在半導體器件的不同層中提供摻雜劑濃度控制的方法和系統的制作方法
【技術領域】
[0001]公開的實施例總體涉及半導體器件，更具體地，涉及一種在光伏器件的不同層中提供摻雜劑濃度控制的系統和方法。
【背景技術】
[0002]諸如光伏模塊或光伏電池的光伏器件可包括利用各種沉積系統和技術沉積在基板上的多層材料。一些層有時可能必須被摻雜以增強它們的電學性質和特性。然而，用于對層摻雜的摻雜劑的實際量是非常關鍵的。例如，特定量的摻雜劑濃度可增強層的電氣性質，而摻雜劑的另一濃度可能使它們的電氣性質嚴重地降低。因此，存在對于用于在光伏器件的材料的層中控制摻雜劑濃度的方法和系統的需求。
【附圖說明】
[0003]圖1是具有多個層的光伏器件的示意圖。
[0004]圖2是根據第一實施例的提供用于摻雜劑材料濃度控制的沉積系統的示意圖。
[0005]圖3是根據第二實施例的提供用于摻雜劑材料濃度控制的沉積系統的示意圖。
[0006]圖4是根據第三實施例的提供用于摻雜劑材料濃度控制的沉積系統的示意圖。
【具體實施方式】
[0007]在下面的【具體實施方式】中，參考構成【具體實施方式】的一部分的附圖，在附圖中通過示出可被實踐的具體實施例來示出。這些實施例被足夠詳細地描述以使本領域技術人員能夠制造并使用它們，且將理解的是，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，可對公開的具體實施例做出結構、邏輯或程序上的改變。
[0008]在此描述的實施例提供了一種在制造光伏器件期間控制第二材料(摻雜劑材料，例如，硅)的濃度的系統和方法。該方法和系統通過使第三材料(或反應劑，例如，諸如氧氣或水蒸氣的氧化劑)與摻雜劑材料反應來控制對用于沉積的第一材料(例如，碲化鎘)摻雜的摻雜劑材料的量。摻雜劑材料可包括硅、鍺或其他摻雜劑材料。在下面的描述中，將描述用于摻雜光伏器件的薄膜半導體層(例如，硫化鎘和碲化鎘)的硅摻雜劑的控制。然而，在此描述的方法和系統可被更廣泛地用于對基板上的任意合適的沉積層或膜提供摻雜劑控制。
[0009]參照圖1，通過示例的方式，可通過在兩個支撐/保護層(兩者都可由玻璃制成的基板110和背支撐層180)之間夾入多個順序形成的材料層來形成光伏器件10。在構造時，阻擋層114可沉積在基板110上。在阻擋層114上，可順序地沉積透明導電氧化物(TCO)層115、緩沖層116、半導體窗口層150、半導體吸收層160、背接觸層170和背支撐層180。
[0010]在一些情況下，阻擋層114、TCO層115和緩沖層116可分別在基板110上形成并沉積為層的堆疊件。為此，阻擋層114、TCO層115和緩沖層116經常被稱為在此被標注為TCO堆疊件120的TCO堆疊件。
[0011]阻擋層114在構造期間和在器件處于運行時用于保護半導體層150和160免受可能由基板I1產生的潛在污染物的影響。TCO層115和背接觸層170用作電極，以將由光伏器件產生的電力提供至外部連接的電子裝置。緩沖層116用于減輕在半導體層150和160的沉積期間生長的不規則層可能對器件的任何不良影響。
[0012]半導體150和160促進光到電的轉換。具體地，窗口半導體150為η型半導體層，而吸收半導體層160為P型半導體層。這兩個半導體之間的界面形成發生光到電的轉換的ρ-η 結 ο
[0013]已經發現期望在半導體窗口層150和半導體吸收層160中包含摻雜劑。例如，發現硅作為摻雜劑包含到硫化鎘(在這個示例中用于形成半導體窗口層150的材料)和碲化鎘(用于形成半導體吸收層160的材料)中通過改善它們的晶體結構(即，在材料中原子和/或分子的排列)促進了碲化鎘在硫化鎘上的更好生長。測試已經表明，在碲化鎘層160和硫化鎘層150中大約0.0001%至大約5%的范圍內的硅濃度既增大了穿過硫化鎘層150的光透射又增大了由碲化鎘層160的光子吸收。因此，期望控制在半導體層150、160內硅摻雜劑的濃度，使得在產生的光伏器件中的半導體層150和160具有恰當量的摻雜劑濃度。
[0014]使用目前的氣相傳輸沉積(VTD)系統和方法在半導體層150、160的沉積期間精確的硅摻雜劑濃度控制是困難的。目前的VTD系統的示例可在第5945163、5945165、6037241和7780787號美國專利中找到，上述全部專利被轉讓給第一太陽能公司。VTD系統可使用粉末傳送單元、粉末蒸發器和蒸氣分配器以及真空沉積單元。VTD粉末蒸發器被設計為使原材料粉末蒸發或升華成氣態形式。在傳統的粉末蒸發器中，與載氣結合的原材料粉末從粉末傳送單元注入到可透過的加熱缸。材料在缸中蒸發且蒸發的材料穿過蒸發器的可透過的壁擴散到分配器中。分配器收集并引導蒸發的原材料的流動，以在基板上沉積為薄膜層。分配器通常包圍蒸發器缸并將收集的蒸氣引向面向基板的開口。
[0015]因為一些原因，所以使用目前的VTD系統和方法來控制摻雜劑濃度會有困難。首先，大部分的包含硅摻雜劑的材料處于固相(例如，粉末形式)。例如，對于碲化鎘和硫化鎘沉積，分別使用包含碲化鎘和硅以及硫化鎘和硅的原材料粉末。調節半導體材料-摻雜劑粉末混合物的粉末成分平衡需要耗時且昂貴地關閉VTD系統。例如，如果半導體層150或160的硅濃度不在大約0.0001 %至大約5%的范圍，則會需要關閉VTD系統以調節在半導體材料-摻雜劑粉末混合物中的硅濃度，這就減慢了加工時間。增加的系統關閉導致原材料和生產成本的不期望的增加。
[0016]其次，雖然諸如硅烷(SiH4)的一些包含硅的氣相摻雜劑材料可以被用來代替粉末，但由于毒性大和易燃性，因此它們的應用通常需要特殊的化學處理過程、設備和安全措施。如在亞洲工業氣體協會(AIGA) ( “Storage And Handling Of Silane And SilaneMixtures” ( “硅烷和硅烷混合物的儲存和處理”)，AIGA052/08)中所描述的，SiH4是高易燃性的且如果不被適當地儲存和處理則可能引起爆炸。
[0017]此外，在碲化鎘和硫化鎘沉積期間出現的大約450°C和大約800°C之間的高溫下，組成諸如加熱器、陶瓷或加工容器的沉積容器的各種成分的硅可被釋放并與氣相沉積材料反應。例如，硅摻雜的碲化鎘的沉積可包含將SiTex、鎘和碲的氣態混合物沉積到基板上。在這樣的溫度下，存在于沉積容器內的硅可以與碲反應以形成過量的SiTex，該過量的SiTex可被包含到碲化鎘層中。同樣地，硅摻雜的硫化鎘的沉積可包含將SiSx、鎘和硫的氣態混合物沉積到基板上。在高溫下，存在于沉積容器內或在沉積容器上的硅可以與硫反應以產生不需要的SiSx，這種不需要的SiSx可被包含到硫化鎘層中。因此，存在于沉積容器內的硅可能使沉積材料中的預期的摻雜劑濃度增大并損害光伏器件性能，例如在沉積的碲化鎘或硫化錦材料層中大于大約5 %的娃濃度。
[0018]在第一實施例中，一種方法和系統通過使諸如以氧氣或水蒸氣為例的氧化劑在容納第一室的第二室中與摻雜劑材料反應來控制對用于沉積的材料(例如，碲化鎘)摻雜的摻雜劑材料的量。除了摻雜劑材料可在第一室中與氧化劑反應之外，第二實施例與第一實施例的方法和系統相似。
[0019]圖2示出用于控制利用其對沉積在基板5上的碲化鎘層摻雜的摻雜劑材料的量的沉積系統15的第一實施例。注意在該具體情況下，基板5將已經在其上沉積有硫化鎘層150和TCO堆疊件120。在這個示例性實施例中，氧氣用作反應劑以在碲化鎘層的沉積期間控制硅摻雜劑的量。
[0020]參照圖2，沉積系統15可包括被容納在第二室101中的第一室112。第一室112與第二室101以蒸氣(或流體)連通。第一室112可包括本領域已知的任何氣相傳輸沉積系統。如下所述，硅摻雜劑可以以包括例如將硅粉末混合到將被沉積的材料的