卤素掺杂碲化镉的制备方法以及卤素掺杂碲化镉薄膜太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种卤素掺杂碲化镉的制备方法、卤素掺杂碲化镉薄膜太阳能电池及其制备方法。所述卤素掺杂碲化镉的制备方法包括：将5N镉与5N碲按照第一规定质量比称料装入反应器中，以得到镉碲混合物，所述第一规定质量比是所述5N镉与所述5N碲之间的质量比；向所述反应器中按照第二规定质量比加入4N或以上的卤化镉，所述第二规定质量比是所述卤化镉与所述镉碲混合物之间的质量比；将所述反应器进行抽真空至规定真空度并密封；将密封的所述反应器放入一加热器内，进行升温处理；以及对升温处理后的密封的所述反应器进行冷却处理。所述卤素掺杂碲化镉薄膜太阳能电池及其制备方法采用所述卤素掺杂碲化镉的制备方法获得的卤素掺杂碲化镉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种碲化镉(CdTe)及其薄膜太阳能电池的制备，特别涉及一种卤素掺杂締化镉的制备方法、一种齒素掺杂締化镉薄膜太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
I1-VI族半导体材料CdTe，其禁带宽度为1.46eV，为直接跃迁型，与太阳光谱匹配较好，是构造光伏电池良好的吸收体材料，也是性能优良的各种光敏器件及可见显示系统的材料。CdTe被应用于LEDs、光子学材料、生物标记、光谱分析、CO2激光器的Q调制、红外调制器、HgxCdhTe衬底、红外窗场致发光器件、红外探测、X射线探测、核放射性探测器、接近可见光区的发光器件等。由于CdTe具有较低浓度的Cd空位而显示弱的P型电导，其本征电导率很小，改善CdTe的导电性能主要是通过对其进行掺杂。目前，关于卤素掺杂CdTe材料的研究报道很少，适量掺杂卤素可以改善碲化镉的结晶性能，减少缺陷浓度、增加载流子浓度、提高其电学和光学性能。同时卤素的存在可以促进CdTe晶粒生长，进一步改善其结构、形貌和性能。于2005年6月I日公开的中国专利技术专利公开号CN1623014A公开了一种CdTe单晶和CdTe多晶及其制备方法，其中将6N镉和6N碲以及4N或以上的氯化镉装入PBN(热解氮化硼:Pyrolytic Boron Nitride)容器中，外加一个容器进行抽真空密封。将此双层密封容器放入高压容器中，当高压容器的温度超过碲的熔点或容器温度急剧上升时，降低供电量，当温度开始缓慢降下时，加热至1100 1130°C保持I小时，然后随炉冷却至室温。在加热过程中向高压容器内(双层密封容器外)通入不同压力的N2，保持双层密封容器内部产生的压力与外部施加的压力恒定。得到了掺氯多晶碲化镉，以得到的多晶碲化镉为原料制备单晶碲化镉。该方法对原料和设备要求高，需要反复改变压强，工艺复杂，成本高，不易控制掺氯浓度。于2011年8月3日公布的中国专利技术专利公布号CN102142481A公开了一种碲化镉的P型掺杂方法，其中采用液态或气态的碲化镉和卤素经过功能化处理后，在300 500°C下进行退火处理l-60min。得到的样品均匀性差，工艺复杂，设备要求较高，容易造成污染。此外，制备卤素掺杂碲化镉薄膜太阳电池通常是在玻璃底板上沉积η型CdS层，CdS层的上沿再沉积P型CdTe层，采用溶液渗透、卤化镉源蒸发、超声雾化等方式将卤化镉溶液覆盖于CdTe表面，然后进行高温处理得到卤素掺杂碲化镉层。再在CdTe上沿接合背面电极层，形成太阳电池结构。此方法沉积卤化镉存在均匀性差，设备要求高，工艺复杂，生产周期长,生产成本高,安全性低,对操作人员和环境会产生危害。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的问题，本专利技术的目的一个目的在于提供一种卤素掺杂碲化镉的制备方法，解决现有制备方法中存在的对原料和/或设备要求高、工艺复杂、成本高、不易控制卤素掺杂浓度等技术问题。本专利技术的另一个目的在于提供一种薄膜太阳电池的制备方法，解决现有制备方法中存在的卤化镉均匀性差、工艺复杂、生产成本高、安全性低，对操作人员和环境会产生危害等技术问题。为了达到本专利技术的上述目的，在本专利技术的第一个方面，本专利技术提供一种卤素掺杂碲化镉的制备方法，所述卤素掺杂碲化镉的制备方法包括步骤:将5N镉与5N碲按照第一规定质量比称料装入反应器中，以得到镉碲混合物，所述第一规定质量比是所述5N镉与所述5N碲之间的质量比；向所述反应器中按照第二规定质量比加入4N或以上的卤化镉，所述第二规定质量比是所述卤化镉与所述镉碲混合物之间的质量比；将所述反应器进行抽真空至规定真空度并密封；将密封的所述反应器放入一加热器内，进行升温处理；以及对升温处理后的密封的所述反应器进行冷却处理。为了达到本专利技术的上述目的，在本专利技术的第二个方面，本专利技术提供一种卤素掺杂碲化镉薄膜太阳能电池的制备方法，所述卤素掺杂碲化镉薄膜太阳能电池的制备方法包括步骤:在SnO2 = F玻璃上沉积N型CdS层；在所述N型CdS层上沉积P型卤素掺杂碲化镉层，其中所述P型卤素掺杂碲化镉层中的卤素掺杂碲化镉根据本专利技术的上述第一方面所述的卤素掺杂碲化镉的制备方法来获得；利用蒸发源ZnTe和蒸发源Cu在所述P型卤素掺杂碲化镉层上沉积形成背接触层；以及在所述背接触层上沉积背面电极层。为了达到本专利技术的上述目的，在本专利技术的第三个面，本专利技术提供一种卤素掺杂碲化镉薄膜太阳能电池，包括:Sn02:F玻璃层小型CdS层，设置于所述SnO2 = F玻璃层上；P型卤素掺杂碲化镉层，设置于所述CdS层上，所述P型卤素掺杂碲化镉层中的P型卤素掺杂碲化镉依据本专利技术第一方面所述的齒素掺杂碲化镉的制备方法来获得；背接触层，设置于所述P型卤素掺杂碲化镉层上；以及背面电极层；设置于所述背接触层上。本专利技术的有益效果如下。与现有技术CN1623014A相比，本专利技术所述的卤素掺杂碲化镉的制备方法不使用PBN坩埚和高压设备，对设备要求大大降低；不使用氮气，不需调节反应容器外部压强、操作简单，安全性高，节约成本；加热过程容易控制，反应充分，合成速度快；可根据需要掺杂，卤素的含量接近化学配比，没有碲沉积相。与现有技术CN102142481A相比，本专利技术所述的卤素掺杂碲化镉的制备方法采用固态反应物，避免了液态和气态反应物的原料制备、运输、操作过程中难以控制，对原料要求低、设备的要求高问题；得到的样品中氯分布均匀，产量高，反应过程容易控制，反应步骤较简单，操作安全，有利于工业化生产等优点。与现有技术相比，本专利技术所述的采用本专利技术第一方面得到的卤素掺杂碲化镉的卤素掺杂碲化镉薄膜太阳能电池的制备方法，简化了现有太阳电池工艺中掺杂卤素、腐蚀和清洗等步骤，减少了操作过程和实验设备，卤素含量可以根据需要进行控制，对于提高生产效率、减小生产周期、降低生产成本、保证材料的纯度有一定的指导意义，可用于大规模生产，不会对环境造成污染和危害操作人员的健康。与现有技术相比，本专利技术第三方面获得的卤素掺杂碲化镉薄膜太阳能电池也具有与本专利技术第二方面相同的有益效果。附图说明图1为本专利技术的卤素掺杂碲化镉的制备方法的流程图；图2为本专利技术的卤素掺杂碲化镉薄膜太阳能电池的制备方法的流程图；图3为本专利技术的卤素掺杂碲化镉薄膜太阳能电池的结构示意图。其中，附图标记说明如下:11 玻璃层12Sn02:F 层13N 型 CdS 层14P型卤素掺杂碲化镉层15背接触层151ZnTe层152ZnTe:Cu层16背面电极层S1、S2、S3、S4、S5 步骤 S10、S20、S30、S40 步骤具体实施方式·下面结合附图来说明根据本专利技术的卤素掺杂碲化镉的制备方法、卤素掺杂碲化镉薄膜太阳能电池及其制备方法。以下将分三个方面进行说明。第一方面-齒素掺杂締化镉的制备方法第一，说明根据本专利技术的卤素掺杂碲化镉的制备方法。如图1所示，根据本专利技术的卤素掺杂碲化镉的制备方法包括步骤:将5N镉与5N碲按照第一规定质量比称料装入反应器中，以得到镉碲混合物(步骤Si)，其中，所述第一规定质量比是所述5N镉与所述5N碲之间的质量比；向所述反应器中按照第二规定质量比加入4N或以上的卤化镉(步骤S2)，所述第二规定质量比是所述卤化镉与所述镉碲混合物之间的质量比；将所述反应器进行抽真空至规定真空度并密封(步骤S3);将密封的所述反应器放入一加热器内，进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卤素掺杂碲化镉的制备方法，其特征在于，所述卤素掺杂碲化镉的制备方法包括步骤：将5N镉与5N碲按照第一规定质量比称料装入反应器中，以得到镉碲混合物，所述第一规定质量比是所述5N镉与所述5N碲之间的质量比；向所述反应器中按照第二规定质量比加入4N或以上的卤化镉，所述第二规定质量比是所述卤化镉与所述镉碲混合物之间的质量比；将所述反应器进行抽真空至规定真空度并密封；将密封的所述反应器放入一加热器内，进行升温处理；以及对升温处理后的密封的所述反应器进行冷却处理。

【技术特征摘要】
1.一种卤素掺杂碲化镉的制备方法，其特征在于，所述卤素掺杂碲化镉的制备方法包括步骤: 将5N镉与5N碲按照第一规定质量比称料装入反应器中，以得到镉碲混合物，所述第一规定质量比是所述5N镉与所述5N締之间的质量比； 向所述反应器中按照第二规定质量比加入4N或以上的卤化镉，所述第二规定质量比是所述卤化镉与所述镉碲混合物之间的质量比； 将所述反应器进行抽真空至规定真空度并密封； 将密封的所述反应器放入一加热器内，进行升温处理；以及 对升温处理后的密封的所述反应器进行冷却处理。2.如权利要求1所述的卤素掺杂碲化镉的制备方法，其特征在于，所述第一规定质量比是1: 1 1.15。3.如权利要求1所述的卤素掺杂碲化镉的制备方法，其特征在于，所述反应器为石英管。4.如权利要求1所述的卤素掺杂碲化镉的制备方法，其特征在于，所述第二规定质量比是 0.0l 200mg/kg。5.如权利要求1所述的卤素掺杂碲化镉的制备方法，其特征在于，所述卤化镉选自氟化镉、氯化镉、溴化镉和碘化镉中的任一种。6.如权利要求1所述的卤素掺杂碲化镉的制备方法，其特征在于，所述规定真空度为10-2 10-5Pa。7.如权利要求1所述的卤素掺杂碲化镉的制备方法，其特征在于， 在将密封的所述反应器放入加热器内之前，所述加热器被升温至第一规定温度，所述第一规定温度在所述镉的熔点以下； 所述升温处理包括步骤: 在将密封的所述反应器放入所述加热器内后，在所述第一规定温度下保温第一规定时间； 之后，以第一升温速率升温至第二规定温度，保温第二规定时间，所述第二规定温度在所述碲的熔点以上；以及 之后，以第二升温速率升温至第三规定温度，保温第三规定时间，其中所述第二升温速率低于所述第一升温速率，所述第三规定温度在所述卤化镉的熔点以上。8.如权利要求7所述的卤素掺杂碲化镉的制备方法，其特征在于， 所述第一规定温度为100 300°C,所述第一规定时间为10 30min ； 所述第一升温速率为12 15°C /min，所述第二规定温度为700 900°C，所述第二规定时间为8 30min ； 所述第二升温速率为1 5°C /min，所述第三规定温度为1092 1200°C，所述第三规定时间为10 18min。9.如权利要求1所述的卤素掺杂碲化镉的制备方法，其特征在于，所述冷却处理为:将所述反应器整体从所述加热器内直接取出，使所述反应器进行室温冷却。10.如权利要求1所述的卤素掺杂碲化镉的制备方法，其特征在于，所述冷却处理为:将所述反应器的温度以预定冷却速率降至预定温度，保温预定时间；之后将所述反应器从所述加热器内直接取出，使所述反应器进行室温冷却。11.如权利要求10所述的卤素掺杂碲化镉的制备方法，其特征在于，所述预定冷却速率为0.1 20°C /min，所述预定温度为900 1080°C，所述预定时间为10 360min。12.如权利要求1所述的卤素掺杂碲化镉的制备方法，其特征在于，所述冷却处理为:以规定运动速度将所述反应器从所述加热器内取出，使所述反应器进行室温冷却。13.如权利要求12所述的卤素掺杂碲化镉的制备方法，其特征在于，所述规定运动速度为I 20mm/h。14.一种卤素掺杂碲化镉薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括步骤: 在SnO2: F玻璃上沉积N型CdS层； 在所述N型CdS层上沉积P型卤素掺杂碲化镉层，其中所述P型卤素掺杂碲化镉...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国凤，吴勇陞，朱刘，文崇斌，
申请(专利权)人：广东先导稀材股份有限公司，
类型：发明
国别省市：