[其他]富含鎘的Hg1-xCdxTe的薄層異質結光電池和Hg1-xCdxTe的電沉積法

無效

• 申請號: 85107575
• 申請日: 1985-10-17
• 公開（公告）號: CN85107575A
• 公開（公告）日: 1987-04-22
• 發明（設計）人: 布能特·M·巴索爾;埃里克·曾盛方;丹尼斯·羅仕好
• 申請（專利權）人: 索布奧商業發展公司;英國石油光電設備制造有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/06
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 劉元金,羅宏

本發明涉及利用富含Cd的Hg_1-xCdxTe作為可變帶隙材料的薄層光電池和具有可控化學計量（1-x）的，即具有可控的性能和光學性能的Hg_1-xCdxTe薄層的陰極電沉積。

在授予F.A.克羅格，R.L.羅德，和M.P.R.佩涅科的美國專利4400244號中專利所有者是（該專利已轉讓給莫諾索拉有限公司Monosolar，Inc），已經介紹了一般的CdTe電沉積過程。簡短地說，即在含有HTeO⁺₂陽離子和Cd²⁺陽離子的電解液中，通過電沉積，在導電的陰極表面形成一層碲化鎘復蓋層。在陰極，放電的HTeO⁺₂離子與Cd²⁺離子反應，同時形成CdTe沉積在陰極上。

在授予B.M。巴索爾，E.S.陳和R.L.羅德的美國專利4388483號中（受讓者為莫諾索拉有限公司），較具體地介紹了CdTe的電沉積條件，以及用這些薄層制造異質結太陽能電池的詳細工藝規程。簡略地說，即利用通常的沉積技術在一片玻璃等透明絕緣材料的一個表面上，制備-透明的導電薄層，如氧化錫或氧化銦錫（ITO）層。然后，電沉積一層半導體層如硫化鎘層。導電氧化物和硫化鎘的結合組成了不同于下一層沉積物碲化鎘層的n型寬帶隙半導體。然后，在250°-500℃之間熱處理這個多層結構，使CdTe薄層完全轉變成低電阻的P型半導體化合物。再在CdTe表面沉積一薄層導電層，如金層，便得到了光電池。光電池通過玻璃基片接收輻射，而n型半導體是用作寬帶隙窗。

熱處理Cd-Te可以使光電池的功率輸出提高60倍。可以相信，不經過熱處理，電沉積的Cd-Te是一種高電阻的n型材料，而硫化鎘便是電子到達Cd-Te薄層一個表面的注入觸點，而不是可調整觸點。當上層導電材料（例如金）沉積到Cd-Te薄層表面時，便得到了n-CdTe/Au肖特基勢壘。這是一種內在的低效率結構。如果經過熱處理（在沉積金之前），顯然由于產生電話性Cd空位，幾乎所有的Cd-Te都轉變成P型。這就使得勢壘從n-CdTe/Au界面向CdS/P-CdTe界面漂移，從而得到高效的異質結結構。

Hg₁-xCdxTe是一種十分重要的紅外線探測器材料，它的帶隙是化合物化學計量組成的函數，當X從0.17變到1.0時，它的帶隙從0變到1.5eV。

迄今為止，這種材料尚限于紅外應用方面。繼HgO·2₇₉Cd0.205Te探測器（對λ＝8-12μm波長靈敏）方面的早期工作，對適用于波長為1-3、3-5，和15-30微米范圍內的探測器結構進行了研究。所有這些用途都需要富含Hg的材料（x＜0.5）。已有的文獻資料還沒有關于富含Cd的碲化汞鎘應用于太陽能電池的成功的報道。

Hg₁-xCdxTe晶體的制備可以采用大家熟悉的工藝技術（如布里曼晶體生長法、區域熔煉和查克拉斯基法）。通過液相取向生長和蒸汽相取向生長可以實現外延生長，但是Hg₁-xCdxTe多晶薄層方面的工作，至今還開展得不多。基于對現有技術的這個看法，顯然，難于估價富含鎘的多晶Hg₁-xCdxTe應用于太陽能電池的潛力，這或許部分地是由于廉價地制備這種薄層和控制其化學計量這兩方面存在著困難。對已有的工藝技術的重新研究表明，還沒有一種廉價制造Hg₁-xCdxTe薄層的方法。Hg₁-xCdxTe帶隙控制的性質對于高效率疊層電池是至關重要的，在疊層電池中，兩個或更多個電池響應于太陽光譜的不同譜區。在薄層非晶體電池方面，對可變帶隙合金（如非晶體Si-Ge合金）已進行了廣泛的研究，這類合金適合于上層非晶硅電池。但是，直到本發明，才成功地發現了能夠廉價和可控制地產生和使用的可變帶隙多晶薄層。

本發明的目的是要證明富含Cd的Hg₁-xCdxTe薄層可應用于太陽能電池。通過本發明，能夠制造對太陽光譜的不同譜區靈敏的電池，因而有可能生產高效的疊層電池（串列電池）以及均勻或梯度帶隙的單結電池。

另一個目的是提供一種廉價的電沉積技術用來制造具有可控制的電性能和光學性能的Hg₁-xCdxTe薄層。

本發明還有一個目的是提供一種電鍍的特定成份，用它可以生產高效率的Hg₁-xCdTe和Cd-Te太陽電池。