[发明专利]一种制备CdTe多晶薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池CdTe多晶薄膜的制备方法。

背景技术

光伏半导体材料有多种，包含单晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe等。CdTe半导体材料是一种很好的光伏吸收材料，为直接带隙半导体，带隙宽度为1.45eV，与太阳光谱非常匹配。CdTe吸收系数大于5×10⁵/cm，因此，只需要1μm就可以吸收99%以上的可见光（波长小于826nm）。CdTe薄膜太阳能电池的理论效率可以达到29%，实验室小面积CdTe薄膜太阳能电池的效率为17.3%。因此，CdTe薄膜太阳能电池在降低成本、提高转化效率具有很大的潜力。磁控溅射是制备CdTe薄膜的一种常用的方法，已经在250℃的低温制备出14%的高效电池。用磁控溅射生长CdTe多晶薄膜中，可以调节的技术参数多，例如气体的流量、生长气压、基底温度、等离子体浓度、靶基距、磁场分布等，这些均可用于改善CdTe多晶薄膜的质量、从而提高CdTe太阳能电池的转化效率。而且，这种方法设备通用、稳定、制备温度低、薄膜厚度可控性好，因此，磁控溅射是一种制备CdTe多晶薄膜理想的方法。然而，就目前磁控溅射技术而言，通过改变流量、压力、靶基距、基底的温度通常能改变CdTe晶粒的大小、薄膜的均匀性，但是这些参数很难改变CdTe晶粒尺寸不均一、形状不一致，晶粒与晶粒之间的空隙，由于晶粒尺寸不均一、形状不一致，晶粒与晶粒之间的空隙增加了晶界的面积，从而增加了缺陷密度，很难提高CdTe太阳能电池的转化效率。而且，单纯调节这些生长参数很难得到多种形貌的CdTe薄膜，这对于研究CdTe多晶薄膜太阳能电池是很不利的方面。

发明内容

本发明的目的是克服现有的磁控溅射制备CdTe多晶薄膜的缺点，提出一种新的制备方法。本发明通过对基底施加偏压，使晶粒之间结合更加紧密，降低晶界的面积，降低多晶薄膜的表面粗糙度，改善磁控溅射制备CdTe薄膜的结晶质量，获得不同形貌CdTe多晶薄膜，从而有效地提高电池的转化效率。

本发明方法工艺步骤顺序如下：

1、在磁控溅射炉放置基底的位置上放上具有透明导电薄膜的基底，通过导电的固定基底的探针，使基底透明导电薄膜和外加电压设备相连。关闭磁控溅射真空室，对腔室内抽真空，使基底保持在室温下或者对基底进行加热；

2、当背底真空至少到达10^-3Pa以下，基底温度到达设定的温度25℃-1100℃，开始在具有透明导电薄膜的基底上溅射CdS多晶薄膜；当CdS厚度到达设定的厚度时，停止CdS的生长，然后把基底转向正对CdTe靶的位置，启动射频电源开始溅射CdTe薄膜，同时打开外接的施加电压的设备对基底施加偏压，直到CdTe的厚度达到预设的厚度；关掉外接施加高压的设备电源，停止对基底施加偏压，同时关闭射频电源，停止CdTe薄膜的生长，停止对基底加热。使生长了CdS和CdTe薄膜的基底随炉冷却。然后取出生长了CdS和CdTe薄膜的基底；

3、对制备的CdTe薄膜进行CdCl₂退火处理；

4、在CdCl₂处理后的CdTe薄膜上蒸镀导电背电极；导电材料为本专业领域技术人员熟知的材料，如Au、Ni、Mo等等。蒸镀导电材料的方法为本专业领域技术人员熟知的方法，比如：热蒸发、电子束等等。

所述步骤1中，在磁控溅射炉放置基底的位置上放上具有透明导电薄膜的基底，通过导电的固定基底的探针，使基底透明导电薄膜和外加电压设备相连。用万用表测量外加设备与基底导电薄膜之间的导电性，以确保二者能导通；关闭磁控溅射真空室，对腔室内抽真空，同时对基底进行加热。基底的温度为25℃到1100℃。

所述步骤2的操作方法是：当磁控溅射室腔室的背底真空到达10^-3Pa以下，开始溅射CdS多晶薄膜。CdS的溅射条件为：基底温度25℃-1100℃，通入高纯Ar气，气体流速5sccm-100sccm，腔室压强0.1Pa-10Pa；当基底上所溅射的CdS厚度为20nm-500nm时，停止CdS薄膜的制备。把基底转向正对CdTe靶的位置，开始溅射CdTe薄膜。CdTe溅射条件为：基底温度25℃-1100℃，通入高纯Ar气，气体流速5sccm-100sccm，腔室压强0.1Pa-10Pa；基底偏压为：+10V~-200V。当基底上所溅射的CdTe厚度达到设定的厚度，0.5μm-10μm时，停止CdTe薄膜的制备，同时停止对基底加热，待基底温度降低到室温时，取出沉积了CdS和CdTe薄膜的基底。