[发明专利]一种磁控溅射CdTe多晶薄膜太阳能电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种CdTe多晶多晶薄膜电池及其制备方法。

背景技术

碲化镉(CdTe)是Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体，是一种很理想的太阳能电池吸收层材料。CdTe为直接带隙半导体，其室温带隙宽度为1.45eV，其光谱响应与太阳光谱非常匹配。CdTe吸收系数大于5×10⁵/cm，太阳光中约99%的能量高于其禁带宽度的光子可在约2μm厚的吸收层中吸收，大大节省了对材料的需求。CdTe多晶薄膜太阳能电池的厚度仅为硅太阳能电池厚度的1/100，降低了太阳能电池的材料成本和制作成本。目前，批量生产的大面积商用CdTe多晶薄膜太阳能电池组件的制造成本降到了0.75美元/峰瓦，是现在各种太阳能电池组件中制作成本最低的，已经成为光伏产业中的主要研究对象之一。CdTe多晶薄膜太阳能电池为异质结太阳能电池，异质结通常由n-CdS/p-CdTe组成。通常CdS由化学水浴法(CBD)制备，而CdTe制备方法多种多样，有近空间升华法(CSS)、电沉积(ED)方法、物理气相沉积(PVD)法、化学气相沉积(CVD)法、CBD、丝网印刷烧结法、真空磁控溅射法、真空热蒸发法等等。磁控溅射法相比常用的CSS法是一种低温的制备方法。磁控溅射设备很容易普及，在生长多晶薄膜过程中可以调节的技术参数多，例如气体的流量、生长气压、基底温度、等离子体浓度、靶基距、磁场分布等，这些均可用于改善CdTe多晶薄膜的质量、从而提高CdTe太阳能电池的转化效率。在高透玻璃上，在250℃的低温下已经制备出了转化效率为14%的CdTe多晶薄膜太阳能电池。磁控溅射设备通用、稳定、制备温度低、薄膜厚度可控性好，很适合制备超薄CdTe多晶薄膜太阳能电池。目前，利用磁控溅射制备的CdTe吸收层厚度为0.25μm的CdTe多晶薄膜太阳能电池，转化效率已经达到了8%。而且，利用磁控溅射法可以在同一个腔室中同时完成CdS和CdTe的制备。在磁控溅射中，制备完CdS多晶薄膜后，然后在不破坏温度和真空的条件下，可以马上在CdS多晶薄膜表面上制备CdTe多晶薄膜。目前，在磁控溅射CdTe多晶薄膜太阳能电池中，通常在制备CdS过程中，通入一定的氧气（[1]A.Gupta,K.Allada,S.H.Lee,and A.D.Compaan,″Oxygenated CdS Window Layer for Sputtered CdS/CdTe Solar Cells,″in Materials Research Societ Symposium Proceedings,2003,vol.763,pp.341-346.[2]X.Wu,Y.Van,R.G.Dhere,Y.Zhang,J.Zhou,C.Perkins,and B.To,″Nanostructured CdS:0 flm:preparation,properties,and application,″physica status solidi(c),vol.1,no.4,pp.1062-1066,2004.），或者是生长完CdS以后，对CdS多晶薄膜进行CdCl₂处理（Lee,Jae-Hyeong;Lee,Dong-Jin,Effects of CdCl₂ treatment on the properties of CdS films prepared by r.f.magnetron sputtering,THIN SOLID FILMS,卷:515期:15页:6055-6059 DOI:10.1016/j.tsf.2006.12.069出版年:MAY 31 2007），来增大CdS的带隙，降低CdS对光的吸收，来达到增加短路电流密度的目的。但是，对CdS进行CdCl₂处理，表面CdCl₂颗粒不容易去除，增加了工艺的复杂性和不可控性。在生长CdS中通入氧气，虽然能增加短路电流密度，但是开路电压和转化效率没有明显的提高（Kephart,J.M.;Geisthardt,R.;Sampath,W.S.Photovoltaic Specialists Conference(PVSC),2012 38th IEEE Topic(s):Components,Circuits,Devices & Systems;Engineered Materials,Dielectrics & Plasmas;Photonics & Electro-Optics;Power,Energy,& Industry Applications Digital Object Identifier:10.1109/PVSC.2012.6317737 Publication Year:2012,Page(s):000854-000858）。