[发明专利]制备CdTe薄膜的方法及热蒸发设备

说明书

技术领域

本申请涉及薄膜太阳能电池领域。更具体来说，本申请涉及制备CdTe薄膜的方法以及热蒸发设备。

背景技术

多年的研究表明CdTe多晶薄膜是一种高效、廉价、稳定的光伏器件材料。CdTe多晶薄膜是直接带隙材料，带隙为4.5eV，具有良好的光电性质和化学性质，因此成为制备高效率、低成本的多晶薄膜太阳能电池的良好吸收层材料。制备CdTe多晶薄膜的技术较多，有近空间升华技术、电沉积、丝网印刷技术、物理气相沉积、元素气相沉积、喷涂热分解技术等，其中，近空间升华技术（CSS）具有沉积速率高、设备简单、生产成本低等优点。

目前，在许多国家，CdTe薄膜太阳能电池已经由实验阶段走向规模工业化生产。据报道，利用近空间升华技术制备的小面积CdTe电池的效率已经达到16％，大面积组件已经达到11％。事实上，CdTe电池的理论效率可达28-29％，还存在着较大的技术提升空间。

在现有技术中，通常采用如下方式来制备CdTe多晶薄膜。如图1所示，在步骤101，首先获得高纯CdTe粉末。然后，如步骤102所示，采用近空间升华法将CdTe粉末沉积在石墨或石英玻璃上以作为源。随后，如步骤103所示，在真空环境下，采用不同的保护气氛，将源沉积在CdS衬底上面。最后，在步骤104中，形成CdTe多晶薄膜。

然而，需要指出的是，现有高纯CdTe粉末的合成方法多是将混合均匀的Te或Cd高纯单质密封在抽了真空的石英瓶内，并进而加热实现合成，最后粉碎成所需要的粉末。由于加热合成这一步骤需要非常严格的环境和过程控制，因此要获得高纯的CdTe粉末价格较高（每公斤在4000元以上），而这成为了降低CdTe电池成本的很大障碍。

因此，需要一种成本更为低廉、改进的制备CdTe薄膜的方法和设备。

发明内容

本申请的目的之一在于提供一种成本更为低廉、改进的制备CdTe薄膜的方法和设备。

根据本申请的一个方面，提供了一种制备CdTe薄膜的方法，包括：准备单质Cd和Te；将所述Cd和Te平铺于热蒸发设备的热蒸发源上；对所述热蒸发源进行加热，以产生Cd蒸汽和Te蒸汽；在所述热蒸发设备内的CdS衬底上形成CdTe薄膜。

可选地，所述方法还包括：在将所述Cd和Te平铺于热蒸发设备的热蒸发源上之前，将所述Cd和Te粉碎。

可选地，所述方法还包括：将粉碎后的Cd和Te按一定比例混合。

可选地，按照CdTe的化学计量比、即Cd/Te摩尔比为1:1的方式将所述Cd和Te混合。

可选地，粉碎后的Cd和Te单质的粒径小于100目。

可选地，将所述Cd和Te均匀地平铺于所述热蒸发源上，平铺面积大于将要在其上形成CdTe薄膜的CdS衬底的面积。

可选地，在对所述热蒸发源进行加热时，使所述CdS衬底和所述热蒸发源之间的距离保持大于3mm。

可选地，在对所述热蒸发源进行加热时，使所述CdS衬底和所述热蒸发源之间的距离保持大于15mm。

可选地，对所述热蒸发源进行加热采用两段式升温方法，所述两段式升温方法包括：先使所述热蒸发源的温度升至100-300摄氏度，保温10-25分钟，然后再升温至500-900摄氏度。

可选地，在蒸发源温度大于600摄氏度时，使所述CdS衬底温度保持为350-450摄氏度。

根据本申请的另一个方面，提供了一种制备CdTe薄膜的热蒸发设备，包括：热蒸发源，在所述热蒸发源上平铺准备好的单质Cd和Te；加热装置，对所述热蒸发源进行加热，以产生Cd蒸汽和Te蒸汽；以及CdS衬底，在所述CdS衬底上形成CdTe薄膜。

与现有技术相比，本申请至少具有如下优点：第一，在本申请中，采用价格较低的单质原料来取代原来的化合物原料，使得成本更为低廉；第二，由于Cd和Te的饱和蒸汽压不同，使用现有技术化合物粉末的方法制备出的源一般为略富碲的源，而本申请中使用单质来制备CdTe薄膜并根据需要调整单质的配比，从而实现富碲、富镉或严格配比的源；第三，本申请直接使用Cd和Te单质来形成CdTe薄膜，省略了现有技术中将CdTe原料沉积在石墨或石英玻璃上作为源这个步骤，并且将原来CdTe原料合成工艺与CdTe薄膜制备工艺结合起来，使得整个工艺流程大为简化。

附图说明

图1是现有技术中制备多晶CdTe薄膜的方法示意图；

图2是根据本申请的一个实施例、制备CdTe薄膜的方法示意图；