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CdTe

CdTe碲化镉电池镀膜解决方案

一个典型的工业生产流程链如下:

玻璃进料 → 清洗 → TCO磁控溅射 → CdTe近空间升华 → CdCl₂退火→ 背接触层磁控溅射/蒸发 → 背电极热蒸发 → 后续处理(测试、封装等)

  • 前电极和背接触层 主要依赖磁控溅射,以实现高均匀性和可控性。

  • 核心吸收层 大规模生产主要依赖近空间升华,以实现高沉积速率和优异的薄膜结晶质量。

  • 背电极 主要依赖简单的热蒸发,以降低成本和对器件的损伤。

1. 前电极(TCO)镀膜:磁控溅射

  • 靶材: FTO(氟掺杂氧化锡)靶、ITO(氧化铟锡)靶。

  • 工艺气体: 氩气,通常加入少量氧气以调节薄膜的化学计量比和光电性能。

  • 技术优势:

    • 高均匀性: 能够在大面积玻璃基板上沉积非常均匀的薄膜。

    • 高致密性: 溅射薄膜致密,针孔少,有利于提高器件稳定性和良率。

    • 可控性好: 通过调节功率、气压、气体比例等参数,可以精确控制薄膜的厚度、电阻和透光率。

  • 挑战: 需要平衡导电性和透光性。过厚的膜导电性好但透光性差,反之亦然。

2. 吸收层(CdTe)镀膜:近空间升华 vs. 磁控溅射

这是整个工艺中最关键的一步,目前主流和高效的技术是近空间升华

A. 近空间升华

  • 原理: 将CdTe源材料(粉末或烧结块)加热至高温(约600°C),使其升华,并在正上方温度略低(约500°C)的基板上冷凝沉积。源与基板的距离很近(通常几毫米到几厘米),故名“近空间”。

  • 技术优势:

    • 高沉积速率: 可达数µm/min,非常适合大规模工业生产。

    • 薄膜质量优异: 沉积的CdTe薄膜晶粒大、结晶性好,这是获得高效率电池的关键。

    • 材料利用率高: 升华区域集中,材料损失少。

  • 挑战:

    • 对源和基板的平行度、温度控制精度要求极高。

    • 设备相对复杂,维护要求高。

B. 磁控溅射

  • 靶材: CdTe化合物靶。

  • 工艺气体: 纯氩气。

  • 技术优势:

    • 均匀性极佳: 非常适合制备大面积、非常均匀的薄膜。

    • 工艺温和: 基板温度相对较低。

    • 与TCO镀膜设备兼容性好,易于集成。

  • 挑战:

    • 沉积速率慢: 远低于CSS。

    • 薄膜结晶质量通常不如CSS法制备的薄膜,需要后续高温退火来改善,这会增加工艺复杂度。

    • 化合物靶材制备成本较高。

结论: 对于追求高效率和大规模生产的碲化镉太阳能电池制造商,近空间升华是首选和主流技术。磁控溅射更多用于研究或特定结构的器件。

3. 背接触层与背电极镀膜

在CdTe吸收层沉积并经过CdCl₂退火处理后,需要制备背接触。

  • 背接触层:

    • 材料: Sb₂Te₃, ZnTe:Cu 等。目的是在CdTe(高功函数)和金属电极之间形成一个渐变过渡,降低接触电阻。

    • PVD技术: 磁控溅射(使用化合物靶或共溅射)或 热蒸发。磁控溅射更易于控制合金或掺杂成分。

  • 背电极:

    • 材料: 金属,如Ni, Al, Au等。

    • PVD技术: 热蒸发。因为:

      • 工艺简单,成本低。

      • 对下面已经完成的半导体层损伤小(蒸发粒子能量低)。

      • 沉积速率快。

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