[发明专利]一种禁带宽度可调的碲锌镉薄膜材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电材料新能源领域，涉及薄膜太阳能电池材料，具体是指一种用于薄膜太阳能电池光吸收层的禁带宽度可调的碲锌镉(Cd_1-xZn_xTe)薄膜材料的制备方法。

背景技术

1993年，Doty等人第一次生长出了高质量的Cd_1-xZn_xTe晶体。因Cd_1-xZn_xTe具有可调节的禁带宽度、优良的机械强度、高的电阻率、好的光敏特性和电荷传输特性等而得到广泛应用。用Zn取代闪锌矿结构CdTe晶格中的部分Cd，形成三元化合物Cd_1-xZn_xTe，Zn的加入并不显著影响材料的晶体结构。Cd_1-xZn_xTe可以被看作两种二元化合物ZnTe和CdTe的固熔体，改变Cd_1-xZn_xTe中Zn的含量(x值或称组分)，一些重要的物理性质可以在预想的范围内变化。如它的晶格常数随x值在0.61004～0.64829nm间线性改变；其禁带宽度随x值在1.45eV到2.26eV间连续可调。利用禁带宽度可调的材料做电池的吸收层可以通过三个方面提高太阳电池的效率：(1)有效降低本征区内的SRH复合速率；(2)增强作用在电子和空穴上的有效力场，提高载流子收集效率；(3)扩展太阳光谱的吸收范围。如果在沉积三元合金Cd_1-xZn_xTe过程中，合理控制x值的变化，制备禁带宽度可调的Cd_1-xZn_xTe多晶薄膜并将其作为光吸收材料，就有可能制作出高光电转化效率的太阳能电池。

目前常用的Cd_1-xZn_xTe薄膜的制备方法有单靶溅射和双靶共溅射方法。比如，Dongmei Zeng等人(Dongmei Zeng，Wanqi Jie，Hai Zhou，Yingge Yang.Effects of deposition temperatures on structure and physical properties of Cd_1-xZn_xTe films prepared by RF magnetron sputtering，Nuclear Instruments and Methods in Physics Research，A614(2010)68-71)用Cd_0.9Zn_0.1Te靶，在溅射压强1.5Pa，溅射功率60W的条件下，通过改变基片温度制得了Cd_1-xZn_xTe薄膜。而Pushan Banerjee等人(Pushan Banerjee，Rajiv Ganguly，Biswajit Ghosh.Opttical properties of Cd_1-xZn_xTe thin films fabricated through sputtering of compound semiconductor，Applied Surface Science，256(2009)213-216)利用CdTe和ZnTe两个靶，采用双靶共溅射方法在200W和0.1mbar下制得了Cd_1-xZn_xTe薄膜。

然而目前遇到的最大难题是在沉积三元合金Cd_1-xZn_xTe过程中，难以控制薄膜中各元素的化学计量，特别是Zn元素的含量很难提高，难以保证制得具有较高禁带宽度的Cd_1-xZn_xTe薄膜。

发明内容

基于上述已有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提出一种基于射频磁控溅射，采用复合结构生长禁带宽度可调的Cd_1-xZn_xTe薄膜材料的制备方法。

本发明的一种禁带宽度可调的Cd_1-xZn_xTe薄膜材料的制备步骤如下：

A基片清洗

通过反复试验得到的优化清洗工艺过程为：丙酮或酒精→去离子水→盐酸→去离子水→氮气吹干。在用氮气吹干基片时候，必须在超净环境下完成，以保证基片的清洁。

B Cd_1-xZn_xTe复合薄膜的生长