磁场下ＣｄＴｅ太阳电池的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磁场下ＣｄＴｅ太阳电池的制备方法，该方法具有以下工艺步骤：透明玻璃衬底预处理；在透明玻璃衬底上制备Ｉｎ２Ｏ３∶Ｆ透明导电薄膜；把玻璃衬底放入近空间升华炉内，在玻璃衬底上生长ＣｄＳ缓冲层；在制备好的ＣｄＳ薄膜上使用近空间升华法生长ＣｄＴｅ薄膜，通过超导磁铁线圈对衬底施加１～１５Ｔ的磁场，生长ＣｄＴｅ吸收层；在ＣｄＴｅ表面溅射金属背电极形成欧姆接触；获得高效ＣｄＴｅ薄膜太阳电池。在强磁场下使用近空间升华法制备ＣｄＴｅ太阳电池，ＣｄＴｅ薄膜的表面平整度及致密性都有了非常明显改善，提高了ＣｄＴｅ薄膜太阳电池的转化效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于碲化镉(CdTe)薄膜太阳电池的制造方法，属于纳 米无机化合物能源材料制造工艺领域。
技术介绍
太阳能是一种洁净、无污染、取之不尽用之不竭的自然能源，人类赖以 生存的自然资源几乎全部转换于太阳能，将太阳能直接转换为电能是大规才莫 利用太阳能的一项重要技术基础。自1954年贝尔实验室开发出效率为6%的 第一个多晶硅太阳电池以来，现在太阳电池市场以每年3W的速度递增。CdTe是一种化合物半导体，在太阳电池中一般作吸收层。由于它的直接 带隙为1.45eV,最适合于光电能量转换，因此使得约2微米厚的CdTe吸收 层在其带隙以上的光学吸收率达到90%成为可能，允许的最高理论转换效率 在大气质量AMI. 5条件下高达27%。 CdTe容易沉积成大面积的薄膜，沉积 速率也高。因此，CdTe薄膜太阳电池的制造成本较低，是应用前景较好的一 种新型太阳电池，已成为美、德、日、意等国研发的主要对象。目前，已获 得的最高效率为16. 5(lcm)，电池模块效率达到11% (0. 94m)。然而，人 们当前对CdTe太阳电池的特点和制备方法的认识^l^散，没有一个系统的 了解。近年来，》兹场强度超过10T的超导强磁场的应用已受到人们的广泛关注， 强磁场因其超强的磁化作用，可以使得非铁磁性物质也能显示出内禀磁性， 如水塑料、木材等可在强磁场中悬浮。与普通磁场作用于宏观的物体不同， 强磁场能够将高强度的磁能传递到物质的原子尺度，改变原子的排列、匹配 和迁移等行为，从而对材料的组织和性能产生深远的影响。强磁场在材料制 备中能控制材料在晶体生长过程中的形态、大小、分布和取向等等。从而影 响材料的組织结构，最终获得具有优良性能的新材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，在磁场下 使用近空间升华法制备CdTe太阳电池，CdTe薄膜的表面平整度及致密性都 有了非常明显改善，提高了 CdTe薄膜太阳电池的转化效率。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术步方案 一种，釆用磁场下近空间升华法在透 明导电玻璃上制备CdTe薄膜太阳电池，该方法具有以下工艺步骤a、 透明玻璃衬底预处理；b、 在透明玻璃衬底上制备Iri203:F透明导电薄膜；c、 把制备好透明导电薄膜的玻璃衬底放入带有超导磁铁线圈的近空间 升华炉内，在玻璃衬底上生长一层CdS緩沖层；d、 在制备好的CdS薄膜上使用近空间升华法生长CdTe薄膜通过所述 超导磁铁线圈对所述衬底施加1 ~ 15T的磁场，在制备好CdS薄膜的玻璃衬 底上生长一层CdTe吸收层；e、 使用磁控溅射仪在CdTe表面溅射金属背电极，在高温下退火形成欧 姆接触；f、 获得高效CdTe薄膜太阳电池。进一步地，所述金属背电极可以为镍电极或者铝电极或者铜电极或者金 电极。进一步地，所述步骤a中透明玻璃衬底预处理是指采用透明玻璃作为沉 积衬底，采用丙酮超声清洗5 15min，以去除玻璃表面的油脂，然后去离子 水超声清洗IO ~ 20min去除玻璃表面杂质；最后将玻璃烘干后放入预处理室， 使用等离子体对玻璃衬底进行清洗。进一步地，所述步骤b中制备ln203: F透明导电薄膜是指通过;兹控'减射 仪在透明玻璃衬底上溅射一层高导电层，溅射靶材为高纯ln203，先用真空泵 对'践射室抽真空至5Pa以下，然后用分子泵对反应室抽真空至l(TPa以下， 通入Ar气和5%CHF3,调节流量为30~60ml/min;调节反应气压为0. 2 ~ 0. 5Pa;賊射功率100 ~ 500W;賊射时间0. 5 ~ 2h。5进一步地，所述步骤c中生长CdS緩冲层是指先用真空泵将升华炉抽真 空至5Pa以下，然后用分子泵对升华炉抽真空至10—2Pa以下，通入50。Mr气 和50%02，调节流量为5~20ml/min;调节气压为500 ~ 2000Pa;调节红外卣 素灯使升华源温度为550 ~ 620°C,衬底温度为500 - 55(TC，源与衬底距离 为2-8mm;升华时间为3~10s,制备好CdS薄膜后关闭升华源，通入80°Mr 气和20%02，保持衬底温度在40(TC下退火处理20min。。进一步地，所述步骤d中生长CdTe薄膜是指先用真空泵将升华炉抽真 空至5Pa以下，然后用分子泵对升华炉抽真空至l(T卞a以下，通入Ar气， 调节流量为5~20ml/min;调节气压为500 ~ 2000Pa;通过超导》兹4失线圈对 衬底施加1 ~ 15T的磁场，随后调节红外卣素灯使升华源温度为560 ~ 600°C; 衬底温度为480 ~ 520°C，源与衬底距离为1 5咖；升华时间为0. 5 ~ 2min; 生长好CdTe薄膜后关闭升华源，保持衬底温度为480 ~52(TC，保持^f兹场强 度为1-15T，对CdTe薄膜进行退火处理，处理时间为30 ~ 50min。进一步地，所述步骤e中使用磁控濺射仪在CdTe表面賊射金属背电极 是指先用真空泵对溅射室抽真空至5Pa以下，然后用分子泵对反应室抽真空 至l(T2Pa以下，通入Ar气，调节气压为0. 3 ~ 0. 5Pa;賊射功率为200 ~ 500W; 溅射时间为20~40min,最后将薄膜电池在Ar气中400。C退火处理1 ~ 2h。 使电极形成良好的欧姆接触。本专利技术在1~15T的磁场中，采用近空间升华法生长高质量CdTe薄膜太 阳电池，以高纯CdS和CdTe粉末为原料，试验中釆用红外卣素灯作为加热 源，源与衬底距离为l~5mm;反应室本底气压小于5Pa后，通入Ar气，源 的温度在560 ~ 600°C;衬底温度为480 52(TC之间，》兹场强度连续可调保 持在1 15T。强磁场能够将高强度的磁能传递到物质的原子尺度，改变原子的排列和 迁移等行为。强磁场在材料制备中可控制材料生长过程中的形态、大小和分 布等等，从而影响材料的组织结构。将近空间升华CdTe太阳电池的过程置 于磁场中进行，利用磁场对物质极强的磁化力、磁能作用以及对运动电荷的 洛仑磁力，能增强反应物的活化和离解，促进电子、CdS、 CdTe等活性基团6之间的相互作用，使CdTe薄膜能够更致密的生长，即磁场在薄膜生长之间 就强制的形成一个优化的生长方向，影响并控制薄膜的生长过程。在强磁场 下使用近空间升华法制备CdTe太阳电池，CdTe薄膜的表面平整度及致密性都有了非常明显改善。本专利技术的特点是在磁场下采用近空间升华法制备高质量的CdTe薄膜太 阳电池。在磁场的作用下，在衬底上沉积200 ~ 600nm厚的高质量CdTe薄膜， 本专利技术通过调节磁场强度以控制薄膜的生长密度，可以克服其他方法所制备 的CdTe薄膜质量差且表面粗糙的缺点，是一种制备高效高质量CdTe薄膜太 阳电池的极为有效的方法。说明书附图附图说明图1为本专利技术所使用设备的结构示意附图标号说明1.红外卣素灯，2.升华源，3.磁铁，4.衬底台，5.升华源挡板具体实施例方式下面结合实施例进一步说明本专利技术的技术方案。本专利技术中红外卣素灯l作为加热源，温度连续可调；衬底放在可升降，可旋转的衬底台4上；升华源2与衬底之间有升华源挡板5，可隔断升华源2;磁场由超导磁铁3产生。 实施例(1)首先对透明玻璃衬底预处理采用1713透明玻璃作为沉积衬底， 采用丙酮超声清洗，以去除玻璃表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁场下ＣｄＴｅ太阳电池的制备方法，其特征在于：采用磁场下近空间升华法在透明导电玻璃上制备ＣｄＴｅ薄膜太阳电池，该方法具有以下工艺步骤：ａ、透明玻璃衬底预处理；ｂ、在透明玻璃衬底上制备Ｉｎ↓［２］Ｏ↓［３］：Ｆ透明导电薄膜；ｃ、把制备好透明导电薄膜的玻璃衬底放入带有超导磁铁线圈的近空间升华炉内，在玻璃衬底上生长一层ＣｄＳ缓冲层；ｄ、在制备好的ＣｄＳ薄膜上使用近空间升华法生长ＣｄＴｅ薄膜：通过所述超导磁铁线圈对所述衬底施加１～１５Ｔ的磁场，在制备好ＣｄＳ薄膜的玻璃衬底上生长一层ＣｄＴｅ吸收层；ｅ、使用磁控溅射仪在ＣｄＴｅ表面溅射金属背电极，在高温下退火形成欧姆接触；ｆ、获得高效ＣｄＴｅ薄膜太阳电池。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张根发，赖建明，苏青峰，
申请(专利权)人：上海联孚新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]