本技术介绍了一种创新的碲硒镉合金薄膜制备方法,该方法通过精确控制硒含量,提高了薄膜质量的稳定性和可控性。具体步骤包括:混合硒化镉和碲化镉粉末压制成型,预氧化处理以优化硒含量,以及采用近空间升华法完成薄膜制备。该方法适用于大规模工业化生产,对提高薄膜性能和降低成本具有重要意义。
背景技术
随着全球碳排放量的逐步上升,各国正在积极寻找方法以摆脱对传统化石能源的依赖。太阳能、水能、风能、生物质能与潮汐能等可再生能源在人类能源供应体系中占据越来越重的比例,其中太阳能电池是一种能够直接将太阳光转换为电能的半导体器件,展现出巨大的发展潜力。
碲化镉薄膜太阳电池,区别于传统晶体硅太阳电池,具有制造成本低、价格低廉等优势。碲化镉(CdTe)是II-VI族直接带隙半导体材料,具备1.50eV的光学禁带宽度,其吸收系数高达105
cm-1
,仅1~2 μm厚的CdTe薄膜即可吸收绝大多数的太阳光。近年来,碲化镉薄膜电池的能量转换效率获得较大的进步,最高效率达到22.6%,较大的性能提升主要归功于在太阳电池中采用了碲硒镉合金层。碲硒镉合金层的禁带宽度为1.38~1.42 eV,小于碲化镉的禁带宽度1.50 eV,所以在碲化镉吸收层中加入碲硒镉合金薄膜,有利于增强器件对红外波段光子的有效吸收,促进光生载流子的收集,增强了短路电流密度参数,从而实现高转换效率。
传统上,碲化镉太阳电池中的碲硒镉合金层一般是通过两种方法形成的。传统的方法是,可通过先生长一层较薄的硒化镉层,再生长一层碲化镉吸收层,通过后续热处理实现硒和碲两种元素的互扩散过程,但是这种方法要么导致硒元素的不充分扩散,或者导致硒元素的过度扩散。硒元素在碲硒镉合金层中的含量调控与空间分布,对太阳电池的性能产生巨大的影响,因为如果硒含量太低,则短路电流的提升不够明显;如果硒含量太高,则碲硒镉层将呈现出为非光活性,不能有效收集入射光子。在太阳电池中形成碲硒镉合金层的另一种方法是利用近空间升华法,先直接预先生长一层特定硒含量的碲硒镉合金薄膜,再生长碲化镉吸收层,最后通过适当的热处理,从而实现了对硒元素含量和空间分布的有效且精准的调控。但是由于硒化镉的蒸气压比碲化镉低,导致采用近空间升华法制备的薄膜里的硒含量远远低于的粉末源的硒含量,导致无法满足制备高短路电流密度的太阳电池的要求。
实现思路