CdTe薄膜上生長CdS薄膜或CdS納米結構的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及太陽能電池技術領域，具體涉及CdTe薄膜上生長CdS薄膜或者CdS納米結構的方法。
【背景技術】
[0002]目前，煤炭、石油等傳統能源在我們的生活中占據主導地位，但它以高能耗、高污染影響著我們的日常生活，給我們的生活帶來了極大的不利。而太陽能作為新能源的一種，因其取之不盡、用之不竭，分布廣泛等優點備受各國政府重視。
[0003]CdTe基光伏太陽能電池是第二代新能源薄膜太陽電池中的一種。它的核心組成部分是由P型的CdTe吸收層和η型的CdS窗口層組成的。吸收層CdTe材料是一種直接帶隙的半導體，帶隙是1.48 eV，這與太陽光譜很好地匹配。它的吸收系數很高，高達15 cm-1,只需要I um就可以吸收掉99%以上的可見光。并且制備薄膜的過程中需要的量少，成本低。CdS薄膜是與之對應的窗口層。
[0004]大部分制備器件是先在ITO玻璃上用水浴法生長CdS薄膜后，再在其上用近空間升華法生長CdTe薄膜，然后生長電極。在器件的制備過程中，一個重要的因素是要CdTe薄膜和CdS薄膜之間相互擴散形成pn結，這樣的制備方式在能帶結構上會形成突變，CdS和CdTe薄膜之間存在晶格失配的問題。
[0005]據申請人了解，目前在CdTe薄膜表面原位生長CdS層(薄膜或者納米結構)形成pn結的方法還沒有被報道過。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是在P型CdTe薄膜上原位生長η型CdS薄膜或者CdS納米結構的方法，原位形成pn結，而原位形成的pn結在能帶上是一個漸變的過程，解決了 CdS和CdTe薄膜之間存在的晶格失配的影響。
[0007]本發明的具體技術方案如下:
一種CdTe薄膜上生長CdS薄膜或CdS納米結構的方法，包括如下步驟:
(1)將CdTe薄膜裝入石英管中，放入燒結爐，然后排除石英管內的多余氣體；
(2)接著通入含硫化氫氣體的混合氣體，升溫燒結爐對CdTe薄膜進行退火，退火溫度為 200~600°C，退火時間為 10min~3h ；
(3 )退火后降溫，取出薄膜，得到成品。
[0008]步驟(I)中，所述CdTe薄膜包括襯底和薄膜，薄膜的厚度為50 nm~10 um。
[0009]步驟(I)中，所述CdTe薄膜包括襯底和薄膜，薄膜的厚度為50~ 500nm ;上述厚度的薄膜在本發明所述的退火條件下全部轉變為CdS薄膜；并且這個厚度可以作為電池的窗口層。步驟(I)中，通入保護氣體或者對石英管抽真空排除石英管內的多余氣體。
[0010]所述保護氣體為氮氣或者氬氣。
[0011]步驟(2)中，所述混合氣體中硫化氫氣體的體積占混合氣體總體積0.5%~100% ;通過控制硫化氫氣體體積濃度的大小，可以間接的控制CdTe薄膜在高溫下和硫化氫反應的劇烈程度。
[0012]步驟(2)中，所述混合氣體的氣流為5~100 sccm ;當燒結爐中充滿硫化氫氣體時，可以不再通入硫化氫氣體進行退火。上述退火過程中發生如下反應:CdTe (s)+H2S (g) =CdS (s) +Te2 (g) +H2 (g)，其中s代表固態，g為氣態。混合氣體的氣流選擇上述范圍的主要作用是維持硫化氫氣體的濃度，以至于反應可以持續的進行；另外在氣流在帶動下，Te2蒸汽在管式燒結爐的低溫段沉積。
[0013]本發明所述退火溫度在200°C ~400°C時，或者在CdTe薄膜上形成CdS薄膜層；退火溫度為400~600°C時，在CdTe薄膜上形成的CdS薄膜層有CdS納米生成；并且生成的納米的密度是先增大后減少。如果增加退火時間，CdTe薄膜全部變為CdS薄膜。本發明通過控制條件退火形成CdS薄膜，有望應用在CdTe基光伏太陽電池上，可以大大簡化電池的制備流程。這樣的優點是，設備簡單，成本低等。并且可以在光伏太陽電池中減少玻璃對光的吸收以及反射，太陽光直接照射在CdS層，增加光的利用率。
[0014]本發明所采用的CdTe薄膜采用現有的方法進行制備，包括近空間升華法、水浴法、真空蒸發法、磁控濺射法等。CdTe薄膜的襯底可以是玻璃襯底、金屬薄片、柔性襯底、帶有電極的襯底、光伏電池襯底等。
[0015]本發明把CdTe薄膜放入燒結爐中，并且通入硫化氫氣體，然后升高燒結爐的溫度，最后在CdTe薄膜表面原位生成CdS或者CdS納米結構。生成CdS薄膜或者CdS納米結構是根據設定的退火溫度而決定的，退火溫度在200°C ~400°C時原位生成的是CdS薄膜，而退火溫度在400~600°C時生成的是CdS薄膜和CdS納米結構；并且生成CdS薄膜或者CdS納米的襯底都為CdTe薄膜。在CdTe薄膜上原位形成CdS層(薄膜或者納米結構)，原位形成pn結解決了 CdS和CdTe薄膜之間存在的晶格失配等影響。這種方法的優點是設備簡單，生長溫度低，可控程度高，適用于大面積的制備，為工業生產提供了可行性線路。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明用近空間升華法制備的CdTe薄膜的SEM形貌；
圖2為本發明用近空間升華法制備的CdTe薄膜的XRD圖譜；
圖3為實施例1中所獲得的成品的SEM形貌；
圖4為實施例1中所獲得的成品的XRD圖譜；
圖5為實施例2中所獲得的成品的SEM形貌；
圖6為實施例2中所獲得的成品的XRD圖譜；
圖7為實施例2中所獲得的成品的SEM截面形貌圖；
圖8為實施例3中所獲得的成品的XRD圖譜；
圖9為實施例4中所獲得的成品的XRD圖譜；
圖10為本發明用高真空蒸發法制備CdTe薄膜的SEM形貌；
圖11為本發明用高真空蒸發法制備CdTe薄膜的XRD圖譜；
圖12為實施例5中所獲得的成品的SEM形貌；
圖13為實施例5中所獲得的成品的XRD圖譜。
【具體實施方式】
[0017]本發明中，選擇的襯底是玻璃襯底，襯底的尺寸大小為lcm*lcm。CdTe薄膜的制備方法采用近空間升華法制備的。在X射線衍射(XRD)圖譜(*)對應的衍射峰是六方相的CdS，而(__ )對應的則是立方相的CdTe。
[0018]近空間升華法制備CdTe薄膜
玻璃襯底依次經過丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗min后，放入近空間升華法的沉積室。然后抽真空，當真空度達到0.5Pa時，通入氬氣，調節抽氣的速率使沉積室氣壓到2kPa。升溫源和襯底的溫度為620°C和550°C。到達設定溫度后，沉積5min，然后自然降溫，最后取出CdTe薄膜，薄膜的厚度為6.7um±0.3um。制備好的CdTe薄膜作為生長CdS薄膜或者納米結構中的襯底，分別用在實施例1、實