CN104674166A - 一种CdTe薄膜制备方法及包含其的CdTe太阳电池 - Google Patents
一种CdTe薄膜制备方法及包含其的CdTe太阳电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104674166A CN104674166A CN201510104753.1A CN201510104753A CN104674166A CN 104674166 A CN104674166 A CN 104674166A CN 201510104753 A CN201510104753 A CN 201510104753A CN 104674166 A CN104674166 A CN 104674166A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cdte
- thin film
- liquid phase
- eutectic
- phase eutectic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 96
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 22
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 46
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 17
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 14
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 12
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 12
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005092 sublimation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 claims description 2
- 238000000053 physical method Methods 0.000 claims description 2
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 claims description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 abstract 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 3
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 3
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 2
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N telluride(2-) Chemical compound [Te-2] XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本公开提供一种制备具有纵向贯穿晶粒的CdTe薄膜的方法：所述方法包括，在固态CdTe薄膜的制备过程中，在固态CdTe薄膜表面形成在薄膜沉积温度下呈熔融液态的液相共熔物的薄层，所述液相共熔物由CdTe及其氧化物组成。通过本公开的制备技术，可以得到具有纵向贯穿晶粒的CdTe薄膜。利用本公开制备的CdTe薄膜光吸收层，可以制备高转换效率的CdTe薄膜太阳电池。
Description
技术领域
本公开涉及一种碲化镉薄膜的制备方法，属于半导体光电器件制备领域。
背景技术
CdTe是禁带宽度为1.45eV的II-VI族直接带隙半导体材料，它的吸收系数高达105cm-1，只需要2μm厚度，CdTe薄膜就可以将入射太阳光中能量高于其禁带宽度的99％的光子吸收。CdTe作为光吸收层的薄膜太阳电池，理论上吸收层所需厚度在几个微米左右，材料消耗极少，电池成本低。对于CdTe/CdS异质结薄膜太阳电池，CdTe是入射太阳光的吸收层，也是电子-空穴分离和传输的主要载体。因此，获得高质量的CdTe薄膜是制备高转换效率电池的关键。影响多晶薄膜质量最主要的因素是缺陷，主要包括晶界缺陷和晶粒内部的缺陷等。晶粒表面/界面处缺陷密度高，容易形成载流子传输过程中的复合中心，进而减小载流子寿命，严重影响电池的开路电压、填充因子和短路电流。因此，制备大晶粒、高结晶性、晶粒纵向贯穿、均匀致密的高质量CdTe薄膜，减少晶界的数目，对于提高CdTe薄膜太阳电池性能至关重要。
本公开通过在CdTe薄膜沉积过程中，在CdTe表面形成一薄层低共熔点的CdTe及其氧化物的熔融态混合物，促进CdTe晶粒的纵向生长，达到制备晶粒纵向贯穿的CdTe薄膜。
发明内容
本公开提供一种制备具有纵向贯穿晶粒的CdTe薄膜的方法：所述方法包括，在固态CdTe薄膜的制备过程中，在固态CdTe薄膜表面形成在薄膜沉积温度下呈熔融液态的液相共熔物的薄层，所述液相共熔物由CdTe及其氧化物组成。
在本公开的一些实施方案中，所述固态CdTe薄膜的制备过程通过近空间升华法、化学气相沉积和气相输运沉积法等进行。
在本公开的一些实施方案中，所述CdTe薄膜的沉积温度高于所述液相共熔物的最低共熔温度点。
在本公开的一些实施方案中，通过改变CdTe及其各氧化物的组分和比例控制所述液相共熔物的最低共熔温度点。
在本公开的一些实施方案中，所述氧化物包括CdOx、TeOy和/或CdTeOz，其中x大于0并且小于或等于1，y大于0并且小于或等于3，z大于0并且小于或等于4。
在本公开的一些实施方案中，所述液相共熔物由CdTe与所述固态CdTe薄膜的制备过程中的环境气氛中的氧反应生成。
在本公开的一些实施方案中，所述液相共熔物通过直接在CdTe表面沉积CdTe及其氧化物的混合物获得。
在本公开的一些实施方案中，所述液相共熔物的厚度为1-100nm，优选1至50nm，再优选1至30nm，最优选5至20nm。
在本公开的一些实施方案中，所述液相共熔物在CdTe薄膜制备完成后通过化学方法或者物理方法去除。
本公开还提供根据本公开的方法制备的具有纵向贯穿晶粒的CdTe薄膜。
本公开还提供一种CdTe薄膜太阳电池，所述CdTe薄膜太阳电池包括根据本公开的方法制备的具有纵向贯穿晶粒的CdTe薄膜。
本公开还提供一种促进CdTe晶粒的纵向择优生长的方法，所述方法包括形成在薄膜沉积温度下呈熔融液态的液相共熔物的薄层，所述液相共熔物由CdTe及其氧化物组成。
附图说明
图1：基于本公开的薄膜生长示意图。1，高温下CdTe升华为气态的Cd原子和Te2分子；2，CdTe及其氧化物的熔融态混合物；3，CdTe薄膜；4，CdS薄膜；5，透明导电玻璃。
图2：基于本公开的CdTe薄膜的扫描电子显微镜断面图(左)和表面图(右)。
具体实施方式
在本公开的一些具体实施方案中，提供了一种促进CdTe晶粒纵向择优生长，制备具有纵向贯穿晶粒的CdTe薄膜的技术方法。目的是为了得到高结晶质量的CdTe薄膜，减少载流子纵向传输过程中在CdTe晶界处的复合，提高基于CdTe薄膜材料的光电器件的光电转换效率。
在本公开的一些具体实施方案中，在CdTe薄膜生长过程中，在CdTe表面形成一薄层低共熔点的CdTe及其氧化物的混合物，在薄膜沉积的高温条件下，该混合物以熔融液态存在于薄膜表面，该液态共熔物的存在，有利于气态源物质在薄膜表面的吸附和反应沉积，有利于CdTe晶粒的定向择优生长(见图1)。高温条件下，低熔点液相共熔物的存在，减小了气相分子直接在固态表面成核生长时，由于晶体的各向异性导致的不同方向晶体生长的影响，有利于大晶粒沿着薄膜法线方向纵向贯穿生长，获得高质量的CdTe薄膜。
在本公开的一些具体实施方案中，所述CdTe薄膜的制备方法包括近空间升华法、化学气相沉积法、气相输运沉积法。
在本公开的一些具体实施方案中，所述CdTe薄膜的沉积温度应高于该共熔物的最低共熔温度点。
在本公开的一些具体实施方案中，所述CdTe表面的共熔物由CdTe及其氧化物组成，所述氧化物包括CdOx、TeOy和/或CdTeOz，其中x大于0并且小于或等于1，y大于0并且小于或等于3，z大于0并且小于或等于4。
在本公开的一些具体实施方案中，所述CdTe表面的共熔物可由CdTe与生长气氛中的氧反应生成，也可直接在CdTe表面沉积CdTe及其氧化物的混合物获得。
在本公开的一些具体实施方案中，所述共熔物的最低共熔温度点可通过改变CdTe及其各氧化物的组分和比例进行控制。
在本公开的一些具体实施方案中，所述共熔物的厚度为1-100nm。
在本公开的一些具体实施方案中，所述共熔物作为过渡层或催化层而存在，参与薄膜沉积过程，但不作为薄膜最终组分，在CdTe薄膜制备完毕后，该低共熔温度薄层通过化学或者物理的方法去除。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开作进一步的详细说明。
本公开实施例中采用的样品为CdTe薄膜太阳电池基本结构中不包括CdTe及其背电极的部分，即为玻璃/透明导电膜/硫化镉。下述实施例将只对CdTe层的制备作详述，玻璃/透明导电膜/硫化镉的制备和生长CdTe薄膜后的CdCl2热处理以及背电极的制备则不再详述。
实施例
实施例1
将表面清洁的样品固定在衬底上，使样品下表面距CdTe源表面约3毫米，将样品送入近空间升华腔体内，抽真空至10-3Pa，向腔体内冲入Ar气和O2气，使总体气体压强为1-5kPa，压强比O2∶Ar＝1∶8，将源和衬底温度分别升至690℃和590℃，生长5分钟，CdTe薄膜的厚度约4-6μm。
该实施例制备得到的CdTe薄膜在图2中示出。
实施例2
(1)将表面清洁的样品固定在衬底上，使样品下表面距CdTe源表面约3毫米，将样品送入近空间升华腔体内，抽真空至5×10-3 Pa，向腔体内冲入Ar气，使总体气体压强为1-5kPa，将源和衬底温度分别升至690℃和590℃，生长30秒。
(2)使用传送杆将衬底样品传送至热蒸发腔体内，抽真空至5×10-5Pa，利用热蒸发法将CdO、TeO2、CdTeO3的混合物沉积在CdTe表面，沉积层厚度约50nm。
(3)使用传送杆将衬底样品传回至近空间升华腔体内，抽真空至5×10-3 Pa，向腔体内冲入Ar气，使总气体压强为1-5kPa，将衬底温度升至590℃，保持1分钟。将源温度升至690℃，生长5分钟，CdTe薄膜的厚度约4-6μm。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种制备具有纵向贯穿晶粒的CdTe薄膜的方法：所述方法包括，在固态CdTe薄膜的制备过程中，在固态CdTe薄膜表面形成在薄膜沉积温度下呈熔融液态的液相共熔物的薄层，所述液相共熔物由CdTe及其氧化物组成。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述固态CdTe薄膜的制备过程通过近空间升华法、化学气相沉积和气相输运沉积法进行。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述CdTe薄膜的沉积温度高于所述液相共熔物的最低共熔温度点；和/或通过改变CdTe及其各氧化物的组分和比例控制所述液相共熔物的最低共熔温度点。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧化物包括CdOx、TeOy和/或CdTeOz，其中x大于0并且小于或等于1，y大于0并且小于或等于3，z大于0并且小于或等于4。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述液相共熔物由CdTe与所述固态CdTe薄膜的制备过程中的环境气氛中的氧反应生成，或者通过直接在CdTe表面沉积CdTe及其氧化物的混合物获得。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述液相共熔物的厚度为1-100nm。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述液相共熔物在CdTe薄膜制备完成后通过化学方法或者物理方法去除。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的方法制备的具有纵向贯穿晶粒的CdTe薄膜。
9.一种CdTe薄膜太阳电池，所述CdTe薄膜太阳电池包括根据权利要求1-7中任何一项所述的方法制备的具有纵向贯穿晶粒的CdTe薄膜。
10.一种促进CdTe晶粒的纵向择优生长的方法，所述方法包括形成在薄膜沉积温度下呈熔融液态的液相共熔物的薄层，所述液相共熔物由CdTe及其氧化物组成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510104753.1A CN104674166B (zh) | 2015-03-10 | 2015-03-10 | 一种CdTe薄膜制备方法及包含其的CdTe太阳电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510104753.1A CN104674166B (zh) | 2015-03-10 | 2015-03-10 | 一种CdTe薄膜制备方法及包含其的CdTe太阳电池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104674166A true CN104674166A (zh) | 2015-06-03 |
| CN104674166B CN104674166B (zh) | 2017-10-03 |
Family
ID=53309738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510104753.1A Expired - Fee Related CN104674166B (zh) | 2015-03-10 | 2015-03-10 | 一种CdTe薄膜制备方法及包含其的CdTe太阳电池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104674166B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03218999A (ja) * | 1988-05-27 | 1991-09-26 | Hitachi Chem Co Ltd | 化合物半導体単結晶の特性を均質化させる方法 |
| CN101794840A (zh) * | 2010-02-11 | 2010-08-04 | 上海联孚新能源科技有限公司 | 柔性CdTe薄膜太阳能电池制备方法 |
| CN102286741A (zh) * | 2011-09-02 | 2011-12-21 | 南京大学 | 碲化镉薄膜制备方法 |
| CN102779860A (zh) * | 2012-07-11 | 2012-11-14 | 中国科学技术大学 | 背接触层结构及其制备方法、包括其的CdTe薄膜太阳能电池 |
| CN103165743A (zh) * | 2011-12-15 | 2013-06-19 | 广东先导稀材股份有限公司 | 卤素掺杂碲化镉的制备方法以及卤素掺杂碲化镉薄膜太阳能电池及其制备方法 |
-
2015
- 2015-03-10 CN CN201510104753.1A patent/CN104674166B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03218999A (ja) * | 1988-05-27 | 1991-09-26 | Hitachi Chem Co Ltd | 化合物半導体単結晶の特性を均質化させる方法 |
| CN101794840A (zh) * | 2010-02-11 | 2010-08-04 | 上海联孚新能源科技有限公司 | 柔性CdTe薄膜太阳能电池制备方法 |
| CN102286741A (zh) * | 2011-09-02 | 2011-12-21 | 南京大学 | 碲化镉薄膜制备方法 |
| CN103165743A (zh) * | 2011-12-15 | 2013-06-19 | 广东先导稀材股份有限公司 | 卤素掺杂碲化镉的制备方法以及卤素掺杂碲化镉薄膜太阳能电池及其制备方法 |
| CN102779860A (zh) * | 2012-07-11 | 2012-11-14 | 中国科学技术大学 | 背接触层结构及其制备方法、包括其的CdTe薄膜太阳能电池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104674166B (zh) | 2017-10-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Razykov et al. | Growth and characterization of Sb2Se3 thin films for solar cells | |
| CN105200522A (zh) | 一种大面积钙钛矿薄片及其制备和应用 | |
| US20120132268A1 (en) | Electrode, photovoltaic device, and method of making | |
| JP2011003877A (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
| CN104011879B (zh) | 形成用于太阳能电池的cigs光吸收层的方法及cigs太阳能电池 | |
| AU2011226881B2 (en) | Photovoltaic device and method for making | |
| Liu et al. | Enhanced open circuit voltage of Sb2Se3/CdS solar cells by annealing Se-rich amorphous Sb2Se3 films prepared via sputtering process | |
| Luo et al. | The large-area CdTe thin film for CdS/CdTe solar cell prepared by physical vapor deposition in medium pressure | |
| CN104143579A (zh) | 一种锑基化合物薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
| CN102709395A (zh) | 一种CdZnTe薄膜紫外光探测器的制备方法 | |
| JP2015233139A (ja) | 原子層蒸着法で形成されたバッファ層を含む太陽電池、及び、その製造方法 | |
| KR101012847B1 (ko) | ＺｎＯ 나노막대를 이용한 화합물 태양전지의 제조방법 및 이에 의한 화합물 태양전지 | |
| Peng et al. | Controllable (hk 1) preferred orientation of Sb2S3 thin films fabricated by pulse electrodeposition | |
| US8962379B2 (en) | Method of producing CIGS film, and method of producing CIGS solar cell by using same | |
| US20160005912A1 (en) | Cigs film production method, and cigs solar cell production method using the cigs film production method | |
| CN105470113A (zh) | 一种CZTSSe薄膜太阳电池吸收层的制备方法 | |
| US20150380596A1 (en) | Cigs film production method, and cigs solar cell production method using the cigs film production method | |
| KR101734362B1 (ko) | Ａｃｉｇｓ 박막의 저온 형성방법과 이를 이용한 태양전지의 제조방법 | |
| CN104674166A (zh) | 一种CdTe薄膜制备方法及包含其的CdTe太阳电池 | |
| US8258003B2 (en) | Manufacturing method of compound semiconductor solar cell | |
| CN109037392A (zh) | 一种石墨烯/硅结构太阳能电池的生产工艺 | |
| KR101281052B1 (ko) | 간소화된 동시진공증발법을 이용한 태양전지용 ｃｉｇｓ 박막의 제조방법 및 그 제조방법에 따라 제조된 태양전지용 ｃｉｇｓ 박막 | |
| CN103715283B (zh) | 一种太阳能电池及其制备方法 | |
| RU2567191C1 (ru) | Способ изготовления фоточувствительных халькопиритных пленок | |
| AU2011226902A1 (en) | Photovoltaic device and method for making |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20171003 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |