[发明专利]一种碲化镉薄膜太阳能电池的吸收层掺硒工艺

说明书

技术领域

本发明涉及碲化镉薄膜太阳能电池技术领域，具体为一种碲化镉薄膜太阳能电池的吸收层掺硒工艺。

背景技术

碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池已经成为太阳能光伏领域中最有竞争力的一种电池，产业化的电池效率已经达到16％以上。但目前碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池要达到较高的短路电流依然困难，这在一定程度上限制了碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池的应用。

目前提高碲化镉薄膜太阳电池短路电流主要依靠两个方法，一个是增大窗口层的带隙，提高短波区域的太阳光的利用率，另一个是降低碲化镉层的带隙，提高近红外区域太阳光的利用。但现有技术中，尚无成熟的工艺可以通过降低碲化镉层的带隙，从而达到提高短路电流与转换效率的目的。

发明内容

本发明通过将硒元素引入至碲化镉薄膜的沉积过程，使碲化镉薄膜在含有硒的气氛中沉积，这样可以实现在碲化镉薄膜中掺杂硒，达到改变碲化镉薄膜带隙的目的，从而提高碲化镉薄膜太阳能电池的短路电流与转换效率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种碲化镉薄膜太阳能电池的吸收层掺硒工艺，包括以下步骤：

1)沉积透明导电层、透明导电层上沉积高电阻层、高阻层上沉积窗口层；

2)在硒气氛下沉积碲化镉薄膜获得掺硒碲化镉薄膜，所述硒气氛为硒在真空条件下高温蒸发获得；

3)在氯化镉气氛下高温处理掺硒碲化镉薄膜，后沉积背接触层，并进行掺铜处理，高温退火后封装。

优选的，所述步骤2)沉积的基板温度为200℃-700℃。

优选的，所述步骤2)沉积的的基板温度为500℃-620℃。

优选的，所述步骤2)硒蒸发温度为300℃-700℃。

优选的，所述步骤2)沉积压力为0.01帕斯卡到100000帕斯卡。

优选的，所述步骤2)沉积压力为10帕斯卡到1000帕斯卡。

优选的，所述步骤2)硒分压为0.01帕斯卡到100000帕斯卡。

优选的，所述步骤2)硒分压为2帕斯卡到30帕斯卡。

优选的，所述步骤2)在气体保护下进行，所述气体为氮气和/或氩气，所述气体压力为10帕斯卡到100000帕斯卡。

优选的，所述掺硒碲化镉薄膜厚度为0.1微米到10微米。

优选的，所述掺硒碲化镉薄膜厚度为1微米到5微米。

更为优选的，所述掺硒碲化镉薄膜中原子组分按原子浓度比记为碲：硒：镉＝1：(0-0.39)：(1-0.61)。

所述硒元素膜不同方向及位置上浓度不同，在部分位置可不含硒元素。

本发明中CdTe薄膜在真空条件的沉积过程中，将硒的固体粉末在容器中加热到约400℃到600℃高温，使硒元素气化，并通过高温管路输运碲化镉沉积腔室，使碲化镉沉积腔室处于硒气氛下。高温管路的温度高于硒蒸发源温度，防止硒元素在管路凝结，堵塞管路。碲化镉的沉积可以采用近空间升华法，也可以采用气象输运法。沉积腔室温度高于硒固体粉末的加热温度防止硒元素在腔室沉积凝结。薄膜在基板上的沉积过程中，腔室含有镉、碲、硒，三种元素，三种元素生成CdSexTe1-x (0<x<0.4)化合物，其中x的大小通过CdTe蒸发源温度、硒蒸发源温度或硒气体流量、基板温度、腔室温度等各参数控制。如此完成碲化镉薄膜沉积过程硒的掺杂和碲化镉薄膜太阳电池吸收层的带隙的调整。

本发明与现有技术相比，通过将硒元素引入至碲化镉薄膜的沉积过程，使碲化镉薄膜在含有硒的气氛中沉积，这样可以实现在碲化镉薄膜中掺杂硒，达到改变碲化镉薄膜带隙的目的。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

目前降低碲化镉薄膜太阳电池吸收层的带隙一般采用掺杂形成三元混合相的方法。掺杂硒元素部分代替碲化镉中的碲元素，可以有效改变CdTe材料的带隙。已知的结果表明，随着CdSe_xTe_1-x中Se元素的含量从0开始增加，材料的带隙从纯 CdTe 1.45eV的带隙开始降低，当Se元素增加到一定量(x≈0.3)后，CdSe_xTe_1-x的带隙达到最小值(约为1.36eV)。随着Se的含量继续增加，CdSe_xTe_1-x的带隙开始增大，当x＝1时，即为纯CdSe，此时材料带隙为CdSe的带隙1.7ev。