸收体层和窗口层之间的界面含有可忽略的界面缺陷状态。通常，硫化镉(CdS)已用于制造光伏电池(例如碲化镉(CdTe)和二硒化铜铟镓(CIGS)太阳能电池)中的窗口层。硫化镉的一个主要缺点在于其相对低的带隙，这导致装置中的电流损耗。在光伏装置中采用硫化镉薄层以帮助减小由吸收导致的光学损耗。然而，由于薄硫化镉层的存在，在光伏装置中存在诸如吸收体层和透明导电氧化物(TCO)之间的分流的问题。为了克服以上缺点，可能希望使薄硫化镉层更致密和更好地结晶。另外，制造例如包含碲化镉的装置的一些光伏装置的工艺条件较苛刻，并且这些层暴露在高温中，因此这些层在高温下的热稳定性是重要的标准。

硫化镉膜通常通过射频(RF)磁控管溅射或化学浴槽沉积来生长。使用这些方法，硫化镉薄膜通常生长成具有较差结晶度的菜花型的形态。此外，所沉积的硫化镉膜可能不具有所希望的电学和光学性质，以及可能需要后续的处理步骤。大尺度的硫化镉膜的RF溅射可能进一步提出挑战，诸如，例如可能难以在大面积上实现均匀RF等离子体的空间控制，对大于1米的磁控管阴极缩放RF功率可能很昂贵，以及RF溅射的磁控管阴极可能必须特别设计。

因此，仍然需要解决该长期存在的低效和复杂的太阳能转换装置及生产方法的问题的改进方案。此外，需要用于制造具有希望的结晶度和形态的硫化镉层的改进的方法以及由此生产的光伏装置。

发明内容

在一个方面，提供一种方法。该方法包含：在无氧环境中提供包括半导体硫化物的靶；将多个直流脉冲施加到靶以生成脉冲直流等离子体；用脉冲直流等离子体对靶进行溅射以将包括硫的材料喷射到等离子体中；以及将包括所喷射材料的膜沉积到支撑上。

在另一个方面，提供制造光伏装置的方法。该方法包含：在支撑上设置透明窗口层；以及在透明窗口层上设置半导体层，其中设置透明窗口层包括：在无氧环境中提供包括半导体硫化物的靶；将多个直流脉冲施加到靶以生成脉冲直流等离子体；用脉冲直流等离子体对靶进行溅射以将包括硫的材料喷射到等离子体中；以及将包括所喷射材料的膜沉积到支撑上。

在又一个方面，提供制造光伏装置的方法。该方法包含：在支撑上设置透明导电层；在透明导电层上设置透明窗口层；以及在透明窗口层上设置第一半导体层，其中设置透明窗口层包括：在无氧环境中提供包括有包括镉和硫的半导体材料的靶；将多个直流脉冲施加到靶以生成脉冲直流等离子体；用脉冲直流等离子体对靶进行溅射以将包括镉和硫的材料喷射到等离子体中；以及将包括所喷射材料的膜沉积到透明导电氧化物层上。

附图说明

本发明的这些和其它特征、方面以及优点在通过参考附图来阅读以下的详细描述时将变得更好理解，其中，贯穿所有附图，相同的符号表示相同的部件，其中：

图1示出根据本发明的一实施例的制造膜的方法的流程图。

图2示出根据本发明的一实施例的光伏装置的示意图。

图3示出根据本发明的另一实施例的光伏装置的示意图。

图4示出根据本发明的一实施例的膜的X射线衍射。