[发明专利]一种碲化镉梯度吸收层的制备方法及太阳电池

说明书

本发明公开了一种碲化镉梯度吸收层的制备方法及太阳电池。该方法包括：在硒源层上沉积p型CdTe薄膜，当CdTe薄膜沉积完成后进行快速超高温扩散反应过程，然后进行激活热处理工艺，快速超高温扩散反应过程是指在CdTe薄膜沉积完成后，将沉积得到的薄膜叠层快速升温至550～620℃的高温，高压氮气或惰性气体环境下，保持1～20min，然后快速降温。本发明提出通过在吸收层沉积完毕后，引入高温扩散反应过程，调控优化Se在吸收层中均匀扩散反应，形成组分分布可控和低缺陷浓度的高质量CdTeSe/CdTe梯度结构吸收层，显著改善了梯度吸收层组分分布及电学特性，有效提高了CdTe太阳电池的光电转换效率。

技术领域

本发明属于光伏新能源材料与器件领域，具体涉及一种碲化镉梯度吸收层的制备方法及太阳电池。

背景技术

碲化镉(CdTe)薄膜太阳电池作为最成功的产业化薄膜太阳电池技术，以较高的光电转换效率、电池性能的长期稳定性、显著的成本优势等特点成为极具研究价值与市场潜力的太阳电池技术。近年来，镉碲硒(CdTeSe)在CdTe薄膜太阳电池中的成功应用，使得CdTe薄膜太阳电池的器件效率取得了进一步的突破。

二元CdTe发展为三元CdTeSe基梯度结构吸收层，是新一轮效率提升中最具跨越性的进展。实验中常以硒化镉(CdSe)作为硒源层，后续通过一定的扩散机制与CdTe形成三元合金化合物——CdTeSe。其作为一种三元固溶体化合物，具有带隙可调的性质，更小的带隙可提升长波波段的光谱响应，从而提高短路电流密度。同时，CdTeSe所具备的其他优良的材料性质，在缺陷钝化、少子寿命、载流子输运等方面都可以起到积极作用。因此，如何调控Se的梯度扩散分布，构建高质量的梯度吸收层对CdTe太阳电池性能具有重要影响。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明提供了一种碲化镉梯度吸收层的制备方法。传统的制备过程，CdTeSe/CdTe吸收层沉积完之后，后续的热过程温度较低(350～450℃)，其对应的热扩散过程和效果均受限；本发明引入了一种快速超高温扩散反应过程来促进高质量CdTeSe/CdTe梯度吸收层的形成从而提高器件性能。通过在CdTe沉积后引入一个快速超高温扩散反应过程调控优化Se在吸收层中均匀扩散反应，辅助后续CdCl₂热处理过程形成组分分布可控和低缺陷浓度的高质量CdTeSe/CdTe梯度结构吸收层。

本发明还提供了一种碲化镉太阳电池。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种碲化镉梯度吸收层的制备方法，包括以下步骤：在硒源层上沉积p型吸收层CdTe薄膜，当CdTe薄膜沉积完成后进行快速超高温扩散反应过程，然后进行激活热处理工艺，制得的p型吸收层即所述碲化镉梯度吸收层；所述快速超高温扩散反应过程是指在CdTe薄膜沉积完成后，将沉积得到的薄膜叠层快速升温至550～620℃的高温，在高压氮气或惰性气体环境下，保持时间为1～20min，然后快速降温；其中，快速升温和快速降温过程分别需要满足：300℃至平台温度或平台温度降至300℃在1分钟内完成，平台温度为550～620℃。

所述快速超高温扩散反应过程可以促进硒源层中Se元素向CdTe层的均匀扩散，有利于结合后续热过程反应形成Se组分浓度单梯度递减的高质量CdTeSe/CdTe梯度结构吸收层。所述快速超高温扩散反应过程，其温度高于CdTe叠层的升华温度，为了抑制已沉积CdTe叠层的二次升华，需在一定的氮气或惰性气体氛围下进行，通过高压惰性气体环境抑制薄膜的二次升华。所述快速超高温扩散反应过程，不包含CdCl₂及其它含Cl化合物或单质。

所述快速超高温扩散反应过程中的气压应控制在50～80kPa。

所述激活热处理工艺，即将沉积了薄膜层(CdTeSe/CdTe叠层)的样品置于含CdCl₂或MgCl₂环境下进行热处理，热处理温度为350～450℃，热处理时间为10～30min。