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圖3 碲化鎘薄膜太陽能電池組件集成結(jié)構(gòu)示意圖
圖4 碲化鎘薄膜太陽能電池組件制備工藝流程圖
1． 集成技術(shù)
集成工藝對組件的轉(zhuǎn)換效率具有決定性的影響。實現(xiàn)集成的刻劃技術(shù)有機械刻劃、激光刻劃兩種。機械刻劃的刻劃速度比激光刻劃的慢得多，而且對于如碲化鎘等厚度到微米量級的較脆的薄膜，保證刻槽的平直無渣工藝難度較大。激光刻劃能夠獲得較窄的刻槽，寬度最低可到100微米。通常，使用基頻（1.064微米）YAG：Nd激光刻劃系統(tǒng)刻劃透明導(dǎo)電薄膜，使用倍頻（532nm）YAG：Nd激光刻劃系統(tǒng)刻劃硫化鎘/碲化鎘膜層和金屬背電極。激光刻劃系統(tǒng)有兩種，其一是移動樣品實現(xiàn)激光刻劃，其二是樣品固定激光頭移動實現(xiàn)激光刻劃。前者受微動臺的限制，刻劃速度只能達到300mm/Sec~500mm/Sec，后者的刻劃速度可高達3000mm/Sec以上。
刻痕形貌對串聯(lián)集成的電子學(xué)特性有極大影響。激光入射方向、激光模式、刻劃速度和Q開關(guān)調(diào)制頻率是決定刻痕形貌的主要參量。從玻璃面入射比從薄膜面入射更容易得到高質(zhì)量的刻痕。圖5是分別用1064nm激光和532nm的激光刻劃CdS/CdTe薄膜后，用探針式表面輪廓分析儀測量的刻痕形貌。1064nm激光刻劃的刻槽邊緣有高達4微米的“脊?fàn)罘濉保@不利于后續(xù)沉積的背電極接觸層及金屬背電極與透明導(dǎo)電薄膜之間形成連續(xù)的具有良好歐姆特性的連接。
圖5 CdTe薄膜激光刻劃刻痕形貌
2． 碲化鎘薄膜的表面腐蝕技術(shù)
剛沉積的碲化鎘薄膜載流子濃度低，需要在含氧、氯的氣氛下進行380℃～450℃的熱處理。該工藝同時也促進CdS/CdTe的界面擴散，減少界面的格子失配程度和鈍化了薄膜的晶界勢壘。但該工藝在碲化鎘膜面形成了一高阻氧化層，可以用化學(xué)腐蝕或離子刻蝕去除CdTe膜面的高阻氧化層。
物理刻蝕技術(shù)廢料少，容易和其他工藝環(huán)節(jié)集成，但是不易獲得厚度在10nm～100nm的高質(zhì)量富碲層，該層對于形成良好歐姆接觸特性的背電極是非常關(guān)鍵的。
化學(xué)腐蝕方法中，常用體積濃度為0.1%的溴甲醇溶液作為腐蝕液，腐蝕時間8～15秒。雖然使用該腐蝕工藝制備的小面積電池轉(zhuǎn)換效率高達16.5%，但是溴甲醇溶液在空氣中容易氧化，不適合工業(yè)化生產(chǎn)使用，需要發(fā)展更穩(wěn)定的腐蝕液和速度慢的腐蝕工藝。使用磷酸-硝酸混合溶液可以獲得較好的腐蝕效果，典型溶液的體積濃度為（硝酸：磷酸：水）0.5：70：29.5，室溫下腐蝕時間為1分鐘。降低硝酸濃度和溫度可以進一步延長腐蝕。磷硝酸溶液沿晶界的擇優(yōu)腐蝕較為嚴(yán)重，容易在沉積背電極后形成局部的短路漏電通道。使用硝酸-冰乙酸溶液可以進一步減輕晶體擇優(yōu)腐蝕程度，獲得更好的膜面腐蝕效果。
圖6 不同溫度下使用硝酸-冰乙酸腐蝕后碲化鎘的XRD譜圖
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