一种表面钝化处理的CdTe纳米晶薄膜及其表面钝化处理方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种表面钝化处理的CdTe纳米晶薄膜及其表面钝化处理方法与应用。所述方法包括：在CdTe纳米晶薄膜上沉积螯合剂溶液和涂覆CdCl2溶液，然后进行热处理，得到表面钝化处理的CdTe纳米晶薄膜。本发明专利技术提供的处理方法，通过螯合剂分子与金属离子的强结合作用，将金属离子包合到螯合剂内部；然后经过热处理，CdTe重结晶过程中会钝化纳米晶薄膜的缺陷空位等载流子复合中心，从而达到钝化CdTe纳米晶薄膜的活性、降低载流子的复合速度及提升器件的短路电流的目的。本发明专利技术提供的表面钝化处理的CdTe纳米晶薄膜能够应用于组装具有倒装结构的CdTe纳米晶太阳能电池中。

A Surface Passivation Method for CdTe Nanocrystalline Films and Its Application

【技术实现步骤摘要】
一种表面钝化处理的CdTe纳米晶薄膜及其表面钝化处理方法与应用
本专利技术属于光电器件领域，具体涉及一种表面钝化处理的CdTe纳米晶薄膜及其表面钝化处理方法与应用。
技术介绍
溶液法处理的CdTe纳米晶太阳能电池是当前光伏领域较为成功的薄膜科学技术，由于该器件具有低成本，高可靠性以及可大面积生产等优势引起了人们的关注。CdTe属于直接带隙半导体，其带隙为1.45eV，具有很大的光吸收系数(1×105/cm)。CdTe薄膜太阳能电池的理论效率高达29％，目前溶液法处理的CdTe纳米晶太阳能电池最高效率仅为12.3％，仍有很大的提升空间。纳米晶材料由于具有独特的物理学性质而显示出优异的光伏特性，因此常用于太阳能电池的制造。例如：①纳米半导体具有灵活的带隙可调节性能，通过简单设计合成工艺改变纳米材料的大小尺度，可以调整其禁带宽度，从而调谐对红外光子的吸收；②纳米材料具有更好的吸光性能，与体材料或者薄膜材料相比，纳米晶更大的表面积，使得材料在非常薄的厚度便可吸收大部分光子。CdTe纳米晶薄膜当做太阳能电池虽然具有优异的光吸收特性，当是由于CdTe纳米晶的比表面积(表面积/体积)特别大，绝大部分原子处于表面状态，导致CdTe纳米晶薄膜表面自由能和离子悬挂键大大增加，最终产生了许许多多的活性中心。这些活性中心非常容易形成载流子的陷阱，俘获电荷，降低了CdTe纳米晶太阳能电池的性能。众所周知，CdCl2退火处理已成为制备高效CdTe光伏器件的标准、关键工艺步骤，该步骤最主要作用是对CdTe纳米晶薄膜重结晶，增大晶粒尺寸，钝化纳米晶的表面活性。然而，高效的CdTe纳米晶太阳能电池通常除了CdCl2热处理外会再添加其他的工艺进行表面修饰。目前主要采取的方式有：1)引入空穴传输层，如：P3KT,Spiro-oMeTAD,和Si-TPA等有机材料，与CdTe产生偶极作用或者配位，不仅可以钝化纳米晶薄膜的活性也可以提高空穴的收集速率；2)采用刻蚀工艺，该方式也可以有效钝化薄膜的晶界，并且能够有效提高空穴浓度。但是大多数的有机空穴传输材料并不能稳定，另外刻蚀工艺涉及到的酸性溶液(HNO3，Br2)挥发性极强，而且并非属于环境友好型。因此，研究一种更简单环保的CdTe纳米晶太阳能电池的处理工艺十分有必要。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种表面钝化处理的CdTe纳米晶薄膜及其表面钝化处理方法。针对以上现有工艺存在的缺点和不足之处，本专利技术的目的在于提供一种新型CdTe纳米晶薄膜的表面钝化工艺(具有倒装结构的碲化镉(CdTe)米晶太阳能电池的阳极界面钝化工艺)。本专利技术提供的CdTe纳米晶薄膜可以降低载流子的复合速度，大幅度提升器件的短路电流。本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。本专利技术提供的一种CdTe纳米晶薄膜的表面钝化方法，包括如下步骤：在CdTe纳米晶薄膜上沉积螯合剂溶液和涂覆CdCl2溶液，然后进行热处理，得到表面钝化后的CdTe纳米晶薄膜(高质量的CdTe纳米晶薄膜)。进一步地，所述CdTe纳米晶薄膜的厚度为200-700nm。进一步地，所述CdTe纳米晶薄膜通过如下方法制备：采用溶剂热法制备得到CdTe纳米晶(S.Sun,H.M.Liu,Y.P.Gao,D.H.Qin,J.Materials.Chemistry.2012,517,6853-6856.)，再溶解于吡啶，氯苯，正丙醇等有机溶剂中得到黑色纳米晶溶液，将纳米晶溶液经旋涂、刷涂、喷涂、印刷或喷墨打印等方式沉积得到CdTe纳米晶薄膜。优选地，所述螯合剂有两个或两个以上配位原子，且同时与一个中心原子(或离子)形成螯合环，更优选地，以草酸、葡萄糖酸等环境友好型材料为主。优选地，所述螯合剂为具有多对孤电子的络合配体；所述螯合剂包括草酸(H2C2O4)、葡萄糖酸(C6H12O7)甘氨酸(C2H5NO2)、酒石酸(C6H12O7)或马来酸(C4H4O4)等，优选草酸(H2C2O4)。进一步地，所述螯合剂溶液的浓度为2mg/mL-20mg/mL。进一步地，所述沉积包括如下步骤：将螯合剂溶解于溶剂中得到均匀的溶液，将螯合剂溶液经旋涂、刷涂、喷涂、印刷或喷墨打印等方式沉积到CdTe纳米晶薄膜表面；所述溶剂包括水、甲醇及乙醇；所述沉积的厚度为5nm-50nm。进一步地，所述CdCl2溶液为溶质CdCl2溶解于溶剂甲醇形成的溶液；所述CdCl2溶液的浓度为60％饱和度-100％饱和度；所述CdCl2溶液的涂覆厚度为20nm-100nm；所述涂覆的方式优选旋涂。进一步地，所述热处理的温度为250℃-400℃；所述热处理的时间为20min-50min。优选地，所述在CdTe纳米晶薄膜上沉积螯合剂溶液和涂覆CdCl2溶液，能够先沉积螯合剂溶液然后在涂覆CdCl2溶液；也能够先涂覆CdCl2溶液然后再沉积螯合剂溶液；还能够将螯合剂溶液和CdCl2溶液混合混匀后再生长在CdTe纳米晶薄膜上。优选地，所述用螯合剂溶液对CdTe纳米晶薄膜进行表面钝化的具体操作方法为：配置螯合剂溶液沉积在CdTe薄膜上，然后再涂覆CdCl2甲醇溶液，最后进行热处理。本专利技术提供的表面钝化通过改变螯合剂溶液的种类、浓度、热处理温度及时间，从而调整螯合剂钝化CdTe纳米晶薄膜的最佳参数。本专利技术提供的一种由上述的表面钝化方法处理的CdTe纳米晶薄膜。本专利技术提供表面钝化方法处理的CdTe纳米晶薄膜能够应用于组装具有倒装结构的CdTe纳米晶太阳能电池中。进一步地，所述表面钝化方法处理的CdTe纳米晶薄膜应用于组装具有倒装结构的CdTe纳米晶太阳能电池中，包括：在热处理之后，沉积空穴传输层和蒸镀金属电极。进一步地，所述空穴传输材料为CuSCN、NiO、ZnTe、Sb2Te3或HgTe；所述金属电极为Au、Pt或Mo电极。优选地，所述CdTe纳米晶薄膜的厚度为200-700nm。本专利技术的原理为：如图1所示，草酸等螯合剂与CdTe当中的金属Cd产生螯合效应，主要内容是通过螯合剂分子与金属离子的强结合作用，将金属离子包合到螯合剂内部，使得CdTe失去了原本的结构，转变为另一种结构；当热处理时，有机螯合剂分解，此时CdTe薄膜需要产生结构重组(重结晶)才能稳定存在，在CdTe重结晶过程中就会钝化纳米晶薄膜的缺陷空位等载流子复合中心。本专利技术提供的表面钝化处理的CdTe纳米晶薄膜能够应用于组装具有倒装结构的CdTe纳米晶太阳能电池，所述电池的结构从入射面开始分别包括了透明衬底、透明导电前电极、电子传输层、窗口层、CdTe活性层和金属电极，器件结构为：Glass/ITO/ZnO/CdSe/CdTe/Au。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：(1)本专利技术提供的处理方法，具有低成本、简单易操作、重复性高及对环境无污染等优点。(2)本专利技术提供的处理方法，可以提高CdTe纳米晶薄膜短路电流(Jsc)和填充因子(FF)。(3)本专利技术提供的表面钝化处理的CdTe纳米晶薄膜能够应用于组装具有倒装结构的CdTe纳米晶太阳能电池，应用了表面钝化处理的CdTe纳米晶薄膜的太阳能电池性能较普通太阳能电池，有更好的工作性能。附图说明图1为本专利技术中螯合剂与重金属Cd产生螯合效应示意图。图2为本专利技术实施例1,2,3CdTe本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CdTe纳米晶薄膜的表面钝化处理方法，其特征在于，包括如下步骤：在CdTe纳米晶薄膜上沉积螯合剂溶液和涂覆CdCl2溶液，然后进行热处理，得到表面钝化处理的CdTe纳米晶薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种CdTe纳米晶薄膜的表面钝化处理方法，其特征在于，包括如下步骤：在CdTe纳米晶薄膜上沉积螯合剂溶液和涂覆CdCl2溶液，然后进行热处理，得到表面钝化处理的CdTe纳米晶薄膜。2.根据权利要求1所述的表面钝化处理方法，其特征在于，所述CdTe纳米晶薄膜的厚度为200nm-700nm。3.根据权利要求1所述的表面钝化处理方法，其特征在于，所述螯合剂包括草酸、葡萄糖酸、甘氨酸及马米酸。4.根据权利要求1所述的表面钝化处理方法，其特征在于，所述螯合剂溶液的浓度为2mg/mL-20mg/mL。5.根据权利要求1所述的表面钝化处理方法，其特征在于，所述沉积包括如下步骤：将螯合剂溶解于溶剂中得到均匀的溶液，将螯合剂溶液经旋涂、刷涂、喷涂、印刷或喷墨打印的方式沉积到CdTe纳米晶薄膜表面；所述溶剂包括水、甲醇及乙醇；所述沉积的厚度为5nm-50nm。6.根据权利要求1所述的表面钝化处...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃东欢，郭秀珍，陈丙昌，容志滔，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44