[發明專利]一種碲化鎘梯度吸收層的制備方法及太陽電池

在審

• 申請號: 202110986532.7
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113745359A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 沈凱;劉嬌;麥耀華;周逸良;鮑飛雄;王新龍
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: H01L31/0296
• 分類號: H01L31/0296;H01L31/0445;H01L31/18
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 雷月華

本發明公開了一種碲化鎘梯度吸收層的制備方法及太陽電池。該方法包括：在硒源層上沉積p型CdTe薄膜，當CdTe薄膜沉積完成后進行快速超高溫擴散反應過程，然后進行激活熱處理工藝，快速超高溫擴散反應過程是指在CdTe薄膜沉積完成后，將沉積得到的薄膜疊層快速升溫至550～620℃的高溫，高壓氮氣或惰性氣體環境下，保持1～20min，然后快速降溫。本發明提出通過在吸收層沉積完畢后，引入高溫擴散反應過程，調控優化Se在吸收層中均勻擴散反應，形成組分分布可控和低缺陷濃度的高質量CdTeSe/CdTe梯度結構吸收層，顯著改善了梯度吸收層組分分布及電學特性，有效提高了CdTe太陽電池的光電轉換效率。

技術領域

本發明屬于光伏新能源材料與器件領域，具體涉及一種碲化鎘梯度吸收層的制備方法及太陽電池。

背景技術

碲化鎘(CdTe)薄膜太陽電池作為最成功的產業化薄膜太陽電池技術，以較高的光電轉換效率、電池性能的長期穩定性、顯著的成本優勢等特點成為極具研究價值與市場潛力的太陽電池技術。近年來，鎘碲硒(CdTeSe)在CdTe薄膜太陽電池中的成功應用，使得CdTe薄膜太陽電池的器件效率取得了進一步的突破。

二元CdTe發展為三元CdTeSe基梯度結構吸收層，是新一輪效率提升中最具跨越性的進展。實驗中常以硒化鎘(CdSe)作為硒源層，后續通過一定的擴散機制與CdTe形成三元合金化合物——CdTeSe。其作為一種三元固溶體化合物，具有帶隙可調的性質，更小的帶隙可提升長波波段的光譜響應，從而提高短路電流密度。同時，CdTeSe所具備的其他優良的材料性質，在缺陷鈍化、少子壽命、載流子輸運等方面都可以起到積極作用。因此，如何調控Se的梯度擴散分布，構建高質量的梯度吸收層對CdTe太陽電池性能具有重要影響。

發明內容

為解決現有技術的缺點和不足之處，本發明提供了一種碲化鎘梯度吸收層的制備方法。傳統的制備過程，CdTeSe/CdTe吸收層沉積完之后，后續的熱過程溫度較低(350～450℃)，其對應的熱擴散過程和效果均受限；本發明引入了一種快速超高溫擴散反應過程來促進高質量CdTeSe/CdTe梯度吸收層的形成從而提高器件性能。通過在CdTe沉積后引入一個快速超高溫擴散反應過程調控優化Se在吸收層中均勻擴散反應，輔助后續CdCl₂熱處理過程形成組分分布可控和低缺陷濃度的高質量CdTeSe/CdTe梯度結構吸收層。

本發明還提供了一種碲化鎘太陽電池。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種碲化鎘梯度吸收層的制備方法，包括以下步驟：在硒源層上沉積p型吸收層CdTe薄膜，當CdTe薄膜沉積完成后進行快速超高溫擴散反應過程，然后進行激活熱處理工藝，制得的p型吸收層即所述碲化鎘梯度吸收層；所述快速超高溫擴散反應過程是指在CdTe薄膜沉積完成后，將沉積得到的薄膜疊層快速升溫至550～620℃的高溫，在高壓氮氣或惰性氣體環境下，保持時間為1～20min，然后快速降溫；其中，快速升溫和快速降溫過程分別需要滿足：300℃至平臺溫度或平臺溫度降至300℃在1分鐘內完成，平臺溫度為550～620℃。

所述快速超高溫擴散反應過程可以促進硒源層中Se元素向CdTe層的均勻擴散，有利于結合后續熱過程反應形成Se組分濃度單梯度遞減的高質量CdTeSe/CdTe梯度結構吸收層。所述快速超高溫擴散反應過程，其溫度高于CdTe疊層的升華溫度，為了抑制已沉積CdTe疊層的二次升華，需在一定的氮氣或惰性氣體氛圍下進行，通過高壓惰性氣體環境抑制薄膜的二次升華。所述快速超高溫擴散反應過程，不包含CdCl₂及其它含Cl化合物或單質。

所述快速超高溫擴散反應過程中的氣壓應控制在50～80kPa。

所述激活熱處理工藝，即將沉積了薄膜層(CdTeSe/CdTe疊層)的樣品置于含CdCl₂或MgCl₂環境下進行熱處理，熱處理溫度為350～450℃，熱處理時間為10～30min。