阅读说明：本技术 制造CdTe太阳能电池的方法 (Method for manufacturing CdTe solar cell ) 是由 D.希尔施 O.齐维茨基 T.莫德斯 T.维尔纳 T.科普特 C.梅茨纳 于 2019-06-04 设计创作，主要内容包括：本发明涉及制造CdTe太阳能电池的方法,其中在真空室(1)内将至少下列层沉积在玻璃衬底上：用作前接触的TCO层；至少一个CdTe层；含氯化合物的薄层和用作背接触的导电层。在此,在沉积所述至少一个CdTe层之前,在TCO层上沉积最多20 nm厚的CdS钝化层,在该钝化层中嵌入未化学结合的氧。(The invention relates to a method for manufacturing CdTe solar cells, wherein at least the following layers are deposited on a glass substrate in a vacuum chamber (1): a TCO layer for front contact; at least one CdTe layer; a thin layer of a chlorine-containing compound and a conductive layer serving as a back contact. Here, before depositing the at least one CdTe layer, a CdS passivation layer up to 20 nm thick is deposited on the TCO layer, in which passivation layer oxygen is embedded which is not chemically bound.)

制造CdTe太阳能电池的方法

技术领域

本发明涉及制造CdTe太阳能电池的方法，其中玻璃衬底用作前侧载体材料。

背景技术

CdTe薄层太阳能电池优选以所谓的前覆盖物（Superstrat）构造而制造，其中玻璃板被用作前侧衬底，光首先穿过该衬底，然后才进入太阳能电池的沉积在玻璃衬底背面的层。

这样的太阳能电池在最简单的结构中包括用作前接触的透明导电氧化物层（根据英语专业术语“transparent conductive oxide”，也称为TCO层），其首先沉积在玻璃衬底上。随后，还沉积至少一个CdTe吸收剂层和用作背接触的导电层[B. Siepchen等, Thinfilm CdTe solar cells by close spaced sublimation: Recent results from pilotline, Thin Solid Films 535 (2013) 224–228]。

已知在TCO层和CdTe层之间沉积CdS层，以钝化在TCO层和CdTe层之间的富含缺陷的界面，从而减少载流子的复合[W. K. Metzger等, CdCl₂ treatment, S diffusion,and recombination in polycrystalline CdTe, Journal of Applied Physics 99,103703 (2006)]。由此可以在太阳能电池中实现更大的开路电压。由于这种太阳能电池上的入射光必须在穿入CdTe层之前首先穿过CdS层，所以在TCO和CdTe层之间的这样的层也称为窗口层。这里的缺点是这样的CdS层还寄生性（parasitär）吸收部分入射光。由此使可以在CdTe中吸收的光子数量减少。因此，这种CdS层减少太阳能电池要实现的光电流。

同样已知的是CdTe太阳能电池的层体系的所谓氯活化。其中，将含氯化合物如CdCl₂的薄层施加到沉积的CdTe层上，并将直至这一时间点沉积在玻璃衬底上的整个层复合体加热至约400℃的温度。在这种情况下，氯扩散到CdTe层中，这对CdTe层和CdS-CdTe界面的晶体结构的品质具有积极作用。

所述CdS层可以被具有更高带隙的材料代替，这增加窗口层的透明度。例如，将材料如富含氧化物的CdS（CdS:O）[J. M. Kephart等, Sputtered, Oxygenated CdS WindowLayers for Higher Current in CdS/CdTe Thin Film Solar Cells, Proc. 38^th IEEEPhotovoltaic Spec. Conf., (2012), 第854–858页]和硫化镉锌CdZnS用于窗口层，然而这些材料不稳定并且通常在氯活化过程中已经发生相分离。

发明内容

因此，本发明的技术问题在于，提供制造CdTe太阳能电池的方法，借助该方法可以克服现有技术的缺点。特别地，根据本发明制造的CdTe太阳能电池应具有高的开路电压和高的光电流。

所述技术问题通过具有权利要求1的特征的主题来解决。本发明的其它有利实施方案将从从属权利要求中变得显而易见。

根据本发明的方法首先包括现有技术中已知的制造CdTe太阳能电池的若干方法步骤。因此，在根据本发明的方法中也在真空室内在玻璃衬底上沉积至少下列层：首先用作前接触的TCO层；至少一个CdTe层；含氯化合物的薄层和用作背接触的导电层，其中在沉积CdTe层的过程中和在沉积含氯化合物的薄层之后，对分别直至那时产生的由玻璃衬底和其上沉积的层形成的复合体进行加热。

然而，根据本发明，在沉积所述至少一个CdTe层之前，在TCO层上沉积最多20 nm厚的CdS钝化层，在该钝化层中嵌入未化学结合的氧。沉积最多20 nm厚的薄钝化层导致入射到太阳能电池上的光仅仅不显著地被钝化层吸收，由此提高根据本发明制造的太阳能电池的光电流。

嵌入有未化学结合的氧的钝化层的低厚度同样导致在所谓的氯活化（即在CdTe层上沉积含氯化合物并随后加热由玻璃衬底和其上沉积的层形成的复合体）时层材料CdS附聚。在TCO层和CdTe层之间的界面上，由此形成其中该层材料CdS结块存在的区域和其中仅仅预先嵌入在CdS层材料中的氧在TCO层和CdTe层之间的界面处发挥作用的其它区域。所述氧此时导致界面处的缺陷钝化，由此防止载流子的复合并因此确保根据本发明制造的太阳能电池的高开路电压。因此，根据本发明制造的太阳能电池的特征在于高的光电流和高的开路电压。

如果在沉积CdTe层之前对作为前接触沉积的TCO层的表面施以氧等离子体，则替代地在没有沉积CdS层的情况下也可实现相同的积极效果。

如果在氧等离子体的存在下借助蒸发装置使CdS升华并将由此产生的蒸气沉积在衬底上，则将未化学结合的氧嵌入CdS层中例如是可能的。氧等离子体是指氧气进入真空室并同时在真空室内产生等离子体。据推断，在真空室内在氧等离子体的存在下沉积CdS产生也具有氧化物的层材料，即导致所述氧与该层材料进行化学结合。然而，令人惊讶地表明，CdS在氧等离子体存在下的升华和在此产生的蒸气在衬底上的沉积产生如下层材料，其中在该层材料内嵌入未进行化学结合的氧。在此可以借助辉光放电或弧光放电产生所述等离子体。

附图说明

下面借助实施例更详细地阐述本发明。图1显示了适用于实施根据本发明的方法的装置。

具体实施方式

在真空室1内，多个玻璃衬底2应配备有CdTe太阳能电池层体系的一部分层。玻璃衬底2上方的水平箭头表示它们的移动方向。借助涂覆装置3，首先在玻璃衬底2上沉积用作前接触的透明导电材料层（TCO层）。为此，现有技术中已知的用于沉积前接触层的所有沉积方法和材料都是合适的。借助加热装置4（其可以例如被设计为辐射加热器），随后将该TCO层和玻璃衬底2加热到约500℃，这同样如现有技术已知。

根据本发明，随后借助涂覆装置5将CdS以热方式加热，由此使CdS材料升华和在此同时借助入口6使氧气进入真空室1和借助空心阴极7产生等离子体，由此提供氧等离子体。CdS在氧等离子体的存在下的升华和在此产生的蒸气的沉积导致氧未结合地嵌入CdS层中。由此沉积的钝化层被设计为具有最多20 nm的层厚度。

借助涂覆装置8，在具有嵌入的未结合的氧的CdS层上根据现有技术沉积一个CdTe层或多个CdTe子层。在此之后进行现有技术中同样已知的氯活化。为此，将衬底2从真空室1中取出并翻转，即底面向上转动，并且借助装置9将含氯化合物施加到CdTe层上。含氯化合物可以例如是溶解在甲醇中的CdCl₂粉末。借助装置9，然后将该溶液的液体膜施加到CdTe层上。甲醇从施加的溶液中蒸发，从而在CdTe层上留下薄CdCl₂层。借助加热装置10，将由玻璃衬底2和在其上沉积的层形成的复合体加热，由此使氯扩散到CdTe层中。这伴随着CdS层材料的附聚（即部分积聚），由此形成上述优点。

在再次将衬底2的底面向上转动之后，最后还在真空室11内借助根据现有技术的涂覆装置12沉积作为背接触的导电材料。

根据本发明的方法不限于上述操作方式。例如，也可以在一个真空室内进行所有所述沉积过程。但替代地，也可以在多于仅两个单独的真空室内沉积CdTe太阳能电池层体系的层。根据本发明重要的仅在于，在一个CdTe层或多个CdTe子层之前，在用作前接触的TCO层上沉积CdS层，其中在该CdS层中嵌入未化学结合的氧。以这种方式，可制造以高光电流和高开路电压为特征的CdTe太阳能电池。