第二講碲化鎘薄膜太陽(yáng)電池

1、3.2.1 引言引言3.2.2 碲化鎘太陽(yáng)能電池原理碲化鎘太陽(yáng)能電池原理結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)3.2.2.1玻璃基板3.2.2.2透明氧化層（TCO層）3.2.2.3、n-CdS層3.2.2.4、p-CdTe層3.2.2.5 背面電極接觸3.2.3 CdTe薄膜的制造技術(shù)薄膜的制造技術(shù)3.2.3.1 物理氣相淀積法3.2.3.2 真空沉積一升華/凝結(jié)（真空升華法）3.2.3.3 氣相傳輸?shù)矸e法（ VTD）3.2.3.4 濺鍍法3.2.3.5、 電解淀積法3.2.3.6 、噴涂淀積法3.2.3.7 、有機(jī)金屬化學(xué)氣相淀積法3.2.3.8、 絲網(wǎng)印刷淀積法3.2.4碲化鎘薄膜太陽(yáng)電池制造工藝3.2.5碲化鎘太陽(yáng)

2、能電池成本估算3.2.6.碲化鎘太陽(yáng)能電池優(yōu)勢(shì)與缺陷3.2.7 CdTe太陽(yáng)電池的未來(lái)發(fā)展3.2.1 引言引言 碲化鎘是屬于碲化鎘是屬于-族的化合物半導(dǎo)體，它具有族的化合物半導(dǎo)體，它具有直接直接能隙能隙，其，其能隙值為能隙值為1.45eV,正好位于理想太陽(yáng)電池的正好位于理想太陽(yáng)電池的能隙范圍之間。能隙范圍之間。 CdTe也具有也具有很高的光吸收系數(shù)很高的光吸收系數(shù)（5105/cm）。）。僅僅僅僅2um厚的厚的CdTe薄膜，就已足夠吸收薄膜，就已足夠吸收AM1.5條件條件下下99%的太陽(yáng)光。使得的太陽(yáng)光。使得CdTe成為一個(gè)可以獲得高效成為一個(gè)可以獲得高效率的理想太陽(yáng)電池材料之一。率的理想太陽(yáng)電

3、池材料之一。 CdTe可利用可利用多種快速成膜技術(shù)制作多種快速成膜技術(shù)制作，由于模組化生，由于模組化生產(chǎn)容易，因此近年商業(yè)化的動(dòng)作亦相當(dāng)積極，產(chǎn)容易，因此近年商業(yè)化的動(dòng)作亦相當(dāng)積極，CdTe/glass已應(yīng)用于大面積屋頂建材。已應(yīng)用于大面積屋頂建材。 CdTe CdTe是一種化合物半導(dǎo)體，在太陽(yáng)能電池中一般作吸收層。由于它的直接帶隙為1.45eV，最適合于光電能量轉(zhuǎn)換，因此使得約2m厚的CdTe吸收層在其帶隙以上的光學(xué)吸收率達(dá)到90%成為可能，允許的最高理論轉(zhuǎn)換效率在大氣質(zhì)量AM1.5條件下高達(dá)28%。碲化鎘的性質(zhì)及晶體結(jié)構(gòu)碲化鎘的性質(zhì) -族化合物中最高的平均原子數(shù)，最低的熔點(diǎn)，最大的晶格常數(shù)

4、和最大的離子性。CdTe具有閃鋅礦（ZnS）結(jié)構(gòu)，鍵長(zhǎng)度2.806，晶格常數(shù)6.481。碲化鎘的晶體結(jié)構(gòu)CdTe薄膜式太陽(yáng)電池發(fā)展歷史薄膜式太陽(yáng)電池發(fā)展歷史 CdTe算是在薄膜式太陽(yáng)電池中歷史最久，算是在薄膜式太陽(yáng)電池中歷史最久，也是被密集探討的半導(dǎo)體材料之一。也是被密集探討的半導(dǎo)體材料之一。 1956年年RCA即提出使用即提出使用CdTe在太陽(yáng)電池的在太陽(yáng)電池的用途上用途上 在在1959年年RCA利用將利用將In擴(kuò)散到擴(kuò)散到p-型的型的CdTe做出約做出約2%的太陽(yáng)電池。的太陽(yáng)電池。 在在1979年時(shí)，法國(guó)的年時(shí)，法國(guó)的CNRS利用利用VTD法在法在n-型的晶片上長(zhǎng)出型的晶片上長(zhǎng)出p-型的型

5、的CdTe薄膜，而得薄膜，而得到到7%的太陽(yáng)電池。的太陽(yáng)電池。 除了以上這些同質(zhì)除了以上這些同質(zhì)p/n接面的發(fā)展外，從接面的發(fā)展外，從1960開(kāi)始研開(kāi)始研究究CdTe的異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散。的異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散。 最早期是在最早期是在n-型的型的CdTe晶片或多晶薄膜上晶片或多晶薄膜上，長(zhǎng)上長(zhǎng)上p-型的型的Cu2Te薄膜薄膜，這樣，這樣n-CdTe/p- Cu2Te太陽(yáng)電池太陽(yáng)電池在在1970年初期已可達(dá)到年初期已可達(dá)到7%的效率。的效率。 在在p-型單晶型單晶CdTe晶片上，晶片上，長(zhǎng)上異質(zhì)結(jié)的氧化物薄膜長(zhǎng)上異質(zhì)結(jié)的氧化物薄膜，例如例如In2O3:Sn(ITO)、ZnO、SnO2等也受到更廣泛

6、等也受到更廣泛的研究。例如在的研究。例如在1977年就有人開(kāi)發(fā)出效率達(dá)到年就有人開(kāi)發(fā)出效率達(dá)到10.5%的的p-CdTe/ITO太陽(yáng)電池。太陽(yáng)電池。 1987年已有人可以做出年已有人可以做出13.4%的的p-CdTe/ITO太陽(yáng)太陽(yáng)電池。電池。p-CdTe/n-CdS薄膜式太陽(yáng)電池發(fā)展歷史薄膜式太陽(yáng)電池發(fā)展歷史 p-CdTe/n-CdS太陽(yáng)電池的發(fā)展最早可以太陽(yáng)電池的發(fā)展最早可以追溯到追溯到1960年的中期年的中期 1977年就已經(jīng)出現(xiàn)了年就已經(jīng)出現(xiàn)了11.7%效率的效率的p-CdTe/n-CdS太陽(yáng)電池。太陽(yáng)電池。 于是這樣的于是這樣的p-CdTe/n-CdS結(jié)構(gòu)變成最典結(jié)構(gòu)變成最典型的型的

7、CdTe太陽(yáng)電池太陽(yáng)電池，它主體是由約，它主體是由約2um層層的的p-CdTe層與僅層與僅0.5um厚的厚的n-CdS形成，形成，光子吸收層主要發(fā)生與光子吸收層主要發(fā)生與CdTe層。層。 superstrate結(jié)構(gòu)是在玻璃襯底上依次長(zhǎng)上透明氧化層（TCO）、CdS、CdTe薄膜，而太陽(yáng)光是由玻璃襯底上方照射進(jìn)入，先透過(guò)TCO層，再進(jìn)入CdS/CdTe結(jié)。而在substrate結(jié)構(gòu)，是先在適當(dāng)?shù)囊r底上長(zhǎng)上CdTe薄膜，再接著長(zhǎng)CdS及TCO薄膜。其中以superstrate的效率最高。3.2.2 碲化鎘太陽(yáng)能電池原理結(jié)構(gòu)透明導(dǎo)電氧化層透明導(dǎo)電氧化層n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體降低降低Cd

8、Te與金屬電與金屬電極接觸勢(shì)壘極接觸勢(shì)壘CdTe太陽(yáng)電池的原理太陽(yáng)電池的原理 光通過(guò)玻璃襯底進(jìn)入電池。光子橫穿光通過(guò)玻璃襯底進(jìn)入電池。光子橫穿TCO層和層和CdS層。層。這些薄膜雖然導(dǎo)致一些（不希望的）光吸收，但在光這些薄膜雖然導(dǎo)致一些（不希望的）光吸收，但在光伏電荷產(chǎn)生的過(guò)程中沒(méi)有活性。伏電荷產(chǎn)生的過(guò)程中沒(méi)有活性。 CdTe薄膜是這種電池的活性吸收層。電子薄膜是這種電池的活性吸收層。電子空穴對(duì)空穴對(duì)在接近結(jié)的區(qū)域產(chǎn)生。電子在內(nèi)建場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)入在接近結(jié)的區(qū)域產(chǎn)生。電子在內(nèi)建場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)入N型型CdS膜。膜。 空穴仍然在空穴仍然在CdTe內(nèi)，空穴的聚集會(huì)增強(qiáng)材料的內(nèi)，空穴的聚集會(huì)增強(qiáng)材料的P型電

9、型電導(dǎo)，最終，不得不經(jīng)由背接觸離開(kāi)電池。電流由與導(dǎo)，最終，不得不經(jīng)由背接觸離開(kāi)電池。電流由與TCO薄膜和背接觸連接的金屬電極來(lái)引出。薄膜和背接觸連接的金屬電極來(lái)引出。 由于由于CdTe對(duì)波長(zhǎng)對(duì)波長(zhǎng)低于低于800nm的光有很強(qiáng)的吸收的光有很強(qiáng)的吸收（105cm-1），薄膜幾微米的厚度將足以完全吸收可），薄膜幾微米的厚度將足以完全吸收可見(jiàn)光。因一些實(shí)際設(shè)計(jì)的應(yīng)用，常常選用大約見(jiàn)光。因一些實(shí)際設(shè)計(jì)的應(yīng)用，常常選用大約37um的厚度。的厚度。CdTe太陽(yáng)電池的優(yōu)點(diǎn)及太陽(yáng)電池的優(yōu)點(diǎn)及CdTe四個(gè)特殊的性質(zhì)四個(gè)特殊的性質(zhì)使用使用CdTe太陽(yáng)電池的優(yōu)點(diǎn)之一是，用來(lái)太陽(yáng)電池的優(yōu)點(diǎn)之一是，用來(lái)制造制造CdTe及

10、及CdS薄膜的技術(shù)相當(dāng)多，而且大多適合大規(guī)模生產(chǎn)薄膜的技術(shù)相當(dāng)多，而且大多適合大規(guī)模生產(chǎn)。CdTe四個(gè)特殊的性質(zhì)，四個(gè)特殊的性質(zhì)，n CdTe有一個(gè)有一個(gè)1.45eV的能隙，因此與太能輻射譜很好地的能隙，因此與太能輻射譜很好地適配。適配。n CdTe是是“直接直接”能隙，它導(dǎo)致很強(qiáng)的光吸收。能隙，它導(dǎo)致很強(qiáng)的光吸收。n CdTe強(qiáng)烈地趨向于生長(zhǎng)成強(qiáng)烈地趨向于生長(zhǎng)成P型的半導(dǎo)體薄膜，能和型的半導(dǎo)體薄膜，能和CdS形成形成PN異質(zhì)結(jié)異質(zhì)結(jié)（CdS具有略寬的能隙具有略寬的能隙2.4eV，在通常，在通常的沉積技術(shù)中生長(zhǎng)成為的沉積技術(shù)中生長(zhǎng)成為N型材料）。型材料）。n 已經(jīng)開(kāi)發(fā)出簡(jiǎn)單的、適合于低成本產(chǎn)品

11、的沉積技術(shù)。已經(jīng)開(kāi)發(fā)出簡(jiǎn)單的、適合于低成本產(chǎn)品的沉積技術(shù)。以成熟技術(shù)制備的以成熟技術(shù)制備的CdTe電池，可以期望電流密度達(dá)電池，可以期望電流密度達(dá)27mA/c，開(kāi)路電壓達(dá)，開(kāi)路電壓達(dá)880mV,從而從而AM1.5的效率為的效率為18%。 集中深入的研究已表明，下列太陽(yáng)電池的基本集中深入的研究已表明，下列太陽(yáng)電池的基本準(zhǔn)則在工業(yè)生產(chǎn)的條件下也能夠被滿(mǎn)足：準(zhǔn)則在工業(yè)生產(chǎn)的條件下也能夠被滿(mǎn)足：nCdTe薄膜中可遷移的少子能有效地產(chǎn)生。薄膜中可遷移的少子能有效地產(chǎn)生。n依靠依靠N型型CdS與與P型型CdTe之間之間PN結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)，結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)，載流子能有效地分開(kāi)。載流子能有效地分開(kāi)。n依靠與依靠與T

12、CO和背接觸兩種薄膜的歐姆接觸，光和背接觸兩種薄膜的歐姆接觸，光生電流能低損耗地引出。生電流能低損耗地引出。1. 對(duì)低成本高產(chǎn)量的制造，有簡(jiǎn)單的制備技術(shù)。對(duì)低成本高產(chǎn)量的制造，有簡(jiǎn)單的制備技術(shù)。 效率高于效率高于16%的太陽(yáng)電池已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室研制出來(lái)，的太陽(yáng)電池已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室研制出來(lái)，美國(guó)和德國(guó)有三家公司啟動(dòng)了工業(yè)化生產(chǎn)線(xiàn)。它美國(guó)和德國(guó)有三家公司啟動(dòng)了工業(yè)化生產(chǎn)線(xiàn)。它們的規(guī)?；a(chǎn)目標(biāo)是每年們的規(guī)?；a(chǎn)目標(biāo)是每年100000或者更多?；蛘吒唷Ｗ钕鹊拇竺娣e組件已經(jīng)突破了最先的大面積組件已經(jīng)突破了10%的效率大關(guān)。的效率大關(guān)。 3.2.2.1玻璃基板玻璃基板在玻璃基板的選用上，在玻璃基板的選用上，

13、使用耐高溫使用耐高溫（600）的硼玻璃作為基板，）的硼玻璃作為基板，轉(zhuǎn)換效率可轉(zhuǎn)換效率可達(dá)達(dá)16%，而使用，而使用不耐高溫不耐高溫但是成本較低的但是成本較低的鈉玻璃作基板可達(dá)到鈉玻璃作基板可達(dá)到12%的轉(zhuǎn)換效率的轉(zhuǎn)換效率。一般玻璃基板的一般玻璃基板的厚度厚度約在約在2-4mm左右，左右，它除了用來(lái)它除了用來(lái)保護(hù)太陽(yáng)電池保護(hù)太陽(yáng)電池活化層，使它不活化層，使它不會(huì)受到外在環(huán)境的侵蝕外，也提供了整個(gè)會(huì)受到外在環(huán)境的侵蝕外，也提供了整個(gè)太陽(yáng)電池的太陽(yáng)電池的機(jī)械強(qiáng)度機(jī)械強(qiáng)度。在玻璃基板的外層，。在玻璃基板的外層，有時(shí)也會(huì)鍍上一層有時(shí)也會(huì)鍍上一層抗反射層來(lái)抗反射層來(lái)增加對(duì)光線(xiàn)增加對(duì)光線(xiàn)的吸收。的吸收。 常

14、用的透明襯底就是玻璃。最便宜的常用的透明襯底就是玻璃。最便宜的鈉鈣玻璃鈉鈣玻璃或者或者窗窗玻璃玻璃也適用。也適用。 如果是用如果是用浮法制成的玻璃浮法制成的玻璃，那得到的，那得到的表面將非常平整表面將非常平整，很很適合薄膜的沉積適合薄膜的沉積，但是只能，但是只能限制在限制在520左右溫度左右溫度下處理。這種玻璃下處理。這種玻璃非常便宜非常便宜（低于（低于10美元美元/m2）,而而且可以不限量地購(gòu)買(mǎi)切割好的、邊緣經(jīng)過(guò)處理的玻璃且可以不限量地購(gòu)買(mǎi)切割好的、邊緣經(jīng)過(guò)處理的玻璃板。板。 如果需要更高的溫度，第二個(gè)選擇就是使用如果需要更高的溫度，第二個(gè)選擇就是使用硼硅玻璃硼硅玻璃。它能夠在它能夠在加熱到

15、加熱到600以上也不軟化。但是以上也不軟化。但是高昂的成高昂的成本本，是目前其工業(yè)化應(yīng)用的障礙。一些研究小組已將，是目前其工業(yè)化應(yīng)用的障礙。一些研究小組已將此種玻璃上制備的電池效率提高到此種玻璃上制備的電池效率提高到16.2%3.2.2.2透明氧化層（透明氧化層（TCO層層）在在CdTe太陽(yáng)電池中所使用的透明導(dǎo)電氧化層太陽(yáng)電池中所使用的透明導(dǎo)電氧化層（TCO），），通常是使用通常是使用SnO2或或In2O3:Sn（ITO）也有人采用）也有人采用Cd2SnO4。TCO是指在平板玻璃表面通過(guò)物理或化學(xué)鍍是指在平板玻璃表面通過(guò)物理或化學(xué)鍍膜方法均勻的鍍上一層透明的導(dǎo)電氧化物薄膜膜方法均勻的鍍上一層透

16、明的導(dǎo)電氧化物薄膜（Transparent Conductive Oxide）而形成的組件）而形成的組件， 它的作用是當(dāng)成它的作用是當(dāng)成正面的電極接觸正面的電極接觸之用。之用。透明導(dǎo)電膜既要滿(mǎn)足為形成透明導(dǎo)電膜既要滿(mǎn)足為形成低串聯(lián)電阻低串聯(lián)電阻而需的而需的高電導(dǎo)率高電導(dǎo)率，又要為獲得高入射以保證高光電流而具有又要為獲得高入射以保證高光電流而具有高透過(guò)率高透過(guò)率。目前，已有幾種材料在使用，在為工業(yè)化應(yīng)用而發(fā)展：目前，已有幾種材料在使用，在為工業(yè)化應(yīng)用而發(fā)展： ITO 在氧化物導(dǎo)電膜中，以摻在氧化物導(dǎo)電膜中，以摻Sn的的In2O3（ITO）膜的）膜的透過(guò)率最高和導(dǎo)電性能最好，而且容易在酸液中蝕刻透

17、過(guò)率最高和導(dǎo)電性能最好，而且容易在酸液中蝕刻出微細(xì)的圖形。其透過(guò)率已達(dá)出微細(xì)的圖形。其透過(guò)率已達(dá)90%以上，以上，ITO中其透中其透過(guò)率和阻值分別由過(guò)率和阻值分別由In2O3與與Sn2O3之比例來(lái)控制，之比例來(lái)控制，通常通常SnO2：In2O3=1：9。在在氧氣氛氧氣氛中中從從In和和Sn靶濺射靶濺射而成的而成的混合氧混合氧化物化物有更好的性能（不管是電導(dǎo)率還是透有更好的性能（不管是電導(dǎo)率還是透過(guò)率都比純過(guò)率都比純SnO2要好）。要好）。由于由于In的成本比較高，這種薄膜會(huì)貴的多。的成本比較高，這種薄膜會(huì)貴的多。由于由于In會(huì)在高溫處理過(guò)程中會(huì)在高溫處理過(guò)程中擴(kuò)散進(jìn)入擴(kuò)散進(jìn)入CdS/CdTe層

18、層，引入并不需要的，引入并不需要的N型型CdTe.，通常在，通常在ITO上沉積一層薄的純上沉積一層薄的純SnO2薄膜來(lái)防止薄膜來(lái)防止In擴(kuò)散。擴(kuò)散。SnO2SnO2薄膜可用常壓下的噴霧法來(lái)制備。薄膜可用常壓下的噴霧法來(lái)制備。SnCl4在水中在水中溶解溶解，然后在空氣中，然后在空氣中噴射噴射到熱的到熱的襯底襯底上。上。SnCl4熱分解后與氧氣形成熱分解后與氧氣形成SnO2薄膜，產(chǎn)生的薄膜，產(chǎn)生的HCl揮發(fā)。揮發(fā)。這種襯底是商業(yè)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，目前許多太陽(yáng)能生這種襯底是商業(yè)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，目前許多太陽(yáng)能生產(chǎn)商都在運(yùn)用。產(chǎn)商都在運(yùn)用。這種薄膜的面電阻率一般為這種薄膜的面電阻率一般為10，光透過(guò)率約為，光

19、透過(guò)率約為70%80%。另外一種沉積另外一種沉積SnO2的技術(shù)是的技術(shù)是氧氣氛中氧氣氛中Sn靶的陰極靶的陰極濺射濺射。雖然這種技術(shù)成本比噴霧法要高，但是薄膜。雖然這種技術(shù)成本比噴霧法要高，但是薄膜的質(zhì)量要好一些。的質(zhì)量要好一些。CdSn這種化合物可以用這種化合物可以用d的氧化物的氧化物與與Sn共濺共濺來(lái)得到。來(lái)得到。由于退火時(shí)需要較高的溫度，因此不適合由于退火時(shí)需要較高的溫度，因此不適合用便宜的鈉鈣玻璃。未來(lái)技術(shù)上的改進(jìn)將用便宜的鈉鈣玻璃。未來(lái)技術(shù)上的改進(jìn)將解決這一問(wèn)題。解決這一問(wèn)題。這種薄膜表現(xiàn)出這種薄膜表現(xiàn)出比比ITO更好的性質(zhì)更好的性質(zhì)。比如，。比如，同樣的電阻率下同樣的電阻率下透過(guò)率更

20、好透過(guò)率更好，或者同樣的，或者同樣的光透過(guò)率光透過(guò)率電阻率更小電阻率更小，使它成為工業(yè)化生，使它成為工業(yè)化生產(chǎn)的值得注意的備選材料。產(chǎn)的值得注意的備選材料。ZnO:Al 這種材料通常用做銅銦錫這種材料通常用做銅銦錫（CIS）薄膜太陽(yáng)）薄膜太陽(yáng)電池的透明接觸層電池的透明接觸層。 它可以用不同種類(lèi)的它可以用不同種類(lèi)的含有含有ZnO和和Al的靶濺的靶濺射射而成，而成，Al在在ZnO中作為施主。中作為施主。 不幸的是，不幸的是， ZnO:Al薄膜在薄膜在CdTe沉積過(guò)程沉積過(guò)程中（大于中（大于550）會(huì)由于熱應(yīng)力而）會(huì)由于熱應(yīng)力而喪失摻雜喪失摻雜性性。但是由于這種材料。但是由于這種材料成本比成本比IT

21、O低低，所，所以人們最終希望得到更穩(wěn)定的該種薄膜。以人們最終希望得到更穩(wěn)定的該種薄膜。 3.2.2.3、n-CdS層層 CdS的能隙的能隙Eg在室溫約為在室溫約為2.4eV，它，它不會(huì)吸收波長(zhǎng)大不會(huì)吸收波長(zhǎng)大于于515nm的太陽(yáng)光的太陽(yáng)光，所以在整個(gè)結(jié)構(gòu)上它被視為，所以在整個(gè)結(jié)構(gòu)上它被視為“窗窗口層口層”。 為了讓整個(gè)太陽(yáng)電池獲得最高的電流密度，為了讓整個(gè)太陽(yáng)電池獲得最高的電流密度，CdS必須必須相當(dāng)薄相當(dāng)薄（約（約0.5um）。）。 CdTe太陽(yáng)電池的制作過(guò)程，通常會(huì)促進(jìn)太陽(yáng)電池的制作過(guò)程，通常會(huì)促進(jìn)CdTe與與CdS界面之間的擴(kuò)散現(xiàn)象界面之間的擴(kuò)散現(xiàn)象，而，而在界面處形成在界面處形成CdT

22、e1-xSx的合金成分的合金成分。 這樣的擴(kuò)散反應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致這樣的擴(kuò)散反應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致CdS層的層的能隙的降低能隙的降低，使得，使得其對(duì)其對(duì)光線(xiàn)的穿透性降低光線(xiàn)的穿透性降低，而影響電池效率。不過(guò)這種，而影響電池效率。不過(guò)這種效應(yīng)，可利用效應(yīng)，可利用CdCl2處理處理來(lái)降低來(lái)降低 另外一個(gè)可以降低另外一個(gè)可以降低CdS層的吸收的方式，是將層的吸收的方式，是將CdS與與ZnS混合混合，以，以增加能隙增加能隙的大小。但這要配合使用的大小。但這要配合使用Cd2SnO4的的TCO層，及使用層，及使用Zn2SnO的的HRT層，才層，才能得到高效率的能得到高效率的CdTe太陽(yáng)電池。太陽(yáng)電池。 與與CdTe不同的是

23、，不同的是，CdS薄膜在非化學(xué)計(jì)量薄膜在非化學(xué)計(jì)量比的時(shí)候，比的時(shí)候，本身是本身是N型型。 CdS薄膜可以用與薄膜可以用與CdTe同樣的方法沉積同樣的方法沉積。因?yàn)樗哂信c因?yàn)樗哂信cCdTe非常相似的性質(zhì)。非常相似的性質(zhì)。 出于產(chǎn)業(yè)化的考慮，下面幾種技術(shù)的研究出于產(chǎn)業(yè)化的考慮，下面幾種技術(shù)的研究受到強(qiáng)烈的關(guān)注：受到強(qiáng)烈的關(guān)注：CdS薄膜沉積進(jìn)技術(shù)薄膜沉積進(jìn)技術(shù)升華升華/凝結(jié)，如窄間隔升華法和熱壁升華法。凝結(jié)，如窄間隔升華法和熱壁升華法。電沉積（電鍍）電沉積（電鍍）絲網(wǎng)印刷絲網(wǎng)印刷另外一種方法尤其適合另外一種方法尤其適合CdS化學(xué)浴沉積（化學(xué)浴沉積（CBD化學(xué)鍍）?；瘜W(xué)鍍）。 這種方法是在這種

24、方法是在80左右的溫度下，用含有左右的溫度下，用含有Cd與與S的亞穩(wěn)的亞穩(wěn)態(tài)溶液反應(yīng)，浸泡在溶液中的襯底表面形成比較薄的態(tài)溶液反應(yīng)，浸泡在溶液中的襯底表面形成比較薄的CdS薄膜。薄膜。其化學(xué)反應(yīng)式如下：其化學(xué)反應(yīng)式如下： 這樣形成的這樣形成的CdS薄膜附著比較緊，而且，即使在膜較薄的情況薄膜附著比較緊，而且，即使在膜較薄的情況下也很均勻。下也很均勻。但有一個(gè)潛在的缺點(diǎn)，在但有一個(gè)潛在的缺點(diǎn)，在CdTe與與CdS之間形成的突變結(jié)時(shí)，之間形成的突變結(jié)時(shí)，CdS與與CdTe之間有明顯的晶格失配。之間有明顯的晶格失配。 化學(xué)浴沉積（化學(xué)浴沉積（Chemical bath deposition）是指）是

25、指將經(jīng)過(guò)表面活化處理的襯底在沉積液中，不外加將經(jīng)過(guò)表面活化處理的襯底在沉積液中，不外加電場(chǎng)或其它能量，在常壓、低溫（電場(chǎng)或其它能量，在常壓、低溫（3090）下）下通過(guò)控制反應(yīng)物的絡(luò)合和化學(xué)反應(yīng)，在襯底上沉通過(guò)控制反應(yīng)物的絡(luò)合和化學(xué)反應(yīng)，在襯底上沉積薄膜的一種薄膜制備方法。積薄膜的一種薄膜制備方法。3.2.2.4、p-CdTe層層 CdTe層跟層跟CdS一樣具有多晶的結(jié)構(gòu)，但通一樣具有多晶的結(jié)構(gòu)，但通常使用常使用p-型摻雜型摻雜。 它的能隙值為它的能隙值為1.45eV，正好，正好位于理想太陽(yáng)位于理想太陽(yáng)電池的能隙范圍之間電池的能隙范圍之間。 CdTe也具有也具有很高的吸光系數(shù)很高的吸光系數(shù)，所以

26、為吸收，所以為吸收層的最佳材料。層的最佳材料。 CdTe層的層的厚度厚度一般在一般在28um之間。之間。 大部分大部分CdTe薄膜的沉積技術(shù)，都依賴(lài)于下薄膜的沉積技術(shù)，都依賴(lài)于下述一個(gè)或兩個(gè)性質(zhì)：述一個(gè)或兩個(gè)性質(zhì)： 如果把如果把CdTe在真空狀態(tài)下加熱到在真空狀態(tài)下加熱到600，將會(huì)，將會(huì)分解出等量的分解出等量的Cd和和Te，剩余的殘留物仍然是，剩余的殘留物仍然是符合化學(xué)配比的符合化學(xué)配比的CdTe。 把凝結(jié)在襯底上的把凝結(jié)在襯底上的CdTe保持在保持在400以上（或以上（或者在沉積之后加熱到這個(gè)溫度），得到的化學(xué)者在沉積之后加熱到這個(gè)溫度），得到的化學(xué)計(jì)量比的化合物會(huì)是穩(wěn)定的固相。計(jì)量比的化

27、合物會(huì)是穩(wěn)定的固相。 這些性質(zhì)使得生產(chǎn)這些性質(zhì)使得生產(chǎn)CdTe薄膜相對(duì)容易，也更加薄膜相對(duì)容易，也更加適合制作薄膜太陽(yáng)電池：只要襯底溫度足夠高，適合制作薄膜太陽(yáng)電池：只要襯底溫度足夠高，不必在意符合化學(xué)配比。不必在意符合化學(xué)配比。 CdTe或者或者Cd+Te,或者有或者有Cd和和Te元素的可分解元素的可分解的化合物都可以作為的化合物都可以作為原始料原始料。 到達(dá)襯底上的到達(dá)襯底上的Cd和和Te化學(xué)計(jì)量比即使并非化學(xué)計(jì)量比即使并非1:1，只要襯底在實(shí)際的沉積期間或者之后被加熱到只要襯底在實(shí)際的沉積期間或者之后被加熱到400500或者更高，就會(huì)有符合（或接近）或者更高，就會(huì)有符合（或接近）化學(xué)計(jì)量

28、比的化學(xué)計(jì)量比的CdTe凝結(jié)。凝結(jié)。 在更高的溫度下，粘附系數(shù)減?。ㄖ厣A）。由于自然在更高的溫度下，粘附系數(shù)減小（重升華）。由于自然形成的微小化學(xué)計(jì)量失配，造成形成的微小化學(xué)計(jì)量失配，造成Cd缺失，多半成為空缺失，多半成為空位，從而位，從而獲得獲得P型摻雜效應(yīng)型摻雜效應(yīng)。不用其他摻雜手段不用其他摻雜手段。典型。典型的摻雜水平大約的摻雜水平大約1015cm-3。 如果薄膜在較低的溫度下沉積，那么就沒(méi)有必要照顧化如果薄膜在較低的溫度下沉積，那么就沒(méi)有必要照顧化學(xué)計(jì)量比，但是可以通過(guò)加熱形成符合化學(xué)計(jì)量比的化學(xué)計(jì)量比，但是可以通過(guò)加熱形成符合化學(xué)計(jì)量比的化合物。這就使得有許多薄膜沉積技術(shù)可以應(yīng)用。

29、合物。這就使得有許多薄膜沉積技術(shù)可以應(yīng)用。 唯一的要求是唯一的要求是去除去除那些會(huì)危及本身那些會(huì)危及本身P型摻雜和載流子壽型摻雜和載流子壽命的命的干擾雜質(zhì)干擾雜質(zhì)。 工業(yè)上得到高純度（達(dá)到工業(yè)上得到高純度（達(dá)到99.999%）的這些元素和化）的這些元素和化合物是可能的，因?yàn)橥ㄟ^(guò)標(biāo)準(zhǔn)的冶金過(guò)程可以很容易把合物是可能的，因?yàn)橥ㄟ^(guò)標(biāo)準(zhǔn)的冶金過(guò)程可以很容易把Cd和和Te元素純化。元素純化。3.2.2.5、背面電極接觸、背面電極接觸 背面電極通常是使用背面電極通常是使用Ag或或Al，它提供，它提供CdTe電池的一電池的一個(gè)低電阻連接，但由于在個(gè)低電阻連接，但由于在p-CdTe上要形成好的歐姆上要形成好的

30、歐姆接觸比較困難。因?yàn)楸趁骐姌O的高導(dǎo)電性，所以它的接觸比較困難。因?yàn)楸趁骐姌O的高導(dǎo)電性，所以它的厚度通常要很薄才行。厚度通常要很薄才行。 大部分形成背面電極技術(shù)，都包括以下幾個(gè)步驟：大部分形成背面電極技術(shù)，都包括以下幾個(gè)步驟： 刻蝕刻蝕CdTe表面，以產(chǎn)生表面，以產(chǎn)生Te-riched的表面狀態(tài)，因的表面狀態(tài)，因此在此在CdTe于金屬層之間產(chǎn)生于金屬層之間產(chǎn)生p+的區(qū)域的區(qū)域，這層，這層p+區(qū)域區(qū)域可降低金屬與可降低金屬與CdTe之間的能量障礙。之間的能量障礙。 鍍上鍍上Ag、Al等金屬層等金屬層 在在150以上，做熱處理以促進(jìn)的形成。以上，做熱處理以促進(jìn)的形成。3.2.3 CdTe薄膜的制造

31、技術(shù)薄膜的制造技術(shù) 在過(guò)去一段時(shí)間里，人們已經(jīng)進(jìn)行了大量在過(guò)去一段時(shí)間里，人們已經(jīng)進(jìn)行了大量的薄膜沉積方法的研究，所有的這些研究的薄膜沉積方法的研究，所有的這些研究使得電池的效率已經(jīng)超過(guò)了使得電池的效率已經(jīng)超過(guò)了10%。但是，。但是，只有幾種方法適合大規(guī)模生產(chǎn)。以下介紹只有幾種方法適合大規(guī)模生產(chǎn)。以下介紹一些已經(jīng)發(fā)展到工業(yè)化的方法。一些已經(jīng)發(fā)展到工業(yè)化的方法。 關(guān)于關(guān)于CdTe太陽(yáng)電池的薄膜制造，目前已有多種可行太陽(yáng)電池的薄膜制造，目前已有多種可行的技術(shù)可以被采用，例如有的技術(shù)可以被采用，例如有物理氣相淀積物理氣相淀積、密閉空間密閉空間升華法升華法、氣相傳輸?shù)矸e法氣相傳輸?shù)矸e法、濺鍍法濺鍍法、

32、電解淀積法電解淀積法、網(wǎng)網(wǎng)印淀積印淀積法等。法等。 各方法各有其利弊得失，其中各方法各有其利弊得失，其中電解淀積法是最便宜的電解淀積法是最便宜的方法之一，同時(shí)也是目前工業(yè)界所采用的主要方法方法之一，同時(shí)也是目前工業(yè)界所采用的主要方法，淀積時(shí)溫度較低，所耗用碲元素也最少。淀積時(shí)溫度較低，所耗用碲元素也最少。 在在玻璃基板的選用玻璃基板的選用上，使用上，使用耐高溫耐高溫（600）的硼）的硼玻璃作為基板，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)玻璃作為基板，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)16%，而使用，而使用不耐高溫不耐高溫但是成本較低的鈉玻璃基板也可達(dá)到但是成本較低的鈉玻璃基板也可達(dá)到12%的轉(zhuǎn)換效率。的轉(zhuǎn)換效率。 物理氣相淀積法（物理氣相淀

33、積法（PVD）顧名思義是以物理機(jī)）顧名思義是以物理機(jī)制來(lái)進(jìn)行薄膜淀積的制造技術(shù)，所謂物理機(jī)制制來(lái)進(jìn)行薄膜淀積的制造技術(shù)，所謂物理機(jī)制是物質(zhì)的相變化現(xiàn)象，例如進(jìn)行蒸鍍時(shí)蒸鍍?cè)词俏镔|(zhì)的相變化現(xiàn)象，例如進(jìn)行蒸鍍時(shí)蒸鍍?cè)从晒虘B(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)再進(jìn)行淀積，由固態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)再進(jìn)行淀積， 淀積出來(lái)的薄膜層的化學(xué)計(jì)量比較難控制的很淀積出來(lái)的薄膜層的化學(xué)計(jì)量比較難控制的很準(zhǔn)確，這與每個(gè)元素的平衡蒸汽壓及蒸鍍?cè)吹臏?zhǔn)確，這與每個(gè)元素的平衡蒸汽壓及蒸鍍?cè)吹幕瘜W(xué)計(jì)量有相當(dāng)大的關(guān)系。化學(xué)計(jì)量有相當(dāng)大的關(guān)系。3.2.3.1 物理氣相淀積法物理氣相淀積法PVD法進(jìn)行法進(jìn)行CdTe或或CdS薄膜薄膜淀積反應(yīng)是發(fā)生在一真空爐內(nèi)淀積反應(yīng)

34、是發(fā)生在一真空爐內(nèi)（10-6torr），所使用的），所使用的蒸發(fā)源蒸發(fā)源可為可為直接的直接的CdTe或或CdS化合物化合物，或，或各別的元素物各別的元素物質(zhì)質(zhì)（Cd+Te2，或，或Cd+S）。）。將蒸鍍?cè)醇訜岬綄⒄翦冊(cè)醇訜岬?00，使之，使之揮發(fā)為氣相分子，而以約揮發(fā)為氣相分子，而以約1um/min的速率淀積在距離約的速率淀積在距離約20公分遠(yuǎn)的基板上。公分遠(yuǎn)的基板上。通?；宓臏囟纫３衷谙鄬?duì)通?；宓臏囟纫３衷谙鄬?duì)比較低的溫度（比較低的溫度（100），），這樣這樣Cd及及Te粘附系數(shù)才會(huì)接粘附系數(shù)才會(huì)接近于近于1.越高的基板溫度，粘附越高的基板溫度，粘附系數(shù)越低，因此淀積速率也變系數(shù)越低

35、，因此淀積速率也變慢。但是越低的溫度會(huì)得到越慢。但是越低的溫度會(huì)得到越小的多結(jié)薄膜晶粒。所以一般小的多結(jié)薄膜晶粒。所以一般應(yīng)用上基板的溫度都不會(huì)超過(guò)應(yīng)用上基板的溫度都不會(huì)超過(guò)400。3.2.3.2 真空沉積一升華真空沉積一升華/凝結(jié)（真空升華法）凝結(jié)（真空升華法）真空升華法（真空升華法（Close-space sublimation，CSS）是目前被用來(lái)）是目前被用來(lái)生產(chǎn)高效率生產(chǎn)高效率CdTe薄膜最主要的方法。薄膜最主要的方法。蒸鍍?cè)词潜恢糜谝慌c基板同面積的容器內(nèi)，基板與蒸鍍?cè)粗g蒸鍍?cè)词潜恢糜谝慌c基板同面積的容器內(nèi)，基板與蒸鍍?cè)粗g的距離相當(dāng)接近，而且兩者之間的溫度差異比較小，所以可以的距

36、離相當(dāng)接近，而且兩者之間的溫度差異比較小，所以可以淀積出比較接近平衡狀態(tài)的淀積出比較接近平衡狀態(tài)的CdTe薄膜。薄膜。使用化學(xué)計(jì)量準(zhǔn)確的蒸鍍?cè)匆部傻玫交瘜W(xué)計(jì)量準(zhǔn)確的使用化學(xué)計(jì)量準(zhǔn)確的蒸鍍?cè)匆部傻玫交瘜W(xué)計(jì)量準(zhǔn)確的CdTe薄膜。薄膜。因此，一般基板的溫度可以控制在因此，一般基板的溫度可以控制在450600之間，而高品之間，而高品質(zhì)的薄膜可以在大于質(zhì)的薄膜可以在大于1um/min的速率淀積得到。的速率淀積得到。 將將粉末或者顆粒狀的固體粉末或者顆粒狀的固體CdTe材料在真空中升華，材料在真空中升華，然后凝結(jié)在然后凝結(jié)在450600的襯底上的襯底上。 目前已經(jīng)發(fā)展了許多不同種類(lèi)的可商業(yè)化的方法，這目前

37、已經(jīng)發(fā)展了許多不同種類(lèi)的可商業(yè)化的方法，這些方法已經(jīng)達(dá)到很高的沉積速率（些方法已經(jīng)達(dá)到很高的沉積速率（10um/min），而），而且適合用低成本和對(duì)真空要求不高的系統(tǒng)進(jìn)行流水線(xiàn)且適合用低成本和對(duì)真空要求不高的系統(tǒng)進(jìn)行流水線(xiàn)生產(chǎn)。生產(chǎn)。 這種方法確實(shí)有很高的材料產(chǎn)出，因?yàn)橐D讓這種方法確實(shí)有很高的材料產(chǎn)出，因?yàn)橐D讓材料材料僅僅凝結(jié)在襯底上僅僅凝結(jié)在襯底上，要么是襯底與原材料之間的距離，要么是襯底與原材料之間的距離很近（很近（近空間升華近空間升華），要么防止它沉積在器壁上，使），要么防止它沉積在器壁上，使后者的溫度始終高于后者的溫度始終高于600。 在美國(guó)和德國(guó)已經(jīng)建成了兩座利用近空間升華法

38、的工在美國(guó)和德國(guó)已經(jīng)建成了兩座利用近空間升華法的工廠(chǎng)。他們已經(jīng)開(kāi)始生產(chǎn)和銷(xiāo)售組件。廠(chǎng)。他們已經(jīng)開(kāi)始生產(chǎn)和銷(xiāo)售組件。3.2.3.3 氣相傳輸?shù)矸e法（氣相傳輸?shù)矸e法（ VTD） 固態(tài)的固態(tài)的CdTe原料放在容器內(nèi)，因受熱而揮發(fā)出原料放在容器內(nèi)，因受熱而揮發(fā)出CdTe蒸汽，然蒸汽，然后這些后這些CdTe蒸汽會(huì)隨著傳輸氣體（蒸汽會(huì)隨著傳輸氣體（N2、Ar、He、O2等）而等）而傳送到基板表面，過(guò)飽和的傳送到基板表面，過(guò)飽和的Cd與與Te會(huì)凝縮而淀積在基板表面形會(huì)凝縮而淀積在基板表面形成成CdTe薄膜。薄膜。利用利用VTD方法可以得到約與薄膜厚度相當(dāng)?shù)木Я４笮?，而且淀方法可以得到約與薄膜厚度相當(dāng)?shù)木Я４?/p>

39、小，而且淀積速率相當(dāng)快。積速率相當(dāng)快。氣相傳輸?shù)矸e法氣相傳輸?shù)矸e法（Vapor transport deposition）簡(jiǎn)稱(chēng)）簡(jiǎn)稱(chēng)VTD。3.2.3.4 濺鍍法濺鍍法所謂濺鍍法（所謂濺鍍法（sputtering deposition），乃是利用等離子），乃是利用等離子中的高能離子（通常是由電場(chǎng)中的高能離子（通常是由電場(chǎng)加速的正離子，如加速的正離子，如Ar+），在），在磁鐵產(chǎn)生的磁力線(xiàn)的作用下，磁鐵產(chǎn)生的磁力線(xiàn)的作用下，加速撞擊加速撞擊CdTe靶材表面。借由靶材表面。借由動(dòng)量轉(zhuǎn)換，將動(dòng)量轉(zhuǎn)換，將CdTe表面物質(zhì)濺表面物質(zhì)濺出，而后在基板上淀積形成薄出，而后在基板上淀積形成薄膜。膜。通常淀積反應(yīng)

40、是發(fā)生在低于通常淀積反應(yīng)是發(fā)生在低于300的基板上，而爐內(nèi)壓力的基板上，而爐內(nèi)壓力約在約在10mtorr左右。左右。在在200淀積淀積2um的的CdTe薄膜，薄膜，所得到的晶粒大小約在所得到的晶粒大小約在300nm左右。左右。3.2.3.5、 電解淀積法電解淀積法電解淀積法是將含有電解淀積法是將含有Cd2+及及HTeO2+ 電解液進(jìn)行化學(xué)還電解液進(jìn)行化學(xué)還原反應(yīng)，而得到原反應(yīng)，而得到Cd及及Te并淀并淀積而成積而成CdTe薄膜。薄膜。這樣的電解還原及淀積反應(yīng)，這樣的電解還原及淀積反應(yīng)，可由以下三個(gè)化學(xué)反應(yīng)式來(lái)可由以下三個(gè)化學(xué)反應(yīng)式來(lái)表示。表示。利用控制電解液內(nèi)部的利用控制電解液內(nèi)部的Cd及及T

41、e含量，可由控含量，可由控制所生長(zhǎng)出來(lái)的薄膜的化學(xué)計(jì)量組成。制所生長(zhǎng)出來(lái)的薄膜的化學(xué)計(jì)量組成。 在含有在含有Cl基化合物條件下退火后，晶粒變大，摻基化合物條件下退火后，晶粒變大，摻雜轉(zhuǎn)變?yōu)殡s轉(zhuǎn)變?yōu)镻型，且電導(dǎo)率提高了。型，且電導(dǎo)率提高了。 電壓施加在襯底上的透明導(dǎo)電膜上，而且必須在電壓施加在襯底上的透明導(dǎo)電膜上，而且必須在整個(gè)被淀積表面非常均勻。這就需要較低的沉積整個(gè)被淀積表面非常均勻。這就需要較低的沉積電流密度，從而導(dǎo)致較低的沉淀速率。電流密度，從而導(dǎo)致較低的沉淀速率。 這可以通過(guò)把大量襯底并列起來(lái)沉積的高生產(chǎn)率這可以通過(guò)把大量襯底并列起來(lái)沉積的高生產(chǎn)率來(lái)彌補(bǔ)。來(lái)彌補(bǔ)。 在美國(guó)，已經(jīng)建成了一

42、座生產(chǎn)工廠(chǎng)，目前正在擴(kuò)在美國(guó)，已經(jīng)建成了一座生產(chǎn)工廠(chǎng)，目前正在擴(kuò)大生產(chǎn)量。大生產(chǎn)量。3.2.3.6 、噴涂淀積法噴涂淀積法 噴涂淀積法（噴涂淀積法（Spray deposition）的做法，是先在）的做法，是先在室室溫下將含有溫下將含有CdTe、CdCl2及丙二醇的化學(xué)漿料噴涂在及丙二醇的化學(xué)漿料噴涂在基板基板上，然后在上，然后在經(jīng)過(guò)幾道高溫?zé)崽幚斫?jīng)過(guò)幾道高溫?zé)崽幚砑凹爸旅芑瘷C(jī)械過(guò)致密化機(jī)械過(guò)程程，而得到具有多孔結(jié)構(gòu)的，而得到具有多孔結(jié)構(gòu)的CdTe薄膜。薄膜。 用噴霧器把含有用噴霧器把含有Cd和和Te的可熱分解化合物的水霧噴的可熱分解化合物的水霧噴射到熱的襯底上，釋放出來(lái)的元素形成射到熱的襯底

43、上，釋放出來(lái)的元素形成CdTe。 這種不需要真空設(shè)備的方法已經(jīng)得到了發(fā)展，并應(yīng)用這種不需要真空設(shè)備的方法已經(jīng)得到了發(fā)展，并應(yīng)用在生產(chǎn)線(xiàn)上。在生產(chǎn)線(xiàn)上。 一個(gè)工業(yè)風(fēng)險(xiǎn)投資機(jī)構(gòu)在美國(guó)建立了第一個(gè)示范工廠(chǎng)，一個(gè)工業(yè)風(fēng)險(xiǎn)投資機(jī)構(gòu)在美國(guó)建立了第一個(gè)示范工廠(chǎng)，并隨后被銷(xiāo)售。并隨后被銷(xiāo)售。3.2.3.7 、有機(jī)金屬化學(xué)氣相淀積法有機(jī)金屬化學(xué)氣相淀積法 有機(jī)金屬化學(xué)氣相淀積法（有機(jī)金屬化學(xué)氣相淀積法（MOCVD），是使含），是使含有有Cd和和Te的有機(jī)金屬例如二甲基鎘及二異丙基碲，的有機(jī)金屬例如二甲基鎘及二異丙基碲，在反應(yīng)爐中進(jìn)行分解反應(yīng)，并淀積在基板上得到在反應(yīng)爐中進(jìn)行分解反應(yīng)，并淀積在基板上得到CdTe薄

44、膜。淀積速率與基板的溫度有關(guān)。薄膜。淀積速率與基板的溫度有關(guān)。3.2.3.8、 絲網(wǎng)印刷淀積法絲網(wǎng)印刷淀積法 絲網(wǎng)印刷淀積法算是生產(chǎn)絲網(wǎng)印刷淀積法算是生產(chǎn)CdTe及及CdS薄膜最簡(jiǎn)單的薄膜最簡(jiǎn)單的方法，它是方法，它是將含有將含有Cd、Te、CdCl2及含有有機(jī)合劑的及含有有機(jī)合劑的金屬膏金屬膏，通過(guò)一，通過(guò)一印刷板而印制到基板上印刷板而印制到基板上，再經(jīng)過(guò)，再經(jīng)過(guò)干燥干燥過(guò)程去除有機(jī)溶劑后，接著加溫到過(guò)程去除有機(jī)溶劑后，接著加溫到700左右做左右做燒結(jié)燒結(jié)反應(yīng)，最后得到約反應(yīng)，最后得到約1020um的再結(jié)晶的的再結(jié)晶的CdTe薄膜。薄膜。 將含有將含有Cd和和Te的漿料通過(guò)絲網(wǎng)印刷到襯底上，然

45、后的漿料通過(guò)絲網(wǎng)印刷到襯底上，然后在加入在加入CdCl2的熱反應(yīng)中轉(zhuǎn)換成的熱反應(yīng)中轉(zhuǎn)換成CdTe。由于膜的多孔。由于膜的多孔性，為使電池很好地運(yùn)行，需要相對(duì)厚的涂層。性，為使電池很好地運(yùn)行，需要相對(duì)厚的涂層。 這個(gè)技術(shù)目前已經(jīng)商業(yè)化，并且每年約這個(gè)技術(shù)目前已經(jīng)商業(yè)化，并且每年約1MWp的規(guī)模的規(guī)模進(jìn)行生產(chǎn)。小組已在生產(chǎn)，并且已有消費(fèi)者在使用。進(jìn)行生產(chǎn)。小組已在生產(chǎn)，并且已有消費(fèi)者在使用。而大面積而大面積 高效率高效率 低成本的電池是否適合用此方法仍低成本的電池是否適合用此方法仍有很多疑問(wèn)。有很多疑問(wèn)。 CdCl2處理處理 幾乎所有淀積技術(shù)所用到的幾乎所有淀積技術(shù)所用到的CdTe薄膜，都必須經(jīng)過(guò)

46、薄膜，都必須經(jīng)過(guò)CdCl2處理，才能處理，才能得到結(jié)構(gòu)比較完美、晶粒比較大的得到結(jié)構(gòu)比較完美、晶粒比較大的薄膜薄膜。而。而未經(jīng)過(guò)未經(jīng)過(guò)CdCl2處理過(guò)的處理過(guò)的CdTe的太陽(yáng)電池，的太陽(yáng)電池，僅僅能產(chǎn)生非常小的短路電流能產(chǎn)生非常小的短路電流。 將將CdTe薄膜置于約薄膜置于約400的的CdCl2環(huán)境之下，它會(huì)發(fā)環(huán)境之下，它會(huì)發(fā)生以下的反應(yīng)生以下的反應(yīng) CdCl2的存在促進(jìn)了的存在促進(jìn)了CdTe的再結(jié)晶過(guò)程的再結(jié)晶過(guò)程。不僅比較。不僅比較小小的晶粒便消失的晶粒便消失了，連帶著了，連帶著CdTe與與CdS的界面的界面結(jié)構(gòu)也結(jié)構(gòu)也變得比較有秩序。變得比較有秩序。 基片清洗透明導(dǎo)電膜處理激光刻劃襯底清

47、洗沉積硫化鎘沉積碲化鎘熱處理制備背接觸激光刻劃沉積背電極電聯(lián)結(jié)初測(cè)封裝檢測(cè)其中的關(guān)鍵工藝為：沉積硫化鎘：化學(xué)浴沉積。用氯化鎘、硫脲、氯化銨、胺水等，在80-90的溫度下進(jìn)行。沉積碲化鎘：近空間升華法沉積（CSS）。采用碲化鎘粉作源材料，用氬氣保護(hù)，在560左右下進(jìn)行。制備背接觸：用共蒸發(fā)沉積碲化鋅作背接觸層，源材料分別為銅和碲化鋅粉，在室溫下進(jìn)行真空蒸發(fā)。背電極：用電子束蒸發(fā)鍍鎳作背電極。3.2.4碲化鎘薄膜太陽(yáng)電池制造工藝四川阿波羅碲化鎘薄膜太陽(yáng)電池生產(chǎn)工藝流程圖 CdTe太陽(yáng)電池模組太陽(yáng)電池模組 CdTe表面太陽(yáng)電池的模組結(jié)構(gòu)示意圖，它是利用表面太陽(yáng)電池的模組結(jié)構(gòu)示意圖，它是利用在同一基板

48、上做電池與電池的串接，也就是所謂在同一基板上做電池與電池的串接，也就是所謂的的“monolithic inerconnection”。因此。因此CdTe表面表面太陽(yáng)電池可以連續(xù)式的在一條生產(chǎn)線(xiàn)上制造出來(lái)太陽(yáng)電池可以連續(xù)式的在一條生產(chǎn)線(xiàn)上制造出來(lái) CdTe太陽(yáng)電池模組的制造流程生產(chǎn)電池和組件的各個(gè)步驟生產(chǎn)電池和組件的各個(gè)步驟1）選擇襯底玻璃，通常用鈉鈣玻璃作為襯底。）選擇襯底玻璃，通常用鈉鈣玻璃作為襯底。2）透明導(dǎo)電膜的沉積（）透明導(dǎo)電膜的沉積（ITO等）。等）。3）將）將TCO膜刻劃成平行的條帶，以此確定單元電池。對(duì)有的工藝過(guò)程，這膜刻劃成平行的條帶，以此確定單元電池。對(duì)有的工藝過(guò)程，這一步可

49、能要晚一些，一般是在半導(dǎo)體薄膜沉積后。一步可能要晚一些，一般是在半導(dǎo)體薄膜沉積后。4）沉積盡可能薄的）沉積盡可能薄的CdS膜，一般是膜，一般是100nm。5)根據(jù)產(chǎn)品的性質(zhì)選擇沉積根據(jù)產(chǎn)品的性質(zhì)選擇沉積CdTe的方法。的方法。6）在）在CdCl2的作用下于的作用下于400左右活化膜層。左右活化膜層。7）實(shí)施第二次刻劃，劃開(kāi)半導(dǎo)體薄膜以露出）實(shí)施第二次刻劃，劃開(kāi)半導(dǎo)體薄膜以露出TCO膜。步驟膜。步驟3可并行進(jìn)行，可并行進(jìn)行，此后，這條刻線(xiàn)就必須填充絕緣體。此后，這條刻線(xiàn)就必須填充絕緣體。8）采用背接觸結(jié)構(gòu)。由一系列步驟實(shí)現(xiàn)，即蝕刻形成富）采用背接觸結(jié)構(gòu)。由一系列步驟實(shí)現(xiàn)，即蝕刻形成富Te區(qū)區(qū)使用

50、緩沖層使用緩沖層使用金屬背電極。使用金屬背電極。9）將鄰近電池的背電極分割開(kāi)。）將鄰近電池的背電極分割開(kāi)。10）接觸匯流條結(jié)構(gòu)的焊接。）接觸匯流條結(jié)構(gòu)的焊接。11）使用恰當(dāng)?shù)乃芰希ㄈ纾┦褂们‘?dāng)?shù)乃芰希ㄈ鏓VA或者熱塑性薄膜）層壓第二塊玻璃（或塑或者熱塑性薄膜）層壓第二塊玻璃（或塑料）；事先將接觸帶穿過(guò)覆蓋玻璃的小孔。料）；事先將接觸帶穿過(guò)覆蓋玻璃的小孔。12）安裝電極盒。作為商業(yè)化應(yīng)用，在這個(gè)電極盒里，用一個(gè)合適的插座，）安裝電極盒。作為商業(yè)化應(yīng)用，在這個(gè)電極盒里，用一個(gè)合適的插座，將易斷裂的組件引出帶和穩(wěn)定的電纜連接。將易斷裂的組件引出帶和穩(wěn)定的電纜連接。13）用太陽(yáng)模擬器測(cè)試每個(gè)組件的效率

51、。）用太陽(yáng)模擬器測(cè)試每個(gè)組件的效率。10MW的生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)線(xiàn)(ANTEC Solar )該沉積線(xiàn)可看成是一條兩部生產(chǎn)線(xiàn)，由該沉積線(xiàn)可看成是一條兩部生產(chǎn)線(xiàn)，由全自動(dòng)沉積線(xiàn)和半全自動(dòng)沉積線(xiàn)和半自動(dòng)組裝生產(chǎn)線(xiàn)構(gòu)成自動(dòng)組裝生產(chǎn)線(xiàn)構(gòu)成。前者在。前者在60cm120cm玻璃襯底上玻璃襯底上制備集成組件，后者包括封焊、接電極、測(cè)試以及將組件制備集成組件，后者包括封焊、接電極、測(cè)試以及將組件封裝成可銷(xiāo)售的產(chǎn)品。封裝成可銷(xiāo)售的產(chǎn)品。全自動(dòng)流水線(xiàn)沉積過(guò)程分為全自動(dòng)流水線(xiàn)沉積過(guò)程分為9個(gè)步驟：個(gè)步驟：n 襯底的清洗（浮法玻璃）。襯底的清洗（浮法玻璃）。n 在在250下沉積透明導(dǎo)電膜（下沉積透明導(dǎo)電膜（ITO+SnO

52、2）。）。n TCO膜的刻劃（以確定電池和今后互連）。膜的刻劃（以確定電池和今后互連）。n 在在500下用窄間隔升華法沉積下用窄間隔升華法沉積CdS和和CdTe。n 活化活化(在在Cl氛圍中以氛圍中以400退火，改進(jìn)結(jié)的性能退火，改進(jìn)結(jié)的性能)。n 濕法化學(xué)法刻蝕，以制備電極（產(chǎn)生富濕法化學(xué)法刻蝕，以制備電極（產(chǎn)生富Te層）。層）。n 機(jī)械刻線(xiàn)以進(jìn)行電池互連。機(jī)械刻線(xiàn)以進(jìn)行電池互連。n 濺射沉積兩層背接觸。濺射沉積兩層背接觸。1.機(jī)械刻線(xiàn)以分割和連接電池。機(jī)械刻線(xiàn)以分割和連接電池。 大部分工位都由加熱和冷卻裝置相連接，以便在沉積時(shí)玻璃板能達(dá)到合適的溫度。這些裝置占據(jù)了設(shè)備總長(zhǎng)度的大部分。半導(dǎo)體

53、薄膜沉積過(guò)程中所達(dá)到的最高溫度（500）與玻璃的穩(wěn)定性匹配。 自動(dòng)沉積生產(chǎn)線(xiàn)總長(zhǎng)度位165m。玻璃板（要成為組件）是通過(guò)傳達(dá)系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)送的，整個(gè)過(guò)程不會(huì)有人的手接觸，這些玻璃板每30個(gè)裝成一盒，然后輸運(yùn)到相鄰的大廳里的組裝線(xiàn)上。組裝生產(chǎn)線(xiàn)在組裝生產(chǎn)線(xiàn)上，將襯底（一個(gè)襯底上的電池互連成若干組，一組通常稱(chēng)為“次組件”）鍍上電極，封焊，以方便發(fā)電系統(tǒng)使用。工廠(chǎng)的這部分由以下步驟組成：n 封裝玻璃的清洗（浮法玻璃）。n 將電極匯流條沉積在組件上。n PV功能檢測(cè)，為進(jìn)一步加工排除組件次品。n 將EVA薄膜切割成一定尺寸。n 連接組件、EVA薄片和表面玻璃。n 層壓（6個(gè)組件為一組）。n 填充玻璃蓋片的

54、電極孔。n 電極盒的連接。n PV性能的定量測(cè)試（每組3個(gè)組件）。n 附上打印的標(biāo)簽。1. 分類(lèi)、選擇、裝箱分派。 由于工序繁雜，因此組裝線(xiàn)需要一些手工操由于工序繁雜，因此組裝線(xiàn)需要一些手工操作與調(diào)整。下圖顯示的是不同過(guò)程的平面布作與調(diào)整。下圖顯示的是不同過(guò)程的平面布置。置。 每條生產(chǎn)線(xiàn)都安裝在一個(gè)單獨(dú)的廳里。兩個(gè)每條生產(chǎn)線(xiàn)都安裝在一個(gè)單獨(dú)的廳里。兩個(gè)廳用一條傳送組件的通道連接，緩沖站是在廳用一條傳送組件的通道連接，緩沖站是在后一道工序出現(xiàn)故障時(shí)，將部分完工的組件后一道工序出現(xiàn)故障時(shí)，將部分完工的組件移開(kāi)，避免在前一道工序發(fā)生碰撞。整個(gè)生移開(kāi)，避免在前一道工序發(fā)生碰撞。整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)，包括沉積線(xiàn)與

55、組裝線(xiàn)的生產(chǎn)速度，基產(chǎn)線(xiàn)，包括沉積線(xiàn)與組裝線(xiàn)的生產(chǎn)速度，基本限定在每年本限定在每年120000個(gè)組件。也就是說(shuō)生個(gè)組件。也就是說(shuō)生產(chǎn)線(xiàn)的直線(xiàn)輸送速度產(chǎn)線(xiàn)的直線(xiàn)輸送速度為為1m/min。產(chǎn)品合格證產(chǎn)品合格證 由于光伏組件要長(zhǎng)時(shí)間在比較惡劣的環(huán)境中使用，因由于光伏組件要長(zhǎng)時(shí)間在比較惡劣的環(huán)境中使用，因此必須保證其能夠使用大約此必須保證其能夠使用大約20年的時(shí)間。為了達(dá)到年的時(shí)間。為了達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（這一標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（IEC，國(guó)際電子技術(shù)委員，國(guó)際電子技術(shù)委員會(huì)）設(shè)計(jì)了全球范圍有效的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。會(huì)）設(shè)計(jì)了全球范圍有效的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 關(guān)于薄膜組件的標(biāo)準(zhǔn)是關(guān)于薄膜組件的標(biāo)準(zhǔn)是IEC61646，即地面用薄