第章CdTe薄膜的制造技术改

1、整理整理ppt第第5章章 CdTe薄膜太阳电池的薄膜太阳电池的制造技术制造技术 整理整理ppt5.1 引言引言n碲化镉是属于碲化镉是属于-族的化合物半导体，它具有族的化合物半导体，它具有直接直接能隙能隙，其，其能隙值为能隙值为1.45eV,正好位于理想太阳电池的正好位于理想太阳电池的能隙范围之间。能隙范围之间。nCdTe也具有也具有很高的光吸收系数很高的光吸收系数（5105/cm）。仅）。仅仅仅2um厚的厚的CdTe薄膜，就已足够吸收薄膜，就已足够吸收AM1.5条件下条件下99%的太阳光。使得的太阳光。使得CdTe成为一个可以获得高效率成为一个可以获得高效率的理想太阳电池材料之一。的理想太阳电

2、池材料之一。nCdTe可利用可利用多种快速成膜技术制作多种快速成膜技术制作，由于模组化生，由于模组化生产容易，因此近年商业化的动作亦相当积极，产容易，因此近年商业化的动作亦相当积极，CdTe/glass已应用于大面积屋顶建材。已应用于大面积屋顶建材。 整理整理pptCdTe薄膜式太阳电池发展历史薄膜式太阳电池发展历史nCdTe算是在薄膜式太阳电池中历史最久，也算是在薄膜式太阳电池中历史最久，也是被密集探讨的半导体材料之一。是被密集探讨的半导体材料之一。n1956年年RCA即提出使用即提出使用CdTe在太阳电池的用在太阳电池的用途上途上n在在1959年年RCA利用将利用将In扩散到扩散到p-型的

3、型的CdTe做做出约出约2%的太阳电池。的太阳电池。n在在1979年时，法国的年时，法国的CNRS利用利用VTD法在法在n-型型的晶片上长出的晶片上长出p-型的型的CdTe薄膜，而得到薄膜，而得到7%的太阳电池。的太阳电池。整理整理pptCdTe薄膜式太阳电池发展历史薄膜式太阳电池发展历史n除了以上这些同质除了以上这些同质p/n接面的发展外，从接面的发展外，从1960开始研开始研究究CdTe的异质结太阳电池扩散。的异质结太阳电池扩散。n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，长上长上p-型的型的Cu2Te薄膜薄膜，这样，这样n-CdTe/p- Cu2Te太阳电

4、池在太阳电池在1970年初期已可达到年初期已可达到7%的效率。的效率。n在在p-型单晶型单晶CdTe晶片上，晶片上，长上异质结的氧化物薄膜长上异质结的氧化物薄膜，例如例如In2O3:Sn(ITO)、ZnO、SnO2等也受到更广泛的等也受到更广泛的研究。例如在研究。例如在1977年就有人开发出效率达到年就有人开发出效率达到10.5%的的p-CdTe/ITO太阳电池。太阳电池。n1987年已有人可以做出年已有人可以做出13.4%的的p-CdTe/ITO太阳电太阳电池。池。整理整理pptp-CdTe/n-CdS薄膜式太阳电池发展历薄膜式太阳电池发展历史史np-CdTe/n-CdS太阳电池的发展最早可

5、以追溯太阳电池的发展最早可以追溯到到1960年的中期年的中期n1977年就已经出现了年就已经出现了11.7%效率的效率的p-CdTe/n-CdS太阳电池。太阳电池。n于是这样的于是这样的p-CdTe/n-CdS结构变成最典型的结构变成最典型的CdTe太阳电池太阳电池，它主体是由约，它主体是由约2um层的层的p-CdTe层与仅层与仅0.5um厚的厚的n-CdS形成，光子吸形成，光子吸收层主要发生与收层主要发生与CdTe层。层。整理整理ppt5.4 CdTe太阳电池的结构太阳电池的结构n几乎所有高效率几乎所有高效率CdTe太阳电池都太阳电池都是采用如图所示的是采用如图所示的superstrate结

6、结构。构。n它是在玻璃基板上依序长上透明它是在玻璃基板上依序长上透明氧化层（氧化层（TCO）、）、CdS、CdTe薄薄膜，而太阳光是由玻璃基板上方膜，而太阳光是由玻璃基板上方照射进入，先透过照射进入，先透过TCO层，再进层，再进入入CdS/CdTe接面。接面。n另外一种另外一种substrate型态太阳电池，型态太阳电池，是先在适当的基板上长上是先在适当的基板上长上CdTe薄薄膜，再接着长上膜，再接着长上CdS及及TCO薄膜。薄膜。n但是由于但是由于substrate型态太阳电池型态太阳电池的品质较差（例如的品质较差（例如CdS/CdTe的界的界面品质不佳、欧姆接触性差等），面品质不佳、欧姆接

7、触性差等），所以效率远比不上所以效率远比不上superstrate结结构的太阳电池构的太阳电池 整理整理pptCdTe太阳电池的太阳电池的原理原理n光通过玻璃衬底进入电池。光子横穿光通过玻璃衬底进入电池。光子横穿TCO层和层和CdS层。层。这些薄膜虽然导致一些（不希望的）光吸收，但在光这些薄膜虽然导致一些（不希望的）光吸收，但在光伏电荷产生的过程中没有活性。伏电荷产生的过程中没有活性。nCdTe薄膜是这种电池的活性吸收层。电子薄膜是这种电池的活性吸收层。电子空穴对空穴对在接近结的区域产生。电子在内建场的驱动下进入在接近结的区域产生。电子在内建场的驱动下进入N型型CdS膜。膜。n空穴仍然在空穴仍

8、然在CdTe内，空穴的聚集会增强材料的内，空穴的聚集会增强材料的P型电型电导，最终，不得不经由背接触离开电池。电流由与导，最终，不得不经由背接触离开电池。电流由与TCO薄膜和背接触连接的金属电极来引出。薄膜和背接触连接的金属电极来引出。n由于由于CdTe对波长对波长低于低于800nm的光有很强的吸收的光有很强的吸收（105cm-1），薄膜几微米的厚度将足以完全吸收可），薄膜几微米的厚度将足以完全吸收可见光。因一些实际设计的应用，常常选用大约见光。因一些实际设计的应用，常常选用大约37um的厚度。的厚度。整理整理pptCdTe太阳电池的优点及太阳电池的优点及CdTe四个特殊四个特殊的性质的性质n

9、使用使用CdTe太阳电池的优点之一是，用来太阳电池的优点之一是，用来制造制造CdTe及及CdS薄膜的技术相当多，而且大多适合大规模生产薄膜的技术相当多，而且大多适合大规模生产。nCdTe四个特殊的性质，四个特殊的性质，nCdTe有一个有一个1.45eV的能隙，因此与太能辐射谱很好地的能隙，因此与太能辐射谱很好地适配。适配。nCdTe是是“直接直接”能隙，它导致很强的光吸收。能隙，它导致很强的光吸收。nCdTe强烈地趋向于生长成强烈地趋向于生长成P型的半导体薄膜，能和型的半导体薄膜，能和CdS形成形成PN异质结异质结（CdS具有略宽的能隙具有略宽的能隙2.4eV，在通，在通常的沉积技术中生长成为

10、常的沉积技术中生长成为N型材料）。型材料）。n已经开发出简单的、适合于低成本产品的沉积技术。已经开发出简单的、适合于低成本产品的沉积技术。n以成熟技术制备的以成熟技术制备的CdTe电池，可以期望电流密度达电池，可以期望电流密度达27mA/c，开路电压达，开路电压达880mV,从而从而AM1.5的效率为的效率为18%。整理整理ppt太阳电池的基本准则太阳电池的基本准则n集中深入的研究业已表明，这个集中深入的研究业已表明，这个结可以被控结可以被控制制，以至于下列太阳电池的基本准则在工业，以至于下列太阳电池的基本准则在工业生产的条件下也能够被满足：生产的条件下也能够被满足：nCdTe薄膜中可迁移的少

11、子能有效地产生。薄膜中可迁移的少子能有效地产生。n依靠依靠N型型CdS与与P型型CdTe之间之间PN结的内建电结的内建电场，载流子能有效地分开。场，载流子能有效地分开。n依靠与依靠与TCO和背接触两种薄膜的欧姆接触，和背接触两种薄膜的欧姆接触，光生电流能低损耗地引出。光生电流能低损耗地引出。1.对低成本高产量的制造，有简单的制备技术。对低成本高产量的制造，有简单的制备技术。整理整理pptn效率高于效率高于16%的太阳电池已经在实验室研制出的太阳电池已经在实验室研制出来，美国和德国有三家公司启动了工业化生产来，美国和德国有三家公司启动了工业化生产线。它们的规模化生产目标是每年线。它们的规模化生产

12、目标是每年100000或者更多。最先的大面积组件已经突破了或者更多。最先的大面积组件已经突破了10%的效率大关。的效率大关。 整理整理ppt玻璃基板玻璃基板n在玻璃基板的选用上，在玻璃基板的选用上，使用耐高温使用耐高温（600）的硼玻璃作为基板，）的硼玻璃作为基板，转换效率可达转换效率可达16%，而使用，而使用不耐高温不耐高温但是成本较低的钠玻但是成本较低的钠玻璃作基板可达到璃作基板可达到12%的转换效率的转换效率。n一般玻璃基板的一般玻璃基板的厚度厚度约在约在2-4mm左右，它除左右，它除了用来了用来保护太阳电池保护太阳电池活化层，使它不会受到活化层，使它不会受到外在环境的侵蚀外，也提供了整

13、个太阳电池外在环境的侵蚀外，也提供了整个太阳电池的的机械强度机械强度。在玻璃基板的外层，有时也会。在玻璃基板的外层，有时也会镀上一层镀上一层抗反射层来抗反射层来增加对光线的吸收。增加对光线的吸收。整理整理ppt玻璃基板玻璃基板n常用的透明衬底就是玻璃。最便宜的常用的透明衬底就是玻璃。最便宜的钠钙玻璃钠钙玻璃或者或者窗窗玻璃玻璃也适用。也适用。n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，那得到的表面将非常平整表面将非常平整，很很适合薄膜的沉积适合薄膜的沉积，但是只能，但是只能限制在限制在520左右温度左右温度下处理。这种玻璃下处理。这种玻璃非常便宜非常便宜（低于（低于10美元美元/

14、m2）,而且而且可以不限量地购买切割好的、边缘经过处理的玻璃板。可以不限量地购买切割好的、边缘经过处理的玻璃板。n如果需要更高的温度，第二个选择就是使用如果需要更高的温度，第二个选择就是使用硼硅玻璃硼硅玻璃。它能够在它能够在加热到加热到600以上也不软化。但是以上也不软化。但是高昂的成高昂的成本本，是目前其工业化应用的障碍。一些研究小组已将，是目前其工业化应用的障碍。一些研究小组已将此种玻璃上制备的电池效率提高到此种玻璃上制备的电池效率提高到16.2%整理整理ppt透明氧化层（透明导电膜）透明氧化层（透明导电膜）n在在CdTe太阳电池中所使用的透明导电氧化层太阳电池中所使用的透明导电氧化层（T

15、CO），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。它的作用是。它的作用是当成当成正面的电极接触正面的电极接触之用。之用。n透明导电膜既要满足为形成透明导电膜既要满足为形成低串联电阻低串联电阻而需而需的的高电导率高电导率，又要为获得高入射以保证高光，又要为获得高入射以保证高光电流而具有电流而具有高透过率高透过率。n目前，已有几种材料在使用，在为工业化应目前，已有几种材料在使用，在为工业化应用而发展：用而发展： 整理整理pptITOn在氧化物导电膜中，以掺在氧化物导电膜中，以掺Sn的的In2O3（ITO）膜的透）膜的透过率最高和导电性能最好

16、，而且容易在酸液中蚀刻出过率最高和导电性能最好，而且容易在酸液中蚀刻出微细的图形。其透过率已达微细的图形。其透过率已达90%以上，以上，ITO中其透过中其透过率和阻值分别由率和阻值分别由In2O3与与Sn2O3之比例来控制，通常之比例来控制，通常SnO2：In2O3=1：9。nTCO玻璃是指在平板玻璃表面通过物理或化学镀膜方法均匀的镀上一层透明的导电氧化物薄膜（Transparent Conductive Oxide）而形成的组件 整理整理ppt1、SnO2nSnO2薄膜可用常压下的喷雾法来制备。薄膜可用常压下的喷雾法来制备。SnCl4在水中在水中溶解溶解，然后在空气中，然后在空气中喷射喷射到

17、热的到热的衬底衬底上。上。SnCl4热分解后与氧气形成热分解后与氧气形成SnO2薄膜，产生的薄膜，产生的HCl挥发。挥发。n这种衬底是商业化生产的基础，目前许多太阳能生这种衬底是商业化生产的基础，目前许多太阳能生产商都在运用。产商都在运用。n这种薄膜的面电阻率一般为这种薄膜的面电阻率一般为10，光透过率约为，光透过率约为70%80%。另外一种沉积另外一种沉积SnO2的技术是的技术是氧气氛中氧气氛中Sn靶的阴极靶的阴极溅射溅射。虽然这种技术成本比喷雾法要高，但是薄膜。虽然这种技术成本比喷雾法要高，但是薄膜的质量要好一些。的质量要好一些。整理整理pptITOn在在氧气氛氧气氛中中从从In和和Sn靶

18、溅射靶溅射而成的而成的混合氧化混合氧化物物有更好的性能（不管是电导率还是透过率有更好的性能（不管是电导率还是透过率都比纯都比纯SnO2要好）。要好）。n由于由于In的成本比较高，这种薄膜会贵的多。的成本比较高，这种薄膜会贵的多。n由于由于In会在高温处理过程中会在高温处理过程中扩散进入扩散进入CdS/CdTe层层，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上沉积一层薄的纯上沉积一层薄的纯SnO2薄膜来防薄膜来防止止In扩散。扩散。整理整理pptCdSnn这种化合物可以用这种化合物可以用d的氧化物的氧化物与与Sn共溅来共溅来得到。得到。n由于退火时需要较高的温度，因此不适

19、合用由于退火时需要较高的温度，因此不适合用便宜的钠钙玻璃。未来技术上的改进将解决便宜的钠钙玻璃。未来技术上的改进将解决这一问题。这一问题。n这种薄膜表现出这种薄膜表现出比比ITO更好的性质更好的性质。比如，。比如，同样的电阻率下同样的电阻率下透过率更好透过率更好，或者同样的光，或者同样的光透过率透过率电阻率更小电阻率更小，使它成为工业化生产的，使它成为工业化生产的值得注意的备选材料。值得注意的备选材料。整理整理pptZnO:Aln这种材料通常用做铜铟锡这种材料通常用做铜铟锡（CIS）薄膜太阳电）薄膜太阳电池的透明接触层池的透明接触层。n它可以用不同种类的它可以用不同种类的含有含有ZnO和和Al

20、的靶溅射的靶溅射而而成，成，Al在在ZnO中作为施主。中作为施主。n不幸的是，不幸的是， ZnO:Al薄膜在薄膜在CdTe沉积过程中沉积过程中（大于（大于550）会由于热应力而）会由于热应力而丧失掺杂性丧失掺杂性。但是由于这种材料但是由于这种材料成本比成本比ITO低低，所以人们最，所以人们最终希望得到更稳定的该种薄膜。终希望得到更稳定的该种薄膜。 整理整理ppt3、n-CdS层层nCdS的能隙的能隙Eg在室温约为在室温约为2.4eV，它，它不会吸收波长大不会吸收波长大于于515nm的太阳光的太阳光，所以在整个结构上它被视为，所以在整个结构上它被视为“窗窗口层口层”。n为了让整个太阳电池获得最高

21、的电流密度，为了让整个太阳电池获得最高的电流密度，CdS必须必须相当薄相当薄（约（约0.5um）。）。整理整理pptn-CdS层层nCdTe太阳电池的制作过程，通常会促进太阳电池的制作过程，通常会促进CdTe与与CdS界面之间的扩散现象界面之间的扩散现象，而，而在界面处形成在界面处形成CdTe1-xSx的的合金成分合金成分。n这样的扩散反应，会导致这样的扩散反应，会导致CdS层的层的能隙的降低能隙的降低，使得，使得其对其对光线的穿透性降低光线的穿透性降低，而影响电池效率。不过这种，而影响电池效率。不过这种效应，可利用效应，可利用CdCl2处理处理来降低来降低n另外一个可以降低另外一个可以降低C

22、dS层的吸收的方式，是将层的吸收的方式，是将CdS与与ZnS混合混合，以，以增加能隙增加能隙的大小。但这要配合使用的大小。但这要配合使用Cd2SnO4的的TCO层，及使用层，及使用Zn2SnO的的HRT层，才层，才能得到高效率的能得到高效率的CdTe太阳电池。太阳电池。整理整理pptn-CdS层层n与与CdTe不同的是，不同的是，CdS薄膜在非化学计量比薄膜在非化学计量比的时候，的时候，本身是本身是N型型。nCdS薄膜可以用与薄膜可以用与CdTe同样的方法沉积同样的方法沉积。因。因为它具有与为它具有与CdTe非常相似的性质。非常相似的性质。n出于产业化的考虑，下面几种技术的研究受到出于产业化的

23、考虑，下面几种技术的研究受到强烈的关注：强烈的关注：整理整理pptCdS薄膜沉积进技术薄膜沉积进技术n升华升华/凝结，如窄间隔升华法和热壁升华法。凝结，如窄间隔升华法和热壁升华法。n电沉积（电镀）电沉积（电镀）n丝网印刷丝网印刷n另外一种方法尤其适合另外一种方法尤其适合CdS化学浴沉积（化学浴沉积（CBD化化学镀）。学镀）。 这种方法是在这种方法是在80左右的温度下，用含有左右的温度下，用含有Cd与与S的亚稳态溶液反应，浸泡在溶液中的衬底表面形成比的亚稳态溶液反应，浸泡在溶液中的衬底表面形成比较薄的较薄的CdS薄膜。其化学反应式如下：薄膜。其化学反应式如下：n 这样形成的这样形成的CdS薄膜附

24、着比较紧，而且，即使在膜较薄膜附着比较紧，而且，即使在膜较薄的情况下也很均匀。薄的情况下也很均匀。但有一个潜在的缺点，在但有一个潜在的缺点，在CdTe与与CdS之间形成的突变之间形成的突变结时，结时，CdS与与CdTe之间有明显的晶格失配。之间有明显的晶格失配。整理整理pptn化学浴沉积（化学浴沉积（Chemical bath deposition）是指将经）是指将经过表面活化处理的衬底在沉积液中，不外加电场或其过表面活化处理的衬底在沉积液中，不外加电场或其它能量，在常压、低温（它能量，在常压、低温（3090）下通过控制反应）下通过控制反应物的络合和化学反应，在衬底上沉积薄膜的一种薄膜物的络合

25、和化学反应，在衬底上沉积薄膜的一种薄膜制备方法。制备方法。整理整理ppt4、p-CdTe层层nCdTe层跟层跟CdS一样具有多晶的结构，但通常一样具有多晶的结构，但通常使用使用p-型掺杂型掺杂。n它的能隙值为它的能隙值为1.45eV，正好，正好位于理想太阳电池位于理想太阳电池的能隙范围之间的能隙范围之间。nCdTe也具有也具有很高的吸光系数很高的吸光系数，所以为吸收层，所以为吸收层的最佳材料。的最佳材料。nCdTe层的层的厚度厚度一般在一般在28um之间。之间。整理整理pptp-CdTe层层n大部分大部分CdTe薄膜的沉积技术，都依赖于下述薄膜的沉积技术，都依赖于下述一个或两个性质：一个或两个

26、性质：q如果把如果把CdTe在真空状态下加热到在真空状态下加热到600，将会分解，将会分解出等量的出等量的Cd和和Te，剩余的残留物仍然是符合化学，剩余的残留物仍然是符合化学配比的配比的CdTe。q把凝结在衬底上的把凝结在衬底上的CdTe保持在保持在400以上（或者在以上（或者在沉积之后加热到这个温度），得到的化学计量比的沉积之后加热到这个温度），得到的化学计量比的化合物会是稳定的固相。化合物会是稳定的固相。整理整理pptn这些性质使得生产这些性质使得生产CdTe薄膜相对容易，也更加薄膜相对容易，也更加适合制作薄膜太阳电池：只要衬底温度足够高，适合制作薄膜太阳电池：只要衬底温度足够高，不必在意

27、符合化学配比。不必在意符合化学配比。nCdTe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为的化合物都可以作为原始料原始料。n到达衬底上的到达衬底上的Cd和和Te化学计量比即使并非化学计量比即使并非1:1，只要衬底在实际的沉积期间或者之后被加热到只要衬底在实际的沉积期间或者之后被加热到400500或者更高，就会有符合（或接近）或者更高，就会有符合（或接近）化学计量比的化学计量比的CdTe凝结。凝结。整理整理pptn在更高的温度下，粘附系数减小（重升华）。由于自然在更高的温度下，粘附系数减小（重升华）。由于自然形成的微小化学计量失配，造成形成的微小化学计量

28、失配，造成Cd缺失，多半成为空缺失，多半成为空位，从而位，从而获得获得P型摻杂效应型摻杂效应。不用其他摻杂手段不用其他摻杂手段。典型。典型的摻杂水平大约的摻杂水平大约1015cm-3。n如果薄膜在较低的温度下沉积，那么就没有必要照顾化如果薄膜在较低的温度下沉积，那么就没有必要照顾化学计量比，但是可以通过加热形成符合化学计量比的化学计量比，但是可以通过加热形成符合化学计量比的化合物。这就使得有许多薄膜沉积技术可以应用。合物。这就使得有许多薄膜沉积技术可以应用。n唯一的要求是唯一的要求是去除去除那些会危及本身那些会危及本身P型摻杂和载流子寿型摻杂和载流子寿命的命的干扰杂质干扰杂质。n工业上得到高纯

29、度（达到工业上得到高纯度（达到99.999%）的这些元素和化合）的这些元素和化合物是可能的，因为通过标准的冶金过程可以很容易把物是可能的，因为通过标准的冶金过程可以很容易把Cd和和Te元素纯化。元素纯化。整理整理ppt5.2 CdTe薄膜的制造技术薄膜的制造技术n在过去一段时间里，人们已经进行了大量的薄在过去一段时间里，人们已经进行了大量的薄膜沉积方法的研究，所有的这些研究使得电池膜沉积方法的研究，所有的这些研究使得电池的效率已经超过了的效率已经超过了10%。但是，只有几种方法。但是，只有几种方法适合大规模生产。以下介绍一些已经发展到工适合大规模生产。以下介绍一些已经发展到工业化的方法。业化的

30、方法。整理整理pptCdTe太阳电池的薄膜制造太阳电池的薄膜制造n关于关于CdTe太阳电池的薄膜制造，目前已有多种可行太阳电池的薄膜制造，目前已有多种可行的技术可以被采用，例如有的技术可以被采用，例如有物理气相淀积物理气相淀积、密闭空间密闭空间升华法升华法、气相传输淀积法气相传输淀积法、溅镀法溅镀法、电解淀积法电解淀积法、网网印淀积印淀积法等。法等。n各方法各有其利弊得失，其中各方法各有其利弊得失，其中电解淀积法是最便宜的电解淀积法是最便宜的方法之一，同时也是目前工业界所采用的主要方法方法之一，同时也是目前工业界所采用的主要方法，淀积时温度较低，所耗用碲元素也最少。淀积时温度较低，所耗用碲元素

31、也最少。n在在玻璃基板的选用玻璃基板的选用上，使用上，使用耐高温耐高温（600）的硼）的硼玻璃作为基板，转换效率可达玻璃作为基板，转换效率可达16%，而使用，而使用不耐高温不耐高温但是成本较低的钠玻璃基板也可达到但是成本较低的钠玻璃基板也可达到12%的转换效率。的转换效率。整理整理ppt5.2.1 物理气相淀积法物理气相淀积法n物理气相淀积法（物理气相淀积法（PVD）顾名思义是以物理机）顾名思义是以物理机制来进行薄膜淀积的制造技术，所谓物理机制制来进行薄膜淀积的制造技术，所谓物理机制是物质的相变化现象，例如进行蒸镀时蒸镀源是物质的相变化现象，例如进行蒸镀时蒸镀源由固态转化为气态再进行淀积，由固

32、态转化为气态再进行淀积，n淀积出来的薄膜层的化学计量比较难控制的很淀积出来的薄膜层的化学计量比较难控制的很准确，这与每个元素的平衡蒸汽压及蒸镀源的准确，这与每个元素的平衡蒸汽压及蒸镀源的化学计量有相当大的关系。化学计量有相当大的关系。整理整理pptPVD法进行法进行CdTe或或CdS薄膜薄膜n淀积反应是发生在一真空炉内淀积反应是发生在一真空炉内（10-6torr），所使用的），所使用的蒸蒸发源发源可为可为直接的直接的CdTe或或CdS化合物化合物，或，或各别的元素物质各别的元素物质（Cd+Te2，或，或Cd+S）。）。n将蒸镀源加热到将蒸镀源加热到800，使之，使之挥发为气相分子，而以约挥发为

33、气相分子，而以约1um/min的速率淀积在距离约的速率淀积在距离约20公分远的基板上。公分远的基板上。n通常基板的温度要保持在相对通常基板的温度要保持在相对比较低的温度（比较低的温度（100），），这样这样Cd及及Te粘附系数才会接粘附系数才会接近于近于1.越高的基板温度，粘附越高的基板温度，粘附系数越低，因此淀积速率也变系数越低，因此淀积速率也变慢。但是越低的温度会得到越慢。但是越低的温度会得到越小的多结薄膜晶粒。所以一般小的多结薄膜晶粒。所以一般应用上基板的温度都不会超过应用上基板的温度都不会超过400。整理整理ppt5.2.2 真空沉积一升华真空沉积一升华/凝结（真空升华法）凝结（真空升

34、华法）n真空升华法（真空升华法（Close-space sublimation，CSS）是目前被用）是目前被用来生产高效率来生产高效率CdTe薄膜最主要的方法。薄膜最主要的方法。n蒸镀源是被置于一与基板同面积的容器内，基板与蒸镀源之间蒸镀源是被置于一与基板同面积的容器内，基板与蒸镀源之间的距离相当接近，而且两者之间的温度差异比较小，所以可以的距离相当接近，而且两者之间的温度差异比较小，所以可以淀积出比较接近平衡状态的淀积出比较接近平衡状态的CdTe薄膜。薄膜。n使用化学计量准确的蒸镀源也可得到化学计量准确的使用化学计量准确的蒸镀源也可得到化学计量准确的CdTe薄膜。薄膜。因此，一般基板的温度可

35、以控制在因此，一般基板的温度可以控制在450600之间，而高品质之间，而高品质的薄膜可以在大于的薄膜可以在大于1um/min的速率淀积得到。的速率淀积得到。整理整理ppt真空沉积一升华真空沉积一升华/凝结（真空升华法）凝结（真空升华法）n将将粉末或者颗粒状的固体粉末或者颗粒状的固体CdTe材料在真空中升华，材料在真空中升华，然后凝结在然后凝结在450600的衬底上的衬底上。n目前已经发展了许多不同种类的可商业化的方法，这目前已经发展了许多不同种类的可商业化的方法，这些方法已经达到很高的沉积速率（些方法已经达到很高的沉积速率（10um/min），而），而且适合用低成本和对真空要求不高的系统进行流

36、水线且适合用低成本和对真空要求不高的系统进行流水线生产。生产。n这种方法确实有很高的材料产出，因为要力图让这种方法确实有很高的材料产出，因为要力图让材料材料仅仅凝结在衬底上仅仅凝结在衬底上，要么是衬底与原材料之间的距离，要么是衬底与原材料之间的距离很近（很近（近空间升华近空间升华），要么防止它沉积在器壁上，使），要么防止它沉积在器壁上，使后者的温度始终高于后者的温度始终高于600。n在美国和德国已经建成了两座利用近空间升华法的工在美国和德国已经建成了两座利用近空间升华法的工厂。他们已经开始生产和销售组件。厂。他们已经开始生产和销售组件。整理整理ppt5.2.3 气相传输淀积法气相传输淀积法（V

37、apor transport deposition， VTD） n固态的固态的CdTe原料放在容器内，因受热而挥发出原料放在容器内，因受热而挥发出CdTe蒸汽，然蒸汽，然后这些后这些CdTe蒸汽会随着传输气体（蒸汽会随着传输气体（N2、Ar、He、O2等）而等）而传送到基板表面，过饱和的传送到基板表面，过饱和的Cd与与Te会凝缩而淀积在基板表面形会凝缩而淀积在基板表面形成成CdTe薄膜。薄膜。n利用利用VTD方法可以得到约与薄膜厚度相当的晶粒大小，而且淀方法可以得到约与薄膜厚度相当的晶粒大小，而且淀积速率相当快。积速率相当快。整理整理ppt5.2.4 溅镀法溅镀法n所谓溅镀法（所谓溅镀法（sp

38、uttering deposition），乃是利用等离），乃是利用等离子中的高能离子（通常是由电子中的高能离子（通常是由电场加速的正离子，如场加速的正离子，如Ar+），在），在磁铁产生的磁力线的作用下，磁铁产生的磁力线的作用下，加速撞击加速撞击CdTe靶材表面。借由靶材表面。借由动量转换，将动量转换，将CdTe表面物质溅表面物质溅出，而后在基板上淀积形成薄出，而后在基板上淀积形成薄膜。膜。n通常淀积反应是发生在低于通常淀积反应是发生在低于300的基板上，而炉内压力约的基板上，而炉内压力约在在10mtorr左右。左右。n在在200淀积淀积2um的的CdTe薄膜，薄膜，所得到的晶粒大小约在所得到的

39、晶粒大小约在300nm左右。左右。整理整理ppt5.2.5 电解淀积法电解淀积法n电解淀积法是将含有电解淀积法是将含有Cd2+及及HTeO2+ 电解液进行化学还电解液进行化学还原反应，而得到原反应，而得到Cd及及Te并淀并淀积而成积而成CdTe薄膜。薄膜。n这样的电解还原及淀积反应，这样的电解还原及淀积反应，可由以下三个化学反应式来可由以下三个化学反应式来表示。表示。利用控制电解液内部的利用控制电解液内部的Cd及及Te含量，可由控含量，可由控制所生长出来的薄膜的化学计量组成。制所生长出来的薄膜的化学计量组成。整理整理ppt电解淀积法电解淀积法n在含有在含有Cl基化合物条件下退火后，晶粒变大，基

40、化合物条件下退火后，晶粒变大，掺杂转变为掺杂转变为P型，且电导率提高了。型，且电导率提高了。n电压施加在衬底上的透明导电膜上，而且必须电压施加在衬底上的透明导电膜上，而且必须在整个被淀积表面非常均匀。这就需要较低的在整个被淀积表面非常均匀。这就需要较低的沉积电流密度，从而导致较低的沉淀速率。沉积电流密度，从而导致较低的沉淀速率。n这可以通过把大量衬底并列起来沉积的高生产这可以通过把大量衬底并列起来沉积的高生产率来弥补。率来弥补。n在美国，已经建成了一座生产工厂，目前正在在美国，已经建成了一座生产工厂，目前正在扩大生产量。扩大生产量。整理整理ppt5.2.6 喷涂淀积法喷涂淀积法n喷涂淀积法（喷

41、涂淀积法（Spray deposition）的做法，是先在）的做法，是先在室室温下将含有温下将含有CdTe、CdCl2及丙二醇的化学浆料喷涂在及丙二醇的化学浆料喷涂在基板基板上，然后在上，然后在经过几道高温热处理经过几道高温热处理及及致密化机械过致密化机械过程程，而得到具有多孔结构的，而得到具有多孔结构的CdTe薄膜。薄膜。n用喷雾器把含有用喷雾器把含有Cd和和Te的可热分解化合物的水雾喷的可热分解化合物的水雾喷射到热的衬底上，释放出来的元素形成射到热的衬底上，释放出来的元素形成CdTe。n这种不需要真空设备的方法已经得到了发展，并应用这种不需要真空设备的方法已经得到了发展，并应用在生产线上。

42、在生产线上。n一个工业风险投资机构在美国建立了第一个示范工厂，一个工业风险投资机构在美国建立了第一个示范工厂，并随后被销售。并随后被销售。整理整理ppt5.2.7 有机金属化学气相淀积法有机金属化学气相淀积法n有机金属化学气相淀积法（有机金属化学气相淀积法（MOCVD），是使），是使含有含有Cd和和Te的有机金属例如二甲基镉及二异的有机金属例如二甲基镉及二异丙基碲，在反应炉中进行分解反应，并淀积在丙基碲，在反应炉中进行分解反应，并淀积在基板上得到基板上得到CdTe薄膜。淀积速率与基板的温薄膜。淀积速率与基板的温度有关。度有关。整理整理ppt5.2.8 丝网印刷淀积法丝网印刷淀积法n丝网印刷淀积

43、法算是生产丝网印刷淀积法算是生产CdTe及及CdS薄膜最简单的薄膜最简单的方法，它是方法，它是将含有将含有Cd、Te、CdCl2及含有有机合剂及含有有机合剂的金属膏的金属膏，通过一，通过一印刷板而印制到基板上印刷板而印制到基板上，再经过，再经过干干燥燥过程去除有机溶剂后，接着加温到过程去除有机溶剂后，接着加温到700左右做左右做烧烧结结反应，最后得到约反应，最后得到约1020um的再结晶的的再结晶的CdTe薄膜。薄膜。n将含有将含有Cd和和Te的浆料通过丝网印刷到衬底上，然后的浆料通过丝网印刷到衬底上，然后在加入在加入CdCl2的热反应中转换成的热反应中转换成CdTe。由于膜的多。由于膜的多孔

44、性，为使电池很好地运行，需要相对厚的涂层。孔性，为使电池很好地运行，需要相对厚的涂层。n这个技术目前已经商业化，并且每年约这个技术目前已经商业化，并且每年约1MWp的规模的规模进行生产。小组已在生产，并且已有消费者在使用。进行生产。小组已在生产，并且已有消费者在使用。而大面积而大面积 高效率高效率 低成本的电池是否适合用此方法仍低成本的电池是否适合用此方法仍有很多疑问。有很多疑问。整理整理ppt作业n碲化镉被广泛应用的原因是什么？碲化镉被广泛应用的原因是什么？np-CdTe/n-CdS太阳电池的典型结构太阳电池的典型结构n了解了解p-CdTe/n-CdS太阳电池的原理太阳电池的原理nCdTe薄

45、膜的制造技术有哪些？请进行描述。薄膜的制造技术有哪些？请进行描述。整理整理ppt5.3 CdCl2处理处理n几乎所有淀积技术所用到的几乎所有淀积技术所用到的CdTe薄膜，都必须经过薄膜，都必须经过CdCl2处理，才能处理，才能得到结构比较完美、晶粒比较大的得到结构比较完美、晶粒比较大的薄膜薄膜。而。而未经过未经过CdCl2处理过的处理过的CdTe的太阳电池，的太阳电池，仅能产生非常小的短路电流仅能产生非常小的短路电流。n将将CdTe薄膜置于约薄膜置于约400的的CdCl2环境之下，它会发环境之下，它会发生以下的反应生以下的反应nCdCl2的存在促进了的存在促进了CdTe的再结晶过程的再结晶过程

46、。不仅比较。不仅比较小的晶粒便消失小的晶粒便消失了，连带着了，连带着CdTe与与CdS的界面的界面结构结构也变得比较有秩序。也变得比较有秩序。整理整理ppt5、背面电极接触、背面电极接触n背面电极通常是使用背面电极通常是使用Ag或或Al，它提供，它提供CdTe电池的一电池的一个低电阻连接，但由于在个低电阻连接，但由于在p-CdTe上要形成好的欧姆上要形成好的欧姆接触比较困难。因为背面电极的高导电性，所以它的接触比较困难。因为背面电极的高导电性，所以它的厚度通常要很薄才行。厚度通常要很薄才行。n大部分形成背面电极技术，都包括以下几个步骤：大部分形成背面电极技术，都包括以下几个步骤：刻蚀刻蚀CdT

47、e表面，以产生表面，以产生Te-riched的表面状态，因此的表面状态，因此在在CdTe于金属层之间产生于金属层之间产生p+的区域的区域，这层，这层p+区域可区域可降低金属与降低金属与CdTe之间的能量障碍。之间的能量障碍。镀上镀上Ag、Al等金属层等金属层在在150以上，做热处理以促进的形成。以上，做热处理以促进的形成。整理整理ppt5.5 CdTe太阳电池模组太阳电池模组nCdTe表面太阳电池的模组结构示意图，它是利用在表面太阳电池的模组结构示意图，它是利用在同一基板上做电池与电池的串接，也就是所谓的同一基板上做电池与电池的串接，也就是所谓的“monolithic inerconnecti

48、on”。因此。因此CdTe表面太表面太阳电池可以连续式的在一条生产线上制造出来阳电池可以连续式的在一条生产线上制造出来 整理整理pptmonolithic inerconnection的CdTe太阳电池模组的制造流程整理整理ppt生产电池和组件的各个步骤生产电池和组件的各个步骤1）选择衬底玻璃，通常用钠钙玻璃作为衬底。）选择衬底玻璃，通常用钠钙玻璃作为衬底。2）透明导电膜的沉积（）透明导电膜的沉积（ITO等）。等）。3）将）将TCO膜刻划成平行的条带，以此确定单元电池。对有的工艺过程，这膜刻划成平行的条带，以此确定单元电池。对有的工艺过程，这一步可能要晚一些，一般是在半导体薄膜沉积后。一步可能

49、要晚一些，一般是在半导体薄膜沉积后。4）沉积尽可能薄的）沉积尽可能薄的CdS膜，一般是膜，一般是100nm。5)根据产品的性质选择沉积根据产品的性质选择沉积CdTe的方法。的方法。6）在）在CdCl2的作用下于的作用下于400左右活化膜层。左右活化膜层。7）实施第二次刻划，划开半导体薄膜以露出）实施第二次刻划，划开半导体薄膜以露出TCO膜。步骤膜。步骤3可并行进行，此可并行进行，此后，这条刻线就必须填充绝缘体。后，这条刻线就必须填充绝缘体。8）采用背接触结构。由一系列步骤实现，即蚀刻形成富）采用背接触结构。由一系列步骤实现，即蚀刻形成富Te区区使用缓冲层使用缓冲层使用金属背电极。使用金属背电极

50、。9）将邻近电池的背电极分割开。）将邻近电池的背电极分割开。10）接触汇流条结构的焊接。）接触汇流条结构的焊接。11）使用恰当的塑料（如）使用恰当的塑料（如EVA或者热塑性薄膜）层压第二块玻璃（或塑料）；或者热塑性薄膜）层压第二块玻璃（或塑料）；事先将接触带穿过覆盖玻璃的小孔。事先将接触带穿过覆盖玻璃的小孔。12）安装电极盒。作为商业化应用，在这个电极盒里，用一个合适的插座，）安装电极盒。作为商业化应用，在这个电极盒里，用一个合适的插座，将易断裂的组件引出带和稳定的电缆连接。将易断裂的组件引出带和稳定的电缆连接。13）用太阳模拟器测试每个组件的效率。）用太阳模拟器测试每个组件的效率。整理整理p

51、pt5.6 10MW的生产线的生产线(ANTEC Solar )n该沉积线可看成是一条两部生产线，由该沉积线可看成是一条两部生产线，由全自动沉积线和半全自动沉积线和半自动组装生产线构成自动组装生产线构成。前者在。前者在60cm120cm玻璃衬底上玻璃衬底上制备集成组件，后者包括封焊、接电极、测试以及将组件制备集成组件，后者包括封焊、接电极、测试以及将组件封装成可销售的产品。封装成可销售的产品。n全自动流水线沉积过程分为全自动流水线沉积过程分为9个步骤：个步骤：n衬底的清洗（浮法玻璃）。衬底的清洗（浮法玻璃）。n在在250下沉积透明导电膜（下沉积透明导电膜（ITO+SnO2）。）。nTCO膜的刻

52、划（以确定电池和今后互连）。膜的刻划（以确定电池和今后互连）。n在在500下用窄间隔升华法沉积下用窄间隔升华法沉积CdS和和CdTe。n活化活化(在在Cl氛围中以氛围中以400退火，改进结的性能退火，改进结的性能)。n湿法化学法刻蚀，以制备电极（产生富湿法化学法刻蚀，以制备电极（产生富Te层）。层）。n机械刻线以进行电池互连。机械刻线以进行电池互连。n溅射沉积两层背接触。溅射沉积两层背接触。1.机械刻线以分割和连接电池。机械刻线以分割和连接电池。 整理整理pptn大部分工位都由加热和冷却装置相连接，以便在沉积时玻璃板能达到合适的温度。这些装置占据了设备总长度的大部分。半导体薄膜沉积过程中所达到

53、的最高温度（500）与玻璃的稳定性匹配。n自动沉积生产线总长度位165m。玻璃板（要成为组件）是通过传达系统自动运送的，整个过程不会有人的手接触，这些玻璃板每30个装成一盒，然后输运到相邻的大厅里的组装线上。整理整理ppt组装生产线n在组装生产线上，将衬底（一个衬底上的电池互连成若干组，一组通常称为“次组件”）镀上电极，封焊，以方便发电系统使用。工厂的这部分由以下步骤组成：n封装玻璃的清洗（浮法玻璃）。n将电极汇流条沉积在组件上。nPV功能检测，为进一步加工排除组件次品。n将EVA薄膜切割成一定尺寸。n连接组件、EVA薄片和表面玻璃。n层压（6个组件为一组）。n填充玻璃盖片的电极孔。n电极盒的连接。nPV性能的定量测试（每组3个组件）。n附上打印的标签。1.分类、选择、装箱分派。整理整理p