本發(fā)明涉及一種碲化鎘薄膜太陽能電池吸收層的沉積方法，屬于碲化鎘薄膜太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

碲化鎘(CdTe)薄膜太陽能電池是以多晶n型的硫化鎘層和多晶p型碲化鎘層做pn結(jié)，再加上相應(yīng)的透明導(dǎo)電膜前電極和金屬膜背電極所組成的薄膜太陽能電池器件。目前其組件效率已經(jīng)達(dá)到18％左右，實驗室效率達(dá)到22％以上，理論轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到33％。碲化鎘薄膜太陽能電池由于制造成本低，轉(zhuǎn)化效率高，在光伏領(lǐng)域有著非常重要的角色。

目前CdTe薄膜太陽能電池的典型基本結(jié)構(gòu)如圖1所示為：玻璃襯底101/透明導(dǎo)電膜層(TCO)102/硫化鎘層(CdS)103/碲化鎘層(CdTe)104/背接觸-背電極層105/封裝材料106/背板玻璃107。其中碲化鎘層為薄膜太陽能電池的吸收層，它是以二元化合物碲化鎘(CdTe)作為原材料，通過近空間升華(CSS)或者氣相輸運沉積(VTD)的方法在已做好TCO/CdS薄膜的玻璃襯底上沉積。由于碲化鎘(CdTe)本身材料帶隙(1.45eV)的限制，碲化鎘薄膜太陽能電池對太陽光的吸收波長只能到850nm左右，無法進一步吸收紅外光，這限制了其對太陽輻照的利用率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種碲化鎘薄膜太陽能電池吸收層的沉積方法，它能減小吸收層的帶隙，使電池的吸收譜向長波方向移動，提高電池的短路電流；同時使吸收層帶隙連續(xù)漸變，形成V形帶隙，提高電池的填充因子和開路電壓。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案提供了一種碲化鎘薄膜太陽能電池吸收層的沉積方法，它以三元組合物CdSe_xTe_1-x作為原材料，利用近空間升華法在具有TCO/CdS薄膜的玻璃襯底上連續(xù)多次沉積CdSe_xTe_1-x，其中CdSe_xTe_1-x的x值為0≤x≤1。

進一步的，上述近空間升華法的蒸發(fā)源個數(shù)與CdSe_xTe_1-x沉積次數(shù)匹配，多源蒸發(fā)沉積可以減短生成節(jié)拍時間，提高產(chǎn)能。

進一步的，上述TCO/CdS薄膜的玻璃襯底上每次沉積的CdSe_xTe_1-x中x值均不相同。

進一步的，上述TCO/CdS薄膜的玻璃襯底上沉積的CdSe_xTe_1-x中，除第一次沉積和最后一次沉積的CdSe_xTe_1-x外，其余沉積的CdSe_xTe_1-x中0＜x＜1。也就是說，第一層吸收層的材料可以為三元合金CdSeTe，也可為純的CdTe或純的CdSe材料；最后一層吸收層的材料可以為三元合金CdSeTe，也可為純的CdTe或p型CdSe薄膜；而其余中間吸收層的材料必須為具有一定組分比的CdSeTe三元合金，且每層Se含量不同。

進一步的，所述CdSe_xTe_1-x的沉積次數(shù)不少于三次。

進一步的，本發(fā)明提供的一種碲化鎘薄膜太陽能電池吸收層的沉積方法，具體包括以下步驟：

(1)準(zhǔn)備具有TCO/CdS薄膜的玻璃襯底和數(shù)個蒸發(fā)源，每個蒸發(fā)源內(nèi)的材料為三元組合物CdSe_xTe_1-x，且0≤x≤1；當(dāng)然優(yōu)選的是，每個蒸發(fā)源中三元組合物CdSe_xTe_1-x的x值均不相同；

(2)采用近空間升華法在玻璃襯底上沉積CdSe_xTe_1-x，第一個蒸發(fā)源在玻璃襯底上沉積好第一層CdSe_xTe_1-x后傳至第二個蒸發(fā)源沉積第二層CdSe_xTe_1-x，如此往復(fù)，直至傳至最后一個蒸發(fā)源沉積最后一層CdSe_xTe_1-x；所述第一層和最后一層CdSe_xTe_1-x中0≤x≤1，其余各層CdSe_xTe_1-x中0＜x＜1。

上述蒸發(fā)源為近空間升華法所使用的蒸發(fā)坩堝。

為了拓展碲化鎘(CdTe)太陽能電池的紅外吸收，需要降低其吸收層的帶隙。摻雜Se元素部分代替CdTe的中的Te元素，可以有效改變CdTe的帶隙。已知的結(jié)果表明，隨著CdSe_xTe_1-x中Se元素的含量從0開始增加，材料的帶隙從純CdTe 1.45eV的帶隙開始降低，當(dāng)Se元素增加到一定量(x≈0.3)后，CdSe_xTe_1-x的帶隙達(dá)到最小值(約為1.36eV)。隨著Se的含量繼續(xù)增加，CdSe_xTe_1-x的帶隙開始增大，當(dāng)x＝1時，即為純CdSe，此時材料帶隙為CdSe的帶隙1.7ev。

從以上可以看出，調(diào)整CdSe_xTe_1-x中Se元素的含量，可以控制整個吸收層的帶隙。調(diào)整CdSe_xTe_1-x中Se元素的含量為一適當(dāng)值，就可以得到低于CdTe帶隙的吸收層，提高CdTe太陽電池在紅外波長的光吸收，進而提高CdTe太陽電池的短路電流。

但是由于吸收層CdTe(帶隙1.45eV)與窗口層CdS(帶隙2.4eV)的帶隙差，如果減小吸收層的帶隙，會造成更大的帶隙失配，在界面形成勢壘，降低太陽電池的開路電壓和填充因子。因此在CdTe/CdS的界面處，吸收層應(yīng)該有較高的帶隙。同時由于Se元素的摻雜，會在吸收層產(chǎn)生更多缺陷，增大光生載流子的復(fù)合，遷移率降低。為了提高作為p型半導(dǎo)體的吸收層少子(電子)的遷移率，需要吸收層導(dǎo)帶帶隙從CdTe/CdS界面向背接觸層逐漸升高。

為了使CdTe太陽能電池的吸收層達(dá)到理想的能帶結(jié)構(gòu)及分布，需要CdSe_xTe_1-x吸收層Se含量有規(guī)律的分布，因此本發(fā)明以三元組合物CdSe_xTe_1-x作為吸收層原材料，采用多個不同的蒸發(fā)源，蒸發(fā)沉積不同Se含量的CdSe_xTe_1-x(0≤x≤1)。本發(fā)明通過改變吸收層的組分降低了部分吸收層的帶隙，使碲化鎘薄膜太陽能電池的吸收譜向長波方向拓展，提高了電池的短路電流；由于在CdSeTe的沉積以及后續(xù)的高溫處理過程中各層之間Se元素和Te元素的互相擴散，使整個吸收層中形成Se元素的梯度分布，進而使吸收層形成帶隙梯度分布，提高了載流子的收集效率，從而提供了電池的開路電壓和填充因子；采用多個蒸發(fā)源的近空間升華方法沉積吸收層，多源蒸發(fā)沉積可以減短生產(chǎn)節(jié)拍時間，提高產(chǎn)能。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有碲化鎘薄膜太陽能電池的典型結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明沉積方法的示意圖；

圖3為采用本發(fā)明方法制備的碲化鎘薄膜太陽能電池IV曲線與傳統(tǒng)電池IV曲線對比圖；

圖4為采用本發(fā)明方法制備的碲化鎘薄膜太陽能電池的外量子效率曲線與傳統(tǒng)電池的外量子效率曲線對比圖。

圖例說明：

101、玻璃襯底；102、透明導(dǎo)電膜層；103、硫化鎘層；104、碲化鎘層；105、背接觸-背電極層；106、封裝材料；107背板玻璃；

201、傳輸方向；202、基板；203、蒸發(fā)坩堝。

具體實施方式

為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明。

參見圖2，本發(fā)明公開了一種碲化鎘薄膜太陽能電池吸收層的沉積方法，它包括以下步驟：

(1)準(zhǔn)備基板202和蒸發(fā)坩堝203，基板202為具有TCO/CdS薄膜的玻璃襯底，蒸發(fā)坩堝203為數(shù)個，每個蒸發(fā)坩堝內(nèi)的材料為三元組合物CdSe_xTe_1-x，且0≤x≤1；優(yōu)選每個蒸發(fā)坩堝內(nèi)的三元組合物CdSe_xTe_1-x的x值均不相同；

(2)將基板202傳輸?shù)降谝粋€蒸發(fā)坩堝上方，采用近空間升華法在基板202上沉積一定厚度的CdSe_xTe_1-x(0≤x≤1)，此處沉積的CdSe_xTe_1-x材料可以為純CdTe，也可以為純CdSe材料；

(3)沿傳輸方向201將沉積好第一層CdSe_xTe_1-x的基板傳輸?shù)降诙€蒸發(fā)坩堝上方，采用近空間升華法繼續(xù)沉積第二層CdSe_xTe_1-x(0≤x≤1)，此處沉積的CdSe_xTe_1-x材料為有一定組分比的CdSeTe三元合金；

(4)如上重復(fù)沿傳輸方向201依次傳輸基板沉積CdSeTe三元合金，直至傳輸?shù)阶詈笠粋€蒸發(fā)坩堝上方沉積最后一層CdSe_xTe_1-x(0≤x≤1)，此處沉積的CdSe_xTe_1-x薄膜可以為純CdTe，也可以為p型的CdSe薄膜。

下面通過具體實施例對本發(fā)明進行進一步說明。

對比實施例1：

本實施例用于說明傳統(tǒng)碲化鎘薄膜太陽能電池的制備方法。

(1)取市售的FTO導(dǎo)電玻璃作為玻璃襯底，其表面附著有透明導(dǎo)電膜，透明導(dǎo)電膜層的材料為氟摻雜的氧化錫，透明導(dǎo)電膜層上沉積氧化錫高阻層，高阻層上沉積硫化鎘層。

(2)硫化鎘層沉積吸收層，吸收層材料為純的CdTe；

(3)吸收層上噴涂一定濃度的CdCl₂溶液，然后在大氣條件下高溫退火處理；

(4)依次濺射Cu、Mo、Al、Cr金屬材料作為背電極；

(5)在大氣氣氛下進行高溫退火處理；

(6)根據(jù)應(yīng)用需求，在制備的過程中對樣品進行激光刻蝕實現(xiàn)電池串聯(lián)，最后經(jīng)過封裝工藝得到碲化鎘薄膜電池A。

對比實施例2：

本實施例用于說明采用CdSe_xTe_1-x作吸收層材料的碲化鎘薄膜太陽能電池的制備方法。

(1)取市售的FTO導(dǎo)電玻璃作為玻璃襯底，其表面附著有透明導(dǎo)電膜，透明導(dǎo)電膜層的材料為氟摻雜的氧化錫，透明導(dǎo)電膜層上沉積氧化錫高阻層，高阻層上沉積硫化鎘層。

(2)采用近空間升華法在硫化鎘層沉積吸收層，吸收層材料為三元合金CdSe_0.3Te_0.7；

(3)吸收層上噴涂一定濃度的CdCl₂溶液，然后在大氣條件下高溫退火處理；

(4)依次濺射Cu、Mo、Al、Cr金屬材料作為背電極；

(5)在大氣氣氛下進行高溫退火處理；

(6)根據(jù)應(yīng)用需求，在制備的過程中對樣品進行激光刻蝕實現(xiàn)電池串聯(lián)，最后經(jīng)過封裝工藝得到碲化鎘薄膜電池B。

具體實施例3：

本實施例用于說明采用本發(fā)明公開的吸收層沉積方法來制備碲化鎘薄膜太陽能電池。

(1)取市售的FTO導(dǎo)電玻璃作為玻璃襯底，其表面附著有透明導(dǎo)電膜，透明導(dǎo)電膜層的材料為氟摻雜的氧化錫，透明導(dǎo)電膜層上沉積氧化錫高阻層，高阻層上沉積硫化鎘層。

(2)硫化鎘層沉積吸收層，具體為：在第一個蒸發(fā)源，用近空間升華法硫化鎘層上沉積一定厚度的純CdSe材料；然后傳輸?shù)降诙€蒸發(fā)源，近空間升華法沉積一定厚度的三元合金CdSe_0.3Te_0.7；最后傳輸?shù)降谌齻€蒸發(fā)源，近空間升華法沉積一定厚度的CdTe薄膜完成吸收層的沉積；

(3)吸收層上噴涂一定濃度的CdCl₂溶液，然后在大氣條件下高溫退火處理；

(4)依次濺射Cu、Mo、Al、Cr金屬材料作為背電極；

(5)在大氣氣氛下進行高溫退火處理；

(6)根據(jù)應(yīng)用需求，在制備的過程中對樣品進行激光刻蝕實現(xiàn)電池串聯(lián)，最后經(jīng)過封裝工藝得到碲化鎘薄膜電池C。

將上述三個實施例得到的碲化鎘薄膜太陽能電池A、B、C進行性能測試，具體見下表所示：

其IV曲線和外量子效率曲線見圖3、圖4所示。

從上述表格和曲線對比圖中可以看出，本發(fā)明方法通過控制不同蒸發(fā)源CdSe_xTe_1-x中Se元素的含量及工藝溫度獲得獲得較小的太陽電池吸收層的帶隙，使電池吸收譜向紅外方向拓展，提高了電池的短路電流；同時使吸收層帶隙連續(xù)漸變，形成V形帶隙，提高了電池的填充因子和開路電壓。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，上述優(yōu)選實施方式不應(yīng)視為對本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。