[发明专利]一种表面钝化处理的CdTe纳米晶薄膜及其表面钝化处理方法与应用

说明书

本发明公开了一种表面钝化处理的CdTe纳米晶薄膜及其表面钝化处理方法与应用。所述方法包括：在CdTe纳米晶薄膜上沉积螯合剂溶液和涂覆CdCl₂溶液，然后进行热处理，得到表面钝化处理的CdTe纳米晶薄膜。本发明提供的处理方法，通过螯合剂分子与金属离子的强结合作用，将金属离子包合到螯合剂内部；然后经过热处理，CdTe重结晶过程中会钝化纳米晶薄膜的缺陷空位等载流子复合中心，从而达到钝化CdTe纳米晶薄膜的活性、降低载流子的复合速度及提升器件的短路电流的目的。本发明提供的表面钝化处理的CdTe纳米晶薄膜能够应用于组装具有倒装结构的CdTe纳米晶太阳能电池中。

技术领域

本发明属于光电器件领域，具体涉及一种表面钝化处理的CdTe纳米晶薄膜及其表面钝化处理方法与应用。

背景技术

溶液法处理的CdTe纳米晶太阳能电池是当前光伏领域较为成功的薄膜科学技术，由于该器件具有低成本，高可靠性以及可大面积生产等优势引起了人们的关注。CdTe属于直接带隙半导体，其带隙为1.45eV，具有很大的光吸收系数(1×10⁵/cm)。CdTe薄膜太阳能电池的理论效率高达29％，目前溶液法处理的CdTe纳米晶太阳能电池最高效率仅为12.3％，仍有很大的提升空间。

纳米晶材料由于具有独特的物理学性质而显示出优异的光伏特性，因此常用于太阳能电池的制造。例如：①纳米半导体具有灵活的带隙可调节性能，通过简单设计合成工艺改变纳米材料的大小尺度，可以调整其禁带宽度，从而调谐对红外光子的吸收；②纳米材料具有更好的吸光性能，与体材料或者薄膜材料相比，纳米晶更大的表面积，使得材料在非常薄的厚度便可吸收大部分光子。

CdTe纳米晶薄膜当做太阳能电池虽然具有优异的光吸收特性，当是由于CdTe纳米晶的比表面积(表面积/体积)特别大，绝大部分原子处于表面状态，导致CdTe纳米晶薄膜表面自由能和离子悬挂键大大增加，最终产生了许许多多的活性中心。这些活性中心非常容易形成载流子的陷阱，俘获电荷，降低了CdTe纳米晶太阳能电池的性能。众所周知，CdCl₂退火处理已成为制备高效CdTe光伏器件的标准、关键工艺步骤，该步骤最主要作用是对CdTe纳米晶薄膜重结晶，增大晶粒尺寸，钝化纳米晶的表面活性。然而，高效的CdTe纳米晶太阳能电池通常除了CdCl2热处理外会再添加其他的工艺进行表面修饰。

目前主要采取的方式有：1)引入空穴传输层，如：P3KT,Spiro-oMeTAD,和Si-TPA等有机材料，与CdTe产生偶极作用或者配位，不仅可以钝化纳米晶薄膜的活性也可以提高空穴的收集速率；2)采用刻蚀工艺，该方式也可以有效钝化薄膜的晶界，并且能够有效提高空穴浓度。但是大多数的有机空穴传输材料并不能稳定，另外刻蚀工艺涉及到的酸性溶液(HNO3，Br2)挥发性极强，而且并非属于环境友好型。因此，研究一种更简单环保的CdTe纳米晶太阳能电池的处理工艺十分有必要。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种表面钝化处理的CdTe纳米晶薄膜及其表面钝化处理方法。

针对以上现有工艺存在的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种新型CdTe纳米晶薄膜的表面钝化工艺(具有倒装结构的碲化镉(CdTe)米晶太阳能电池的阳极界面钝化工艺)。

本发明提供的CdTe纳米晶薄膜可以降低载流子的复合速度，大幅度提升器件的短路电流。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供的一种CdTe纳米晶薄膜的表面钝化方法，包括如下步骤：

在CdTe纳米晶薄膜上沉积螯合剂溶液和涂覆CdCl₂溶液，然后进行热处理，得到表面钝化后的CdTe纳米晶薄膜(高质量的CdTe纳米晶薄膜)。

进一步地，所述CdTe纳米晶薄膜的厚度为200-700nm。