專(zhuān)利名稱(chēng)：碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池腐蝕液及腐蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池腐蝕液及腐蝕方法。
背景技術(shù)：
碲化鎘為直接帶隙結(jié)構(gòu)，禁帶寬度約為1.45eV，只要3μm～5μm薄膜便可吸收100％的太陽(yáng)光，是構(gòu)成太陽(yáng)能電池吸光層的良好材料。且碲化鎘太陽(yáng)能電池效率高、成本低，因而受到廣泛的關(guān)注和重視。理論上碲化鎘太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率為29％，據(jù)報(bào)道國(guó)際上小面積碲化鎘太陽(yáng)能電池最高轉(zhuǎn)換效率只有16.5％，國(guó)內(nèi)小面積碲化鎘太陽(yáng)能電池最高轉(zhuǎn)換效率只有13.4％。為了提高碲化鎘太陽(yáng)能電池最高轉(zhuǎn)換效率，科研工作者想過(guò)很多的辦法，比如改變制備方法、摻雜、加過(guò)渡層、腐蝕等。但由于碲化鎘材料電子親和勢(shì)4.3eV，再加上禁帶寬度1.45eV，即功函數(shù)高為5.75eV。由于P型CdTe的功函數(shù)很大，背電極金屬與半導(dǎo)體接觸形成一個(gè)阻擋層，因而很難找到與之匹配的金屬形成良好的歐姆接觸，導(dǎo)致碲化鎘太陽(yáng)能電池開(kāi)路電壓與最后的轉(zhuǎn)換效率達(dá)不到預(yù)期數(shù)值。而通過(guò)腐蝕的方法形成重?fù)诫s，使勢(shì)壘區(qū)寬度變得很薄，從而利用隧道效應(yīng)便可以實(shí)現(xiàn)接近理想的歐姆接觸，是目前碲化鎘太陽(yáng)能電池業(yè)界正在使用的方法。由于碲化鎘太陽(yáng)能電池腐蝕前后轉(zhuǎn)換效率相差較大，因而腐蝕已是制備高效碲化鎘太陽(yáng)能電池非常關(guān)鍵的技術(shù)。常見(jiàn)的碲化鎘腐蝕所用溶液為Br2-甲醇、HNO3-H3PO4和K2Cr2O7∶H2SO4等等，旨在實(shí)現(xiàn)P+重?fù)诫s、富碲層。雖然通常的腐蝕工藝也可以實(shí)現(xiàn)富碲層、隧道效應(yīng)還有良好的歐姆接觸，但是腐蝕增加了接觸晶界，從而增加了漏電流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能通過(guò)腐蝕的方法形成重?fù)诫s層、電子反射層，實(shí)現(xiàn)與背電極歐姆接觸、進(jìn)一步提高電池效率的碲化鎘薄膜的腐蝕液及腐蝕方法。
本發(fā)明的碲化鎘薄膜的腐蝕液是在原HNO3-H3PO4-H2O腐蝕液或Br2-甲醇腐蝕液中加入可溶于水或甲醇的鋅鹽，控制腐蝕液中鋅離子濃度為0.01mol/L～2mol/L。
所述鋅鹽為氯化鋅或硝酸鋅或硫酸鋅或磷酸鋅或醋酸鋅或硼酸鋅或溴化鋅或碳酸鋅或硬脂酸鋅。
所述HNO3-H3PO4-H2O的混合溶液中HNO3∶H3PO4∶H2O(體積比)＝(1～5)∶(50～95)∶(5～50)。
所述Br2和甲醇的混合溶液中Br2∶甲醇(體積比)＝(0.01～2)∶100。
碲化鎘薄膜太陽(yáng)電池腐蝕液的腐蝕方法，包括以下步驟(1)腐蝕液的恒溫將已配好的腐蝕溶液在水浴中加熱到20℃～40℃；(2)將碲化鎘太陽(yáng)能電池放入腐蝕液溶液中，腐蝕10s～240秒；(3)沖洗用恒溫到20℃～40℃的高純水沖洗；(4)用氮?dú)獯蹈伞?br> 本發(fā)明在腐蝕液中摻入鋅鹽，通過(guò)鋅離子在腐蝕過(guò)程中的擴(kuò)散作用進(jìn)入富碲層，實(shí)現(xiàn)P型重?cái)v雜，形成Te、Cd、Zn的三元合金薄層，而CdZnTe三元合金層導(dǎo)帶能級(jí)稍高于CdTe的導(dǎo)帶能級(jí)，因而能形成電子反射層，減少電子與空穴的復(fù)合，從而有效地降低表面的復(fù)合電流；而且CdZnTe材料更易形成P型重?fù)诫s，降低空間電荷區(qū)寬度，因而更容易通過(guò)隧道效應(yīng)實(shí)現(xiàn)歐姆接觸；同時(shí)，鋅離子在腐蝕過(guò)程通過(guò)擴(kuò)散作用進(jìn)入富碲層，能填充因腐蝕造成的晶界及局部微孔，進(jìn)一步阻止了背電極中的銅離子向碲化鎘層的擴(kuò)散，降低漏電流。腐蝕后的碲化鎘太陽(yáng)能電池效率一般都可以提高10％～40％，且原料普遍，價(jià)格低廉，易于配置，腐蝕工藝操作簡(jiǎn)單，特別適用于大規(guī)模流水線生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1配制摻鋅的腐蝕溶液，其中Br2∶甲醇的體積百分比為0.05∶100的，摻鋅用的鋅鹽為氯化鋅，并使鋅離子濃度在新腐蝕液中的濃度為0.5mol/L的，即為腐蝕液；取一塊無(wú)背電極的工藝簡(jiǎn)化的碲化鎘太陽(yáng)能電池(未加過(guò)渡層，未加減反膜等)，切成兩部分，讓一部分按現(xiàn)有未摻鋅鹽的Br2-甲醇溶液進(jìn)行一般腐蝕，一部分進(jìn)行摻鋅腐蝕。
摻鋅腐蝕過(guò)程腐蝕溶液與用于沖洗的高純水溫度控制在20℃，腐蝕時(shí)間為180秒，沖水，用氮?dú)獯蹈伞?br> 將一般腐蝕和摻鋅腐蝕的碲化鎘太陽(yáng)能電池涂C電極和Ag電極后測(cè)試，發(fā)現(xiàn)摻鋅腐蝕后的樣品開(kāi)路電壓高出40mv，短路電流增加3mA/cm2，光電轉(zhuǎn)換效率提高15％。
實(shí)施例2配制摻鋅的腐蝕溶液其中Br2∶甲醇的體積百分比為0.5∶100，摻鋅用的鋅鹽為醋酸鋅，并使鋅離子濃度在新腐蝕液中的濃度為1mol/L的，即為腐蝕液；取一塊無(wú)背電極的工藝簡(jiǎn)化的碲化鎘太陽(yáng)能電池(未加過(guò)渡層，未加減反膜等)，進(jìn)行摻鋅腐蝕。
摻鋅腐蝕過(guò)程腐蝕溶液與用于沖洗得高純水溫度控制在30℃，腐蝕時(shí)間為80秒，沖水，用氮?dú)獯蹈伞?br> 將腐蝕后的碲化鎘太陽(yáng)能電池涂C電極和Ag電極后測(cè)試，發(fā)現(xiàn)摻鋅腐蝕后開(kāi)路電壓高達(dá)820mv(目前國(guó)際上轉(zhuǎn)化效率最高的碲化鎘太陽(yáng)能電池開(kāi)路電壓845mv，而且該電池采用了減反膜，過(guò)渡層及摻銅背電極等復(fù)雜工藝)，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)9％。
實(shí)施例3配摻鋅的HNO3-H3PO4-H2O混合溶液，其中HNO3∶H3PO4∶H2O(體積比)＝1∶90∶40、摻鋅用的鋅鹽為硝酸鋅，并使鋅離子濃度在新腐蝕液中的濃度為1.5mol/L，即為腐蝕液；取一塊無(wú)背電極的工藝簡(jiǎn)化的碲化鎘太陽(yáng)能電池(未加過(guò)渡層，未加減反膜等)，切成兩部分，一部分按現(xiàn)有方法進(jìn)行一般腐蝕(即未摻鋅鹽的HNO3-H3PO4-H2O混合溶液)，一部分進(jìn)行摻鋅腐蝕。
摻鋅腐蝕過(guò)程腐蝕溶液與用于沖洗得高純水溫度控制在30℃，腐蝕時(shí)間為40秒，沖水，用氮?dú)獯蹈伞?br> 將一般腐蝕和摻鋅腐蝕的碲化鎘太陽(yáng)能電池涂C電極和Ag電極后測(cè)試，發(fā)現(xiàn)腐蝕后開(kāi)路電壓高出55mv，短路電流增加5mA/cm2，光電轉(zhuǎn)換效率提高25％。
實(shí)施例4配摻鋅的HNO3-H3PO4-H2O混合溶液，其中HNO3∶H3PO4∶H2O(體積比)＝1∶80∶30、摻鋅用的鋅鹽為硝酸鋅，并使鋅離子濃度在新腐蝕液中的濃度為0.05mol/L，即為腐蝕液；取一塊無(wú)背電極的工藝簡(jiǎn)化的碲化鎘太陽(yáng)能電池(未加過(guò)渡層，未加減反膜等)，進(jìn)行摻鋅腐蝕。
摻鋅腐蝕過(guò)程腐蝕溶液與用于沖洗得高純水溫度控制在35℃，腐蝕時(shí)間為20秒，沖水，用氮?dú)獯蹈伞?br> 用金相顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)表面變平整，將腐蝕后的碲化鎘太陽(yáng)能電池涂C電極和Ag電極后測(cè)試，發(fā)現(xiàn)腐蝕后開(kāi)路電壓為810mv，轉(zhuǎn)換效率為8.5％。
權(quán)利要求
1.一種碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池腐蝕液，其特征在于在HNO3-H3PO4-H2O混合腐蝕液或Br2-甲醇混合腐蝕液中加入溶于水或甲醇的鋅鹽，控制腐蝕液中鋅離子濃度為0.01mol/L～2mol/L。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碲化鎘薄膜的腐蝕液，其特征在于所述鋅鹽為氯化鋅或硝酸鋅或硫酸鋅或磷酸鋅或醋酸鋅或硼酸鋅或溴化鋅或碳酸鋅或硬脂酸鋅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碲化鎘薄膜的腐蝕液，其特征在于所述HNO3-H3PO4-H2O混合腐蝕液中HNO3∶H3PO4∶H2O(體積比)＝(1～5)∶(50～95)∶(5～50)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碲化鎘薄膜的腐蝕液，其特征在于所述Br2-甲醇混合腐蝕液中Br2∶甲醇(體積比)＝(0.01～2)∶100。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池腐蝕液的腐蝕方法，其特征在于包括以下步驟(1)腐蝕液的恒溫將已配好的腐蝕溶液在水浴中加熱到20℃～40℃；(2)將碲化鎘太陽(yáng)能電池放入腐蝕液溶液中，腐蝕10～240秒；(3)沖洗用恒溫到20℃～40℃的高純水沖洗；(4)用氮?dú)獯蹈伞?br> 全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池腐蝕液及腐蝕方法。本發(fā)明的碲化鎘薄膜的腐蝕液是在原HNO
文檔編號(hào)H01L31/18GK101075645SQ20071003470
公開(kāi)日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2007年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月10日
發(fā)明者羊億, 黃芳, 李華維, 羅友良 申請(qǐng)人:湖南師范大學(xué)