本(ben)發明(ming)涉及一種碲化(hua)鎘(ge)薄膜(mo)太陽(yang)能電池吸收層的沉積方法(fa)，屬于碲化(hua)鎘(ge)薄膜(mo)太陽(yang)能電池技(ji)術領域(yu)。

背景技術：

碲(di)化鎘(ge)(CdTe)薄(bo)膜(mo)太(tai)陽(yang)能電池(chi)(chi)是以(yi)(yi)多(duo)晶n型(xing)的(de)硫化鎘(ge)層和多(duo)晶p型(xing)碲(di)化鎘(ge)層做pn結，再加上相應的(de)透明(ming)導(dao)電膜(mo)前(qian)(qian)電極和金屬(shu)膜(mo)背電極所組成的(de)薄(bo)膜(mo)太(tai)陽(yang)能電池(chi)(chi)器件(jian)。目前(qian)(qian)其組件(jian)效率(lv)已(yi)經達到(dao)(dao)18％左右，實驗室效率(lv)達到(dao)(dao)22％以(yi)(yi)上，理論轉化效率(lv)可(ke)以(yi)(yi)達到(dao)(dao)33％。碲(di)化鎘(ge)薄(bo)膜(mo)太(tai)陽(yang)能電池(chi)(chi)由于制造(zao)成本低(di)，轉化效率(lv)高(gao)，在光伏領域有著非(fei)常(chang)重要(yao)的(de)角色。

目前CdTe薄膜(mo)太(tai)陽能電池(chi)(chi)的(de)典型基(ji)本(ben)結(jie)構如圖1所(suo)示(shi)為(wei)(wei)：玻璃(li)襯底101/透明(ming)導電膜(mo)層(ceng)(TCO)102/硫化(hua)(hua)鎘(ge)(ge)(ge)層(ceng)(CdS)103/碲(di)化(hua)(hua)鎘(ge)(ge)(ge)層(ceng)(CdTe)104/背接觸-背電極層(ceng)105/封(feng)裝(zhuang)材料(liao)106/背板玻璃(li)107。其(qi)中碲(di)化(hua)(hua)鎘(ge)(ge)(ge)層(ceng)為(wei)(wei)薄膜(mo)太(tai)陽能電池(chi)(chi)的(de)吸(xi)收(shou)層(ceng)，它是以二元(yuan)化(hua)(hua)合物碲(di)化(hua)(hua)鎘(ge)(ge)(ge)(CdTe)作為(wei)(wei)原材料(liao)，通過近空間(jian)升華(CSS)或者氣(qi)相(xiang)輸(shu)運沉(chen)(chen)積(VTD)的(de)方法(fa)在已做好TCO/CdS薄膜(mo)的(de)玻璃(li)襯底上沉(chen)(chen)積。由于碲(di)化(hua)(hua)鎘(ge)(ge)(ge)(CdTe)本(ben)身材料(liao)帶隙(xi)(1.45eV)的(de)限制，碲(di)化(hua)(hua)鎘(ge)(ge)(ge)薄膜(mo)太(tai)陽能電池(chi)(chi)對太(tai)陽光的(de)吸(xi)收(shou)波長(chang)只能到850nm左右，無(wu)法(fa)進一步吸(xi)收(shou)紅外光，這(zhe)限制了其(qi)對太(tai)陽輻照的(de)利用(yong)率。

技術實現要素：

有(you)鑒(jian)于此，本發明提供一種碲化鎘薄膜太陽(yang)能電(dian)(dian)池吸(xi)(xi)(xi)收(shou)層的(de)(de)(de)沉(chen)積方法，它能減小吸(xi)(xi)(xi)收(shou)層的(de)(de)(de)帶(dai)隙，使(shi)(shi)電(dian)(dian)池的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)收(shou)譜向(xiang)長(chang)波方向(xiang)移動，提高電(dian)(dian)池的(de)(de)(de)短(duan)路電(dian)(dian)流；同時使(shi)(shi)吸(xi)(xi)(xi)收(shou)層帶(dai)隙連續漸變，形成V形帶(dai)隙，提高電(dian)(dian)池的(de)(de)(de)填充(chong)因子(zi)和開路電(dian)(dian)壓(ya)。

為解決以上技術問題，本發明的技術方案提供了一種碲化鎘薄膜太陽能電池吸收層的沉積方法，它以三元組合物CdSe_xTe_1-x作為原材料，利用近空間升華法在具有TCO/CdS薄膜的玻璃襯底上連續多次沉積CdSe_xTe_1-x，其中CdSe_xTe_1-x的x值為0≤x≤1。

進一步的，上述近空間升華法的蒸發源個數與CdSe_xTe_1-x沉(chen)積次(ci)數匹配(pei)，多源蒸(zheng)發沉(chen)積可以(yi)減短生成(cheng)節拍時間，提高產能。

進一步的，上述TCO/CdS薄膜的玻璃襯底上每次沉積的CdSe_xTe_1-x中x值均不相同。

進一步的，上述TCO/CdS薄膜的玻璃襯底上沉積的CdSe_xTe_1-x中，除第一次沉積和最后一次沉積的CdSe_xTe_1-x外，其余沉積的CdSe_xTe_1-x中0＜x＜1。也(ye)就是說(shuo)，第(di)一層(ceng)(ceng)(ceng)吸收(shou)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)材料(liao)可以為(wei)(wei)三(san)元合金(jin)(jin)CdSeTe，也(ye)可為(wei)(wei)純的(de)CdTe或純的(de)CdSe材料(liao)；最后一層(ceng)(ceng)(ceng)吸收(shou)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)材料(liao)可以為(wei)(wei)三(san)元合金(jin)(jin)CdSeTe，也(ye)可為(wei)(wei)純的(de)CdTe或p型(xing)CdSe薄膜；而其余中間吸收(shou)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)材料(liao)必(bi)須為(wei)(wei)具有一定組分比的(de)CdSeTe三(san)元合金(jin)(jin)，且每層(ceng)(ceng)(ceng)Se含量不同。

進一步的，所述CdSe_xTe_1-x的沉(chen)積(ji)次(ci)(ci)數不(bu)少于三次(ci)(ci)。

進一(yi)步(bu)的(de)，本發明提供的(de)一(yi)種碲化鎘薄膜(mo)太陽能電池吸收層(ceng)的(de)沉(chen)積方法，具體包括以下步(bu)驟：

(1)準備具有TCO/CdS薄膜的玻璃襯底和數個蒸發源，每個蒸發源內的材料為三元組合物CdSe_xTe_1-x，且0≤x≤1；當然優選的是，每個蒸發源中三元組合物CdSe_xTe_1-x的x值均不相同；

(2)采用近空間升華法在玻璃襯底上沉積CdSe_xTe_1-x，第一個蒸發源在玻璃襯底上沉積好第一層CdSe_xTe_1-x后傳至第二個蒸發源沉積第二層CdSe_xTe_1-x，如此往復，直至傳至最后一個蒸發源沉積最后一層CdSe_xTe_1-x；所述第一層和最后一層CdSe_xTe_1-x中0≤x≤1，其余各層CdSe_xTe_1-x中0＜x＜1。

上述(shu)蒸發源為近空間升華法所使用的蒸發坩堝(guo)。

為了拓展碲化鎘(CdTe)太陽能電池的紅外吸收，需要降低其吸收層的帶隙。摻雜Se元素部分代替CdTe的中的Te元素，可以有效改變CdTe的帶隙。已知的結果表明，隨著CdSe_xTe_1-x中Se元素的含量從0開始增加，材料的帶隙從純CdTe 1.45eV的帶隙開始降低，當Se元素增加到一定量(x≈0.3)后，CdSe_xTe_1-x的帶隙達到最小值(約為1.36eV)。隨著Se的含量繼續增加，CdSe_xTe_1-x的(de)帶隙(xi)開始增大，當x＝1時(shi)，即為(wei)純CdSe，此時(shi)材料(liao)帶隙(xi)為(wei)CdSe的(de)帶隙(xi)1.7ev。

從以上可以看出，調整CdSe_xTe_1-x中Se元素的含量，可以控制整個吸收層的帶隙。調整CdSe_xTe_1-x中(zhong)Se元(yuan)素的(de)(de)(de)含(han)量為一適當值，就可以(yi)得到低于CdTe帶(dai)隙(xi)的(de)(de)(de)吸收層，提高CdTe太(tai)陽電(dian)(dian)池(chi)在紅(hong)外波長的(de)(de)(de)光(guang)吸收，進而(er)提高CdTe太(tai)陽電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)短路(lu)電(dian)(dian)流(liu)。

但是由于(yu)吸(xi)收(shou)(shou)層(ceng)(ceng)CdTe(帶(dai)隙1.45eV)與窗口層(ceng)(ceng)CdS(帶(dai)隙2.4eV)的(de)(de)帶(dai)隙差，如果減小吸(xi)收(shou)(shou)層(ceng)(ceng)的(de)(de)帶(dai)隙，會(hui)造成更大(da)(da)的(de)(de)帶(dai)隙失(shi)配(pei)，在界(jie)(jie)面形成勢壘(lei)，降(jiang)低太(tai)陽電池的(de)(de)開路電壓和填充(chong)因子。因此在CdTe/CdS的(de)(de)界(jie)(jie)面處，吸(xi)收(shou)(shou)層(ceng)(ceng)應該有較高(gao)的(de)(de)帶(dai)隙。同時由于(yu)Se元素的(de)(de)摻雜(za)，會(hui)在吸(xi)收(shou)(shou)層(ceng)(ceng)產生更多缺陷(xian)，增大(da)(da)光(guang)生載流子的(de)(de)復合，遷移(yi)率(lv)降(jiang)低。為(wei)了提高(gao)作(zuo)為(wei)p型(xing)半(ban)導(dao)體的(de)(de)吸(xi)收(shou)(shou)層(ceng)(ceng)少子(電子)的(de)(de)遷移(yi)率(lv)，需要吸(xi)收(shou)(shou)層(ceng)(ceng)導(dao)帶(dai)帶(dai)隙從CdTe/CdS界(jie)(jie)面向背(bei)接觸層(ceng)(ceng)逐漸升高(gao)。

為了使CdTe太陽能電池的吸收層達到理想的能帶結構及分布，需要CdSe_xTe_1-x吸收層Se含量有規律的分布，因此本發明以三元組合物CdSe_xTe_1-x作為吸收層原材料，采用多個不同的蒸發源，蒸發沉積不同Se含量的CdSe_xTe_1-x(0≤x≤1)。本發(fa)明通過(guo)(guo)改(gai)變吸收層(ceng)的(de)(de)(de)組分(fen)降低了(le)部分(fen)吸收層(ceng)的(de)(de)(de)帶(dai)隙，使碲化鎘(ge)薄膜太陽能電(dian)池的(de)(de)(de)吸收譜向長(chang)波方(fang)向拓展，提高(gao)了(le)電(dian)池的(de)(de)(de)短路電(dian)流；由于在(zai)CdSeTe的(de)(de)(de)沉積以及(ji)后(hou)續的(de)(de)(de)高(gao)溫(wen)處理過(guo)(guo)程中各層(ceng)之間(jian)Se元(yuan)素和(he)Te元(yuan)素的(de)(de)(de)互相(xiang)擴散(san)，使整(zheng)個吸收層(ceng)中形(xing)成Se元(yuan)素的(de)(de)(de)梯度分(fen)布，進(jin)而使吸收層(ceng)形(xing)成帶(dai)隙梯度分(fen)布，提高(gao)了(le)載流子的(de)(de)(de)收集效(xiao)率，從而提供了(le)電(dian)池的(de)(de)(de)開(kai)路電(dian)壓和(he)填充因子；采用多個蒸(zheng)發(fa)源的(de)(de)(de)近空(kong)間(jian)升華方(fang)法沉積吸收層(ceng)，多源蒸(zheng)發(fa)沉積可以減短生產(chan)(chan)節拍時(shi)間(jian)，提高(gao)產(chan)(chan)能。

附圖說明

圖1為現有(you)碲化鎘薄膜太陽(yang)能電池的典型結構(gou)示意圖；

圖2為本(ben)發明沉積(ji)方法(fa)的示意圖；

圖(tu)3為(wei)采用本發明方法制備的碲化鎘薄膜太陽能電池IV曲線與傳統電池IV曲線對比圖(tu)；

圖4為采用本發明方法制備的(de)碲化(hua)鎘薄膜太陽能電池(chi)的(de)外(wai)量子效(xiao)率(lv)曲(qu)線(xian)與傳統電池(chi)的(de)外(wai)量子效(xiao)率(lv)曲(qu)線(xian)對比圖。

圖例說明：

101、玻(bo)璃(li)襯(chen)底；102、透明(ming)導電膜層；103、硫化鎘(ge)層；104、碲(di)化鎘(ge)層；105、背接(jie)觸-背電極層；106、封裝(zhuang)材料；107背板玻(bo)璃(li)；

201、傳(chuan)輸方向；202、基板(ban)；203、蒸(zheng)發坩(gan)堝。

具體實施方式

為(wei)了使本領域的(de)技術(shu)人員更(geng)好地(di)理解本發(fa)明的(de)技術(shu)方案，下面(mian)結合附(fu)圖(tu)和具體實施例對(dui)本發(fa)明作進一(yi)步(bu)的(de)詳(xiang)細說明。

參見(jian)圖(tu)2，本發明公開了一種碲化鎘薄膜太陽能電(dian)池吸收(shou)層的(de)沉積方(fang)法，它包(bao)括(kuo)以(yi)下(xia)步驟(zou)：

(1)準備基板202和蒸發坩堝203，基板202為具有TCO/CdS薄膜的玻璃襯底，蒸發坩堝203為數個，每個蒸發坩堝內的材料為三元組合物CdSe_xTe_1-x，且0≤x≤1；優選每個蒸發坩堝內的三元組合物CdSe_xTe_1-x的x值均不相同；

(2)將基板202傳輸到第一個蒸發坩堝上方，采用近空間升華法在基板202上沉積一定厚度的CdSe_xTe_1-x(0≤x≤1)，此處沉積的CdSe_xTe_1-x材料(liao)可以為純(chun)CdTe，也可以為純(chun)CdSe材料(liao)；

(3)沿傳輸方向201將沉積好第一層CdSe_xTe_1-x的基板傳輸到第二個蒸發坩堝上方，采用近空間升華法繼續沉積第二層CdSe_xTe_1-x(0≤x≤1)，此處沉積的CdSe_xTe_1-x材(cai)料為有一定組分比的CdSeTe三元合金；

(4)如上重復沿傳輸方向201依次傳輸基板沉積CdSeTe三元合金，直至傳輸到最后一個蒸發坩堝上方沉積最后一層CdSe_xTe_1-x(0≤x≤1)，此處沉積的CdSe_xTe_1-x薄膜可以(yi)為(wei)純(chun)CdTe，也可以(yi)為(wei)p型的CdSe薄膜。

下面(mian)通過具體實(shi)施例對(dui)本(ben)發明(ming)進行進一步(bu)說明(ming)。

對比實施例1：

本(ben)實施(shi)例用于說(shuo)明傳統(tong)碲化鎘(ge)薄膜(mo)太陽能電池的制備(bei)方法(fa)。

(1)取(qu)市售的FTO導電玻璃作為玻璃襯底，其(qi)表(biao)面附著有透明導電膜，透明導電膜層(ceng)的材料為氟摻雜(za)的氧(yang)化(hua)錫，透明導電膜層(ceng)上沉積(ji)氧(yang)化(hua)錫高阻層(ceng)，高阻層(ceng)上沉積(ji)硫化(hua)鎘層(ceng)。

(2)硫化(hua)鎘層沉積(ji)吸收層，吸收層材料為純的CdTe；

(3)吸收層上噴涂一定濃度的CdCl₂溶液，然后(hou)在大氣條件(jian)下高(gao)溫退火(huo)處理(li)；

(4)依次濺射Cu、Mo、Al、Cr金屬材(cai)料作為(wei)背電極；

(5)在大氣氣氛下進行高溫退火處理；

(6)根據(ju)應用需求，在制備的過(guo)程中對樣品進行(xing)激光刻(ke)蝕實現電池(chi)(chi)串聯(lian)，最后經過(guo)封(feng)裝(zhuang)工藝得(de)到碲化鎘薄膜電池(chi)(chi)A。

對比實施例2：

本實施例用于說明采用CdSe_xTe_1-x作吸收層(ceng)材(cai)料的碲化鎘薄膜太陽能電(dian)池的制備方法(fa)。

(1)取市售的FTO導電(dian)(dian)玻璃作(zuo)為玻璃襯(chen)底，其表面附著有透(tou)明(ming)導電(dian)(dian)膜，透(tou)明(ming)導電(dian)(dian)膜層的材(cai)料為氟摻雜(za)的氧化(hua)錫，透(tou)明(ming)導電(dian)(dian)膜層上(shang)沉(chen)(chen)積氧化(hua)錫高阻(zu)層，高阻(zu)層上(shang)沉(chen)(chen)積硫化(hua)鎘層。

(2)采用近空間升華法在硫化鎘層沉積吸收層，吸收層材料為三元合金CdSe_0.3Te_0.7；

(3)吸收層上噴涂一定濃度的CdCl₂溶液，然(ran)后(hou)在大氣(qi)條件(jian)下高(gao)溫(wen)退火處理；

(4)依次(ci)濺射Cu、Mo、Al、Cr金(jin)屬材料(liao)作(zuo)為背電極(ji)；

(5)在大氣氣氛下進行高溫(wen)退火處理(li)；

(6)根據應用需求(qiu)，在(zai)制備的(de)過程中對樣品進行(xing)激(ji)光刻蝕(shi)實現電池串(chuan)聯，最后經(jing)過封(feng)裝工藝得(de)到碲化鎘(ge)薄膜(mo)電池B。

具體實施例3：

本實施例用(yong)(yong)于說明采用(yong)(yong)本發明公開的吸收層(ceng)沉(chen)積方法來制備碲化(hua)鎘(ge)薄膜太陽能電池。

(1)取(qu)市(shi)售的FTO導電玻璃作為(wei)玻璃襯底，其表面(mian)附著有(you)透(tou)明導電膜，透(tou)明導電膜層(ceng)(ceng)的材(cai)料為(wei)氟摻雜(za)的氧化(hua)錫，透(tou)明導電膜層(ceng)(ceng)上沉(chen)積(ji)氧化(hua)錫高(gao)阻(zu)層(ceng)(ceng)，高(gao)阻(zu)層(ceng)(ceng)上沉(chen)積(ji)硫化(hua)鎘層(ceng)(ceng)。

(2)硫化鎘層沉積吸收層，具體為：在第一個蒸發源，用近空間升華法硫化鎘層上沉積一定厚度的純CdSe材料；然后傳輸到第二個蒸發源，近空間升華法沉積一定厚度的三元合金CdSe_0.3Te_0.7；最后傳(chuan)輸到(dao)第三個蒸發源，近空間升華法沉(chen)積(ji)一定厚度的CdTe薄(bo)膜完成吸(xi)收層(ceng)的沉(chen)積(ji)；

(3)吸收層上噴涂一定濃度的CdCl₂溶液，然后在大氣條(tiao)件下高溫退火處(chu)理；

(4)依次(ci)濺射(she)Cu、Mo、Al、Cr金屬材料(liao)作(zuo)為背電極；

(5)在大氣(qi)氣(qi)氛下(xia)進(jin)行(xing)高(gao)溫退火處理(li)；

(6)根據應(ying)用需求(qiu)，在制備的(de)過程中對樣品進行激(ji)光刻(ke)蝕(shi)實現(xian)電池(chi)串(chuan)聯，最(zui)后經過封(feng)裝工藝(yi)得到碲(di)化鎘薄膜(mo)電池(chi)C。

將上述三個(ge)實施例得到的碲(di)化(hua)鎘薄(bo)膜(mo)太陽能(neng)電池A、B、C進(jin)行性能(neng)測(ce)試，具體(ti)見下表所示：

其IV曲(qu)線和外量子效率曲(qu)線見(jian)圖(tu)3、圖(tu)4所示。

從上述表格和曲線對比圖中可以看出，本發明方法通過控制不同蒸發源CdSe_xTe_1-x中(zhong)Se元(yuan)素的(de)(de)含量及(ji)工藝溫度(du)獲得(de)獲得(de)較(jiao)小的(de)(de)太(tai)陽電(dian)池吸收層的(de)(de)帶(dai)(dai)隙(xi)，使電(dian)池吸收譜向紅外方向拓(tuo)展，提(ti)高了電(dian)池的(de)(de)短(duan)路電(dian)流(liu)；同時(shi)使吸收層帶(dai)(dai)隙(xi)連續漸變，形(xing)成(cheng)V形(xing)帶(dai)(dai)隙(xi)，提(ti)高了電(dian)池的(de)(de)填充因子和開路電(dian)壓。

以(yi)上(shang)僅是(shi)本發(fa)明(ming)的(de)(de)(de)優選(xuan)實施方(fang)式(shi)(shi)，應(ying)當(dang)指出的(de)(de)(de)是(shi)，上(shang)述優選(xuan)實施方(fang)式(shi)(shi)不應(ying)視為對(dui)本發(fa)明(ming)的(de)(de)(de)限制，本發(fa)明(ming)的(de)(de)(de)保(bao)護(hu)范(fan)圍(wei)(wei)應(ying)當(dang)以(yi)權(quan)利要求所(suo)限定的(de)(de)(de)范(fan)圍(wei)(wei)為準(zhun)。對(dui)于本技(ji)術領域的(de)(de)(de)普通技(ji)術人員來說，在不脫離本發(fa)明(ming)的(de)(de)(de)精神和范(fan)圍(wei)(wei)內，還可以(yi)做出若干(gan)改進(jin)和潤飾(shi)，這些改進(jin)和潤飾(shi)也應(ying)視為本發(fa)明(ming)的(de)(de)(de)保(bao)護(hu)范(fan)圍(wei)(wei)。