一种磁控溅射CdTe多晶薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于：在基底的透明导电多晶薄膜上生长CdS多晶薄膜，停止加热，然后在真空条件下对生长完成后的CdS多晶薄膜进行降温、再升温或者加热保持、或再升温降温的过程，多晶薄膜多晶薄膜再在所制备的CdS多晶薄膜上溅射CdTe多晶薄膜。之后在CdCl2气氛中对所制备的CdS多晶薄膜和CdTe多晶薄膜进行退火处理；最后在经退火处理后的CdTe多晶薄膜上蒸镀导电背电极。
【技术实现步骤摘要】
—种磁控溅射CdTe多晶薄膜太阳能电池的制备方法
本专利技术涉及一种CdTe多晶多晶薄膜电池及其制备方法。
技术介绍
碲化镉(CdTe)是I1- VI族化合物半导体，是一种很理想的太阳能电池吸收层材料。CdTe为直接带隙半导体，其室温带隙宽度为1.45eV，其光谱响应与太阳光谱非常匹配。CdTe吸收系数大于5X 105/cm，太阳光中约99%的能量高于其禁带宽度的光子可在约2 μ m厚的吸收层中吸收，大大节省了对材料的需求。CdTe多晶薄膜太阳能电池的厚度仅为硅太阳能电池厚度的1/100，降低了太阳能电池的材料成本和制作成本。目前，批量生产的大面积商用CdTe多晶薄膜太阳能电池组件的制造成本降到了 0.75美元/峰瓦，是现在各种太阳能电池组件中制作成本最低的，已经成为光伏产业中的主要研究对象之一。CdTe多晶薄膜太阳能电池为异质结太阳能电池，异质结通常由n-CdS/p-CdTe组成。通常CdS由化学水浴法(CBD)制备，而CdTe制备方法多种多样，有近空间升华法(CSS)、电沉积(ED)方法、物理气相沉积(PVD)法、化学气相沉积(CVD)法、CBD、丝网印刷烧结法、真空磁控溅射法、真空热蒸发法等等。磁控溅射法相比常用的CSS法是一种低温的制备方法。磁控溅射设备很容易普及，在生长多晶薄膜过程中可以调节的技术参数多，例如气体的流量、生长气压、基底温度、等离子体浓度、靶基距、磁场分布等，这些均可用于改善CdTe多晶薄膜的质量、从而提高CdTe太阳能电池的转化效率。在高透玻璃上，在250°C的低温下已经制备出了转化效率为14%的CdTe多晶薄膜太阳能电池。磁控溅射设备通用、稳定、制备温度低、薄膜厚度可控性好，很适合制备超薄CdTe多晶薄膜太阳能电池。目前，利用磁控溅射制备的CdTe吸收层厚度为0.25 μ m的CdTe多晶薄膜太阳能电池，转化效率已经达到了 8%。而且，利用磁控溅射法可以在同一个腔室中同时完成CdS和CdTe的制备。在磁控溅射中，制备完CdS多晶薄膜后，然后在不破坏温度和真空的条件下，可以马上在CdS多晶薄膜表面上制备CdTe多晶薄膜。目前，在磁控溅射CdTe多晶薄膜太阳能电池中，通常在制备CdS过程中，通入一定的氧气([1]A.Gupta, K.Allada, S.H.Lee, and A.D.Compaan, OxygenatedCdS Window Layer for Sputtered CdS/CdTe Solar Cells, in MaterialsResearch Societ Symposium Proceedings, 2003, vol.763, pp.341-346.[2]X.ffu, Y.Van, R.G.Dhere, Y.Zhang, J.Zhou, C.Perkins, and B.To, Nanostructured CdS:0flm:preparation, properties, and application, physica status solidi(c), vol.1,n0.4，pp.1062-1066, 2004.)，或者是生长完CdS以后，对CdS多晶薄膜进行CdCl2处理(Lee, Jae-Hyeong;Lee, Dong-Jin, Effects of CdCl2 treatment on the properties ofCdS films prepared by r.f.magnetron sputtering, THIN SOLID FILMS,卷:515 期:15页:6055-6059 DO1: 10.1016/j.tsf.2006.12.069 出版年:MAY 31 2007)，来增大 CdS 的带隙，降低CdS对光的吸收，来达到增加短路电流密度的目的。但是，对CdS进行CdCl2处理，表面CdCl2颗粒不容易去除，增加了工艺的复杂性和不可控性。在生长CdS中通入氧气，虽然能增加短路电流密度，但是开路电压和转化效率没有明显的提高(Kephart，J.Μ.;Geisthardt, R.;Sampath, ff.S.Photovoltaic Specialists Conference (PVSC), 201238 th IEEE Topic(s): Components, Circuits,Devices & Systems;EngineeredMaterials, Dielectrics & Plasmas;Photonics & Electro-Optics;Power,Energy,&Industry Applications Digital Object Identifier:10.1109/PVSC.2012.6317737Publication Year:2012, Page(s):000854-000858)。磁控溅射制备CdTe多晶薄膜过程中，可以通过改变制备条件，比如施加基片偏压，中国专利201210265539.0提出了一种制备CdTe多晶薄膜的方法，其通过在磁控溅射制备CdTe多晶薄膜过程中，对基片施加偏压，提高了 CdTe多晶薄膜太阳能电池的转化效率。但是，在磁控溅射CdTe多晶薄膜太阳能电池过程中，在同一个腔室内制备完CdS以后，在没有破坏真空和温度的情况下，马上在CdS表面生长CdTe多晶薄膜，没有经过CdS多晶薄膜的降温退火，或者保温过程。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有的磁控溅射制备CdTe多晶太阳能电池方法存在的CdS进行CdCl2处理后，不易除去表面的CdCl2，或者磁控溅射CdS时通入氧气，不能明显增加电池的开路电压的不足，提出一种新的制备方法。本专利技术通过对生长完成后的CdS多晶薄膜进行降温、再升温或者保持加热、或再升温降温，之后再在CdS多晶薄膜表面进行CdTe多晶薄膜的生长，可大大改善PN结的结特性，明显提高CdTe多晶薄膜太阳能电池的转化效率和开路电压。本专利技术方法工艺步骤顺序如下:1、在磁控溅射炉放置基底的位置上放置具有透明导电薄膜的基底，通过导电的固定基底的探针，使基底的透明导电薄膜和外加电压设备相连。然后关闭磁控溅射炉的真空室，对真空室内抽真空，并对基底加热；2、当背底真空到达10_3Pa以下，基底温度达到25°C -1100°C，开始在具有透明导电薄膜的基底上溅射CdS多晶薄膜；当CdS多晶薄膜的厚度到达设定的厚度时，停止生长CdS薄膜。然后对生长完成的CdS多晶薄膜在25°C -1100°c温度范围下保持lmin_72h，或者停止对基底加热，使CdS多晶薄膜降温到室温，然后在室温下保持0-72h。之后，把基底的位置转移到正对CdTe靶的位置，启动射频电源开始溅射CdTe多晶薄膜，对基片施加偏压+8.8V一-100V。当CdTe多晶薄膜的厚度达到预设的厚度，关闭外加电源停止对基片的偏压，同时关闭射频电源，停止CdTe多晶薄膜的生长，停止对基底加热。使生长了 CdS多晶薄膜和CdTe多晶薄膜的基底随炉冷却。然后取出生长了 CdS多晶薄膜和CdTe多晶薄膜的基底；3、对步骤2制备的CdS和CdTe多晶薄膜进行CdCl2退火处理本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磁控溅射CdTe多晶薄膜太阳能电池的制备方法，其特征是，所述的制备方法步骤如下：1）在磁控溅射炉放置基底的位置上放置具有透明导电薄膜的基底，通过导电的固定基底的探针，使基底的透明导电薄膜和外加电压设备相连；然后关闭磁控溅射炉的真空室，对所述的真空室抽真空，并对基底加热；2）当真空室背底真空到达10‑3Pa以下，所述的基底温度达到25℃‑1100℃，开始在具有透明导电多晶薄膜的基底上溅射CdS多晶薄膜；当CdS多晶薄膜的厚度达到20nm‑500nm时，停止生长CdS多晶薄膜；然后对生长完成的CdS多晶薄膜在25℃‑1100℃温度范围下保持1min‑72h，或者停止对基底加热，使CdS多晶薄膜降温到室温，然后在室温下保持0‑72h；之后，把基底的位置转移到正对CdTe靶的位置，启动射频电源开始溅射CdTe多晶薄膜，对基片施加偏压+8.8V—‑100V；当CdTe多晶薄膜的厚度达到0.5μm‑10μm时，关闭外加电源停止对基片的偏压，同时关闭射频电源，停止CdTe多晶薄膜的生长，停止对基底加热，使生长了CdS多晶薄膜和CdTe多晶薄膜的基底随炉冷却，然后取出生长了CdS多晶薄膜和CdTe多晶薄膜的基底；3）对步骤2制备的CdS和CdTe多晶薄膜进行CdCl2退火处理；4）在经CdCl2退火处理后的CdTe多晶薄膜表面蒸镀导电背电极。...
【技术特征摘要】
1.一种磁控溅射CdTe多晶薄膜太阳能电池的制备方法，其特征是，所述的制备方法步骤如下: 1)在磁控溅射炉放置基底的位置上放置具有透明导电薄膜的基底，通过导电的固定基底的探针，使基底的透明导电薄膜和外加电压设备相连；然后关闭磁控溅射炉的真空室，对所述的真空室抽真空，并对基底加热； 2)当真空室背底真空到达10_3Pa以下，所述的基底温度达到25V-1100°C，开始在具有透明导电多晶薄膜的基底上溅射CdS多晶薄膜；当CdS多晶薄膜的厚度达到20nm-500nm时，停止生长CdS多晶薄膜；然后对生长完成的CdS多晶薄膜在25°C -1100°C温度范围下保持lmin-72h，或者停止对基底加热，使CdS多晶薄膜降温到室温，然后在室温下保持0_72h ；之后，把基底的位置转移到正对CdTe靶的位置，启动射频电源开始溅射CdTe多晶薄膜，对基片施加偏压+...
【专利技术属性】
技术研发人员：李辉，刘向鑫，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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