CN101640234A - 用磁控溅射法生产CdS/CdTe太阳能电池的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用磁控溅射法生产CdS/CdTe太阳能电池的方法，其特点是该方法包括CdS/CdTe膜的形成，CdCl2热处理和背电极的制作三部分，通过对电压、电源、气压和距离控制，控制膜的质量，使用磁控溅射法将CdS、CdTe、CdCl2、ZnTe:Cu和Ni分别依次镀在清洁并光刻完成的导电玻璃工件上，构成完整电池。经性能测试：小面积0.05cm2，短路电流27mA/cm2，开路电压0.82V/每个单电池，填充因子72％，转换效率14.2％；大面积2000cm2(20×100cm)，短路电流21mA/cm2，开路电压0.63V/每个单电池，填充因子66％转换效率8％。

Description

用磁控溅射法生产CdS/CdTe太阳能电池的方法
技术领域
本发明涉及用磁控溅射法生产CdS/CdTe太阳能电池的方法，属于太阳能电池的制备领域。
背景技术
化合物半导体镀膜太阳能电池作为一种新的能源材料正在得到迅速的发展，CdS/CdTe多晶镀膜太阳能电池由于具有成本低、性能稳定、工序简单等优点。同时也具有多晶镀膜化合物半导体，异质结器件等基本特点，是目前极有前途的太阳能电池之一。
CdS/CdTe太阳能电池的制备方法有近空间升华法，电沉积法、分子束外延、物理气相沉积法和化学水溶法等，目前大多采用近空间升华法，它有一定的优点，但也存在一些不足，如能耗高、基片温度高、不易大面积制作。
中国专利公开了CN101299443题为“一种柔性碲化镉镀膜太阳能电池结构”，CN101267007题为“超薄基片注射的碲化镉太阳能电池”，为了扩大电池的应用范围，加入石墨和金属解决导电性等不同目的。但工艺复杂、繁琐、成本高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种用磁控溅射法生产CdS/CdTe太阳能电池的方法，其特点是该方法通过对电压、电源、气压和距离控制，控制膜的质量，使用磁控溅射技术制作CdS/CdTe太阳能电池。
本发明的目的由以下技术措施实施：
用磁控溅射法生产CdS/CdTe太阳能电池的方法包括以下步骤：
(1)CdS/CdTe膜的形成
将清洁并光刻完成的导电玻璃工件装入夹具中，启动输送系统将工件送入进料仓，关闭仓门，启动真空系统，抽至2.5～5.5×10-2Pa，启动红外加热器使工件温度达230℃～250℃，充入氩气至0.5～2.2×100Pa，打开进料仓与CdS镀膜仓之间的门，由输送系统使工件送入CdS仓，关闭进料仓与CdS镀膜仓之间的门，磁控溅射镀CdS，用直流电源将电流调至4～10mA/cm2，靶与工件的距离控制在100～220mm，时间7～10min，使CdS膜厚在70～120nm，停止溅射，打开CdS与过渡仓的门，启动输送系统使工件送入过渡仓充入氩气，调整气压至1～5×100Pa，打开过渡仓与CdTe镀膜仓之间的门，启动输送系统使工件进入CdTe镀膜仓，关闭过渡仓与CdTe镀膜仓之间的门，磁控溅射镀CdTe，充入氩气至1～5×100Pa，用直流电源将电流调至7～23mA/cm2，靶与工件的距离控制在100～220mm，时间7～10min，使CdTe膜厚为1.5～3.5μ，打开出料仓，启动输送系统使工件进入出料仓，关闭出料仓与CdTe镀膜仓之间的门，打开放气阀放气，启动输送系统使工件出仓；
(2)CdCl2热处理
将上述工件用CdCl2热处理，当工件加热至250～270℃，将CdCl2加热至390～420℃，采用近空间升华法将CdCl2镀在已经镀上CdS/CdTe的工件上，时间5～10s，形成200～500μm厚的CdCl2膜，然后在温度350～420℃的空气环境中热处理25～35min；
(3)背电极的制作
将上述热处理后的工件装入夹具中，启动输送系统，使工件进入进料仓，关闭仓门，启动真空系统，抽至2.5～10×10-2Pa，充入氩气气压至1～4.0×100Pa，打开进料仓与ZnTe镀膜仓之间的门，由输送系统使工件送入ZnTe镀膜仓，磁控溅射镀ZnTe，使用高频电源4～6w/cm2，靶与工件的距离控制在70～220mm，时间2～5min，膜厚7～15μm，停止溅射，打开电源继续磁控溅射ZnTe:Cu，使电流7～15mA/cm2，靶与工件的距离控制在100～220mm，时间2～5min，膜厚10～40μm，用激光刻第二条线，距第一条线50～150μ的距离，激光刻30～50μ的平行线，同理，打开Ni电源磁控溅射Ni，使用电流0.3～2A/cm2，靶与工件的距离控制在100～220mm，时间3～5min，膜厚300～600nm。
用超声焊机焊上引出电极；
用激光刻第三条线，距第二条线50～150μ的距离，用激光刻线宽30～50μ的平行线；用UV胶在电池背面涂覆约200～500μ厚的胶膜，经UV干燥机干燥后形成完整电池。
性能测试：
1、小面积    0.05cm2
短路电流     27mA/cm2
开路电压     0.82V/每个单电池
填充因子     72％
转换效率    14.2％；
2、大面     积2000cm2(20×100cm)
短路电流    21mA/cm2
开路电压    0.63V/每个单电池
填充因子    66％
转换效率    8％；
本发明具有如下优点：
本发明制作温度低，转换效率高，自动化程度高，成膜质量高，操作简单，安全可靠，产品面积大，成本低，有利于工业化生产。
附图说明
图1为CdS/CdTe膜形成工艺流程匡图。
1.进料仓，2.CdS镀膜仓，3.过渡仓，4.CdTe镀膜仓，5.出料仓
图2为背电极制作工艺流程匡图。
1.进料仓，2.CdS镀膜仓，3.过渡仓，4.CdTe镀膜仓，5.出料仓
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
(1)CdS/CdTe膜的形成
将清洁并光刻完成的导电玻璃工件装入夹具中，启动输送系统将工件送入进料仓1，关闭仓门，启动真空系统，抽至2.5×10-2Pa，启动红外加热器使工件温度达230℃，充入氩气至0.5×100Pa，打开准备仓与CdS镀膜仓2之间的门，由输送系统使工件送入CdS仓，关闭进料仓与CdS镀膜仓之间的门，磁控溅射镀CdS，用直流电源将电流调至4mA/cm2，靶与工件的距离控制在100mm，时间7min，使CdS膜厚在70nm，停止溅射，打开CdS与过渡仓的门，启动输送系统使工件送入过渡仓3充入氩气，调整气压至1×100Pa，打开过渡仓与CdTe镀膜仓之间的门，启动输送系统使工件进入CdTe镀膜仓4，关闭过渡仓与CdTe镀膜仓之间的门，磁控溅射镀CdTe，充入氩气至1×100Pa，用直流电源将电流调至7mA/cm2，靶与工件的距离控制在100mm，时间7min，使CdTe膜厚为1.5μ，打开出料仓5，启动输送系统使工件进入出料仓，关闭出料仓与CdTe镀膜仓之间的门，打开放气阀放气，启动输送系统使工件出仓。
(2)CdCl2热处理
将上述工件用CdCl2热处理，当工件加热至250℃，将CdCl2加热至390℃，采用近空间升华法将CdCl2镀在已经镀上CdS/CdTe的工件上，时间5s，形成200μm厚的CdCl2膜，然后在温度350℃的空气环境中热处理25min。
(3)背电极的制作
将上述热处理后的工件装入夹具中，启动输送系统，使工件进入进料仓，关闭仓门，启动真空系统，抽至2.5×10-2Pa，充入氩气气压至1×100Pa，打开进料仓与ZnTe镀膜仓之间的门，由输送系统使工件送入ZnTe镀膜仓，磁控溅射镀ZnTe，使用高频电源4w/cm2，靶与工件的距离控制在70mm，时间2min，膜厚7μm，停止溅射，打开电源继续磁控溅射ZnTe:Cu，使电流7mA/cm2，靶与工件的距离控制在100mm，时间2min，膜厚10μm，用激光刻第二条线，距第一条线50μ的距离，激光刻30μ的平行线，同理，打开Ni电源磁控溅射Ni，使用电流0.3A/cm2，靶与工件的距离控制在100mm，时间3min，膜厚300nm。
用超声焊机焊上引出电极。
用激光刻第三条线，距第二条线50μ的距离，用激光刻线宽30μ的平行线；用UV胶在电池背面涂覆约200μ厚的胶膜，经UV干燥机干燥后形成完整电池。
实施例2
(1)CdS/CdTe膜的形成
将清洁并光刻完成的导电玻璃工件装入夹具中，启动输送系统将工件送入进料仓1，关闭仓门，启动真空系统，抽至5.5×10-2Pa，启动红外加热器使工件温度达250℃，充入氩气至2.2×100Pa，打开准备仓与CdS镀膜仓2之间的门，由输送系统使工件送入CdS仓，关闭进料仓与CdS镀膜仓之间的门，磁控溅射镀CdS，用直流电源将电流调至10mA/cm2，靶与工件的距离控制在220mm，时间10min，使CdS膜厚在120nm，停止溅射，打开CdS与过渡仓的门，启动输送系统使工件送入过渡仓3充入氩气，调整气压至5×100Pa，打开过渡仓与CdTe镀膜仓之间的门，启动输送系统使工件进入CdTe镀膜仓4，关闭过渡仓与CdTe镀膜仓之间的门，磁控溅射镀CdTe，充入氩气至5×100Pa，用直流电源将电流调至23mA/cm2，靶与工件的距离控制在220mm，时间10min，使CdTe膜厚为3.5μ，打开出料仓5，启动输送系统使工件进入出料仓，关闭出料仓与CdTe镀膜仓之间的门，打开放气阀放气，启动输送系统使工件出仓。
(2)CdCl2热处理
将上述工件用CdCl2热处理，当工件加热至270℃，将CdCl2加热至420℃，采用近空间升华法将CdCl2镀在已经镀上CdS/CdTe的工件上，时间10s，形成500μm厚的CdCl2膜，然后在温度420℃的空气环境中热处理35min。
(3)背电极的制作
将上述热处理后的工件装入夹具中，启动输送系统，使工件进入进料仓，关闭仓门，启动真空系统，抽至10×10-2Pa，充入氩气气压至4.0×100Pa，打开进料仓与ZnTe镀膜仓之间的门，由输送系统使工件送入ZnTe镀膜仓，磁控溅射镀ZnTe，使用高频电源6w/cm2，靶与工件的距离控制在220mm，时间5min，膜厚15μm，停止溅射，打开电源继续磁控溅射ZnTe:Cu，使电流15mA/cm2，靶与工件的距离控制在220mm，时间5min，膜厚40μm，用激光刻第二条线，距第一条线150μ的距离，激光刻50μ的平行线，同理，打开Ni电源磁控溅射Ni，使用电流2A/cm2，靶与工件的距离控制在220mm，时间5min，膜厚600nm。
用超声焊机焊上引出电极。
用激光刻第三条线，距第二条线150μ的距离，用激光刻线宽50μ的平行线；用UV胶在电池背面涂覆约500μ厚的胶膜，经UV干燥机干燥后形成完整电池。
实施例3
(1)CdS/CdTe膜的形成
将清洁并光刻完成的导电玻璃工件装入夹具中，启动输送系统将工件送入进料仓1，关闭仓门，启动真空系统，抽至3.5×10-2Pa，启动红外加热器使工件温度达240℃，充入氩气至1.2×100Pa，打开准备仓与CdS镀膜仓2之间的门，由输送系统使工件送入CdS仓，关闭进料仓与CdS镀膜仓之间的门，磁控溅射镀CdS，用直流电源将电流调至8mA/cm2，靶与工件的距离控制在150mm，时间8min，使CdS膜厚在100nm，停止溅射，打开CdS与过渡仓的门，启动输送系统使工件送入过渡仓3充入氩气，调整气压至3×100Pa，打开过渡仓与CdTe镀膜仓之间的门，启动输送系统使工件进入CdTe镀膜仓4，关闭过渡仓与CdTe镀膜仓之间的门，磁控溅射镀CdTe，充入氩气至3×100Pa，用直流电源将电流调至15mA/cm2，靶与工件的距离控制在150mm，时间8min，使CdTe膜厚为2.5μ，打开出料仓5，启动输送系统使工件进入出料仓，关闭出料仓与CdTe镀膜仓之间的门，打开放气阀放气，启动输送系统使工件出仓。
(2)CdCl2热处理
将上述工件用CdCl2热处理，当工件加热至260℃，将CdCl2加热至400℃，采用近空间升华法将CdCl2镀在已经镀上CdS/CdTe的工件上，时间5s，形成400μm厚的CdCl2膜，然后在温度400℃的空气环境中热处理30min。
(3)背电极的制作
将上述热处理后的工件装入夹具中，启动输送系统，使工件进入进料仓，关闭仓门，启动真空系统，抽至5.5×10-2Pa，充入氩气气压至3.0×100Pa，打开进料仓与ZnTe镀膜仓之间的门，由输送系统使工件送入ZnTe镀膜仓，磁控溅射镀ZnTe，使用高频电源5w/cm2，靶与工件的距离控制在200mm，时间3min，膜厚10μm，停止溅射，打开电源继续磁控溅射ZnTe:Cu，使电流10mA/cm2，靶与工件的距离控制在150mm，时间3min，膜厚30μm，用激光刻第二条线，距第一条线120μ的距离，激光刻40μ的平行线，同理，打开Ni电源磁控溅射Ni，使用电流1.2A/cm2，靶与工件的距离控制在150mm，时间4min，膜厚450nm。
用超声焊机焊上引出电极。
用激光刻第三条线，距第二条线100μ的距离，用激光刻线宽40μ的平行线；用UV胶在电池背面涂覆约350μ厚的胶膜，经UV干燥机干燥后形成完整电池。

Claims (1)

1.一种用磁控溅射法生产CdS/CdTe太阳能电池的方法，其特征在于该方法由包括以下步骤：
(1)CdS/CdTe膜的形成
将清洁并光刻完成的导电玻璃工件装入夹具中，启动输送系统将工件送入进料仓(1)，关闭仓门，启动真空系统，抽至2.5～5.5×10-2Pa，启动红外加热器使工件温度达230℃～250℃，充入氩气至0.5～2.2×100Pa，打开进料仓与CdS镀膜仓(2)之间的门，由输送系统使工件送入CdS仓，关闭进料仓与CdS镀膜仓之间的门，磁控溅射镀CdS，用直流电源将电流调至4～10mA/cm2，靶与工件的距离控制在100～220mm，时间7～10min，使CdS膜厚在70～120nm，停止溅射，打开CdS与过渡仓的门，启动输送系统使工件送入过渡仓(3)充入氩气，调整气压至1～5×100Pa，打开过渡仓与CdTe镀膜仓之间的门，启动输送系统使工件进入CdTe镀膜仓(4)，关闭过渡仓与CdTe镀膜仓之间的门，磁控溅射镀CdTe，充入氩气至1～5×100Pa，用直流电源将电流调至7～23mA/cm2，靶与工件的距离控制在100～220mm，时间7～10min，使CdTe膜厚为1.5～3.5μ，打开出料仓(5)，启动输送系统使工件进入出料仓，关闭出料仓与CdTe镀膜仓之间的门，打开放气阀放气，启动输送系统使工件出仓；
(2)CdCl2热处理
将上述工件用CdCl2热处理，当工件加热至250～270℃，将CdCl2加热至390～420℃，采用近空间升华法将CdCl2镀在已经镀上CdS/CdTe的工件上，时间5～10s，形成200～500μm厚的CdCl2膜，然后在温度350～420℃的空气环境中热处理25～35min；
(3)背电极的制作
将上述热处理后的工件装入夹具中，启动输送系统，使工件进入进料仓，关闭仓门，启动真空系统，抽至2.5～10×10-2Pa，充入氩气气压至1～4.0×100Pa，打开进料仓与ZnTe镀膜仓之间的门，由输送系统使工件送入ZnTe镀膜仓，磁控溅射镀ZnTe，使用高频电源4～6w/cm2，靶与工件的距离控制在70～220mm，时间2～5min，膜厚7～15μm，停止溅射，打开电源继续磁控溅射ZnTe:Cu，使电流7～15mA/cm2，靶与工件的距离控制在100～220mm，时间2～5min，膜厚10～40μm，用激光刻第二条线，距第一条线50～150μ的距离，激光刻30～50μ的平行线，同理，打开Ni电源磁控溅射Ni，使用电流0.3～2A/cm2，靶与工件的距离控制在100～220mm，时间3～5min，膜厚300～600nm；
用超声焊机焊上引出电极；
用激光刻第三条线，距第二条线50～150μ的距离，用激光刻线宽30～50μ的平行线；用UV胶在电池背面涂覆约200～500μ厚的胶膜，经UV干燥机干燥后形成完整电池。
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