專利名稱：具有Te緩沖層的CdTe薄膜太陽電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新能源材料與器件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
CdTe是一種重要的光伏材料，其能隙 1.44eV接近太陽能轉(zhuǎn)換的最佳能隙，它與寬能隙 的CdS (~2.42eV)形成CdS/CdTe異質(zhì)結(jié)太陽電池，有很高的理論轉(zhuǎn)換效率。目前，商業(yè)化 組件的效率己達10%。
在CdTe太陽電池的制備過程中，實現(xiàn)CdTe與金屬電極之間的歐姆接觸是獲得穩(wěn)定、高 效電池的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于CdTe的電子親和勢為4.3eV，與大多數(shù)的金屬都難以形成低電 阻接觸。因此，在工業(yè)化生產(chǎn)中，常采用HN03-H3P04-H20(NP)腐蝕以去除CdTe表面雜質(zhì)， 獲得富Te層(圖l)，隨后，沉積背接觸層，以減少背接觸勢壘的影響，從而實現(xiàn)CdTe與金屬 背電極間的歐姆接觸。
但不足之處是NP腐蝕的富Te層厚薄不均，為孔狀結(jié)構(gòu)，而且這種腐蝕為擇優(yōu)腐蝕，特 別是沿晶粒間界腐蝕。常規(guī)的CdTe太陽電池，背接觸層常采用銅或含銅材料，會出現(xiàn)如下問 題對于含銅材料，因擇優(yōu)腐蝕導(dǎo)致金屬離子或雜質(zhì)沿晶粒間界擴散，可能形成導(dǎo)電旁路； 對于銅，因孔狀富Te層不均勻可能產(chǎn)生成分和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的CuJe (15x^2)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決NP腐蝕后CdTe表面形成的孔狀富Te層以及擇優(yōu)腐蝕與銅或含 銅背接觸材料相互作用帶來的問題。
為實現(xiàn)本發(fā)明，本發(fā)明的技術(shù)方案是在結(jié)構(gòu)為玻璃/透明導(dǎo)電膜(TCO)/CdS/CdTe的薄膜表 面，采用NP腐蝕后，沉積一層Te作為緩沖層，然后按照正常的順序沉積背接觸層以及金屬電 極以完成CdTe薄膜太陽電池的制備。
添加的緩沖層Te，可以與腐蝕出來的富Te層形成良好的晶格匹配，同時降低了與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(fù)合電流，同時作為P+層，其能隙約 0.33 eV，與CdTe界面的價帶偏移約0.26eV，有利于空穴由CdTe進入Te層。
為了減小肖特基勢壘，還需沉積Cu或含Cu背接觸層，如ZnTe:Cu、 HgTe:Cu、 CuxTe，以 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。由于插入厚度均勻的 緩沖層Te，因此，在沉積銅以及后處理后，將形成組分和結(jié)構(gòu)單一且性質(zhì)穩(wěn)定的CuxTe;在沉 積含銅背接觸層后，緩沖層Te將阻擋雜質(zhì)離子的擴散，尤其避免了其在腐蝕后的晶界上迅速 擴散。
通過比較有無緩沖層Te的CdTe太陽電池，可以發(fā)現(xiàn)，添加緩沖層后，器件的旁路電阻可 從200Qcn^提高至lj500Qcn^左右，轉(zhuǎn)換效率普遍可提高5% 10%。因此，本發(fā)明的有益效果 是對于NP腐蝕后CdTe薄膜太陽電池，添加緩沖層Te后，增加了轉(zhuǎn)換效率和旁路電阻，提高 了器件性能的穩(wěn)定性和重復(fù)性，有利于CdTe薄膜太陽電池的規(guī)?；a(chǎn)。


圖l為NP腐蝕后CdTe薄膜的XRD示意圖。 圖2為NP腐蝕CdTe薄膜后的示意圖。 圖3為具有Te緩沖層的CdTe薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2和圖3中的符號表示G為玻璃襯底，T為TCO， W為CdS， A為CdTe， B為緩沖層Te， Bl為背接觸層，M為金屬電極。
具體實施例方式
以下結(jié)合圖l-3和實施例詳述本發(fā)明。
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) /TCO (T)/CdS(W)/CdTe (A)，把上述CdTe薄膜樣品置入NP腐蝕液中，腐蝕液是質(zhì)量百分比分 別為65%~68%的硝酸、85%的磷酸和去離子水以(1~5): (60~100): (10~100)體積比混合， 腐蝕的時間30 200秒，腐蝕溫度為常溫，約27。C。在腐蝕液中氧化劑HN03作用下，在CdTe (A) 表面生成富Te層。圖l給出了CdTe薄膜經(jīng)NP腐蝕后,在衍射角27.7G附近出現(xiàn)了六方相Te的(101) 的衍射峰。NP腐蝕為擇優(yōu)腐蝕，如圖2所示。隨后，用去離子水沖洗，并用氮氣吹干，再濺射或真空蒸發(fā)沉積緩沖層Te (B)，厚度約5nm 150nm。最后，制作Cu或含Cu背接觸層(Bl)， 其中含Cu背接觸層為ZnTe:Cu、 HgTe:Cu、 CXTe中任一種，厚度30nm 150 ix m，并沉積金屬 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，其結(jié)構(gòu)為玻璃襯底(G) /TCO (T)/CdS(W)/CdTe (A)/Te/背接觸層(Bl) /金屬電極(M)， 如圖3所示。 實施例一
(1) 腐蝕液溫度控制在27GC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、85%的磷酸和去離子水以1: 70: 29體積比混合，腐蝕時間為30 秒。
(2) 取出樣品，去離子水沖洗數(shù)次，用氮氣吹干。
(3) 用濺射法或真空熱蒸發(fā)法，沉積緩沖層Te(B)，厚度約5nm 150nm。
(4) 真空熱蒸發(fā)或濺射Cu (Bl)，厚度約20 200nm,氮氣保護退火 20分鐘，溫度250QC ~3000C。
(5) 最后沉積100nm 3pm金屬電極(M)，可以是Ni、 Ni/Al合金或Au中的一種，制備方法 為電子束蒸發(fā)、濺射或真空熱蒸發(fā)。
實施例二
(1) 腐蝕液的溫度控制在27GC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、85%的磷酸和去離子水以1: 70: 29體積比混合，腐蝕時間為30 秒。
(2) 取出樣品，用去離子水沖洗數(shù)次，氮氣吹干。
(3) 用濺射法或真空熱蒸發(fā)法，沉積緩沖層Te(B)，厚度約5nm 150nm。
(4) 用10。/。HgTe:Cu/90。/。石墨漿(Bl)涂覆其上，厚度約100 U m，氦氣保護退火 20分 鐘，溫度25()GC 3000C。
(5) 最后沉積100nm~3 jam金屬電極(C)，可以是Ni、 Ni/Al合金或Au中的一種，制備方法為電子束蒸發(fā)、濺射或真空熱蒸發(fā)。 實施例三
(1) 腐蝕液的溫度控制在27GC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、85%的磷酸和去離子水以1: 70: 29體積比混合，腐蝕時間為30 秒。
(2) 取出樣品，去離子水沖洗數(shù)次，用氮氣吹干。
(3) 用濺射法或真空熱蒸發(fā)法，沉積緩沖層Te(B)，厚度約5nm 150nm。
(4) 沉積ZnTe:Cu (Bl)，厚度30nm 200nm，制備技術(shù)為真空熱蒸發(fā)或濺射。隨后，氮氣 保護退火 20分鐘，溫度100GC 250GC。
(5) 最后沉積100nm~3 金屬電極(C)，可以是Ni、 Ni/Al合金或Au中的一種，制備方 法為電子束蒸發(fā)、濺射或真空熱蒸發(fā)。
實施例四
(1) 腐蝕液的溫度控制在27^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、85%的磷酸和去離子水以1: 70: 29體積比混合，腐蝕時間為30 秒。
(2) 取出樣品，用去離子水沖洗數(shù)次，氮氣吹干。
(3) 用濺射法或真空熱蒸發(fā)法，沉積緩沖層Te(B)，厚度約5nm 150nm。
(4) 沉積CuxTe (Bl)薄膜，采用的技術(shù)為真空熱蒸發(fā)法或濺射法，厚度30nm 200nm。 隨后，氮氣保護退火 20分鐘，溫度150。C 250GC。
(5) 最后沉積100nrn 3 nm金屬電極(C)，可以是Ni、 Ni/Al合金或Au中的一種，制備方 法為電子束蒸發(fā)、濺射或真空熱蒸發(fā)。
權(quán)利要求
1.具有Te緩沖層的CdTe薄膜太陽電池，結(jié)構(gòu)為玻璃/TCO/CdS/CdTe/Te/背接觸層/金屬電極，其特征是對玻璃/TCO/CdS/CdTe進行NP腐蝕后，沉積緩沖層碲，隨后順序沉積背接觸和金屬電極。
2. 如權(quán)利要求l所述的具有Te緩沖層的CdTe薄膜太陽電池，其特征是碲的厚度 5nm 150nm。
3. 如權(quán)利要求l所述的具有Te緩沖層的CdTe薄膜太陽電池，其特征是背接觸層為Cu 或含Cu材料，可以是Cu、 CuxTe、 ZnTe:Cu、 HgTe:Cu中的任一種，厚度為30nm~150 u m。
4. 如權(quán)利要求l所述的具有Te緩沖層的CdTe薄膜太陽電池，其特征是金屬電極為Ni、 Ni/Al合金、Au中的一種，厚度約100nm~3 pm。
全文摘要
具有Te緩沖層的CdTe薄膜太陽電池，屬于新能源材料與器件領(lǐng)域。采用Te作為緩沖層沉積在HNO₃-H₃PO₄-H₂O(NP)腐蝕后的碲化鎘薄膜表面和背接觸層之間的一種碲化鎘太陽電池。添加的緩沖層Te，一方面，可以與腐蝕出來的富Te層形成良好的晶格匹配，同時降低了與CdTe之間的勢壘高度。另一方面，可形成組分和結(jié)構(gòu)單一且性質(zhì)穩(wěn)定的Cu_xTe，或者阻擋雜質(zhì)離子的擴散，尤其避免了其在腐蝕后的晶界上迅速擴散。因此，可增加轉(zhuǎn)換效率和旁路電阻，提高器件的性能，有利于CdTe薄膜太陽電池的規(guī)?；a(chǎn)。
文檔編號H01L31/042GK101615638SQ200810046209
公開日2009年12月30日 申請日期2008年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月6日
發(fā)明者馮良桓, 張靜全, 衛(wèi) 李, 武莉莉, 霞 狄, 蔡亞平, 智 雷, 兵 黎 申請人:四川大學(xué)