碲化镉光伏电池的湿法化学刻蚀

引言

碲化镉(CdTe)是一种领先的成熟的光伏(PV)技术,其市场份额约为5%。CdTe太阳能电池的效率取决于体材料和前后界面的固有缺陷。在前界面,硫化镉(硫化镉),带隙2.42eV,是最常用的制造CdTe太阳能电池的窗层材料。硫化镉吸收波长为nm的光子,但由于高缺陷密度和光活性CdS1yTey合金的形成,对器件的电流密度没有贡献。

实验

CdTe与金属,通常是镍(Ni)或金(Au)之间肖特基结的势垒高度限制了空穴输运并增加了接触电阻,限制了预期的最大光电压。掺杂CdTe吸收层,增加了载流子浓度,定位了能带弯曲,降低了势垒高度。铜/金(Cu/Au)已在我们实验室用作后接触材料。铜原子的沉积和扩散增加了载流子的浓度,提高了器件的性能。(江苏英思特半导体科技有限公司)

然而,由于CdTe和Au之间存在势垒,Cu/Au的反向接触并不促进光生成载流子的传输。当CdTe(3.5lm)掺杂3nm铜时,CdTe与Cu/Au之间的势垒高度为;0.33eV[10]。为了进一步降低势垒,采用了一种具有合适带边的材料来提取CdTepv后接触处的空穴和电子排斥。碳纳米管、硫氰酸铜(CuSCN)、纳米晶体和纳米复合材料、碲化锌(ZnTe)和碲化锑(Sb2Te3)等材料,通过各种方法制备,试图降低背屏障高度,促进空穴向后电极的传输。

另外,通过热蒸发、溅射或化学蚀刻形成富含碲(Te)的表面/层,提高了器件效率和背屏障高度。CdTe的湿式化学蚀刻通常包括使用酒精溴(溴)溶液或酸性溶液,以创造一个富含Te的表面。常见酸性蚀刻剂HNO3-HPO4-H2O(NP)、H2O2-hi-酒石酸/柠檬酸、KIO3-KI-柠檬酸和K2Cr2O7-HNO3-H2O的混合物。可用于蚀刻的其他酒精溶液有溴甲醇(Br2-MeOH)[29]、碘甲醇(I2-MeOH)、甲基碘化铵(MAI)和氢碘酸。Br2-MeOH蚀刻法对金属具有很强的腐蚀性,可能会穿透整个CdTe薄膜,破坏前界面。同样,k2cr2o7-hno3蚀刻在表面产生TeO2,需要用碱性蚀刻(KOH-MeOH)进一步处理。用碘(或碘化合物)蚀刻CdTe比Br2-MeOH有益,因为其腐蚀性和毒性较小。(江苏英思特半导体科技有限公司)

此外,碘具有较低的氧化还原电位(I2!2I,0.54V)比溴(溴!2Br,1.09V),这导致了CdTe表面[25]的可控蚀刻,当用碘化合物处理时,CdTe表面的图案和表面形貌显示出一个富含te的表面。基于该装置的电流-电压(J-V)特性,与具有Cu/Au背接触的标准未蚀刻器件相比,处理增强了开路电压(VOC)、填充因子(FF)和光转换效率(PCE)。

结果和讨论

图1显示了用i2、碘化铵和i2和碘化铵(I/I3)溶液处理的CdTe薄膜的拉曼光谱和XRD图。在拉曼测量过程中,将CdTe样品暴露在激光下30s,以减少激光效应。在拉曼光谱中,蚀刻的1个样品在.7、.0和.6cm1处观察到的Te-Te原子的活性振动峰比未处理的(标准)CdTe薄膜强。(江苏英思特半导体科技有限公司)

图1.(a)拉曼光谱和(b)XRD图谱图图2:各种碘化合物蚀刻CdTe薄膜的SEM图

薄膜表明CdTe薄膜在选择性蚀刻后产生Te表面。此外,处理后的CdTe薄膜在27.6°处出现了一个衍射峰,这是由于Te元素的作用而引起的衍射峰。我们观察到所有三种元素碘蚀刻剂、碘化铵和I/I3.在27.6°处的衍射峰此前,用不同蚀刻剂[23,33]蚀刻CdTe表面后,富Te表面在27.6°处的衍射峰。在元素碘的情况下,在图1(b).中由Δ标记的不同“2h”位置(22.45°,28.05°,36.70°,44.10°)也观察到TeI峰衍射图谱分析表明,这些峰是由于表面存在碘化碲(TeI)b相化合物而产生的。利用MDIZADE软件对XRD模式进行分析,并与Te(PDF#97--)和TeI-b(PDF#97--)相的标准衍射模式进行比较,将这些峰分配给Te和TeI。(江苏英思特半导体科技有限公司)

结论

在此,我们成功地研究了利用碘化合物生产富te表面,用元素碘(I2)、碘化铵(碘化铵)、I/I3,和FAI处理CdTe表面,在拉曼光谱的和cm1处有很强的振动峰。同样,对表面形貌的研究表明,与未经处理的标准CdTe样品相比,表面上有Te颗粒。在XRD模式分析中,在2h角等于27.6°时,观察到一个额外的元素Te()峰。在元素碘处理时,碘原子与Te反应产生b相TeI。提高了蚀刻CdTe后的器件性能,主要是由于富泰层的形成导致器件开路电压和FF的提高。对于蚀刻器件,最高的开路电压为mV,FF为78.2%,PCE为14.0%,而未处理器件的开路电压为mVFF为74.0%,PCE为12.7%。与标准CdTe器件相比,蚀刻器件的J-V-T特性显示其背屏障高度降低。因此,本研究表明,用碘溶液蚀刻镉表面可以制备高效的镉器件。(江苏英思特半导体科技有限公司)




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