本發(fā)明涉及一種對CdTe薄層太陽能電池的CdTe層進行調(diào)理的方法，實現(xiàn)該方法無需采用CdCl₂。

背景技術(shù)：

頂襯結(jié)構(gòu)的CdTe薄層太陽能電池根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)通過如下方式制成，即，將透明的前接觸層(TCO–transparent conductive oxide)施布到基底(優(yōu)選玻璃)上。前接觸層也可以是由多個不同的層制成的層堆垛。在該層堆垛上沉積有由純的或者經(jīng)改性的CdS(硫化鎘)制成的層。經(jīng)改性的CdS(硫化鎘)在下文被理解為具有摻雜物的、在晶型和粒度方面變化了的CdS，或者被理解為CdS與其它物質(zhì)的混合物。在CdS層上施布有碲化鎘(CdTe)。又將背接觸層或者背接觸層序列沉積到CdTe層上。

在此問題在于，并不是十分可行的是，將金屬的接觸層涂覆到CeTe上，因為這導(dǎo)致生成整流的肖特基接觸。然而期望的是生成歐姆接觸。因此，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)采用了界面層序列。該層序列的任務(wù)在于，如下地實現(xiàn)各個層材料的能級平衡，即，生成歐姆接觸，其中，優(yōu)選金屬的層作為最上面的背接觸層。

在制造過程期間，在以現(xiàn)有技術(shù)來施布CdTe之后，大多實現(xiàn)了借助CdCl₂對CdTe進行活化并且進行加熱。為此，利用現(xiàn)有技術(shù)的方法(優(yōu)選以濕化學(xué)的方式或者借助CVD法或者PVD法)將CdCl₂層施布到CdTe層上。緊接著，在提高溫度(通常約為380℃至430℃)的情況下將CdCl₂作用到CdS/CdTe層堆垛上。作用時間約為15min至 45min。CdCl₂在此作為助熔劑起作用，其支持了CdTe層的重結(jié)晶。

在活化之后，利用去離子的水將過量的CdCl₂從表面洗去。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的活化過程的問題在于，CdCl₂是易溶于水的、有毒性的且高度威脅環(huán)境的化學(xué)品。已證實其具有致癌、致突變且具有生殖毒性的特性。這些特性在生產(chǎn)過程中處理CdCl₂期間需要特別的安全措施。此外，所積累的、帶來負擔(dān)的廢水需要費事的清潔和去除。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，提出了如下的任務(wù)，通過更安全且更容易處理的物質(zhì)來代替在過程中所采用的CdCl₂，其中，應(yīng)當(dāng)很大程度上保持用于活化的過程參數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明，所提出的任務(wù)通過根據(jù)權(quán)利要求1的方法來解決?；匾膹膶贆?quán)利要求公開了有利的實施方式。

發(fā)明人利用同樣作為助熔劑在活化過程中起作用的不同的、較少毒性的且不致癌或不致畸作用的化合物進行了嘗試。在試驗順序中嘗試了氯化鈣、氯化鋅水合物、氯化鋅的加合物，尤其是tmeda·ZnCl₂(tmeda:四甲基乙烯二胺)、和四氯鋅酸鹽，尤其是(NH₄)₂ZnCl₄、以及另外的具有鋅離子和氯離子的復(fù)鹽。然而，在很大程度上相應(yīng)于迄今的活化過程的參數(shù)的參數(shù)范圍中，大多數(shù)所嘗試的化合物都已被證實是不適合的。對于這些化合物來說，在效率、電特性和可再現(xiàn)性方面都沒有實現(xiàn)與利用CdCl₂活化過程產(chǎn)生的太陽能電池的結(jié)果相同的結(jié)果。然而出人意料地，四氯合鋅酸鈣(CaZnCl₄)卻被證實是適合的，其中，四氯合鋅酸鈣的待采用的參數(shù)(溫度、活化持續(xù)時間)都相應(yīng)于CdCl₂活化的參數(shù)。

在圖1中示出了針對利用不同的助熔劑[(NH₄)₂ZnCl₄、MgZnCl₄、Na₂CaCl₄、CaCl₂和CaZnCl₄]的活化與利用CdCl₂的標(biāo)準(zhǔn)活化相比較的 在試驗順序中獲得的絕對效率差(％)。

因此，根據(jù)本發(fā)明設(shè)置，代替CdCl₂地，將四氯合鋅酸鈣(CaZnCl₄)用于活化，并且維持了所測試的過程參數(shù)。有利地，過程變化是不必要的。

將四氯合鋅酸鈣(CaZnCl₄)施布成層優(yōu)選利用現(xiàn)有技術(shù)的方法來實現(xiàn)。例如如下是合適的：

-滾壓涂覆含水的或含甲醇的/含鹽的溶液，

-噴灑含水的或含甲醇的/含鹽的溶液；

-氣溶膠法，以及

-浸浴法。

四氯合鋅酸鈣的生成優(yōu)選原位地通過在溶劑中混合反應(yīng)物來實現(xiàn)。這一點例如可以通過在去離子的水中溶解等摩爾量的CaCl₂·2H₂O和ZnCl₂來實現(xiàn)，其中，在溶液中形成了四氯合鋅酸鈣(CaZnCl₄)。在優(yōu)選的反應(yīng)物(CaCl₂·2H₂O和ZnCl₂)1:2的混合比例的情況下形成了化學(xué)式CaZn₂Cl₆，其在本發(fā)明的意義下同樣應(yīng)該被理解為術(shù)語“四氯合鋅酸鈣”。

優(yōu)選地，將含有四氯合鋅酸鈣的水溶液施布在CdTe層上。然而，經(jīng)水合的四氯合鋅酸鈣(CaZnCl₄(xH₂O))也溶于甲醇。

四氯合鋅酸鈣優(yōu)選存在于20％至40％的溶液中，特別優(yōu)選存在于30％的溶液。

優(yōu)選地，將四氯合鋅酸鈣涂覆到未經(jīng)加熱的CdTe太陽能電池半成品上，也就是說涂覆到室溫情況下的CdTe太陽能電池半成品上。根據(jù)另外的優(yōu)選實施方式，在涂覆四氯合鋅酸鈣之前或者期間，將CdTe太陽能電池半成品例如加熱至60℃的較高的溫度。

在將四氯合鋅酸鈣的層涂覆到太陽能電池半成品上之后進行處于優(yōu)選在350℃至450℃之間的、特別優(yōu)選在380℃至430℃之間的溫度情況下的用于活化CdTe層所必需的熱處理。處理持續(xù)時間優(yōu)選為15min至45min，特別優(yōu)選在20min至30min之間。

通過活化，使CdTe層重結(jié)晶。有利地，在熱處理所使用的溫度的情況下應(yīng)用四氯合鋅酸鈣時，發(fā)生CdS層與CdTe層的較微弱的混合。這些層的非常強烈的混合以及與此相關(guān)的將硫滲入到CdTe晶體中，即所謂的CdTe層過度活化對CdTe太陽能電池的特性產(chǎn)生不利的影響。由于在使用四氯合鋅酸鈣時該效應(yīng)發(fā)生得并不明顯，所以熱處理的溫度范圍可以得到擴展。因此，使過程實施相對于使用CdCl₂得到了簡化。

在熱處理之后優(yōu)選利用去離子的水進行清洗步驟以及干燥過程，它們相應(yīng)于在CdCl₂活化時的過程步驟。

可選地，執(zhí)行用于去除通過清洗未去除的四氯合鋅酸鈣殘余物的步驟。為此用HCl進行清洗，接著再次利用去離子的水進行清洗步驟和干燥步驟。

緊接著，優(yōu)選進行標(biāo)準(zhǔn)蝕刻步驟，例如用已公知的NP蝕刻溶液，用以處理經(jīng)活化的碲化鎘層。

在隨后的利用去離子的水清洗以及對CdTe太陽能電池半成品干燥之后，利用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法，優(yōu)選借助濺射法，施布金層。然而也可以使用其它的由現(xiàn)有技術(shù)已公知的用于CdTe太陽能電池的背接觸部的材料，例如具有另外的混合物的Sb₂Te₃、鉬和鎳以及由不同的接觸層組成的層序列。

附圖說明

圖1示出在使用不同的氯化鋅衍生物或者氯化鈣進行活化的情況下的太陽能電池相對于在使用標(biāo)準(zhǔn)CdCl₂溶液進行活化的情況下的太陽能電池的所實現(xiàn)的效率差的對比。值得注意的是，在使用CaZnCl₄時相對于使用其它進行試驗的化合物而言具有較小的效率差。

圖2至圖6示意性地示出包括在使用四氯合鋅酸鈣情況下的根據(jù)本發(fā)明的活化步驟在內(nèi)的過程步驟的流程。

圖2示出具有基底(1)的預(yù)備的太陽能電池，透明的前接觸部(21)以及CdS層(3)和在其上的CdTe層已經(jīng)被施布到基底上。

圖3示意性地示出了四氯合鋅酸鈣(5)的施布。

如圖4示意性示出那樣，在活化過程之后保留了經(jīng)活化的CdTe層(41)。

圖5示意性地示出在活化過程之后的蝕刻步驟。

圖6示意性地示出在將背接觸部的Au層(22)施布到CdTe層(41)之后的制作好的太陽能電池的層序列。

具體實施方式

下面，結(jié)合實施例闡述根據(jù)本發(fā)明的過程，而不會使該過程限于該實施例。

在將前接觸層(21)、CdS層(3)和CdTe層(4)施布到玻璃基底(1)上(圖2)之后，將四氯合鋅酸鈣(CaZnCl₄)施布到CdTe層(4)上(圖3)。在此，將等摩爾份額的反應(yīng)物CaCl₂·H₂O和ZnCl₂溶解在限定了量的去離子的水中，從而生成30％的溶液(5)，在該溶液中含有經(jīng)水合的四氯合鋅酸鈣(CaZnCl₄(H₂O)_x)。該溶液借助利用海綿輥子的滾壓涂覆涂覆到CdTe層(4)上。在此，該CdTe太陽能電池半成品具有室溫。

以這種方式在CdTe層(4)上生成的、含四氯合鋅酸鈣的層具有蠟狀的稠度，從而既不需要干燥步驟，也不需要吹掉過量的溶液。

接著，使層堆垛經(jīng)受25min的在400℃的熱處理，并且在此活化CdTe表面層。由此生成了經(jīng)活化的CdTe層(41)(圖4)。

在冷卻CdTe太陽能電池半成品之后利用去離子的水進行清洗過程以及緊接著的干燥。

緊接著，在20℃的溫度下利用NP蝕刻溶液(6)[(HNO₃(3％)/H₃PO₄(75％)/H₂O(22％)]進行30s的NP蝕刻步驟(圖5)。為此，將CdTe太陽能電池半成品浸漬到NP蝕刻溶液(6)中。NP蝕刻步驟的結(jié)果是，在經(jīng)活化的CdTe層(41)的表面生成了富含Te的區(qū)域，該區(qū)域的厚度在1nm至300nm范圍內(nèi)。

在利用去離子的水進行清洗過程以及緊接著的干燥之后，在室溫下將Au層(22)濺射到經(jīng)活化的CdTe層(41)的富含Te的區(qū)域上，并且因此實現(xiàn)背接觸(圖6)。

附圖標(biāo)記

1 基底(玻璃)

21 前接觸部(透明的，TCO)

22 Au-背接觸部

3 CdS層(純的或者經(jīng)改性的CdS(硫化鎘))

4 CdTe層

41 經(jīng)活化的CdTe層

5 具有四氯合鋅酸鈣的層或者溶液

6 蝕刻溶液