專利名稱：一種沈積法成長(zhǎng)II-VI 族硒化鋅碲ZnSeTe的制作方法
—種沈積法成長(zhǎng)M-Vl族砸化鋅碲ZnSeTe技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明系有關(guān)一種薄膜層的制造方法，討論以一種沈積法成長(zhǎng)I1-VI族硒化鋅碲(ZnSeTe)薄膜藉以取代原本擔(dān)任CuInSe2薄膜太陽(yáng)能電池中透光層角色的硫化鎘 (CdS)。而在組件結(jié)構(gòu)中此透光層的基板為CuInSe2薄膜，藉由調(diào)整Te加入ZnSe的量形成ZnSel-xTex薄膜讓此薄膜與基板完全匹配。
背景技術(shù)：
由于科技的蓬勃發(fā)展，對(duì)于能源的需求量因而逐年累增，造成現(xiàn)有資源(如石油、 天然氣、煤)的存量逐年減少，加上這些能源使用時(shí)，燃燒所排放出的C02、硫化物、氮化物… 等污染物，造成嚴(yán)重的環(huán)境破壞，導(dǎo)致如溫室效應(yīng)、酸雨、空氣的污染等問(wèn)題。近年來(lái)由于環(huán)保意識(shí)的抬頭，使得發(fā)展干凈的再生能源，成為一項(xiàng)重要的課題。在所有再生能源中，如汽電共生、水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、與太陽(yáng)能發(fā)電，其中部分受到地理環(huán)境的限制，而太陽(yáng)能發(fā)電卻具有不受地理環(huán)境影響與取之不竭的優(yōu)點(diǎn)。
在目前的太陽(yáng)能電池研究中，以開發(fā)薄膜形式、高能量轉(zhuǎn)換效率、低成本為主要考慮。在薄膜電池材料中，已有 a-S1、CdTe、CuInSe2、CuInGaSe2、CdSe、ZnP2 與 Zn3P2 等a， 其能量轉(zhuǎn)換效率與材料的能隙、光吸收系數(shù)、載子的傳輸特性及材料組成等性質(zhì)有關(guān)b。 其中屬I1-VI族化合物的CdTe所制成的太陽(yáng)電池已有15%能量轉(zhuǎn)換效率C;可吸收大部分的入射光，加上良好的的抗輻射性d和熱穩(wěn)定性d等優(yōu)點(diǎn)，薄膜太陽(yáng)能電池是以半導(dǎo)體P/N接面(p-n junction)作為光吸收及能量轉(zhuǎn)換的主體結(jié)構(gòu),其能量轉(zhuǎn)換效率與材料的能隙、光的吸收系數(shù)，及載子傳輸特性有關(guān)。在眾多用于太陽(yáng)電池的半導(dǎo)體材料中，屬于1-1I1-VI2族化合物的CuInSe2所制成的太陽(yáng)能電池已有接近20%能量轉(zhuǎn)換效率的研究成果 ，主要是因?yàn)樗侵苯幽芟?direct bandgap)的三元化合物半導(dǎo)體，能涵蓋大部分的太陽(yáng)光譜之波長(zhǎng)，再加上比其他半導(dǎo)體具有更高的光吸收系數(shù)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，以蒸鍍成長(zhǎng)與CuInSe2薄膜基板完全匹配的ZnSel-xTex薄膜是可行的。而且ZnSel-xTex薄膜除了具有良好的旋光性(穿透率>90%)，n_type的電導(dǎo)型式也為所求。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明系提出一種薄膜成長(zhǎng)乃是控制基板成長(zhǎng)溫度為340°C，調(diào)整鋅、硒與締的蒸發(fā)通量，源瓶溫度分別為330°C、190°C及170°C，使得化合的ZnSel-xTex，能夠與CuInSe2 薄膜基板完全的匹配。同時(shí)，由于S原子陰電性仍較硒(Se)原子強(qiáng)，所以部份存在于晶粒表面的Se原子亦會(huì)被S原子取代，進(jìn)而推測(cè)其可能形成四元化合物。利用該四元化合物的生成可使吸收層能隙增大，如此可提高太陽(yáng)電池開路電壓，進(jìn)而增加其能量轉(zhuǎn)換效率。
以下介紹二種制備此半導(dǎo)體化合物薄膜之實(shí)施例。
本發(fā)明制備之試片，是采用蒸鍍系統(tǒng)來(lái)成長(zhǎng)CuInSe2薄膜于鈉玻璃(Soda-lime glass)的基板上,至于CuInSe2 :薄膜則是在沈積定比組成CuInSe2薄膜的同時(shí)將加入來(lái)進(jìn)行薄膜成長(zhǎng)；而ZnSe則是利用另一套蒸鍍系統(tǒng)來(lái)沈積于鈉玻璃上。以上所成長(zhǎng)的薄膜， 分別利用X-ray繞射儀(XRD)作相的鑒定以及結(jié)構(gòu)的分析；以掃瞄式電子顯微鏡(SEM)觀察薄膜的表面結(jié)構(gòu)及膜厚；作化學(xué)組成的定量分析；a -step測(cè)量膜厚；電性方面的測(cè)試?yán)盟狞c(diǎn)探針測(cè)量電阻率；熱探針辨別半導(dǎo)體導(dǎo)電形式曲線的量測(cè)則用來(lái)判斷P/N 接面的質(zhì)量，也能得知太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率，本發(fā)明所使用之分子束蒸鍍系統(tǒng)，包含了超高真空腔(UHV growth chamber )及一預(yù)抽腔(Load-lock Ilchamber )。成長(zhǎng)腔由 SEICO 磁浮式潤(rùn)輪分子幫浦(turbo molecular pump)抽氣,使成長(zhǎng)背景真空維持在2X 10-8torr, 成長(zhǎng)時(shí)的真空度為9X10-7torr。為了維持成長(zhǎng)腔的超高真空度，基板送入成長(zhǎng)腔前，先在預(yù)抽腔中以小型渦輪分子幫浦抽氣，帶真空度達(dá)5X10-6ton·以上時(shí)再送入成長(zhǎng)腔中。由于鋅及硒均屬于高蒸氣壓易揮發(fā)的物質(zhì)，因此在背景壓力2. O X 10-7torr下所需的溫度都不高，在文獻(xiàn)上[16，17，18]鋅源瓶的溫度常維持在300°C以上，而硒源瓶的溫度則維持在180 200°C之間。
以上說(shuō)明，對(duì)本發(fā)明而言只是說(shuō)明性的，非限制性的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解， 在不脫離權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下，可作出許多修正、變化或等效，但都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。說(shuō)明書附圖


圖1為一種沈積法成長(zhǎng)I1-VI族 硒化鋅碲ZnSeTe。
權(quán)利要求
1.CuInSe2薄膜太陽(yáng)能電池組件結(jié)構(gòu)是由多層膜結(jié)合而成，當(dāng)p_type Cu-rich CuInSe2薄膜成長(zhǎng)是表面不平整的結(jié)果，則會(huì)讓接續(xù)的鍍膜成果一樣表面不平整，因此期望藉由摻入Sb來(lái)改善p-type Cu-rich CuInSe2薄膜表面形貌使其變的平整致密，以利于后續(xù)制程，本實(shí)驗(yàn)將評(píng)估這項(xiàng)制程對(duì)太陽(yáng)電池組件物性的影響。
2.再者，由于CdS的應(yīng)用受限，因此組件結(jié)構(gòu)之透光層以其他化合物取代是必然的趨勢(shì)，而同為I1-VI族的ZnSe薄膜在某些特性上又比CdS來(lái)得匹配，故本研究以ZnSe及晶格完全匹配的ZnSel-XTeX化合物取代CdS透光層，并實(shí)際運(yùn)用于CuInSe2薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)以評(píng)估其接面性質(zhì)及整體匹配的成效。
全文摘要
本發(fā)明系提出一種探討以分子束沈積法成長(zhǎng)II-VI族硒化鋅碲(ZnSeTe)薄膜藉以取代原本擔(dān)任CuInSe2薄膜太陽(yáng)能電池中透光層角色的硫化鎘(CdS)。而在組件結(jié)構(gòu)中此透光層的基板為CuInSe2薄膜，藉由調(diào)整Te加入ZnSe的量形成ZnSe1-xTex薄膜讓此薄膜與基板完全匹配。發(fā)明目標(biāo)為本發(fā)明嘗試以蒸鍍的方式來(lái)成長(zhǎng)高質(zhì)量的ZnSe薄膜，用來(lái)取代原本擔(dān)任透光層角色的CdS。ZnSe的基本特性比起同為II-VI族的CdS與CuInSe2相互搭配起來(lái)應(yīng)當(dāng)會(huì)更為契合。
文檔編號(hào)C23C14/24GK103022226SQ20111028253
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者陳誼浩, 劉幼海, 劉吉人 申請(qǐng)人:吉富新能源科技(上海)有限公司