專利名稱：一種生長可變禁帶寬度的Cd<sub>1-x</sub>Zn<sub>x</sub>Te薄膜的方法
技術領域：
本發明涉及一種生長可變禁帶寬度的CdhSixTe薄膜的方法，屬于無機非金屬材料器件制造工藝領域。
背景技術：
能源是人類文明賴以發展的重要物質基礎。當今世界，隨著地球資源的日益減少和人類對能源需求的不斷增加，能源危機已經迫在眉睫。為了生存和發展，人類必須尋求可以替代常規能源的可再生的潔凈新能源，其中首選太陽能發電。太陽能具有儲存巨大，永不枯竭，清潔無污染、不受地域限制等優點，是人類最重要的新能源。利用太陽能電池的光伏效應進行發電，已經成為太陽能規模利用的最重要的方式。
目前太陽能電池主要包括晶體硅電池和薄膜太陽能電池，其中薄膜太陽能電池因高溫下輸出特性好，弱化性好，污染少，有利于環境保護，發電量高，可塑性好，生產用料少， 價格便宜等優點成為太陽能光伏電池的發展趨勢。但是當前薄膜電池組件的轉換效率還比較低，其中最高的銅銦鎵硒(CIGS)電池的實驗室最高效率為19. 9%而工業上量產的效率才 13. 1%。為了進一步提高該薄膜太陽能電池的效率，可以通過雙結疊層電池來實現。即讓波長較短的光被頂層的寬隙材料電池吸收，波長較長的光能透射進去讓較窄禁帶寬度材料電池利用，從而最大限度地將光能變成電能，提高轉換效率。國際上認為用禁帶寬度為0. 9 eV 的CIGS材料做疊層太陽能電池的底層電池，而相應的頂層電池理想材料的禁帶寬度應該為1.6eV左右。對此，大家廣泛研究的主要是CdhSixTe (CZT)薄膜，其禁帶寬度可以隨Si 含量的不同在1.45 (CdTe) 2. 26eV (SiiTe)之間連續可調。而摻&il0%(at. %)的CdSiTe 薄膜也可做高能粒子探測器。目前，國際上主要采用近空間升華法制備CdTe薄膜然后用磁控濺射方法在CdTe薄膜上生長SiTe薄膜，接著對薄膜進行退火，這樣在CdTeAnTe的界面處生成CZT薄膜，這種方法生長CdSiTe薄膜的工藝比較復雜，而且CZT薄膜中Si含量不容易控制。也有研究小組采用CdhSixTe粉末為近空間升華源來嘗試生長CdhSixTe薄膜，研究發現即使采用χ最大為0. 7的CdhZnxTe源，也無法生長出χ大于0. 1的CdhZnxTe薄膜。 因此本發明提出采用摻少量小于1%)的CdhSixTe多晶或單晶圓盤做升華源，在較高真空下用近空間升華法直接制備x<50%的CdhSixTe薄膜。發明內容
本發明的內容是采用摻少量ai4% (at. %)的CdaiTe多晶或單晶圓盤做升華源， 用近空間升華法直接制備CZT薄膜作為太陽能電池的吸收層，隨著襯底溫度的變化生長的 CZT薄膜中S1含量會發生變化，從而可以制備不同禁帶寬度的CZT薄膜，這可以為制備高轉換效率的薄膜太陽能電池提供一種新材料和新工藝。
本發明的主要特征在于本發明中獲得的CZT薄膜，采用較簡單的工藝制備出Si比例較高的不同禁帶寬度的CZT薄膜做太陽能電池的吸收層。
為達到上述目的，本發明采用下述技術方案及步驟將透明導電玻璃(SnO2 = F)放入近空間升華沉積設備的樣品臺上，在上面沉積CZT薄膜；沉積薄膜前先用真空泵對升華室抽真空至5Pa，升華源為摻Si 4% (at. %)的CdSiTe晶體圓盤，升華源溫度650° C，樣品襯底溫度300 500° C，腔體氣壓為1 1 lOKPa，升華時間為30分鐘，最終可實現χ為5%-50%的CdhSixTe薄膜的可控沉積。
本發明同現有技術相比，具有如下顯著優點(1)本發明的CZT薄膜太陽能電池，采用摻Si 4% (at. %)的CdSiTe多晶或單晶晶體圓盤做為升華源，用我們自制的CdSiTe晶體單源生長CZT薄膜工藝操作方便，僅需調節襯底溫度就可以生長變禁帶寬度的CZT薄膜。
(2 )改變樣品襯底溫度從300 ° C到500 ° C，使薄膜中Si摻雜量從8. 5%到45. 8% (at. %)，可以生成禁帶寬度1. 5eV變化到1. 7eV左右的CZT薄膜，而目前國際上的研究機構使用摻Si較少的Cdh ZnxTe粉末做升華源，很難制備出Si含量大于10%的CZT薄膜。我們制備出的高Si含量的CZT薄膜非常適合做疊層電池的頂層吸收層，從而提高CIGS/CZT 疊層薄膜太陽能電池的光電轉換效率。同時此工藝方法也可應用于薄膜CdSiTe高能粒子探測器。
圖1 不同襯底溫度下制備的CZT薄膜X射線衍射圖。
圖2 不同襯底溫度下制備的CZT薄膜的掃描電子顯微鏡圖(a)300°C、(b)400°C、 (c)450°C、(d)500°C。
具體實施方式
現將本發明的實例具體敘述于后。
實施例1 將透明導電玻璃(SnO2 = F)放入近空間升華沉積設備的樣品臺上，在上面沉積CZT薄膜；沉積薄膜前先用真空泵對升華室抽真空至5Pa，升華源為摻少量Si的CdhSixTe單晶圓盤，其中x=4%，源溫度650° C，樣品襯底溫度500° C，腔體氣壓為10Pa，升華時間為30分鐘。通過測量計算，該薄膜的禁帶寬度為1.7eV。
實施例2:將透明導電玻璃(SnO2 = F)放入近空間升華沉積設備的樣品臺上，在上面沉積CZT薄膜；沉積薄膜前先用真空泵對升華室抽真空至5Pa，升華源為摻少量Si的CdhSixTe單晶圓盤，其中x=4%，源溫度650° C，樣品襯底溫度450° C，腔體氣壓為lOPa，升華時間為30分鐘。通過測量計算，該薄膜的禁帶寬度為1.6eV。
實施例3:將透明導電玻璃(SnO2 = F)放入近空間升華沉積設備的樣品臺上，在上面沉積CZT薄膜；沉積薄膜前先用真空泵對升華室抽真空至5Pa，升華源為摻少量Si的CdhSixTe單晶圓盤，其中x=4%，源溫度650° C，樣品襯底溫度400° C，腔體氣壓為lOPa，升華時間為30分鐘。通過測量計算，該薄膜的禁帶寬度為1.53eV。
實施例4:將透明導電玻璃(SnO2 = F)放入近空間升華沉積設備的樣品臺上，在上面沉積CZT薄
權利要求
1. 一種生長可變禁帶寬度的CdhSixTe薄膜的方法，該方法具有如下工藝過程 將透明導電玻璃SnO2 = F放入近空間升華沉積設備的樣品臺上，在上面沉積CdhSixTe 薄膜；沉積薄膜前先用真空泵對升華室抽真空至5 ；采用摻少量Si的CdhSixTe多晶或單晶圓盤做升華源，其中x=4%，升華源溫度550-650° C，樣品襯底溫度300 500° C，腔體氣壓低于10 Pa,升華時間為30分鐘，最終可實現χ為5%-50%的CdhZnxTe薄膜的可控沉積。
全文摘要
本發明涉及的是一種Cd1-xZnxTe(CZT)薄膜的制備方法，屬于無機非金屬材料器件制造工藝領域。其中CZT薄膜制備方法是采用摻少量Zn(x小于1%)的Cd1-xZnxTe多晶或單晶圓盤做升華源，用近空間升華法直接制備x<50%的Cd1-xZnxTe薄膜。采用CZT薄膜制備作為疊層太陽能電池頂層吸收層有利于促進低成本、高轉化效率太陽能電池的發展，同時CdZnTe薄膜也可應用于高能粒子探測器。
文檔編號H01L31/18GK102544230SQ20121003992
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月22日 優先權日2012年2月22日
發明者徐海濤, 徐閏, 湯敏燕, 王林軍, 貢偉明, 黃健 申請人:上海大學