[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及一种碲化镉(CdTe)及其薄膜太阳能电池的制备，特别涉及一种卤素掺杂碲化镉的制备方法、一种卤素掺杂碲化镉薄膜太阳能电池及其制备方法。 

背景技术

II-VI族半导体材料CdTe，其禁带宽度为1.46eV，为直接跃迁型，与太阳光谱匹配较好，是构造光伏电池良好的吸收体材料，也是性能优良的各种光敏器件及可见显示系统的材料。CdTe被应用于LEDs、光子学材料、生物标记、光谱分析、CO₂激光器的Q调制、红外调制器、Hg_xCd_1-xTe衬底、红外窗场致发光器件、红外探测、X射线探测、核放射性探测器、接近可见光区的发光器件等。 

由于CdTe具有较低浓度的Cd空位而显示弱的P型电导，其本征电导率很小，改善CdTe的导电性能主要是通过对其进行掺杂。目前，关于卤素掺杂CdTe材料的研究报道很少，适量掺杂卤素可以改善碲化镉的结晶性能，减少缺陷浓度、增加载流子浓度、提高其电学和光学性能。同时卤素的存在可以促进CdTe晶粒生长，进一步改善其结构、形貌和性能。 

于2005年6月1日公开的中国发明专利公开号CN1623014A公开了一种CdTe单晶和CdTe多晶及其制备方法，其中将6N镉和6N碲以及4N或以上的氯化镉装入PBN(热解氮化硼：Pyrolytic Boron Nitride)容器中，外加一个容器进行抽真空密封。将此双层密封容器放入高压容器中，当高压容器的温度超过碲的熔点或容器温度急剧上升时，降低供电量，当温度开始缓慢降下时，加热至1100～1130℃保持1小时，然后随炉冷却至室温。在加热过程中向高压容器内(双层密封容器外)通入不同压力的N₂，保持双层密封容器内部产生的压力与外部施加的压力恒定。得到了掺氯多晶碲化 镉，以得到的多晶碲化镉为原料制备单晶碲化镉。该方法对原料和设备要求高，需要反复改变压强，工艺复杂，成本高，不易控制掺氯浓度。 

于2011年8月3日公布的中国发明专利公布号CN102142481A公开了一种碲化镉的P型掺杂方法，其中采用液态或气态的碲化镉和卤素经过功能化处理后，在300～500℃下进行退火处理1-60min。得到的样品均匀性差，工艺复杂，设备要求较高，容易造成污染。 

此外，制备卤素掺杂碲化镉薄膜太阳电池通常是在玻璃底板上沉积n型CdS层，CdS层的上沿再沉积p型CdTe层，采用溶液渗透、卤化镉源蒸发、超声雾化等方式将卤化镉溶液覆盖于CdTe表面，然后进行高温处理得到卤素掺杂碲化镉层。再在CdTe上沿接合背面电极层，形成太阳电池结构。此方法沉积卤化镉存在均匀性差，设备要求高，工艺复杂，生产周期长，生产成本高，安全性低，对操作人员和环境会产生危害。 

发明内容

鉴于现有技术存在的问题，本发明的目的一个目的在于提供一种卤素掺杂碲化镉的制备方法，解决现有制备方法中存在的对原料和/或设备要求高、工艺复杂、成本高、不易控制卤素掺杂浓度等技术问题。 

本发明的另一个目的在于提供一种薄膜太阳电池的制备方法，解决现有制备方法中存在的卤化镉均匀性差、工艺复杂、生产成本高、安全性低，对操作人员和环境会产生危害等技术问题。 

为了达到本发明的上述目的，在本发明的第一个方面，本发明提供一种卤素掺杂碲化镉的制备方法，所述卤素掺杂碲化镉的制备方法包括步骤：将5N镉与5N碲按照第一规定质量比称料装入反应器中，以得到镉碲混合物，所述第一规定质量比是所述5N镉与所述5N碲之间的质量比；向所述反应器中按照第二规定质量比加入4N或以上的卤化镉，所述第二规定质量比是所述卤化镉与所述镉碲混合物之间的质量比；将所述反应器进行抽真空至规定真空度并密封；将密封的所述反应器放入一加热器内，进行升温处理；以及对升温处理后的密封的所述反应器进行冷却处理。 

为了达到本发明的上述目的，在本发明的第二个方面，本发明提供一种卤素掺杂碲化镉薄膜太阳能电池的制备方法，所述卤素掺杂碲化镉薄膜太阳 能电池的制备方法包括步骤：在SnO₂:F玻璃上沉积N型CdS层；在所述N型CdS层上沉积P型卤素掺杂碲化镉层，其中所述P型卤素掺杂碲化镉层中的卤素掺杂碲化镉根据本发明的上述第一方面所述的卤素掺杂碲化镉的制备方法来获得；利用蒸发源ZnTe和蒸发源Cu在所述P型卤素掺杂碲化镉层上沉积形成背接触层；以及在所述背接触层上沉积背面电极层。