一种磁控溅射CdTe多晶薄膜太阳能电池的制备方法
【专利摘要】一种磁控溅射CdTe多晶薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于：在基底的透明导电多晶薄膜上生长CdS多晶薄膜，停止加热，然后在真空条件下对生长完成后的CdS多晶薄膜进行降温、再升温或者加热保持、或再升温降温的过程，多晶薄膜多晶薄膜再在所制备的CdS多晶薄膜上溅射CdTe多晶薄膜。之后在CdCl2气氛中对所制备的CdS多晶薄膜和CdTe多晶薄膜进行退火处理；最后在经退火处理后的CdTe多晶薄膜上蒸镀导电背电极。
【专利说明】—种磁控溅射CdTe多晶薄膜太阳能电池的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种CdTe多晶多晶薄膜电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]碲化镉(CdTe)是I1- VI族化合物半导体，是一种很理想的太阳能电池吸收层材料。CdTe为直接带隙半导体，其室温带隙宽度为1.45eV，其光谱响应与太阳光谱非常匹配。CdTe吸收系数大于5X 105/cm，太阳光中约99%的能量高于其禁带宽度的光子可在约2 μ m厚的吸收层中吸收，大大节省了对材料的需求。CdTe多晶薄膜太阳能电池的厚度仅为硅太阳能电池厚度的1/100，降低了太阳能电池的材料成本和制作成本。目前，批量生产的大面积商用CdTe多晶薄膜太阳能电池组件的制造成本降到了 0.75美元/峰瓦，是现在各种太阳能电池组件中制作成本最低的，已经成为光伏产业中的主要研究对象之一。CdTe多晶薄膜太阳能电池为异质结太阳能电池，异质结通常由n-CdS/p-CdTe组成。通常CdS由化学水浴法(CBD)制备，而CdTe制备方法多种多样，有近空间升华法(CSS)、电沉积(ED)方法、物理气相沉积(PVD)法、化学气相沉积(CVD)法、CBD、丝网印刷烧结法、真空磁控溅射法、真空热蒸发法等等。磁控溅射法相比常用的CSS法是一种低温的制备方法。磁控溅射设备很容易普及，在生长多晶薄膜过程中可以调节的技术参数多，例如气体的流量、生长气压、基底温度、等离子体浓度、靶基距、磁场分布等，这些均可用于改善CdTe多晶薄膜的质量、从而提高CdTe太阳能电池的转化效率。在高透玻璃上，在250°C的低温下已经制备出了转化效率为14%的CdTe多晶薄膜太阳能电池。磁控溅射设备通用、稳定、制备温度低、薄膜厚度可控性好，很适合制备超薄CdTe多晶薄膜太阳能电池。目前，利用磁控溅射制备的CdTe吸收层厚度为0.25 μ m的CdTe多晶薄膜太阳能电池，转化效率已经达到了 8%。而且，利用磁控溅射法可以在同一个腔室中同时完成CdS和CdTe的制备。在磁控溅射中，制备完CdS多晶薄膜后，然后在不破坏温度和真空的条件下，可以马上在CdS多晶薄膜表面上制备CdTe多晶薄膜。目前，在磁控溅射CdTe多晶薄膜太阳能电池中，通常在制备CdS过程中，通入一定的氧气([1]A.Gupta, K.Allada, S.H.Lee, and A.D.Compaan, " OxygenatedCdS Window Layer for Sputtered CdS/CdTe Solar Cells, " in MaterialsResearch Societ Symposium Proceedings, 2003, vol.763, pp.341-346.[2]X.ffu, Y.Van, R.G.Dhere, Y.Zhang, J.Zhou, C.Perkins, and B.To, " Nanostructured CdS:0flm:preparation, properties, and application, " physica status solidi(c), vol.1,n0.4，pp.1062-1066, 2004.)，或者是生长完CdS以后，对CdS多晶薄膜进行CdCl2处理(Lee, Jae-Hyeong;Lee, Dong-Jin, Effects of CdCl2 treatment on the properties ofCdS films prepared by r.f.magnetron sputtering, THIN SOLID FILMS,卷:515 期:15页:6055-6059 DO1: 10.1016/j.tsf.2006.12.069 出版年:MAY 31 2007)，来增大 CdS 的带隙，降低CdS对光的吸收，来达到增加短路电流密度的目的。但是，对CdS进行CdCl2处理，表面CdCl2颗粒不容易去除，增加了工艺的复杂性和不可控性。在生长CdS中通入氧气，虽然能增加短路电流密度，但是开路电压和转化效率没有明显的提高(Kephart，J.Μ.;Geisthardt, R.;Sampath, ff.S.Photovoltaic Specialists Conference (PVSC), 201238 th IEEE Topic(s): Components, Circuits,Devices & Systems;EngineeredMaterials, Dielectrics & Plasmas;Photonics & Electro-Optics;Power,Energy,&Industry Applications Digital Object Identifier:10.1109/PVSC.2012.6317737Publication Year:2012, Page(s):000854-000858)。
[0003]磁控溅射制备CdTe多晶薄膜过程中，可以通过改变制备条件，比如施加基片偏压，中国专利201210265539.0提出了一种制备CdTe多晶薄膜的方法，其通过在磁控溅射制备CdTe多晶薄膜过程中，对基片施加偏压，提高了 CdTe多晶薄膜太阳能电池的转化效率。但是，在磁控溅射CdTe多晶薄膜太阳能电池过程中，在同一个腔室内制备完CdS以后，在没有破坏真空和温度的情况下，马上在CdS表面生长CdTe多晶薄膜，没有经过CdS多晶薄膜的降温退火，或者保温过程。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是克服现有的磁控溅射制备CdTe多晶太阳能电池方法存在的CdS进行CdCl2处理后，不易除去表面的CdCl2，或者磁控溅射CdS时通入氧气，不能明显增加电池的开路电压的不足，提出一种新的制备方法。本发明通过对生长完成后的CdS多晶薄膜进行降温、再升温或者保持加热、或再升温降温，之后再在CdS多晶薄膜表面进行CdTe多晶薄膜的生长，可大大改善PN结的结特性，明显提高CdTe多晶薄膜太阳能电池的转化效率和开路电压。
[0005]本发明方法工艺步骤顺序如下:
[0006]1、在磁控溅射炉放置基底的位置上放置具有透明导电薄膜的基底，通过导电的固定基底的探针，使基底的透明导电薄膜和外加电压设备相连。然后关闭磁控溅射炉的真空室，对真空室内抽真空，并对基底加热；
[0007]2、当背底真空到达10_3Pa以下，基底温度达到25°C -1100°C，开始在具有透明导电薄膜的基底上溅射CdS多晶薄膜；当CdS多晶薄膜的厚度到达设定的厚度时，停止生长CdS薄膜。然后对生长完成的CdS多晶薄膜在25°C -1100°c温度范围下保持lmin_72h，或者停止对基底加热，使CdS多晶薄膜降温到室温，然后在室温下保持0-72h。之后，把基底的位置转移到正对CdTe靶的位置，启动射频电源开始溅射CdTe多晶薄膜，对基片施加偏压+8.8V一-100V。当CdTe多晶薄膜的厚度达到预设的厚度，关闭外加电源停止对基片的偏压，同时关闭射频电源，停止CdTe多晶薄膜的生长，停止对基底加热。使生长了 CdS多晶薄膜和CdTe多晶薄膜的基底随炉冷却。然后取出生长了 CdS多晶薄膜和CdTe多晶薄膜的基底；
[0008]3、对步骤2制备的CdS和CdTe多晶薄膜进行CdCl2退火处理；
[0009]4、在经CdCl2退火处理后的CdTe多晶薄膜上蒸镀导电背电极；导电材料为本专业领域技术人员熟知的材料，如Au、N1、Mo、Al、Mg、石墨烯等等。蒸镀导电材料的方法为本专业领域技术人员熟知的方法，比如:热蒸发、电子束、CVD等等。
[0010]所述步骤I中，在磁控溅射炉放置基底的位置上放上具有透明导电薄膜的基底，通过导电的固定基底的探针，使基底透明导电薄膜和外加电压设备相连。用万用表测量外加设备与基底导电薄膜之间的导电性，以确保二者能导通。关闭磁控溅射真空室，对腔室内抽真空，同时对基底进行加热。基底加热的温度为25°C到1100°C。
[0011]所述步骤2的操作方法是:当磁控溅射室腔室的背底真空到达IO-3Pa以下，开始溅射CdS多晶薄膜。CdS多晶薄膜的溅射条件为:基底温度25°C -1ioo0C，通入高纯Ar气，气体流速5sccm-100sccm，真空室压强0.1Pa-1OPa ;当基底上所溅射的CdS厚度为20nm_500nm时，停止CdS多晶薄膜的制备。然后对生长完的CdS在25°C -1100°C保持lmin_72h，或者停止对基底加热，使CdS多晶薄膜降至室温，然后在室温下保持0-72h。把基底转向正对CdTe靶的位置，开始溅射CdTe多晶薄膜。CdTe多晶薄膜的溅射条件为:基底温度
25V -1100°C，通入高纯Ar气，气体流速5sccm-100sccm，真空室压强0.1Pa-1OPa ;基底偏压为:+8.8V?-100V。当基底上所溅射的CdTe厚度达到设定的厚度:0.5 μ m-10 μ m时，关闭外加电源停止对基片的偏压，停止CdTe多晶薄膜的制备，同时停止对基底加热，待基底温度降低到室温时，取出沉积了 CdS多晶薄膜和CdTe多晶薄膜的基底。
[0012]所述步骤3中对制备的CdS多晶薄膜和CdTe多晶薄膜进行CdCl2退火处理。其操作步骤如下:在CdCl2气氛中，在350°C -450°c温度下对CdTe多晶薄膜进行处理5min_120mino
[0013]所述步骤4中在经CdCl2处理后的CdTe多晶薄膜上蒸镀导电背电极。导电材料为本专业领域技术人员熟知的，如Au、N1、Mo、Al、Mg、石墨烯等等。蒸镀导电材料的方法为本专业领域技术人员熟知的方法，比如:热蒸发、电子束、CVD等等。
[0014]本发明在磁控溅射过程中，在生长CdS多晶薄膜后，并不立即生长CdTe多晶薄膜，而是对生长完成后的CdS多晶薄膜进行降温、再升温或者加热保持、或再升温降温的过程后，再在CdS多晶薄膜表面生长CdTe多晶薄膜，可以改善PN结的结特性，提高CdTe多晶薄膜太阳能电池的转化效率和开路电压。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明实施例3所制备的CdTe多晶太阳能电池的J-V曲线，其中实施例3所制备的CdTe多晶太阳能电池的参数分别如图1所示。
[0016]图2为本发明实施例4制备的CdTe多晶薄膜的扫描电镜(SEM)照片。
[0017]图3为本发明实施例4例制备的CdTe多晶薄膜经过CdCl2处理后的扫描电镜(SEM)照片。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明。
[0019]实施例1
[0020]在磁控溅射炉放置基底的位置上放上具有二氧化锡透明导电薄膜的云母基底，基底的导电薄膜和外加电压设备通过导电的固定基底的探针相连。盖上磁控溅射炉的炉盖，对真空室抽真空，并对基底加热，使基底温度保持在室温25 V。当背底真空到达I X 10_4Pa时，开始在具有导电薄膜的基底上溅射CdS多晶薄膜。CdS多晶薄膜溅射条件为:基底温度25°C，通入的高纯Ar气体流速lOOsccm，真空室压强lOPa，基片的偏压为浮动偏压，大小为+8.8V。当CdS多晶薄膜厚度为20nm时，关闭外加电源停止对基片的偏压，停止CdS多晶薄膜的制备。然后将基底在25°C下保持72h后，关闭磁控溅射设备。然后对真空室内抽真空，使基底温度保持在室温25°C。当背底真空到达I X 10_4Pa，把基底转向正对CdTe靶的位置，开始溅射CdTe多晶薄膜，基片的偏压为浮动偏压，大小为+8.8V。CdTe溅射条件为:基底温度25°C，通入高纯Ar气，气体流速lOOsccm，真空室压强lOPa。当CdTe多晶薄膜厚度为
0.5 μ m时，停止CdTe多晶薄膜的制备，取出沉积了 CdS多晶薄膜和CdTe多晶薄膜的基底。
[0021]把CdCl2饱和的甲醇溶液均匀滴在CdTe多晶薄膜上，在350°C下对CdS和CdTe多晶薄膜进行退火处理120min。然后用热蒸发在CdCl2处理后的CdTe多晶薄膜上蒸镀5nm厚的Au导电背电极。
[0022]实施例2
[0023]在磁控溅射炉放置基底的位置上放上具有透明导电薄膜的云母基底，基底的导电薄膜和外加电压设备通过导电的固定基底的探针相连，用万用表测量外加设备与基底之间的导电性，以确保二者能导通。盖上磁控溅射炉的炉盖，对真空室抽真空，同时对基底进行加热，加热设定温度为250°C。当背底真空到达5X10_4Pa时，开始在具有导电薄膜的基底上溅射CdS多晶薄膜。CdS多晶薄膜溅射条件为:基底温度250°C，通入高纯Ar气，气体流速5SCCm，真空室压强0.1Pa，基片的偏压为浮动偏压，大小为+8.8V。当CdS多晶薄膜厚度为500nm时，关闭外加电源停止对基片的偏压，停止CdS多晶薄膜的制备，同时停止对基片加热。待基片温度降低到室温以后，再对基底加热，加热设定温度为250°C。当背底真空到达5X 10_4Pa时，把基底转向CdTe靶的位置，开始在具有CdS多晶薄膜和导电薄膜的基底上溅射CdTe多晶薄膜。同时打开外接施加电压设备，对基底施加+IOV电压，开始溅射CdTe多晶薄膜，CdTe多晶薄膜溅射条件为:基底温度250°C，通入的高纯Ar气体流速5sCCm，真空室压强0.1Pa0当CdTe厚度为10 μ m时，停止CdTe多晶薄膜的制备。同时停止对基底加热。待基底温度降到室温时，取出沉积了 CdS多晶薄膜和CdTe多晶薄膜的基底。
[0024]把CdCl2饱和的甲醇溶液均匀滴在CdTe多晶薄膜上，在450°C对CdS和CdTe进行处理5min。然后在CdCl2处理后的CdTe多晶薄膜上蒸镀200nm厚的Ni导电背电极。
[0025]实施例3
[0026]在磁控溅射炉放置基底的位置上放上具有二氧化锡透明导电薄膜的TEC15玻璃，基底的导电薄膜和外加电压设备通过导电的固定基底的探针相连，用万用表测量外加设备与基底之间的导电性，以确保二者能导通。盖上磁控溅射炉的炉盖，对真空室内抽真空，并对基底加热，使基底温度升高到300°C。当背底真空到达3X10_4Pa，开始在具有导电薄膜的基底上溅射CdS多晶薄膜。CdS多晶薄膜的溅射条件为:基底温度300°C，通入高纯Ar气，气体流速40SCCm，真空室压强4Pa，基片的偏压为浮动偏压，大小为+8.8V。当CdS厚度为IOOnm时，停止CdS多晶薄膜的制备，同时停止对基片加热，待基片温度到达室温后，关闭磁控溅射设备。待12h后，把磁控溅射设备打开，对真空室内抽真空，对基片进行加热到300°C，当背底真空到达3X 10_4Pa，把基底转向正对CdTe靶的位置，基底的偏压为浮动偏压，大小为+8.8V，开始溅射CdTe多晶薄膜，CdTe溅射条件为:基底温度300°C，通入高纯Ar气，气体流速40SCCm，真空室压强4Pa。当CdTe多晶薄膜厚度为2.3 μ m时，关闭外加电源停止对基片的偏压，停止CdTe多晶薄膜的制备。停止对基底加热，待基底温度降低到室温时，取出沉积了 CdS和CdTe多晶薄膜的基底。
[0027]把CdCl2饱和的甲醇溶液均匀滴在CdTe多晶薄膜上，在400°C对CdS和CdTe多晶薄膜进行处理30min。然后在经CdCl2处理后的CdTe多晶薄膜上通过电子束蒸镀25nm厚的Au导电背电极。
[0028]利用Newport Oriel 91159A太阳模拟器，在标准的AMl.5，IOOOff/m2模拟太阳光照射下、25°C进行J-V曲线，使用Keithley2400采集J-V数据，图1所示为本实施例得到的CdTe多晶薄膜太阳能电池的J-V曲线，其参数为:转化效率(Eff)=13.31%，开路电压(Voc)=828mV，短路电流密度(Jsc) =25.32mA/cm2，填充因子(FF) =63.49%。没有经过CdS降温退火处理，连续生长CdS和CdTe薄膜的CdTe多晶薄膜太阳能电池的转换效率为12.00%,开路电压为789mV。(文献李辉刘向鑫，射频磁控溅射制备转化效率高达12.78%的CdTe薄膜太阳能电池，第12届中国光伏大会暨国际光伏展览会论文(薄膜太阳能电池))可以看到，经过CdS退火处理，转化效率提高到13.31%，开路电压提高为828mV，可见CdS的退火处理，大大提高了磁控溅射CdTe薄膜的转化效率和开路电压，提高了 CdTe多晶薄膜太阳能电池的PN结性能。
[0029]实施例4
[0030]在磁控溅射炉放置基底的位置上放上具有二氧化锡透明导电薄膜的TEC15玻璃，基底透明导电薄膜和外加电压设备通过导电的固定基底的探针相连，用万用表测量外加设备与基底之间的导电性，以确保二者能导通。盖上磁控溅射炉的炉盖，对真空室内抽真空，同时对基底加热到300°C。当背底真空到达9X 10_4Pa，开始在具有导电薄膜的基底上溅射CdS多晶薄膜。CdS多晶薄膜溅射条件为:基底温度300°C，通入的高纯Ar气气体流速40SCCm，真空室压强3Pa，基片的偏压为浮动偏压，大小为+8.8V。当CdS多晶薄膜厚度为IOOnm时，停止CdS多晶薄膜的制备，同时把基片的温度升高到350 °C，在350°C下保持lOmin，然后把基片温度降到300°C。把基底转向正对CdTe靶的位置，同时打开外接施加电压设备，基片的偏压为浮动偏压，大小为+8.8V,开始溅射CdTe多晶薄膜，CdTe溅射条件为:基底温度300°C，通入高纯Ar气，气体流速40SCCm，腔室压强2Pa。当CdTe多晶薄膜厚度为2.3μπι时，关闭外加电源停止对基片的偏压，停止CdTe多晶薄膜的制备。停止对基底加热，待基底温度降低到室温时，取出沉积了 CdS和CdTe多晶薄膜的基底。
[0031]在CdCl2蒸气气氛中，在400°C对CdS和CdTe进行处理30min。然后在CdCl2处理后的CdTe多晶薄膜上通过电子束蒸镀25nm厚的Au导电背电极。
[0032]图2为本实施例制备的CdTe多晶薄膜的扫描电镜(SEM)照片，从图2生长完后CdTe的扫描电镜图片可以看出，制备的CdTe多晶薄膜晶粒结合致密，最大的晶粒尺寸达到了 500nm。图3为本实施例制备的CdTe多晶薄膜经过CdCl2处理后的扫描电镜照片，从扫描电镜图片中可以看到，经过CdCl2处理后的晶粒颗粒明显长大，最大的晶粒尺寸达到了 I μπι以上，而且晶粒结合非常致密，在扫描电镜照片中没有看到真空和空洞的存在。
[0033]实施例5
[0034]在磁控溅射炉放置基底的位置上放上具有氟掺杂的二氧化锡透明导电薄膜的云母基底，基底的导电薄膜和外加电压设备通过导电的固定基底的探针相连，用万用表测量外加设备与基底之间的导电性，以确保二者能导通。盖上磁控溅射炉的炉盖，对真空室抽真空，对基底加热到1100°C，当背底真空到达3X10_4Pa，开始在具有导电薄膜的基底上溅射CdS多晶薄膜。CdS溅射条件为:基底温度1100°C，通入的高纯Ar气体流速60sCCm，真空室压强5Pa。当CdS厚度为200nm时，停止CdS多晶薄膜的制备。同时，在1100°C保持5min。把基底转向正对CdTe靶的位置，开始溅射CdTe多晶薄膜，对基片施加偏压为-20V，开始溅射CdTe多晶薄膜，CdTe多晶薄膜溅射条件为:基底温度1100°C，通入的高纯Ar气，气体流速60SCCm，真空室压强5Pa。当CdTe厚度为6 μ m时，关闭外加电源停止对基片的偏压，停止CdTe多晶薄膜的制备。停止对基底加热，待基底温度降低到室温时，取出沉积了 CdS和CdTe多晶薄膜的基底。
[0035]把CdCl2饱和的甲醇溶液均匀滴在CdTe多晶薄膜上，在350°C对CdS和CdTe进行处理5min。然后在CdCl2处理后的CdTe多晶薄膜上通过热蒸发蒸镀50nm厚的Mg导电背电极。
[0036]实施例6
[0037]在磁控溅射炉放置基底的位置上放上具有二氧化锡透明导电薄膜的TEC7玻璃，基底的透明导电薄膜和外加电压设备通过导电的固定基底的探针相连，用万用表测量外加设备与基底之间的导电性，以确保二者能导通。盖上磁控溅射炉的盖子，对真空室内抽真空，同时对基底加热到300°C，当背底真空到达8X 10_4Pa，开始在具有导电薄膜的基底上溅射CdS多晶多晶薄膜。CdS多晶薄膜的溅射条件为:基底温度300°C，通入的高纯Ar气体流速40sccm，真空室压强0.5Pa，基片的偏压为浮动偏压，大小为+8.8V。当CdS厚度为IOOnm时，停止CdS多晶薄膜的制备。然后在300°C保持lh。把基底转向正对CdTe靶的位置，开始溅射CdTe多晶薄膜，CdTe多晶薄膜溅射条件为:基底温度250°C，气体流速40sCCm，腔室压强0.5Pa，基片偏压为浮动偏压，大小为+8.8V。当CdTe多晶薄膜厚度为2 μ m时，关闭外加电源停止对基片的偏压，停止CdTe多晶薄膜的制备。停止对基底加热，待基底温度降低到室温时，取出沉积了 CdS多晶薄膜和CdTe多晶薄膜的基底。然后在干空气下，利用近空间升华的方法在400°C对CdS和CdTe进行处理20min，其中样品与CdCl2源的距离为2mm。然后在CdCl2处理后的CdTe多晶薄膜上通过热蒸发蒸镀25nm厚的Al导电背电极。
[0038]实施例7
[0039]在磁控溅射炉放置基底的位置上放上具有AZO透明导电薄膜的云母基底，基底的导电薄膜和外加电压设备通过导电的固定基底的探针相连，用万用表测量外加设备与基底之间的导电性，以确保二者能导通。盖上磁控溅射炉的炉盖，对真空室内抽真空，并对基底加热，使基底温度升温至300°C。当背底真空到达3X 10_4Pa，开始在具有导电薄膜的基底上溅射CdS多晶薄膜。CdS溅射条件为:基底温度300°C，通入的高纯Ar气体流速40sCCm，真空室压强4Pa，基片的偏压为浮动偏压，大小为+8.8V。当CdS厚度为130nm时，停止CdS多晶薄膜的制备，同时停止对基片加热，待基片温度到达室温后，关闭磁控溅射设备。待12h后，把磁控溅射设备打开，对真空室内抽真空，对基片进行加热到300°C，当背底真空到达3X 10_4Pa，把基底转向正对CdTe靶的位置，基底的偏压为-100V，开始溅射CdTe多晶薄膜，CdTe溅射条件为:基底温度300°C，通入高纯Ar气，气体流速40sccm，腔室压强2Pa。当CdTe多晶薄膜厚度为2.0 μ m时，关闭外加电源停止对基片的偏压，停止CdTe多晶薄膜的制备。停止对基底加热，待基底温度降低到室温时，取出沉积了 CdS和CdTe多晶薄膜的基底。
[0040]把CdCl2饱和的甲醇溶液均匀滴在CdTe多晶多晶薄膜上，在400°C对CdS和CdTe进行处理30min。然后在经CdCl2处理后的CdTe多晶薄膜上通过电子束蒸镀25nm厚的Mo导电背电极。
[0041]实施例8
[0042]在磁控溅射炉放置基底的位置上放上具有AZO透明导电薄膜的7059玻璃衬底，基底的导电薄膜和外加电压设备通过导电的固定基底的探针相连，用万用表测量外加设备与基底之间的导电性，以确保二者能导通。盖上磁控溅射炉的炉盖，对真空室内抽真空，并对基底加热，使基底温度升温至200°C。当背底真空到达6X 10_4Pa，开始在具有导电薄膜的基底上溅射CdS多晶薄膜。CdS溅射条件为:基底温度200°C，通入的高纯Ar气体流速20sCCm，真空室压强3Pa，基片的偏压为浮动偏压，大小为+8.8V。当CdS厚度为IOOnm时，停止CdS多晶薄膜的制备，同时停止对基片加热，待基片温度到达室温后，关闭磁控溅射设备。待36h后，把磁控溅射设备打开，对真空室内抽真空，对基片进行加热到200°C，当背底真空到达7X 10_4Pa，把基底转向正对CdTe靶的位置，基底的偏压为浮动偏压，大小为+8.8V，开始溅射CdTe多晶薄膜，CdTe溅射条件为:基底温度200°C，通入高纯Ar气，气体流速20sCCm，腔室压强3Pa。当CdTe多晶薄膜厚度为2.0 μ m时，关闭射频电源，停止CdTe多晶薄膜的制备。停止对基底加热，待基底温度降低到室温时，取出沉积了 CdS和CdTe多晶薄膜的基底。
[0043]把CdCl2饱和的甲醇溶液均匀滴在CdTe多晶薄膜上，在400°C对CdS和CdTe进行处理50min。然后把石墨烯导电背电极转移到经CdCl2处理后的CdTe多晶薄膜表面。石墨烯生长方法如下:通过化学气相沉积法在管式炉中制备石墨烯，把0.5mm厚的Cu箔放入管式炉中，然后把管式炉加热到1000°C，通入甲烷和氢气，在1000°C保持15min，得到所需要的石墨烯。然后通过三氯化铁和盐酸的溶液把石墨烯转移到聚甲基丙烯酸甲酯上，在把石墨烯放到经CdCl2处理后CdTe多晶薄膜上，通过丙酮把聚甲基丙烯酸甲酯溶解掉，得到经CdCl2处理后CdTe多晶薄膜上的石墨烯导电背电极。
【权利要求】
1.一种磁控溅射CdTe多晶薄膜太阳能电池的制备方法，其特征是，所述的制备方法步骤如下: 1)在磁控溅射炉放置基底的位置上放置具有透明导电薄膜的基底，通过导电的固定基底的探针，使基底的透明导电薄膜和外加电压设备相连；然后关闭磁控溅射炉的真空室，对所述的真空室抽真空，并对基底加热； 2)当真空室背底真空到达10_3Pa以下，所述的基底温度达到25V-1100°C，开始在具有透明导电多晶薄膜的基底上溅射CdS多晶薄膜；当CdS多晶薄膜的厚度达到20nm-500nm时，停止生长CdS多晶薄膜；然后对生长完成的CdS多晶薄膜在25°C -1100°C温度范围下保持lmin-72h，或者停止对基底加热，使CdS多晶薄膜降温到室温，然后在室温下保持0_72h ；之后，把基底的位置转移到正对CdTe靶的位置，启动射频电源开始溅射CdTe多晶薄膜，对基片施加偏压+8.8V一-1OOV ;当CdTe多晶薄膜的厚度达到0.5 μ m-10 μ m时，关闭外加电源停止对基片的偏压，同时关闭射频电源，停止CdTe多晶薄膜的生长，停止对基底加热，使生长了 CdS多晶薄膜和CdTe多晶薄膜的基底随炉冷却，然后取出生长了 CdS多晶薄膜和CdTe多晶薄膜的基底； 3)对步骤2制备的CdS和CdTe多晶薄膜进行CdCl2退火处理； 4)在经CdCl2退火处理后的CdTe多晶薄膜表面蒸镀导电背电极。
2.按照权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述的步骤2)溅射CdS多晶薄膜时，向所述的真空室内通入Ar气,气体流速5sccm-100sccm,真空室压强为0.lPa_10Pa。
3.按照权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述的步骤3)是在CdCl2气氛中，在3500C _450°C下对 CdTe 退火处理 5min_120min。
【文档编号】H01L31/18GK103996609SQ201310053822
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2013年2月19日 优先权日:2013年2月19日
【发明者】李辉, 刘向鑫 申请人:中国科学院电工研究所