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圖3 碲化鎘薄膜太陽能電池組件集成結構示意圖
圖4 碲化鎘薄膜太陽能電池組件制備工藝流程圖
1． 集成技術
集成工藝對組件的轉換效率具有決定性的影響。實現集成的刻劃技術有機械刻劃、激光刻劃兩種。機械刻劃的刻劃速度比激光刻劃的慢得多，而且對于如碲化鎘等厚度到微米量級的較脆的薄膜，保證刻槽的平直無渣工藝難度較大。激光刻劃能夠獲得較窄的刻槽，寬度最低可到100微米。通常，使用基頻（1.064微米）YAG：Nd激光刻劃系統刻劃透明導電薄膜，使用倍頻（532nm）YAG：Nd激光刻劃系統刻劃硫化鎘/碲化鎘膜層和金屬背電極。激光刻劃系統有兩種，其一是移動樣品實現激光刻劃，其二是樣品固定激光頭移動實現激光刻劃。前者受微動臺的限制，刻劃速度只能達到300mm/Sec~500mm/Sec，后者的刻劃速度可高達3000mm/Sec以上。
刻痕形貌對串聯集成的電子學特性有極大影響。激光入射方向、激光模式、刻劃速度和Q開關調制頻率是決定刻痕形貌的主要參量。從玻璃面入射比從薄膜面入射更容易得到高質量的刻痕。圖5是分別用1064nm激光和532nm的激光刻劃CdS/CdTe薄膜后，用探針式表面輪廓分析儀測量的刻痕形貌。1064nm激光刻劃的刻槽邊緣有高達4微米的“脊狀峰”，這不利于后續沉積的背電極接觸層及金屬背電極與透明導電薄膜之間形成連續的具有良好歐姆特性的連接。
圖5 CdTe薄膜激光刻劃刻痕形貌
2． 碲化鎘薄膜的表面腐蝕技術
剛沉積的碲化鎘薄膜載流子濃度低，需要在含氧、氯的氣氛下進行380℃～450℃的熱處理。該工藝同時也促進CdS/CdTe的界面擴散，減少界面的格子失配程度和鈍化了薄膜的晶界勢壘。但該工藝在碲化鎘膜面形成了一高阻氧化層，可以用化學腐蝕或離子刻蝕去除CdTe膜面的高阻氧化層。
物理刻蝕技術廢料少，容易和其他工藝環節集成，但是不易獲得厚度在10nm～100nm的高質量富碲層，該層對于形成良好歐姆接觸特性的背電極是非常關鍵的。
化學腐蝕方法中，常用體積濃度為0.1%的溴甲醇溶液作為腐蝕液，腐蝕時間8～15秒。雖然使用該腐蝕工藝制備的小面積電池轉換效率高達16.5%，但是溴甲醇溶液在空氣中容易氧化，不適合工業化生產使用，需要發展更穩定的腐蝕液和速度慢的腐蝕工藝。使用磷酸-硝酸混合溶液可以獲得較好的腐蝕效果，典型溶液的體積濃度為（硝酸：磷酸：水）0.5：70：29.5，室溫下腐蝕時間為1分鐘。降低硝酸濃度和溫度可以進一步延長腐蝕。磷硝酸溶液沿晶界的擇優腐蝕較為嚴重，容易在沉積背電極后形成局部的短路漏電通道。使用硝酸-冰乙酸溶液可以進一步減輕晶體擇優腐蝕程度，獲得更好的膜面腐蝕效果。
圖6 不同溫度下使用硝酸-冰乙酸腐蝕后碲化鎘的XRD譜圖
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