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由碲和鎘構(gòu)成的Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體材料。其晶體結(jié)構(gòu)為閃鋅礦型，具有直接躍遷型能帶結(jié)構(gòu)。具有閃鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)0.6481nm，熔點(diǎn) 1092℃，密度5.766g/cm3，禁帶寬度 1.5eV(25℃)，能帶構(gòu)造為直接型，電子遷移率(25℃) 1050cm2/(V·s)，空穴遷移率(25℃) 80cm2/(V·s)，電子有效質(zhì)量0.096，電阻率103～ 107Ω·cm。以高純碲和鎘為原料，脫氧后合成碲化鎘，再用垂直定向結(jié)晶法或垂直區(qū)熔法生長(zhǎng)成單晶或多晶。單晶用于制作紅外電光調(diào)制器、紅外探測(cè)器、紅外透鏡和窗口、常溫γ射線探測(cè)器、太陽能電池及接近可見光區(qū)的發(fā)光器件等。
多晶合成 ：
用純度為99.9999%的碲和鎘按元素質(zhì)量比1：1稱量，并將料裝入涂碳石英管內(nèi)，在真空度小于4×10-4Pa下進(jìn)行物料脫氧，再在真空度小于2×10-4Pa下密封石英管。然后將密封好的石英管放入合成爐內(nèi)進(jìn)行多晶合成。為防止合成時(shí)鎘的迅速蒸發(fā)引起炸管，升溫必須緩慢進(jìn)行，因?yàn)樵陧诨k的熔點(diǎn)，鎘的蒸氣壓為1MPa。當(dāng)溫度升至800℃時(shí)恒溫4h，然后緩慢升溫到1100℃，整個(gè)合成時(shí)間為14h。
單晶生長(zhǎng)：
合成好的多晶料可用垂直布里支曼法，碲熔劑法、氣相升華法、高壓融體生長(zhǎng)法等生長(zhǎng)單晶。生長(zhǎng)速度分別為2mm/h、3mm/h、0.2mm/h、5mm/h。垂直布里支曼法是現(xiàn)在常用于生長(zhǎng)碲化鎘單晶的方法，其生長(zhǎng)示意圖如圖所示。
碲化鎘用于制備一種碲化鎘太陽能電池：
CdTe太陽能電池最大的理論轉(zhuǎn)換效率約為30％，而僅僅數(shù)微米厚度的CdTe薄膜便可以吸收90％以上的入射光子。因此，這也使得用以制備電池的材料成 本得以下降。在2015年，美國(guó)First Solar公司制備的CdTe薄膜太陽能電池的實(shí)驗(yàn)室效率和 組件效率分別達(dá)到了21.5％和18.6％，這也使得CdTe薄膜太陽能電池?zé)o論在研究領(lǐng)域還是 商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域都充滿著熱點(diǎn)。但由于CdTe的高電子親和能(4.5eV)以及高阻性(104～106)，導(dǎo)致沒有高功函數(shù)金屬可以與之形成較好的歐姆接觸或者是0高度的肖特基勢(shì)壘，因此增 加了接觸電阻。在傳統(tǒng)的碲化鎘電池中，銅Cu的引入可以降低肖特基勢(shì)壘，但是它的使用也伴隨著CdTe穩(wěn)定性的問題，主要表現(xiàn)在：(1)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，Cu會(huì)向著電池內(nèi)部進(jìn)行擴(kuò)散， 然后慢慢的便在背電極處留下了Cu耗盡區(qū)域；(2)Cu的擴(kuò)散也同時(shí)導(dǎo)致了CdS/CdTe異質(zhì)結(jié)的破壞，并且形成了Cu相關(guān)的復(fù)合中心。碳納米管具有優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)性能，有文章曾經(jīng)報(bào)道通過低成本的噴涂技術(shù)，半導(dǎo)體性的碳納米管可以應(yīng)用在硅太陽能電池器件做接觸電極使用，并且取得了一定的進(jìn)展。碳納米管SWNT這一層具備很好的熱穩(wěn)定性，對(duì)單壁碳納米管薄膜作CdTe電池的背 電極的電池做加速老化實(shí)驗(yàn)，沒有發(fā)現(xiàn)電池像銅Cu摻雜做背電極那樣出現(xiàn)效率減退，而且，用單壁碳納米管做背電極還能降低電池的制作成本。
CN201710801094.6提供一種碲化鎘太陽能電池制備方法及碲化鎘太陽能電池，使碳納米管層具備很好的熱穩(wěn)定性，從而電池不會(huì)像銅Cu摻雜做背電極那樣出現(xiàn)效率減退，延長(zhǎng)使用壽命。一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種碲化鎘太陽能電池制備方法，所述方法包括：在摻氟的二氧化錫FTO導(dǎo)電玻璃上沉積一層硫化鎘CdS薄膜；在硫化鎘CdS薄膜上沉積一層碲化鎘CdTe薄膜；在氯化鎘CdCl2氣氛中，對(duì)碲化鎘CdTe薄膜進(jìn)行退火處理；在碲化鎘CdTe薄膜上旋涂碳納米管的混合溶液，再在干空氣中退火形成碳納米管薄膜；在碳納米管薄膜上沉積金屬電極。另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種碲化鎘太陽能電池，所述碲化鎘太陽能電池包括：摻氟的二氧化錫FTO導(dǎo)電玻璃；硫化鎘CdS薄膜，沉積在摻氟的二氧化錫FTO導(dǎo)電玻璃上；碲化鎘CdTe薄膜，沉積在硫化鎘CdS薄膜上；碳納米管薄膜，沉積在碲化鎘CdTe薄膜上；金屬電極，沉積在碳納米管薄膜上。上述技術(shù)方案具有如下有益效果：用碳納米管薄膜替代銅Cu作為背電極材料，由于碳納米管的功函數(shù)通常在4.5eV～5.0eV，從而可以降低與碲化鎘CdTe薄膜的肖特基勢(shì)壘，優(yōu)化背電極的接觸，進(jìn)一步提高了碲化鎘CdTe電池的光電轉(zhuǎn)換效率，由于碳納米管層具備很好的熱穩(wěn)定性，從而電池不會(huì)像銅Cu摻雜做背電極那樣出現(xiàn)效率減退，延長(zhǎng)使用壽命；利用旋涂的方法制備碳納米管薄膜，制備方法簡(jiǎn)單，降低制造成本。
[1] 現(xiàn)代材料科學(xué)與工程辭典
[2] CN201710801094.6 一種碲化鎘太陽能電池制備方法及碲化鎘太陽能電池
[3] 中國(guó)冶金百科全書·金屬材料