一种用于修复碲化镉薄膜砂眼的碳基复合浆料及其应用

1.本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种用于修复碲化镉薄膜砂眼的碳基复合浆料及其应用。

背景技术：

2.碲化镉薄膜为多晶结构，在制备过程中，在晶粒间界处容易出现空隙或间隙。一方面，当碲化镉薄膜厚度减薄时，这些空隙将直接贯穿薄膜，形成砂眼，导致整个器件短路。另外一方面，随着碲化镉薄膜厚度的增加，这些空隙有被后续沉积的碲化镉填充消失的可能，但随着后续沉积碲化镉的过程推进，这些空隙扩大并互连而相应地增加，导致薄膜内部出现砂眼，甚至出现贯穿整个厚度的缺陷，在后期制作电极时，极易出现漏电通道，严重影响电池的旁路电阻，降低电池的填充因子，最终降低电池的光电转换效率。
3.针对以上问题，可以通过改进薄膜沉积技术或工艺来解决，比如采用磁控溅射或者外延的方式，或者将碲化镉薄膜做的非常厚(大于8微米)，最大可能地获得致密均匀的薄膜。但这些方法沉积速率低、薄膜结晶质量差，不能有效地弥补碲化镉薄膜砂眼，导致电池成品率较低、制造成本较高。

技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种用于修复碲化镉薄膜砂眼的碳基复合浆料及其应用。解决了现有技术不能有效地弥补碲化镉薄膜砂眼或缺陷，导致电池成品率较低、制造成本较高的问题。
5.为了达到上述目的，本发明提供了一种用于修复碲化镉薄膜砂眼的碳基化合物半导体复合浆料，该复合浆料包含以下质量份数的组分：5～20份碳粉、5～20份碲化镉粉、10～20份有机粘接剂、5～20份表面活性剂、1～5份触变剂、5～10份分散剂；所述的碳粉的纯度大于99.999％，所述的碲化镉粉的纯度大于99.999％；所述的复合浆料的电阻率与待修复的碲化镉薄膜的电阻率相一致。
6.由于碳粉和碲化镉粉末在后期固化时不能被气化带走，最终将留在碲化镉薄膜内部及表面，作为半导体材料的添加物，因此碳粉和碲化镉粉末的纯度的保证非常关键。
7.所述的碳粉的粒径为5nm～30nm；所述的碲化镉粉的粒径为5nm～20nm。
8.碳粉的粒径为5nm～30nm，碲化镉粉的粒径为5nm～20nm，这样才能发挥填充料的作用。粒径过大，无法进入碲化镉薄膜的空隙，导致粉体只能停留在薄膜表面，不利于后续工艺的完成；粒径越小越好，但是小于5nm的颗粒一方面制作很困难，另外一方面分散很困难，容易形成团簇，反而不利于进入碲化镉薄膜的空隙。
9.本发明提供了一种如所述的复合浆料修复碲化镉薄膜砂眼的方法，该方法包含：
10.(1)将有机粘接剂、表面活性剂、触变剂和分散剂进行混合得到溶浆，将碳粉和碲化镉粉加入溶浆混合，分散，得到碳基化合物半导体复合浆料；
11.(2)将步骤(1)制得的碳基化合物半导体复合浆料均匀旋涂在碲化镉薄膜上，先于
60～100℃保温，然后在180～220℃保温，最后升温至350～400℃保温，并在升温至350～400℃的过程中动态抽真空，所述动态抽真空过程为：重复抽出气体和充入惰性气体过程，以排除固化过程挥发的气体，同时保持惰性气体氛围，避免半导体薄膜造受到污染。
12.优选地，所述的所述的动态抽真空是先利用机械泵将固化箱内的气体抽至1pa，然后在固化箱内充入纯度为99.999％的氮气，使箱体气压达到10kpa，然后利用机械泵将氮气抽出，使得箱体内气压达到1pa，再充入纯度为99.999％的氮气，使箱体气压达到10kpa；重复若干次(三次以上)后，待箱体内气压为1pa时升温，升温过程中，纯度为99.999％的氮气持续充入箱体的同时，机械泵处于抽气状态，使箱内气压一直为1pa。
13.优选地，于60～100℃保温的时间为10分钟，为了排除水汽，实现浆料半固化。
14.优选地，在180～220℃保温的时间为20分钟，为了排除有机溶剂、粘接剂、活性剂、触变剂和分散剂等物质。
15.优选地，升温至350～400℃保温的时间为30分钟，以保证浆料中的碲化镉粉末充分地在碲化镉薄膜中扩散并填充，实现碲化镉薄膜砂眼的填塞修复。
16.优选地，所述的旋涂的转速为100～2000转/分钟。旋涂机转速与浆料流动性关联，在相同的流动性下，转速太低旋涂不均匀，转速太高，容易甩出去。
17.本发明提供了一种如所述的用于修复碲化镉薄膜砂眼的碳基化合物半导体复合浆料在修复碲化镉薄膜砂眼中的应用。
18.本发明的一种用于修复碲化镉薄膜砂眼的碳基复合浆料及其应用，解决了现有技术不能有效地弥补碲化镉薄膜砂眼或缺陷，导致电池成品率较低、制造成本较高的问题，具有以下优点：
19.1、本发明全面考察了在太阳电池中和碲化镉薄膜直接接触的材料体系及其特性，在调研并分析充当砂眼填料的材料特性的可行性基础上，采用电阻率与碲化镉薄膜相当(碲化镉薄膜的电阻率约为108ω
·
cm，若本发明浆料的电阻率小于碲化镉的电阻率太多，可能会导致短路)、颗粒大小可调且具有一定流动性的碳基化合物半导体复合浆料对碲化镉薄膜在制备过程中形成的砂眼进行有效地填充并修复，以减少太阳电池的漏电通道，提高电池成品率，降低生产成本。
20.2、本发明简单易行，在修复碲化镉薄膜砂眼的过程中采用旋涂法，可以形成中间层，有利于碲化镉薄膜与后序工艺中制备的背接触层之间获得良好的附着力。
附图说明
21.图1为使用本发明实施例1制备的复合浆料修复碲化镉薄膜后的剖面示意图，其中，a为本发明实施例1制备的复合浆料，b为碲化镉薄膜，c为碲化镉沉积时的衬底。
具体实施方式
22.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.本发明以下实施例中使用的药品和试剂以及相应的处理：
24.1、碳粉是由凯亚达公司提供，粒径为100nm，纯度大于99.999％；碳粉，经过球磨机反复球磨，并过筛得到超细粒径5nm～30nm的粉体。
25.2、碲化镉粉末由凯亚达公司提供，粒径为100nm左右，纯度大于99.999％；碲化镉粉末经过球磨机反复球磨，并过筛得到超细粒径5nm～20nm的粉体。
26.3、有机粘接剂以丙烯酸树脂为主，分析纯，成都市科隆化学品有限公司。
27.4、表面活性剂以山梨糖醇酐三油酸酯(司班85)为主，s105180，购置成都鼎胜时代科技有限公司。
28.5、触变剂以蓖麻油为主，分析纯，购置成都市科龙化工试剂厂。
29.6、分散剂以月桂酸为主，分析纯，购置成都市科龙化工试剂厂。
30.实施例1
31.一种用于修复碲化镉薄膜砂眼的碳基化合物半导体复合浆料，其包含以下质量份数的组分：5份碳粉(粒径为5nm)、5份碲化镉粉(粒径为5nm)、10份有机粘接剂、5份表面活性剂、1份触变剂和5份分散剂。
32.上述碳基化合物半导体复合浆料用于修复碲化镉薄膜砂眼的方法包括：
33.(1)将10份的有机粘接剂、5份的表面活性剂、1份的触变剂和5份的分散剂进行混合得到溶浆，将5份的碳粉和5份的碲化镉粉加入溶浆混合，置于超声液中分散，得到用于碲化镉薄膜砂眼修复的碳基化合物半导体复合浆料；
34.(2)采用旋涂法将步骤(1)制得的碳基化合物半导体复合浆料均匀旋涂在碲化镉薄膜上(旋涂机转速与浆料流动性关联，旋涂机的转速为100～2000转/分钟)，将旋涂有复合浆料的碲化镉薄膜置于干燥箱内，首先在80℃保温10分钟，待浆料半固化，然后在200℃保温20分钟，排除有机物，最后升温至350℃真空环境保温30分钟，以保证浆料中的碲化镉粉末充分地在碲化镉薄膜中扩散并填充，实现碲化镉薄膜砂眼的填塞修复。
35.真空环境为动态呼吸式实现，即首先利用机械泵将固化箱内的气体抽至1pa，然后在固化箱内充纯度为99.999％的氮气，使箱体气压达到10kpa，然后利用机械泵将氮气抽出，使得箱体内气压达到1pa；然后再充入纯度为99.999％的氮气，使箱体气压达到10kpa，然后利用机械泵将氮气抽出，使得箱体内气压达到1pa；重复三次以上过程，待箱体内气压达到1pa时，开始升温。升温过程中，确保纯度为99.999％氮气以一定流量充入箱体，并确保机械泵一直处于抽气状态，以维持固化箱内气压一直为1pa。
36.实施例2
37.一种用于修复碲化镉薄膜砂眼的碳基化合物半导体复合浆料，其包含以下质量份数的组分：10份碳粉(粒径为10nm)、10份碲化镉粉(粒径为10nm)、10份有机粘接剂、5份表面活性剂、1份触变剂和5份分散剂。
38.上述碳基化合物半导体复合浆料用于修复碲化镉薄膜砂眼的方法与实施例1的过程基本相同，区别在于：
39.在步骤(1)中碳粉与碲化镉粉的质量份数均为10份。
40.在步骤(2)中将旋涂有复合浆料的碲化镉薄膜置于干燥箱内，首先在60℃保温10分钟，待浆料半固化，然后在180℃保温20分钟，排除有机物，最后升温至350℃真空环境保温30分钟，以保证浆料中的碲化镉粉末充分地在碲化镉薄膜中扩散并填充，实现碲化镉薄膜砂眼的填塞修复。
41.实施例3
42.一种用于修复碲化镉薄膜砂眼的碳基化合物半导体复合浆料，其包含以下质量份数的组分：20份碳粉(粒径为10nm)、20份碲化镉粉(粒径为10nm)、20份有机粘接剂、20份表面活性剂、5份触变剂和10份分散剂。
43.上述碳基化合物半导体复合浆料用于修复碲化镉薄膜砂眼的方法与实施例1的过程基本相同，区别在于：
44.在步骤(1)中有机粘接剂、碳粉、表面活性剂与碲化镉粉的质量份数均为20份，触变剂的质量份数为5份，分散剂的质量份数为10份；
45.在步骤(2)中将旋涂有复合浆料的碲化镉薄膜置于干燥箱内，首先在100℃保温10分钟，待浆料半固化，然后在220℃保温20分钟，排除有机物，最后升温至400℃真空环境保温30分钟，以保证浆料中的碲化镉粉末充分地在碲化镉薄膜中扩散并填充，实现碲化镉薄膜砂眼的填塞修复。
46.实施例4
47.一种用于修复碲化镉薄膜砂眼的碳基化合物半导体复合浆料，其组分与实施例3基本相同，区别在于：
48.碳粉的粒径为30nm，碲化镉粉的粒径为20nm。
49.上述碳基化合物半导体复合浆料用于修复碲化镉薄膜砂眼的方法与实施例1的过程基本相同，区别在于：
50.在步骤(1)中，碳粉的粒径为30nm，碲化镉粉的粒径为20nm。
51.如图1所述，使用本发明实施例1～4制备的复合浆料修复碲化镉薄膜后的剖面示意图，其中，a为碲化镉沉积时的衬底，b为碲化镉薄膜，c为本发明实施例1～4制备的浆料。
52.实验例1本发明实施例1～4制备的浆料性能测试
53.本实验的过程就是制作太阳电池的过程，性能测试结果就是电池效率测试的结果。本实验设置实验组与对照组。实验组的具体操作如下：在厚度为150nm的透明导电薄膜(ito)上采用化学水浴法沉积厚度为100nm的硫化镉薄膜，然后采用近空间升华法沉积厚度为2～6微米碲化镉薄膜，经本发明实施例1～4制备的浆料填充后，对碲化镉薄膜进行380℃半小时空气气氛的氯化镉退火处理，然后用浓度为2
‰
的溴甲醇溶液腐蚀4～6秒、采用真空热蒸发技术沉积厚度为100nm的znte：cu背接触层、采用电子束蒸发技术沉积厚度为150nm的金电极，最后采用瞬态iv特性仪器测试电池光电转换效率。对照组未使用本发明实施例1～4制备的浆料，其他条件与实验组一样。
54.实验结果如下：
55.对照组未使用本发明实施例1～4制备的浆料制得16个太阳电池，由于砂眼等缺陷的存在，有6～8个电池出现短路。
56.实验组使用本发明实施例1～4制备的浆料后制得16个太阳能电池，只有1～2个电池出现短路，短路的电池数量大幅降低，并且光电转换效率均得到了明显提升。
57.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

技术特征：

1.一种用于修复碲化镉薄膜砂眼的碳基化合物半导体复合浆料，其特征在于，该复合浆料包含以下质量份数的组分：所述的碳粉的粒径为5nm～30nm，纯度大于99.999％；所述的碲化镉粉的粒径为5nm～20nm，纯度大于99.999％；所述的复合浆料的电阻率与待修复的碲化镉薄膜的电阻率相一致。2.根据权利要求1所述的用于修复碲化镉薄膜砂眼的碳基化合物半导体复合浆料，其特征在于，所述的有机粘接剂的成分为丙烯酸树脂；所述的表面活性剂的成分为山梨糖醇酐三油酸酯；所述的触变剂的成分为蓖麻油；所述的分散剂的成分为月桂酸。3.一种如权利要求1或2所述的复合浆料修复碲化镉薄膜砂眼的方法，其特征在于，该方法包含：(1)将有机粘接剂、表面活性剂、触变剂和分散剂进行混合得到溶浆，将碳粉和碲化镉粉加入溶浆混合，分散，得到碳基化合物半导体复合浆料；(2)将步骤(1)制得的碳基化合物半导体复合浆料均匀旋涂在碲化镉薄膜上，先于60～100℃保温，然后在180～220℃保温，最后升温至350～400℃保温，并在升温至350～400℃的过程中动态抽真空，所述动态抽真空过程为：重复抽出气体和充入惰性气体过程，以排除固化过程挥发的气体，同时保持惰性气体氛围。4.根据权利要求3所述的复合浆料修复碲化镉薄膜砂眼的方法，其特征在于，所述的动态抽真空是先利用机械泵将固化箱内的气体抽至1pa，然后在固化箱内充入纯度为99.999％的氮气，使箱体气压达到10kpa，然后利用机械泵将氮气抽出，使得箱体内气压达到1pa，再充入纯度为99.999％的氮气，使箱体气压达到10kpa；重复若干次后，待箱体内气压为1pa时升温，升温过程中，纯度为99.999％的氮气持续充入箱体的同时，机械泵处于抽气状态，使箱内气压一直为1pa。5.根据权利要求3所述的复合浆料修复碲化镉薄膜砂眼的方法，其特征在于，于60～100℃保温的时间为10分钟。6.根据权利要求3所述的复合浆料修复碲化镉薄膜砂眼的方法，其特征在于，在180～220℃保温的时间为20分钟。7.根据权利要求3所述的复合浆料修复碲化镉薄膜砂眼的方法，其特征在于，升温至350～400℃保温的时间为30分钟。8.根据权利要求3所述的复合浆料修复碲化镉薄膜砂眼的方法，其特征在于，所述的旋涂的转速为100～2000转/分钟。9.一种如权利要求1-2中任意一项所述的用于修复碲化镉薄膜砂眼的碳基化合物半导
体复合浆料在修复碲化镉薄膜砂眼中的应用。

技术总结

本发明公开了一种用于修复碲化镉薄膜砂眼的碳基复合浆料及其应用，该复合浆料包含以下质量份数的组分：5～20份碳粉、5～20份碲化镉粉、10～20份有机粘接剂、5～20份表面活性剂、1～5份触变剂、5～10份分散剂；所述的碳粉的粒径为5nm～30nm；所述的碲化镉粉的粒径为5nm～20nm。本发明解决了现有技术不能有效地弥补碲化镉薄膜砂眼或缺陷，导致电池成品率较低、制造成本较高的问题。本发明的复合浆料能够有效地填充并修复砂眼，提高太阳电池成品率，降低生产成本。本发明简单易行，采用旋涂法形成中间层，有利于碲化镉薄膜与后序工艺中制备的背接触层之间获得良好的附着力。备的背接触层之间获得良好的附着力。备的背接触层之间获得良好的附着力。