[发明专利]一种生长可变禁带宽度的Cd1-xZnxTe薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生长可变禁带宽度的Cd_1-xZn_xTe薄膜的方法，属于无机非金属材料器件制造工艺领域。

背景技术

能源是人类文明赖以发展的重要物质基础。当今世界，随着地球资源的日益减少和人类对能源需求的不断增加，能源危机已经迫在眉睫。为了生存和发展，人类必须寻求可以替代常规能源的可再生的洁净新能源，其中首选太阳能发电。太阳能具有储存巨大，永不枯竭，清洁无污染、不受地域限制等优点，是人类最重要的新能源。利用太阳能电池的光伏效应进行发电，已经成为太阳能规模利用的最重要的方式。

目前太阳能电池主要包括晶体硅电池和薄膜太阳能电池，其中薄膜太阳能电池因高温下输出特性好，弱化性好，污染少，有利于环境保护，发电量高，可塑性好，生产用料少，价格便宜等优点成为太阳能光伏电池的发展趋势。但是当前薄膜电池组件的转换效率还比较低，其中最高的铜铟镓硒（CIGS）电池的实验室最高效率为19.9%而工业上量产的效率才13.1%。为了进一步提高该薄膜太阳能电池的效率，可以通过双结叠层电池来实现。即让波长较短的光被顶层的宽隙材料电池吸收，波长较长的光能透射进去让较窄禁带宽度材料电池利用，从而最大限度地将光能变成电能，提高转换效率。国际上认为用禁带宽度为0.9 eV的CIGS材料做叠层太阳能电池的底层电池，而相应的顶层电池理想材料的禁带宽度应该为1.6eV左右。对此，大家广泛研究的主要是Cd_1-xZn_xTe（CZT）薄膜，其禁带宽度可以随Zn含量的不同在1.45（CdTe）～2.26eV（ZnTe）之间连续可调。而掺Zn10%(at.%)的CdZnTe薄膜也可做高能粒子探测器。目前，国际上主要采用近空间升华法制备CdTe薄膜然后用磁控溅射方法在CdTe薄膜上生长ZnTe薄膜，接着对薄膜进行退火，这样在CdTe/ZnTe的界面处生成CZT薄膜，这种方法生长CdZnTe薄膜的工艺比较复杂，而且CZT薄膜中Zn含量不容易控制。也有研究小组采用Cd_1-xZn_xTe粉末为近空间升华源来尝试生长Cd_1-xZn_xTe薄膜，研究发现即使采用x最大为0.7的Cd_1-xZn_xTe源，也无法生长出x大于0.1的Cd_1-xZn_xTe薄膜。因此本发明提出采用掺少量Zn(x小于1%)的Cd_1-xZn_xTe多晶或单晶圆盘做升华源，在较高真空下用近空间升华法直接制备x<50%的Cd_1-xZn_xTe薄膜。

发明内容

本发明的内容是采用掺少量Zn4% (at.%)的CdZnTe多晶或单晶圆盘做升华源，用近空间升华法直接制备CZT薄膜作为太阳能电池的吸收层，随着衬底温度的变化生长的CZT薄膜中Zn含量会发生变化，从而可以制备不同禁带宽度的CZT薄膜，这可以为制备高转换效率的薄膜太阳能电池提供一种新材料和新工艺。

本发明的主要特征在于本发明中获得的CZT薄膜，采用较简单的工艺制备出Zn比例较高的不同禁带宽度的CZT薄膜做太阳能电池的吸收层。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案及步骤：

将透明导电玻璃(SnO₂:F)放入近空间升华沉积设备的样品台上,在上面沉积CZT薄膜；沉积薄膜前先用真空泵对升华室抽真空至5Pa，升华源为掺Zn 4% (at.%)的CdZnTe晶体圆盘，升华源温度650°C，样品衬底温度300～500°C，腔体气压为1 Pa～10KPa，升华时间为30分钟，最终可实现x为5%-50%的Cd_1-xZn_xTe薄膜的可控沉积。

本发明同现有技术相比，具有如下显著优点：

（1）本发明的CZT薄膜太阳能电池，采用掺Zn 4% (at.%)的CdZnTe多晶或单晶晶体圆盘做为升华源，用我们自制的CdZnTe晶体单源生长CZT薄膜工艺操作方便，仅需调节衬底温度就可以生长变禁带宽度的CZT薄膜。