專利名稱：CdTe薄膜的表面腐蝕及用此法制備CdTe太陽電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導體器件加工領(lǐng)域，特別涉及CdTe薄膜的表面腐蝕及用此法制備CdTe太 陽電池。
技術(shù)背景CdTe太陽電池的基本結(jié)構(gòu)為玻璃襯底(G) /透明導電膜(T)/n-CdS(W)/p-CdTe(A)/背電 極(M)，如圖1所示。背電極常采用金屬，但CdTe的功函數(shù)較高(5.5 eV)，很難找到一種高 功函數(shù)的金屬與其形成歐姆接觸，從而極大影響了太陽電池的性能。目前，解決的辦法就是先對CdTe薄膜表面進行腐蝕，再沉積背接觸層材料。通常，CdTe 薄膜表面的化學腐蝕采用溴甲醇腐蝕和磷硝酸腐蝕，研究表明采用溴甲醇腐蝕CdTe太陽電 池，溴常穿透CdTe薄膜，甚至到達CdTe/CdS界面，另外，溴甲醇腐蝕液揮發(fā)性強，有毒，不 利于工業(yè)化生產(chǎn)；工業(yè)化生產(chǎn)常采用磷硝酸腐蝕，但不足之處是存在擇優(yōu)腐蝕，特別是沿晶 粒間界腐蝕，導致金屬離子或雜質(zhì)沿晶粒間界擴散，形成導電旁路。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了解決上述存在的缺陷和不足，改進了CdTe太陽電池制備工藝中的濕 化學腐蝕工藝和背接觸技術(shù)，即各向同性腐蝕出富Te層，而不受前期制備工藝和過程的影響 (如CdTe薄膜的沉積、CdTe薄膜的后處理)，同時保持晶粒的完整性；隨后沉積含Cu或不含 Cu背接觸層(如ZnTe:Cu、 HgTe:Cu、 Sb2Te3、 NiTe2)，避免直接沉積Cu形成比較復雜的CuxTe 結(jié)構(gòu)。為實現(xiàn)本發(fā)明，本發(fā)明的技術(shù)方案采用冰乙酸、硝酸、NaAc和去離子水組成的腐蝕液， 在適當?shù)臏囟认逻M行腐蝕，然后再沉積含Cu或不含Cu背接觸層，如ZnTe:Cu、 HgTe:Cu、 Sb2Te3 或NiTe2等中的任一種，最后鍍上背電極，如Ni、 Ni/Al合金或Au等中的一種，以完成器件的 制備。在本發(fā)明中，硝酸作氧化劑，冰乙酸提供酸性環(huán)境，NaAc起緩沖作用，可保持溶液的pH 值不變，使反應(yīng)更穩(wěn)定，更容易控制，不受CdTe薄膜歷史狀況的影響，其反應(yīng)方程式如下3CdTe+8HN03—3Te+3Cd(N03)2+2NO+4H20 (1)CdTe+4HN03—Te+Cd (N03)2+2N02+2H20 (2)Te在CdTe太陽電池中，降低了Te和CdTe之間的勢壘高度，減小了接觸電阻，進而減少了 在晶界的復合電流，同時作為P+層，其能隙約0.33eV，與CdTe界面的價帶偏移約0.26eV，有 利于空穴由CdTe進入Te層。同時，還可擴展長波響應(yīng)。由于化學腐蝕只能生成富Te層，為了 減小肖特基勢壘，還需沉積含Cu或不含Cu背接觸層，減小界面態(tài)密度，增加pn結(jié)附近的載流 子濃度，降低肖特基勢壘高度。采用上述腐蝕液對面積為30cmX40cmCdTe多晶薄膜進行化 學腐蝕，清洗后，直接鍍上電極制成CdTe薄膜太陽電池，獲得了約200個面積 0.07cm嘲小 電池，其轉(zhuǎn)換效率分布均勻，而且轉(zhuǎn)換效率>9%;相同工藝制備的CdTe多晶薄膜進行化學腐 蝕后沉積背接觸層，如ZnTe:Cu，最后鍍上電極制成CdTe薄膜太陽電池，光電轉(zhuǎn)換效率平均 增加40% 60%。因此，本發(fā)明的有益效果是采用這種方法腐蝕并沉積含Cu或不含Cu背接 觸層，更容易控制腐蝕反應(yīng)進程，器件性能的穩(wěn)定性和重復性好，可顯著提高太陽電池的性 能。


圖l為CdTe太陽電池的基本結(jié)構(gòu)圖。圖2a-2c為CdTe薄膜的表面腐蝕及用此法制備CdTe太陽電池的示意圖。 圖1和圖2中的符號表示G為玻璃襯底，T為透明導電膜，W為CdS, A為CdTe， Te為碲，B為背接觸層.，M為背電極。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖2和實施例詳述本發(fā)明。參見附圖2，本發(fā)明實施例中采用的CdTe薄膜樣品經(jīng)過常規(guī)的CdCl2退火處理，其結(jié)構(gòu)為 玻璃襯底(G) /透明導電膜(T)/n-CdS(W)/p-CdTe(A)(圖2a)，把上述CdTe薄膜樣品置入前述的腐蝕液中，在腐蝕液中氧化劑HN03以及緩沖劑NaAc作用下，在p-CdTe (A)表面生成富Te (Te)層(圖2b)。在整個腐蝕過程中，腐蝕液的溫度控制在20GC 50GC的范圍內(nèi)，腐蝕液是質(zhì) 量百分比分別為65%~68%的硝酸、99.5%的冰乙酸、NaAc和去離子水的混合液，其中NaAc 為lg/L 30g/L，硝酸、冰乙酸、去離子水(體積比)為(1~5): (6(M00): (10~60)，腐蝕的 時間1 15分鐘，腐蝕時間和溫度可根據(jù)生成的Te來確定(Te的多少由四探針測得的方塊電阻 的大小或X射線衍射中Te峰的強度來表征)。隨后，用去離子水沖洗，并用氮氣吹干。最后， 沉積含Cu或不含Cu背接觸層(B)，如ZnTe:Cu或HgTe:Cu或Sb2Te3或NiTe2中任一種，厚度 30nm 200nm,并蒸鍍背電極(M)，如Ni、 Ni/Al合金或Au中的一種，厚度約100nm 3 pm， 這樣完成了CdTe太陽電池的制備，如圖2c所示。 實施例一(1) 腐蝕液的溫度控制在40GC的情況下，將樣品放入腐蝕液中，腐蝕液是質(zhì)量百分比分別 為65°/。~68%的硝酸、99.5%的冰乙酸和去離子水以1: 100: 40體積比混合，加入的NaAc 為15g/L,腐蝕時間為1分鐘。(2) 取出樣品，用去離子水沖洗數(shù)次，用氮氣吹干。(3) 用濺射法共濺射高純ZnTe靶(99.999%)和Cu靶(99.999%)或真空共蒸發(fā)法蒸發(fā)高 純ZnTe源(99.999°/。)和銅源(99:999%)，沉積厚度約100nm，退火 19(^C，再沉積 200nm金屬電極Ni。實施例二(1) 腐蝕液的溫度控制在35GC的情況下，將樣品放入腐蝕液中，腐蝕液是質(zhì)量百分比分別 為65%~68%的硝酸、99.5%的冰乙酸和去離子水以h 100: 30體積比混合，加入的 NaAc為15g/L，腐蝕時間為2分鐘。(2) 取出樣品，用去離子水沖洗數(shù)次，用氮氣吹干。(3) 用10WHgTe:Cu/90e/Q石墨漿涂覆在腐蝕后的CdTe表面，氮氣保護退火~20分鐘，溫度 ~290GC，再沉積 100nm金屬電極Au。實施例三(1) 腐蝕液的溫度控制在3(^C的情況下，將樣品放入腐蝕液中，腐蝕液是質(zhì)量百分比分別 為65%~68%的硝酸、99.5%的冰乙酸和去離子水以1.5: 100: 30體積比混合，加入的 NaAc為20g/L，腐蝕時間為3分鐘。(2) 取出樣品，用去離子水沖洗數(shù)次，用氮氣吹干。(3) 用濺射法共濺射高純Sb靶(99.999%)和Te靶(99.999%)或真空共蒸發(fā)法蒸發(fā)高純 Sb源(99.999%)和Te源(99.999%)，沉積速率比(0.4 0.7)，厚度約100 nm,退火 20C^C， 再沉積Ni/Al電極(Ni:50nm;Al:3 (im)。實施例四(1) 腐蝕液的溫度控制在3(A:的情況下，將樣品放入腐蝕液中，腐蝕液是質(zhì)量百分比分別 為65%~68%的硝酸、99.5%的冰乙酸和去離子水以1.5: 100: 30體積比混合，加入的 NaAc為20g/L，腐蝕時間為3分鐘。(2) 取出樣品，用去離子水沖洗數(shù)次，用氮氣吹干。(3) 用濺射法共濺射高純Ni靶(99.999%)和Te靶(99.999%)，沉積速率比約(0.05~0.3)， 厚度約100nm，退火 200。C，再沉積~200 nm金屬電極Ni。實施例五(1) 腐蝕液液的溫度控制在25QC，將樣品放入腐蝕液中，腐蝕液是質(zhì)量百分比分別為 65%~68%的硝酸、99.5%的冰乙酸和去離子水以1.5: 100: 30體積比混合，加入的NaAc 為20g/L，腐蝕時間為15分種。(2) 取出樣品，用去離子水沖洗數(shù)次，用氮氣吹干。(3) 背接觸層和金屬電極的制備同實施例一 四中的步驟(3)。
權(quán)利要求
1.一種CdTe薄膜的表面腐蝕及用此法制備CdTe太陽電池，其特征是先把待腐蝕的CdTe薄膜樣品放入硝酸、冰乙酸、去離子水和NaAc組成的腐蝕液中，溫度控制在20℃～50℃，時間1～15分鐘；然后把腐蝕后的CdTe薄膜樣品用去離子水沖洗，并用氮氣吹干；最后，在此法腐蝕的CdTe薄膜樣品上沉積背接觸層(B)和背電極(M)以制備CdTe太陽電池。
2. 如權(quán)利要求1所述的腐蝕液，其特征是質(zhì)量百分比65% 68%硝酸、99.5%冰乙酸、去 離子水的體積比為(1~5): (60-100): (10~60)， NaAc為lg/L~30g/L。
3. 如權(quán)利要求1所述的CdTe薄膜樣品，結(jié)構(gòu)為玻璃襯底(G) /透明導電膜 (T)/n-CdS(W)/p-CdTe (A)，其特征是經(jīng)過了 CdCl2退火處理。
4. 如權(quán)利要求1所述的背接觸層(B)，其特征是:含Cu或不含Cu材料，為ZnTe:Cu、HgTe:Cu、 Sb2Te3或NiTe2中的任一種，厚度約30 nm~200 nm。
5. 如權(quán)利要求1所述的背電極(M)，其特征是材料選擇為Ni、 Ni/Al合金或Au中的一種， 厚度約100nm~3 。
全文摘要
CdTe薄膜的表面腐蝕及用此法制備CdTe太陽電池，屬于半導體器件加工領(lǐng)域。采用硝酸、冰乙酸、NaAc和去離子水的混合液作為腐蝕液，其中，NaAc作為緩沖劑，以保持溶液的pH值不變，使反應(yīng)更穩(wěn)定，通過CdTe和硝酸發(fā)生反應(yīng)生成富碲層；清洗吹干后，沉積含Cu或不含Cu背接觸層，最后沉積背電極以制備CdTe太陽電池。沉積背接觸材料，可增加pn結(jié)附近的載流子濃度，降低肖特基勢壘高度，避免直接沉積Cu形成比較復雜的Cu_xTe結(jié)構(gòu)。采用這種方法腐蝕并制備CdTe太陽電池，可顯著提高太陽電池的性能，并保證器件性能的穩(wěn)定性和重復性。
文檔編號H01L31/18GK101335310SQ20081004573
公開日2008年12月31日 申請日期2008年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月5日
發(fā)明者馮良桓, 衛(wèi) 李, 武莉莉, 蔡亞平 申請人:四川大學