[发明专利]一种无毒掺杂剂LiCl在碲化镉太阳电池中的应用

说明书

技术领域

本发明属于薄膜太阳电池掺杂剂的应用，特别涉及一种无毒掺杂剂对碲化镉薄膜掺杂以制备高性能的太阳电池。

背景技术

作为薄膜电池中发展最快，市场化程度最高，经济效益最好的太阳电池，碲化镉薄膜电池最近十年一直受到产业界与科研机构的青睐，碲化镉太阳电池的发展方向是降低单位能源输出的成本，争取在各种太阳电池中率先实现平价上网，并大幅度降低对环境的影响。在碲化镉电池制作过程中，最核心的环节是通过窗口层硫化镉和吸收层碲化镉的互扩散，形成性能优良的异质结CdS/CdTe，这个过程对于改善CdTe多晶结晶性能，促进晶粒间界互联，增加载流子浓度非常关键。在这个过程中，常常选用CdCl₂掺杂剂进行热处理掺杂，这也是目前最行之有效的方法，然而，尽管CdCl₂掺杂剂被广为采用，但是在实际使用过程中却有诸多的负面效果，比如CdCl₂极易溶于水，在20℃时溶解度为1400g/L，在整个碲化镉电池制造过程中风险最大，防护等级最高，也最容易产生镉泄露。基于以上分析，本申请发明采用无镉的氯化物对碲化镉电池吸收层碲化镉薄膜进行掺杂处理，减少电池中Cd的含量，从而进一步降低碲化镉电池对环境的影响。

发明内容

本发明的目的，是减少含镉材料在薄膜电池中的使用，提供采用超声技术喷涂LiCl去离子水溶液在碲化镉薄膜表面，进而实施掺杂处理，制备出结构单一，结晶取向明显，掺杂深度贯穿整个薄膜厚度的碲化镉薄膜。

本发明通过如下技术方案予以实现：

一种无毒掺杂剂LiCl在碲化镉太阳电池中的应用，其特征在于包括以下步骤：

A、将LiCl粉末和去离子水按照摩尔比（0.1～1）：100溶解成溶液，得到液体掺杂剂；

B、将步骤A溶液放置在超声喷雾器溶液池中，均匀的在碲化镉薄膜表面喷涂4～10秒，形成一层LiCl薄膜；

C、将步骤B样品干燥后放入掺杂炉中，在N₂和O₂混合气氛中，360℃～420℃温度掺杂30～60分钟，然后将样品冷却，得到掺杂了的碲化镉薄膜。

本发明所用的LiCl粉末纯度为99.99%，去离子水电阻大于3MΩ，配置成的LiCl去离子水溶液摩尔浓度为0.5%。

本发明所进行的LiCl薄膜喷涂是采用商业化的超声雾化器，通过调节雾化量与雾化时间（4～8秒），LiCl薄膜涂覆在碲化镉薄膜表面厚度为20～40nm。

本发明对喷涂的LiCl薄膜采用恒温干燥箱在60℃～100℃下对涂覆有LiCl的碲化镉薄膜进行恒温干燥30分钟，干燥后自然冷却至室温。

本发明采用隧道式石英管电阻丝加热炉对碲化镉薄膜进行LiCl掺杂处理，采用智能控温器调节隧道式石英管电阻丝加热炉的升温方式和恒温时间，最终实现在360℃～420℃温度下掺杂30～60分钟。

本发明在实现掺杂时，隧道式石英管电阻丝加热炉内的气氛为N₂：O₂=4:1的混合气体，采用浮子流量计控制N₂和O₂进气的流量，流量大小为N₂：1～2升/分钟，O₂：0.25～0.5升/分钟，N₂和O₂均为高纯压缩气体，纯度>99.999%。

本发明是采用将LiCl掺杂后的碲化镉薄膜拉到隧道式石英管电阻丝加热炉口进行冷却。

进一步的技术方案是，步骤A所述的去离子水电阻大于3MΩ，本发明以去离子水作为溶剂，是利用去离子水里面无有机、无机杂质，且去离子水经过恒温干燥箱干燥容易蒸发去除，低电阻的去离子水及其他有机溶剂不适合本发明，容易引入杂质在掺杂剂里面。

本发明采用不含镉的LiCl作为掺杂剂，掺杂温度高，所得碲化镉薄膜结构单一，晶粒充分长大且取向明显，同时掺杂剂在碲化镉薄膜整个厚度分布，掺杂效果好。此外，采用本发明进行掺杂，具有操作简单，选择性好，无毒低成本，对环境影响小的特点，是一种有实际应用前途的碲化镉薄膜掺杂材料。

附图说明

图1为本发明LiCl掺杂后Li与Cl在碲化镉薄膜内部的分布图。

图2为本发明LiCl掺杂后碲化镉薄膜XRD图。

具体实施方式