[发明专利]CdTe薄膜的表面腐蚀及用此法制备CdTe太阳电池

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件加工领域，特别涉及CdTe薄膜的表面腐蚀及用此法制备CdTe太阳电池。

背景技术

CdTe太阳电池的基本结构为：玻璃衬底(G)/透明导电膜(T)/n-CdS(W)/p-CdTe(A)/背电极(M)，如图1所示。背电极常采用金属，但CdTe的功函数较高(5.5eV)，很难找到一种高功函数的金属与其形成欧姆接触，从而极大影响了太阳电池的性能。

目前，解决的办法就是先对CdTe薄膜表面进行腐蚀，再沉积背接触层材料。通常，CdTe薄膜表面的化学腐蚀采用溴甲醇腐蚀和磷硝酸腐蚀，研究表明：采用溴甲醇腐蚀CdTe太阳电池，溴常穿透CdTe薄膜，甚至到达CdTe/CdS界面，另外，溴甲醇腐蚀液挥发性强，有毒，不利于工业化生产；工业化生产常采用磷硝酸腐蚀，但不足之处是存在择优腐蚀，特别是沿晶粒间界腐蚀，导致金属离子或杂质沿晶粒间界扩散，形成导电旁路。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述存在的缺陷和不足，改进了CdTe太阳电池制备工艺中的湿化学腐蚀工艺和背接触技术，即各向同性腐蚀出富Te层，而不受前期制备工艺和过程的影响(如CdTe薄膜的沉积、CdTe薄膜的后处理)，同时保持晶粒的完整性；随后沉积含Cu或不含Cu背接触层(如ZnTe:Cu、HgTe:Cu、Sb₂Te₃、NiTe₂)，避免直接沉积Cu形成比较复杂的Cu_xTe结构。

为实现本发明，本发明的技术方案采用冰乙酸、硝酸、NaAc和去离子水组成的腐蚀液，在适当的温度下进行腐蚀，然后再沉积含Cu或不含Cu背接触层，如ZnTe:Cu、HgTe:Cu、Sb₂Te₃或NiTe₂等中的任一种，最后镀上背电极，如Ni、Ni/Al合金或Au等中的一种，以完成器件的制备。

在本发明中，硝酸作氧化剂，冰乙酸提供酸性环境，NaAc起缓冲作用，可保持溶液的pH值不变，使反应更稳定，更容易控制，不受CdTe薄膜历史状况的影响，其反应方程式如下：

3CdTe+8HNO₃→3Te+3Cd(NO₃)₂+2NO+4H₂O    (1)

CdTe+4HNO₃→Te+Cd(NO₃)₂+2NO₂+2H₂O      (2)

Te在CdTe太阳电池中，降低了Te和CdTe之间的势垒高度，减小了接触电阻，进而减少了在晶界的复合电流，同时作为P⁺层，其能隙约0.33eV，与CdTe界面的价带偏移约0.26eV，有利于空穴由CdTe进入Te层。同时，还可扩展长波响应。由于化学腐蚀只能生成富Te层，为了减小肖特基势垒，还需沉积含Cu或不含Cu背接触层，减小界面态密度，增加pn结附近的载流子浓度，降低肖特基势垒高度。采用上述腐蚀液对面积为30cm×40cm CdTe多晶薄膜进行化学腐蚀，清洗后，直接镀上电极制成CdTe薄膜太阳电池，获得了约200个面积～0.07cm²的小电池，其转换效率分布均匀，而且转换效率＞9％；相同工艺制备的CdTe多晶薄膜进行化学腐蚀后沉积背接触层，如ZnTe:Cu，最后镀上电极制成CdTe薄膜太阳电池，光电转换效率平均增加40％～60％。因此，本发明的有益效果是：采用这种方法腐蚀并沉积含Cu或不含Cu背接触层，更容易控制腐蚀反应进程，器件性能的稳定性和重复性好，可显著提高太阳电池的性能。

附图说明

图1为CdTe太阳电池的基本结构图。

图2a-2e为CdTe薄膜的表面腐蚀及用此法制备CdTe太阳电池的示意图。

图1和图2中的符号表示：G为玻璃衬底，T为透明导电膜，W为CdS，A为CdTe，Te为碲，B为背接触层，M为背电极。

具体实施方式

以下结合附图2和实施例详述本发明。