[发明专利]磁场下CdTe太阳电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于碲化镉(CdTe)薄膜太阳电池的制造方法，属于纳米无机化合物能源材料制造工艺领域。 

背景技术

太阳能是一种洁净、无污染、取之不尽用之不竭的自然能源，人类赖以生存的自然资源几乎全部转换于太阳能，将太阳能直接转换为电能是大规模利用太阳能的一项重要技术基础。自1954年贝尔实验室开发出效率为6％的第一个多晶硅太阳电池以来，现在太阳电池市场以每年35％的速度递增。 

CdTe是一种化合物半导体，在太阳电池中一般作吸收层。由于它的直接带隙为1.45eV，最适合于光电能量转换，因此使得约2微米厚的CdTe吸收层在其带隙以上的光学吸收率达到90％成为可能，允许的最高理论转换效率在大气质量AM1.5条件下高达27％。CdTe容易沉积成大面积的薄膜，沉积速率也高。因此，CdTe薄膜太阳电池的制造成本较低，是应用前景较好的一种新型太阳电池，已成为美、德、日、意等国研发的主要对象。目前，已获得的最高效率为16.5(1cm)，电池模块效率达到11％(0.94m)。然而，人们当前对CdTe太阳电池的特点和制备方法的认识很零散，没有一个系统的了解。 

近年来，磁场强度超过10T的超导强磁场的应用已受到人们的广泛关注，强磁场因其超强的磁化作用，可以使得非铁磁性物质也能显示出内禀磁性，如水塑料、木材等可在强磁场中悬浮。与普通磁场作用于宏观的物体不同，强磁场能够将高强度的磁能传递到物质的原子尺度，改变原子的排列、匹配和迁移等行为，从而对材料的组织和性能产生深远的影响。强磁场在材料制备中能控制材料在晶体生长过程中的形态、大小、分布和取向等等。从而影响材料的组织结构，最终获得具有优良性能的新材料。 

发明内容

本发明的目的是提供一种磁场下CdTe太阳电池的制备方法，在磁场下使用近空间升华法制备CdTe太阳电池，CdTe吸收薄膜的表面平整度及致密性都有了非常明显改善，提高了CdTe薄膜太阳电池的转化效率。 

为实现上述目的，本发明采取以下技术步方案： 

一种磁场下CdTe太阳电池的制备方法，采用磁场下近空间升华法在透明导电玻璃上制备CdTe薄膜太阳电池，该方法具有以下工艺步骤： 

a、透明玻璃衬底预处理； 

b、在透明玻璃衬底上制备In₂O₃:F透明导电薄膜； 

c、把制备好透明导电薄膜的玻璃衬底放入带有超导磁铁线圈的近空间升华炉内，在玻璃衬底上生长一层CdS缓冲层； 

d、在制备好的CdS薄膜上使用近空间升华法生长CdTe吸收薄膜：通过所述超导磁铁线圈对所述衬底施加1～15T的磁场，在制备好CdS薄膜的玻璃衬底上生长一层CdTe吸收薄膜； 

e、使用磁控溅射仪在CdTe表面溅射金属背电极，在400℃下退火形成欧姆接触； 

f、获得CdTe薄膜太阳电池。 

进一步地，所述金属背电极可以为镍电极或者铝电极或者铜电极或者金电极。 

进一步地，所述步骤a中透明玻璃衬底预处理是指采用透明玻璃作为沉积衬底，采用丙酮超声清洗5～15min，以去除玻璃表面的油脂，然后去离子水超声清洗10～20min去除玻璃表面杂质；最后将玻璃烘干后放入预处理室，使用等离子体对玻璃衬底进行清洗。 

进一步地，所述步骤b中制备In₂O₃:F透明导电薄膜是指通过磁控溅射仪在透明玻璃衬底上溅射一层高导电层，溅射靶材为高纯In₂O₃，先用真空泵对溅射室抽真空至5Pa以下，然后用分子泵对反应室抽真空至10^-2Pa以下，通入Ar气和5％CHF₃，调节流量为30～60ml/min；调节反应气压为0.2～0.5Pa；溅射功率100～500W；溅射时间0.5～2h。 

进一步地，所述步骤c中生长CdS缓冲层是指先用真空泵将升华炉抽真空至5Pa以下，然后用分子泵对升华炉抽真空至10^-2Pa以下，通入50％Ar气和50％O₂，调节流量为5～20ml/min；调节气压为500～2000Pa；调节红外卤素灯使升华源温度为550～620℃，衬底温度为500～550℃，源与衬底距离为2～8mm；升华时间为3～10s，制备好CdS薄膜后关闭升华源，通入80％Ar气和20％O₂，保持衬底温度在400℃下退火处理20min。。