碲化镉靶材制备及镀膜工艺研究

【摘要】CdTe禁带宽度为1.46eV,光谱响应与太阳光谱十分吻合,光吸收系数高达10-5cm-1,理论光电转换效率达到29%,是公认高效、廉洁的薄膜太阳能电池吸收材料。随着CdTe薄膜太阳能电池技术的发展,高效、适用于大面积的溅射镀膜工艺逐渐成为CdTe薄膜制备的主要方法,国内外对溅射镀膜工艺进行了大量的研究。溅射靶材作为镀膜的原材料,对薄膜的性能起着决定性的作用。出于技术保密,各国对该产品制备技术却鲜见报道。因此CdTe靶材的制备技术研究,对国内CdTe靶材及CdTe薄膜太阳能电池产业化发展有着重要的意义。本文以真空熔炼后CdTe块材为原料,经破碎至300μm后,使用球磨机研磨CdTe粉体。通过研究研磨气氛、研磨时间对CdTe粉体粒度、纯度、物相结构、显微形貌的影响确立了CdTe粉体最佳研磨时间为10h,获得的粉体粒度在3-4μm,杂质元素含量在75ppm以下的高纯CdTe粉体。以制备的CdTe粉体为原料,设计正交实验,采用热压烧结技术制备CdTe靶材。利用阿基米德排水法、XRD、SEM、ICP-MS等分析手段对CdTe靶材的致密度、相结构、组织形貌、纯度等性能进行表征。通过对正交实验结果进行极差分析,影响CdTe靶材致密度因素的工艺参数主次顺序为：保温时间、烧结温度、烧结压力；方差分析结果表明,在560℃-580℃温度范围内,保温时间、压力的改变对靶材密度的影响显著,烧结温度的改变对其影响微小。确定了热压制备CdTe靶材最优工艺参数：烧结温度580℃、保温时间60min、烧结压力33MPa。在最优工艺条件下制备CdTe靶材,靶材致密度达到99.4%,通过对靶材断面形貌进行观察,发现其晶粒尺寸比较均匀,靶材致密度非常好,仅含有微量封闭气孔。分别以致密度97.7%的靶材和最优工艺条件下制备的致密度99.4%的靶材为溅射源,利用射频磁控溅射法沉积CdTe薄膜。通过对比薄膜的沉积速率、物相结构、光吸收系数、电阻率,发现致密度99.4%的CdTe靶材制备的薄膜各方面性能均要优于致密度97.7%靶材制备的薄膜。分别将沉积的非晶态CdTe薄膜在150℃、250℃、350℃真空退火1个小时,发现薄膜由非晶态结构转变为面心立方结构,且随着退火温度的升高薄膜电阻率急剧下降。通过本文研究,建立了CdTe薄膜太阳能电池用靶材的热压制备工艺,采用射频溅射镀膜实验对靶材及其所得薄膜的性能进行考察,结果显示所制备的靶材可以满足制备薄膜太阳电池吸收材料的需要,为该材料的工业化生产和使用提供了研究基础。
【作者】李思钦；
【导师】储茂友；
【作者基本信息】北京有色金属研究总院，有色金属冶金，2014，硕士
【关键词】薄膜太阳能电池材料；CdTe靶材；热压制备技术；

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