图3 碲化镉薄膜太阳能电池组件集成结构示意图
图4 碲化镉薄膜太阳能电池组件制备工艺流程图
1． 集成技术
集成工艺对组件的转换效率具有决定性的影响。实现集成的刻划技术有机械刻划、激光刻划两种。机械刻划的刻划速度比激光刻划的慢得多，而且对于如碲化镉等厚度到微米量级的较脆的薄膜，保证刻槽的平直无渣工艺难度较大。激光刻划能够获得较窄的刻槽，宽度最低可到100微米。通常，使用基频（1.064微米）YAG：Nd激光刻划系统刻划透明导电薄膜，使用倍频（532nm）YAG：Nd激光刻划系统刻划硫化镉/碲化镉膜层和金属背电极。激光刻划系统有两种，其一是移动样品实现激光刻划，其二是样品固定激光头移动实现激光刻划。前者受微动台的限制，刻划速度只能达到300mm/Sec~500mm/Sec，后者的刻划速度可高达3000mm/Sec以上。
刻痕形貌对串联集成的电子学特性有极大影响。激光入射方向、激光模式、刻划速度和Q开关调制频率是决定刻痕形貌的主要参量。从玻璃面入射比从薄膜面入射更容易得到高质量的刻痕。图5是分别用1064nm激光和532nm的激光刻划CdS/CdTe薄膜后，用探针式表面轮廓分析仪测量的刻痕形貌。1064nm激光刻划的刻槽边缘有高达4微米的“脊状峰”，这不利于后续沉积的背电极接触层及金属背电极与透明导电薄膜之间形成连续的具有良好欧姆特性的连接。
2． 碲化镉薄膜的表面腐蚀技术
刚沉积的碲化镉薄膜载流子浓度低，需要在含氧、氯的气氛下进行380℃～450℃的热处理。该工艺同时也促进CdS/CdTe的界面扩散，减少界面的格子失配程度和钝化了薄膜的晶界势垒。但该工艺在碲化镉膜面形成了一高阻氧化层，可以用化学腐蚀或离子刻蚀去除CdTe膜面的高阻氧化层。
物理刻蚀技术废料少，容易和其他工艺环节集成，但是不易获得厚度在10nm～100nm的高质量富碲层，该层对于形成良好欧姆接触特性的背电极是非常关键的。
化学腐蚀方法中，常用体积浓度为0.1%的溴甲醇溶液作为腐蚀液，腐蚀时间8～15秒。虽然使用该腐蚀工艺制备的小面积电池转换效率高达16.5%，但是溴甲醇溶液在空气中容易氧化，不适合工业化生产使用，需要发展更稳定的腐蚀液和速度慢的腐蚀工艺。使用磷酸-硝酸混合溶液可以获得较好的腐蚀效果，典型溶液的体积浓度为（硝酸：磷酸：水）0.5：70：29.5，室温下腐蚀时间为1分钟。降低硝酸浓度和温度可以进一步延长腐蚀。磷硝酸溶液沿晶界的择优腐蚀较为严重，容易在沉积背电极后形成局部的短路漏电通道。使用硝酸-冰乙酸溶液可以进一步减轻晶体择优腐蚀程度，获得更好的膜面腐蚀效果。
前景展望
碲化镉薄膜太阳能电池正日益受到国内外的关注。全球最大的碲化镉太阳能电池制造商——美国First Solar公司正加速扩大产能，该公司正在德国建设年产量100MW的工厂，该工厂得到欧盟4000万欧元的投资。同时，First Solar还计划在美国本土和亚洲分别建设一个100MW的工厂。鉴于碲化镉薄膜太阳能电池的发展前景，日本计划再启动碲化镉薄膜太阳能电池的工业化生产技术研究，意大利和德国也在进行类似的工作。国内四川大学的碲化镉薄膜太阳能电池工业化生产技术研究进展顺利，将推动我国碲化镉薄膜太阳能电池的规模生产。
