專利名稱：碲化鎘薄膜太陽能電池的高阻層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜太陽能電池，特別涉及一種碲化鎘薄膜太陽能電池的高阻層的制作方法。
背景技術(shù)：
一般來說，生產(chǎn)在玻璃襯底上的碲化鎘薄膜太陽能電池基本依次要生長如下幾種薄膜透明導(dǎo)電層，高阻層，η型硫化鎘層，P型碲化鎘層以及背接觸層。透明導(dǎo)電層的作用是與外接電極形成良好的導(dǎo)電接觸并提高電流收集的能力，高阻層可以降低窗口層(即硫化鎘層)的厚度，改進電池對短波長光的響應(yīng)，并盡可能減少窗口層(及硫化鎘層)中的穿孔引起的正向電流。目前使用最為廣泛的透明導(dǎo)電層和高阻層組合通常為氟摻雜的氧化錫(FTO)和本征氧化錫(SnO2)組合，原因是這兩種薄膜能夠承受碲化鎘薄膜沉積所需要的超過500°C的高溫環(huán)境，而且生產(chǎn)成本較低。在碲化鎘薄膜太陽能電池中，對于高阻層的要求是電阻高，薄膜表面平滑。而目前氟摻雜的氧化錫和本征氧化錫層的制作方法主要是化學(xué)氣相沉積法(CVD)0該方法制作出來的本征氧化錫層表面粗糙度較大，不利于后續(xù)薄膜的生長，元素成分分析顯示雖然其沒有其他元素?fù)诫s，但絕緣特性卻不是很好。這主要是由于在化學(xué)氣相沉積過程中形成了較多氧空位，這些氧空位對于氧化錫的導(dǎo)電特性其著重要的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服所述缺陷，提供一種碲化鎘薄膜太陽能電池的高阻層的制作方法，采用該方法制備的高阻層表面平滑，粗糙度低，且絕緣特性好。本發(fā)明的技術(shù)目的是通過以下方案來實現(xiàn)的
一種碲化鎘薄膜太陽能電池的高阻層的制作方法，是在FTO透明導(dǎo)電玻璃上沉積高阻層，所述高阻層的材料為本征氧化錫并采用如下步驟進行沉積(1)在直流磁控濺射儀中加熱所述FTO透明導(dǎo)電玻璃至450 - 520°C ；(2)在磁控濺射腔體中，于氬氣保護和
0.l-ο. 4mbar壓強條件下在FTO透明導(dǎo)電玻璃上磁控派射沉積本征氧化錫。由于本發(fā)明方法是在較高的襯底溫度下采用磁控濺射技術(shù)沉積本征氧化錫薄膜，在等離子體的輔助作用下，氧化錫的結(jié)晶狀況較佳；另一方面，氧化錫的帶隙為3. 7電子伏特。眾所周知，對于半導(dǎo)體材料，如果其費米能級越接近于導(dǎo)帶，其導(dǎo)電特性越好；越偏離于導(dǎo)帶，其導(dǎo)電特性越差。紫外光電子譜測量表明，采用化學(xué)氣相法沉積得到的氧化錫費米能級到導(dǎo)帶間距為O. 9電子伏特，而采用本發(fā)明沉積得到的高阻層費米能級到價帶間距為
1.3電子伏特，采用本發(fā)明得到的氧化錫層的絕緣特性較好。此外，原子力顯微鏡測量表明，現(xiàn)有技術(shù)采用化學(xué)氣相法沉積得到的本征氧化錫層表面粗糙度為16 20納米，而采用本發(fā)明方法制得的本征氧化錫層表面粗糙度只有7 10納米，更有利于后續(xù)薄膜的沉積。優(yōu)選的，所述本征氧化錫的O與Sn的原子百分比為2. 05^2. 15 ;在該比例范圍內(nèi)，原子百分比越高，氧空位的產(chǎn)生越小，高阻層的導(dǎo)電性越低。
優(yōu)選的，沉積過程中玻璃襯底的溫度為450 - 520°C。優(yōu)選的，本征氧化錫的沉積厚度為30-150納米。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的方法是在較高的襯底溫度下采用磁控濺射技術(shù)沉積本征氧化錫薄膜，在等離子體的輔助作用下，氧化錫的結(jié)晶狀況較佳；而且，通過控制磁控濺射靶材中氧與錫的比例來控制所沉積薄膜中氧空位的數(shù)量，減少了氧空位的產(chǎn)生，降低其導(dǎo)電特性，產(chǎn)品絕緣特性好，從而克服化學(xué)氣相沉積等方法導(dǎo)致的高阻層絕緣特性不佳的問題，所得高阻層表面平滑，粗糙度低，而具有該方法所得高阻層的碲化鎘薄膜太陽能電池的初始轉(zhuǎn)換效率、 開路電壓、填充因子更高，電池性能更優(yōu)異。


圖I為采用本發(fā)明方法制得的產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，I為玻璃襯底，2為氟摻雜的氧化錫層，玻璃襯底I與氟摻雜的氧化錫層2構(gòu)成FTO透明導(dǎo)電玻璃，3為本征氧化錫層，4為硫化鎘層，5為碲化鎘層，6為背接觸層。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的具體實施方式
做進一步的描述。實施例I
將FTO透明導(dǎo)電玻璃置于交流磁控濺射儀中并加熱到450°C。當(dāng)磁控濺射腔體的本底真空達到I X 10_3毫巴時，往腔體中充入氬氣，使腔體內(nèi)壓強達到O. I毫巴，以不摻雜的氧化錫(即本征氧化錫)為靶材，氧化錫的O與Sn的原子百分比為2. 08。然后打開磁控濺射電源，在FTO透明導(dǎo)電玻璃的氟摻雜氧化錫層2外表面進行磁控濺射沉積本征氧化錫，5分鐘后本征氧化錫層的厚度達到30納米時，關(guān)閉磁控濺射電源，停止往腔體中充入氬氣并中止玻璃襯底的加熱，待玻璃冷卻到200°C以下后傳輸出磁控濺射腔體。實施例2
將FTO透明導(dǎo)電玻璃置于交流磁控濺射儀中并加熱到470°C。當(dāng)磁控濺射腔體的本底真空達到I X 10_4毫巴時，往腔體中充入氬氣，使腔體內(nèi)壓強達到O. 2毫巴，再以本征氧化錫為靶材，本征氧化錫的O與Sn的原子百分比為2. 12，打開磁控濺射電源，在FTO透明導(dǎo)電玻璃的氟摻雜氧化錫層2外表面進行磁控濺射沉積本征氧化錫，待本征氧化錫層的厚度達到60納米時，關(guān)閉磁控濺射電源，停止往腔體中充入氬氣并中止玻璃襯底的加熱，待玻璃冷卻到150°C以下后傳輸出磁控濺射腔體。實施例3
將FTO透明導(dǎo)電玻璃置于交流磁控濺射儀中并加熱到490°C。當(dāng)磁控濺射腔體的本底真空達到I X 10_4毫巴時，往腔體中充入氬氣，使腔體內(nèi)壓強達到O. 3毫巴，再以本征氧化錫為靶材，本征氧化錫的O與Sn的原子百分比為2. 10，打開磁控濺射電源，在FTO透明導(dǎo)電玻璃的氟摻雜氧化錫層2外表面進行磁控濺射沉積本征氧化錫，待本征氧化錫層的厚度達到90納米時，關(guān)閉磁控濺射電源，停止往腔體中充入氬氣并中止玻璃襯底的加熱，待玻璃冷卻到170°C以下后傳輸出磁控濺射腔體。實施例4
將FTO透明導(dǎo)電玻璃傳輸?shù)浇涣鞔趴貫R射儀中并加熱到520°C。當(dāng)磁控濺射腔體的本底真空達到I X 10_5毫巴時，往腔體中充入氬氣，使腔體內(nèi)壓強達到O. 4毫巴，以本征氧化錫為靶材，靶材中O與Sn的原子百分比為2. 05，在FTO透明導(dǎo)電玻璃的氟摻雜氧化錫層2外表面進行磁控濺射沉積本征氧化錫，待本征氧化錫層的厚度達到120納米時，關(guān)閉磁控濺射電源，停止往腔體中充入氬氣并中止玻璃襯底的加熱，待玻璃冷卻到100°C以下后傳輸出磁控濺射腔體。實施例5
將FTO透明導(dǎo)電玻璃傳輸?shù)浇涣鞔趴貫R射儀中并加熱到50 0°C。當(dāng)磁控濺射腔體的本底真空達到I X 10_5毫巴時，往腔體中充入氬氣，使腔體內(nèi)壓強達到O. 4毫巴，以本征氧化錫為靶材，靶材中O與Sn的原子百分比為2. 15，在FTO透明導(dǎo)電玻璃的氟摻雜氧化錫層2外表面進行磁控濺射沉積本征氧化錫，待本征氧化錫層的厚度達到150納米時，關(guān)閉磁控濺射電源，停止往腔體中充入氬氣并中止玻璃襯底的加熱，待玻璃冷卻到50°C以下后傳輸出磁控濺射腔體。實施例產(chǎn)品技術(shù)效果驗證，具體操作如下
I、制備與上述各實施例規(guī)格相同的產(chǎn)品，區(qū)別在于高阻層采用化學(xué)氣相沉
積法進行沉積，得到對比例I、對比例2、對比例3、對比例4和對比例5。2、在實施例1-5和對比例1-5的產(chǎn)品上,均用近空間升華發(fā)法沉積100納米厚度的硫化鎘層4和5微米厚度的碲化鎘層5，于碲化鎘層外表面噴涂一層350nm厚的CdCl2，然后于400°C的真空條件下進行熱處理15min，再用濃度為分別為70%和25%的磷酸和硝酸混合水溶液腐蝕碲化鎘層，去除碲化鎘層表面的氧化物后，噴涂濃度為I χ ο-6摩爾的氯化銅水溶液；再于255°C溫度下加熱產(chǎn)品10分鐘，冷卻，用清水清洗產(chǎn)品碲化鎘層外表面，最后用磁控濺射法沉積金屬金作為背接觸層，得到對應(yīng)的碲化鎘薄膜太陽能電池。3、測試各實施例和對比例的電池性能,具體結(jié)果如下表
權(quán)利要求
1.一種碲化鎘薄膜太陽能電池的高阻層的制作方法，是在FTO透明導(dǎo)電玻璃上沉積高阻層，所述高阻層的材料為本征氧化錫，其特征在于包括如下步驟(1)在交流磁控濺射儀中加熱FTO透明導(dǎo)電玻璃至450 - 520°C ；(2)在磁控濺射腔體中，于氬氣保護和O.l-ο. 4mbar壓強條件下在FTO透明導(dǎo)電玻璃上磁控派射沉積本征氧化錫。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的碲化鎘薄膜太陽能電池的高阻層的制作方法，其特征在于所述本征氧化錫的O與Sn的原子百分比為2. 05^2. 15。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碲化鎘薄膜太陽能電池的高阻層的制作方法，其特征在于本征氧化錫的沉積厚度為30-150納米。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種碲化鎘薄膜太陽能電池的高阻層的制作方法，是在交流磁控濺射儀中加熱FTO透明導(dǎo)電玻璃至450–520oC，再于磁控濺射腔體中，氬氣保護和0.1-0.4mbar壓強條件下在FTO透明導(dǎo)電玻璃上磁控濺射沉積本征氧化錫；氧化錫的結(jié)晶狀況較佳；而且，通過控制磁控濺射靶材中氧與錫的比例來控制所沉積薄膜中氧空位的數(shù)量，減少了氧空位的產(chǎn)生，降低其導(dǎo)電特性，產(chǎn)品絕緣特性好，從而克服化學(xué)氣相沉積等方法導(dǎo)致的高阻層絕緣特性不佳的問題，所得高阻層表面平滑，粗糙度低，而具有該方法所得高阻層的碲化鎘薄膜太陽能電池的初始轉(zhuǎn)換效率、開路電壓、填充因子更高，電池性能更優(yōu)異。
文檔編號H01L31/18GK102623570SQ20121010554
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月12日
發(fā)明者傅干華, 彭壽, 潘錦功, 謝義成 申請人:成都中光電阿波羅太陽能有限公司