[发明专利]一种碲化镉薄膜制备方法及其使用的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种碲化镉薄膜制备方法及其使用的装置，属于碲化镉薄膜太阳能电池技术领域。

背景技术

随着当今世界人口和经济的增长、能源资源的日益匮乏、环境的日益恶化以及人们对电能需求量越来越大，太阳能的开发和利用已经在全球范围内掀起了热潮。这非常有利于生态环境的可持续发展、造福子孙后代，因此世界各国竞相投资研究开发太阳能电池。太阳能电池是一种利用光生伏特效应将太阳光能直接转化为电能的器件。太阳能电池种类繁多，其中重要的一类为碲化镉薄膜太阳电池。

碲化镉薄膜太阳电池是以碲化镉(CdTe)为吸收层的一种化合物半导体薄膜太阳电池。因其具有成本低、效率高、稳定性好以及抗辐射能力强等优点，而具有广阔的市场应用前景，得到人们极大的重视。碲化镉的理论效率为28％，但是目前碲化镉薄膜太阳能电池的最高转化效率为17.3％，大面积组件(1.2×0.6m²)的转化效率为13.4％，在商业上业已取得了成功。

碲化镉薄膜太阳电池的一般结构为：玻璃/透明导电膜/窗口层/吸收层/背接触层/背电极层构成的层叠结构。玻璃衬底主要对电池起支撑、防止污染和入射太阳光的作用。透明导电膜(TCO层)，主要起的是透光和导电的作用。窗口层(如CdS)为n型半导体，与p型碲化镉构成pn结。碲化镉吸收层是碲化镉薄膜太阳电池的主体吸光层，与n型的窗口层形成的pn结是整个电池核心部分。背接触层和背电极层使金属电极与碲化镉形成欧姆接触，用以引出电流。

目前，碲化镉薄膜的制备方法主要有近空间升华法(Close Space Sublimation，CSS)、气相输运沉积法(Vapor Transport Deposition，VTD)等。近空间升华法的原理是在真空环境下，采用不同的保护气氛，将碲化镉粉末原料沉积在石墨或石英玻璃上作为源，然后高温使源蒸发成气相分子，气相分子通过气相扩散机制，扩散到温度较低的硫化镉衬底表面，实现碲化镉薄膜的制备。目前利用近空间升华法制备的小面积碲化镉薄膜太阳电池的效率已经达到16％，大面积组件已经达到11％。

气相输运沉积法的原理是将碲化镉粉末通过预热的惰性气体载入真空室，并在滚筒式蒸发室中充分气化为饱和气体，然后通过蒸发室的开口喷涂打破较冷的玻璃基板上形成过饱和气体并凝结成薄膜。

近空间升华法和气相输运沉积法制备碲化镉薄膜的原料一直采用高纯度(5n)碲化镉粉末，每公斤成本在4000元以上，这成为进一步降低碲化镉薄膜太阳电池成本的最大障碍。而且高纯度(5n)CdTe粉末制备过程也是有高纯碲、镉单质蒸发化合过程。近空间升华法和气相输运沉积法制备碲化镉薄膜的反应方程式如下：

2CdTe(s)→2Cd(g)+Te₂(g)。

衬底表面的反应方程式为：

2Cd(g)+Te₂(g)→2CdTe(s)。

这样碲化镉薄膜制备过程就存在与碲化镉粉末制备过程相重复的过程，从而延长了产业链，造成很大资源和能源浪费。

发明内容

本发明目的是提供一种碲化镉薄膜制备方法及其使用的装置。

为达到上述目的，本发明采用的第一种技术方案是：一种制备碲化镉薄膜的装置，包括用于加热以气化单质碲的第一原料加热腔和用于加热以气化单质镉的第二原料加热腔；所述第一原料加热腔设有用于把所述第一原料加热腔内气化的碲蒸汽和携带气体导出的第一气体导出管；所述第二原料加热腔设有用于把所述第二原料加热腔内气化的镉蒸汽和携带气体导出的第二气体导出管；所述第一气体导出管和第二气体导出管均连通至一气体混合装置；所述气体混合装置的出口朝向一衬底设置。

在一较佳实施例中，所述第一原料加热腔和第二原料加热腔各自设有电阻加热装置或者卤素灯。

在一较佳实施例中，所述气体混合装置为一管路，该管路具有至少一弯曲段，该弯曲段的角度为锐角。

在一较佳实施例中，所述气体混合装置设有电阻加热装置或者卤素灯。

在一较佳实施例中，所述第一原料加热腔和第二原料加热腔设于真空腔室内。

为达到上述目的，本发明采用的第二种技术方案是：一种碲化镉薄膜的制备方法，包括将单质碲加热气化后形成碲蒸汽、以及将单质镉加热气化后形成镉蒸汽；用携带气体分别运载所述碲蒸汽和所述镉蒸汽并将所述碲蒸汽和镉蒸汽混合均匀得到碲镉混合蒸汽；所述携带气体再将所述碲镉混合蒸汽携带至衬底。

在一较佳实施例中，所述携带气体选自氮气、氦气、氩气。