ＣｄＭｎＴｅ薄膜太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及的是一种ＣｄＭｎＴｅ薄膜太阳能电池及其制备方法，属于无机非金属材料器件制造工艺领域。该ＣＭＴ薄膜太阳能电池的结构为：透明导电玻璃／ＣｄＳ／ＣｄＭｎＴｅ／背电极或透明导电玻璃／ＣＭＴ电池／ＣｕＩｎＳｅ２电池／背电极的叠层电池。其中ＣＭＴ薄膜制备方法是：采用近空间升华法在衬底上沉积ＣｄＭｎＴｅ薄膜；薄膜沉积后，采用近空间升华设备，在氯化镉蒸汽氛围中对ＣＭＴ薄膜进行高温退火。采用ＣＭＴ薄膜制备太阳能电池有利于促进低成本、高稳定性和高效率叠层太阳能电池的发展。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种CdMnTe薄膜太阳能电池及其制造方法，属于太阳能电池制 造工艺

技术介绍
当今世界，人类对能源的需求越来越多，然而石油、煤等一次能源却逐渐枯竭，人 类将面临越来越严峻的能源危机以及环境危机。太阳能光伏发电在这种情形下得到飞速发 展。目前太阳电池产品主要为晶体硅电池，但是由于成本问题，晶体硅电池发电还难以与传 统的化石能源发电在价格上竞争。在这种情况下薄膜太阳电池因材料的消耗低，能制备大面积组件而有利于工业化 生产等优点成为太阳能光伏电池的发展趋势。目前，广泛研究的单结薄膜太阳能电池主要 有非晶硅、碲化镉(CdTe)和铜铟镓硒(CIGS/CIS)三种。实验室中非晶硅单结太阳能电池 的效率已经超过10%，单结碲化镉电池的效率最高达到16. 5%，而单结铜铟镓硒电池的效 率最高则接近20%。但是这些单结薄膜太阳能电池效率的进一步提高存在诸多材料特性 限制、工艺和制备困难，比如CdTe电池的效率在过去十年中仅仅提高了 1%。具有更高效 率(20-40% )的薄膜太阳能电池可以通过双结或多结叠层电池来实现。在这种结构的电池 中，通过顶层电池吸收太阳光谱中波长较短的光，底层电池吸收太阳光谱中波长较长的光， 从而使叠层电池可以充分吸收太阳光，提高转换效率。研究表明对于高转换效率的双结叠 层电池，顶层电池和底层电池材料的理想禁带宽度应该分别为大约1. 7eV和1. OeV。目前对 于顶层电池材料，大家广泛研究的主要是CdZnTe(CZT)薄膜，其禁带宽度可以随Zn含量的 不同在1. 45 (CdTe) 2. 26eV(ZnTe)之间连续可调。但是这种材料在制备上存在困难，当 其禁带宽度为1.7时，Zn的掺杂量要达到40% (原子百分比，at. % )，再加上Zn在CdTe 中的分凝系数大，因此很容易造成CZT材料的组份不均勻。相对于CZT薄膜，CdMnTe (CMT) 薄膜则具有很多优势，比如其禁带宽度调节比较容易，当其禁带宽度为1. 7时，Mn的掺杂量 只需要10% (at. %)，而且Mn在CdTe中分凝系数接近1，从而掺杂时材料组份均勻。因此 CMT薄膜可以作为叠层太阳能电池顶电池的理想材料。目前还几乎没有关于CMT薄膜太阳 能电池的研究，这方面的研究具有重要的学术意义和社会经济价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种半导体CdMnTe (CMT)薄膜太阳能电池及其制备方法，这 可以为制备高转换效率的叠层薄膜太阳能电池提供一种新材料和新工艺。本专利技术的主要特征在于本专利技术中获得的CMT薄膜，具有较好的成份均勻性和禁带 宽度可调节性，同时本方法薄膜的沉积速度快；采用CMT薄膜制备了性能较好的太阳能电 池；以CMT薄膜电池为顶电池的叠层薄膜太阳能实现了高转换效率。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案及步骤一、CdMnTe薄膜太阳能电池结构一种CdMnTe薄膜太阳能电池，采用CdMnTe薄膜作为ρ型光吸收层材料。本专利技术 的单结CdMnTe薄膜太阳能电池采用如下结构透明导电玻璃/CdS/CdMnTe/背电极。多结 CdMnTe薄膜太阳能电池结构是透明导电玻璃/CMT电池/CuInSe2电池/背电极。二、CdMnTe (CMT)薄膜的制备将沉积了 CdS薄膜的透明导电玻璃放入近空间升华沉积设备的样品台，在CdS薄 膜上沉积CMT薄膜；沉积薄膜前先用真空泵对升华室抽真空至5 10Pa，然后用分子泵对 反应室抽真空至ICT3Pa以下；升华源为高纯CMT晶体，升华源温度400-800°C，样品衬底温 度400 700°C，腔体气压为IPa lOKPa，升华时间0. 5 10分钟。三、CMT薄膜的热处理将制备好的CMT薄膜放入近空间升华沉积设备的样品台；先用真空泵将近空间升 华设备抽真空至5 10Pa，然后用分子泵对反应室抽真空至10_3Pa以下，升华源为高纯氯化 镉晶体，升华源温度350 450°C，样品衬底温度350 450°C ；热处理时间5 60分钟。四、CMT薄膜太阳能电池的制备采用磁控溅射法或蒸镀法或涂覆法在CMT薄膜上制备背电极，从而制备出CMT太 阳能电池，电池结构如附图1所示。或在CMT薄膜上再沉积其它薄膜电池，从而制备出叠层 太阳能电池。本专利技术同现有技术相比，具有如下显著优点(1)本专利技术的CMT薄膜太阳能电池，采用ρ型CMT薄膜作为光吸收层，具有比 CdZnTe薄膜更多的优势，比如CMT薄膜禁带宽度容易调节。Mn掺杂量为10% at. % )时 CMT薄膜的禁带宽度就可以达到1. 7eV左右，Mn掺杂量为30% (at. % )时CMT薄膜的禁带 宽度就可以达到1.9eV左右，而要达到相同禁带宽度，对于CdZnTe薄膜，Zn的掺入量要分 别达到40% (at. % )和60% (at. % )，这存在工艺困难。(2)采用CMT薄膜的另一个重要优点是CMT薄膜很均勻，因为Mn在CdTe中的分凝 系数接近于1，而Zn在CdTe中的分凝系数较大，容易造成CdZnTe薄膜的组份不均勻，从而 影响电池性能。附图说明图1为本专利技术的CdMnTe薄膜太阳能电池结构示意图。图2为本专利技术的CdMnTe/CuInSe2双结叠层薄膜太阳能电池结构示意图。具体实施例方式现将本专利技术的实例具体叙述于后。实施例1(I)CdMnTe(CMT)薄膜的制备将沉积了 CdS薄膜的透明导电玻璃(SnO2 = F)放入近空间升华沉积设备的样品台， 在CdS薄膜上沉积CMT薄膜，Mn的掺杂量为10% (at. % )；沉积薄膜前先用真空泵对升 华室抽真空至10Pa，然后用分子泵对反应室抽真空至7X10_4Pa ；升华源为高纯CMT晶体 (99. 99%,wt. %)，升华源温度680°C，样品衬底温度550°C，腔体气压为IPa lOKPa，升华 时间为90秒钟。(2)CMT薄膜的热处理将制备好的CMT薄膜放入近空间升华沉积设备的样品台；先用真空泵将近空间升 华设备抽真空至10Pa，然后用分子泵对反应室抽真空至7X10_4Pa，升华源为高纯氯化镉晶 体(99. 9%,wt. % )，升华源温度410°C，样品衬底温度410°C ；热处理时间30分钟。(3)CMT薄膜太阳能电池的制备采用磁控溅射法在CMT薄膜上制备Cu/Ni合金背电极，从而制备出CMT太阳能电 池。通过对以上制备的CMT薄膜及其电池性能进行测试，结果表明薄膜的禁带宽度约 为1. 68eV，薄膜晶粒及组份均勻；该CdS/CMT薄膜太阳能电池的效率为13. 3%。实施例2(l)CMT薄膜的制备将沉积了 CdS薄膜的透明导电玻璃(Sn02:F)放入近空间升华沉积设备的样品台， 在CdS薄膜上沉积CMT薄膜，Mn的掺杂量为10% (at. % )；沉积薄膜前先用真空泵对升 华室抽真空至lOPa，然后用分子泵对反应室抽真空至7X10_4Pa ；升华源为高纯CMT晶体 (99. 99%,wt. %)，升华源温度680°C，样品衬底温度550°C，腔体气压为lPa lOKPa，升华 时间为90秒钟。(2)CMT薄膜的热处理将制备好的CMT薄膜放入近空间升华沉积设备的样品台；先用真空泵将近空间升 华设备抽真空至lOPa，然后用分子泵对反应室抽真空至7X10_4P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＣｄＭｎＴｅ薄膜太阳能电池，其特征在于该太阳能电池采用ＣｄＭｎＴｅ薄膜作为ｐ型光吸收层材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王林军，黄健，唐可，张继军，贡伟明，夏义本，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]