本發(fā)明涉及太陽能電池領(lǐng)域，具體涉及一種電沉積裝置及其電沉積方法。

背景技術(shù)：

太陽能電池又稱為“太陽能芯片”或光電池，是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。其中，以光電效應(yīng)工作的薄膜太陽能電池為主。

一般，薄膜太陽能電池迎向太陽光朝上放置，從下往上依次主要包括下封裝層、某底層、背電極層、背接觸層、吸收層、窗口層、上接觸層和上封裝層等。中國專利cn101807622a公開了一種制備碲化鎘薄膜太陽能電池組件的方法，其包括如下步驟：

首先，在透明導(dǎo)電薄膜玻璃上沉積cds薄膜獲得"glass/tco/cds";

然后，在"glass/tco/cds"上沉積cdte薄膜獲得"glass/tco/cds/cdte";

然后，對"glass/tco/cds/cdte"進(jìn)行含氯化鎘氣氛下的熱處理；

然后，使用激光刻劃熱處理后的"glass/tco/cds/cdte",刻劃掉"tco/cds/cdte"

后進(jìn)行化學(xué)腐蝕使碲化鎘表面富碲；

然后，在"glass/tco/cds/cdte"上刻劃掉"tco/cds/cdte"的刻痕上填注低溫固化膠；

然后，沉積背接觸層，然后進(jìn)行背接觸層熱處理；

然后使用激光在tco/cds/cdte刻痕附近刻刻劃掉cds/cdte/背接觸層；

然后，沉積金屬背電極層，然后使用激光刻劃掉tco/cds/cdte刻痕和cds/cdte/背接觸層刻痕附近的cds/cdte/背接觸層／金屬背電極。

上述制備太陽能電池組件的方法中，沉積cdte的步驟是物理干法，例如近空間升華、濺射、真空蒸發(fā)等。物理干法通常要求在真空和/或者高溫的環(huán)境進(jìn)行，對設(shè)備的要求很高，而且對鎘元素和碲元素的材料浪費(fèi)嚴(yán)重。從設(shè)備投入角度和環(huán)境保護(hù)角度來說，上述制備cdte薄膜太陽能電池組件的方法制造成本很高。

為了解決上述技術(shù)問題，美國專利文獻(xiàn)us2011/0290641al公開了一種快速電化學(xué)沉積法生產(chǎn)太陽能電池的裝置和方法，美國專利文獻(xiàn)us2012/0043215a1公開了另一種一種電化學(xué)沉積法生產(chǎn)太陽能電池的裝置和方法。這些電化學(xué)沉積法通常使用水作為溶劑，不需要真空和/或者高溫環(huán)境，含鎘元素和碲元素的溶液可以循環(huán)利用，大大降低了電化學(xué)沉積法制備cdte薄膜太陽能電池組件的制造成本。在電化學(xué)沉積過程中，“glass/tco/cds”陰極上發(fā)生的主要電化學(xué)反應(yīng)為：

cd2++hteo2++3h++6e-àcdte+2h2o；

對電極陽極上發(fā)生的主要電化學(xué)反應(yīng)為：

2h2oào2+4h++4e-；

在電化學(xué)沉積過程中，為了降低表面能以便讓電化學(xué)沉積得到的cdte和“glass/tco/cds”有更好的接觸，電化學(xué)沉積溶液中通常加入表面活性劑，這些表面活性劑通常是有機(jī)物，會(huì)在陽極表面上被氧化。表面活性劑氧化這個(gè)副反應(yīng)有如下負(fù)面效果：1、降低了表面活性劑的有效濃度；2、副反應(yīng)產(chǎn)物繼續(xù)停留在溶液中，對溶液造成污染。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于上述兩個(gè)負(fù)面效果，循環(huán)利用含鎘元素和碲元素的電化學(xué)沉積溶液會(huì)導(dǎo)致太陽能電池組件效率逐漸下降，因此含鎘元素和碲元素的電化學(xué)沉積溶液無法無限循環(huán)利用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電沉積裝置及其電沉積方法，解決現(xiàn)有化學(xué)沉積法技術(shù)中因表面活性劑在對電極表面被氧化而造成的電化學(xué)沉積溶液無法無限循環(huán)利用的技術(shù)問題，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本和環(huán)境污染治理成本。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

提供一種電沉積裝置，包括陰極、陽極和電沉積槽，所述電沉積裝置還包括離子交換膜，所述離子交換膜的下端及兩側(cè)分別與電沉積槽的底壁及側(cè)壁對應(yīng)密封連接，將電沉積槽分為陰極溶液槽和陽極溶液槽，所述陰極溶液槽內(nèi)設(shè)有陰極電沉積液，所述陽極溶液槽內(nèi)設(shè)有陽極電沉積液，所述陰極位于所述陰極電沉積液中，所述陽極位于所述陽極電沉積液中。

離子交換膜是一種含離子基團(tuán)的、對溶液里的離子具有選擇透過能力的高分子膜。離子交換膜可分為陽離子交換膜，可以交換陽離子，例如質(zhì)子、鈉離子等，和陰離子交換膜，可以交換陰離子，例如氯離子，氟離子等。常見的離子交換膜均有商業(yè)產(chǎn)品，例如nafion。本發(fā)明的陽極溶液槽和陰極溶液槽之間設(shè)置了離子交換膜，使得陽極電沉積液和陰極電沉積液這兩部分溶液無法自由交換，只有離子交換膜選擇的特定離子可以交換，從而使陽極電沉積液和陰極電沉積液可以根據(jù)需要選擇不同的液體，沒有必要選擇相同的液體，以節(jié)約成本。

優(yōu)選的，所述陰極電沉積液和所述陽極電沉積液相同，均為酸性碲化鎘電沉積溶液或堿性碲化鎘電沉積溶液，所述酸性碲化鎘電沉積溶液的ph值為1-2，所述堿性碲化鎘電沉積溶液的ph值為10-11。

所述酸性碲化鎘電沉積溶液的成分為：水，硫酸鎘，二氧化碲，硫酸，鹽酸，表面活性劑和其他添加劑；所述堿性碲化鎘電沉積溶液的成分為：水，硫酸鎘，二氧化碲，氨水，氯化銨，表面活性劑和其他添加劑。表面活性劑可以是任何增加浸潤度的化學(xué)物質(zhì)，比如聚乙二醇烷基醚、十二烷基硫酸鈉等；浸潤指液體與固體發(fā)生接觸時(shí)，液體附著在固體表面或滲透到固體內(nèi)部的現(xiàn)象。對于電沉積來說，良好的浸潤能保證沒有電沉積產(chǎn)品沒有缺陷或者小孔；其他添加劑可以是任何能改變電沉積碲化鎘產(chǎn)品性質(zhì)的化學(xué)物質(zhì)，比如二氧化硒，在碲化鎘電沉積溶液加入適量二氧化硒，可以產(chǎn)出有硒參雜的碲化鎘，此產(chǎn)品在紅外段能有更多吸收，即改變了電沉積碲化鎘的產(chǎn)品性質(zhì)。

在電化學(xué)沉積過程中，為了降低表面能以便讓電化學(xué)沉積得到的cdte和“glass/tco/cds”有更好的接觸，電化學(xué)沉積溶液中通常加入表面活性劑，這些表面活性劑通常是有機(jī)物，會(huì)在陽極表面上被氧化。本發(fā)明雖然陽極和陰極采用相同的電沉積液，但由于離子交換膜的存在，兩部分電沉積液無法自由交換，避免了陰極部分溶液中的表面活性劑被陽極電化學(xué)反應(yīng)消耗的情況，使陰極溶液中的表面活性劑的濃度不會(huì)下降；陽極電沉積液中的表面活性劑被電化學(xué)氧化所產(chǎn)生的產(chǎn)物也不會(huì)進(jìn)入陰極電沉積液中，避免了電沉積產(chǎn)品被污染從而使太陽能電池組件效率逐漸下降的情況。

優(yōu)選的，所述陰極電沉積液為酸性碲化鎘電沉積溶液，所述陽極電沉積液為ph值與所述酸性碲化鎘電沉積溶液相等的酸溶液，且所述酸溶液中的氫離子有效濃度等于酸性碲化鎘電沉積溶液中的氫離子有效濃度。

陽極電沉積液可以是硫酸、鹽酸等的酸溶液，只要滿足其氫離子有效濃度等于酸性碲化鎘電沉積溶液中的氫離子有效濃度，其ph值與酸性碲化鎘電沉積溶液的ph值相等即可，若氫離子有效濃度不相等就會(huì)存在氫離子濃度梯度，氫離子會(huì)自發(fā)的從高濃度側(cè)向低濃度側(cè)移動(dòng)，最終還是會(huì)相等的。

優(yōu)選的，所述陰極電沉積液為堿性碲化鎘電沉積溶液，所述陽極電沉積液為ph值與所述堿性碲化鎘電沉積溶液相等的堿溶液，且所述堿溶液中的氯離子有效濃度等于堿性碲化鎘電沉積溶液中的氯離子有效濃度。

本發(fā)明中，由于在陰極電沉積液和陽極電沉積液之間設(shè)置了離子交換膜，因此，陰極電沉積液和陽極電沉積液的成分可以不同，陽極電沉積液中可以不含有電沉積的有效物質(zhì)，例如不含鎘元素和碲元素，從而降低成本。

本發(fā)明還提供一種電沉積方法，應(yīng)用于上述的電沉積裝置，所述方法按照如下步驟進(jìn)行：

s101：分別在陽極溶液槽和陰極溶液槽中注入陽極電沉積液和陰極電沉積液，并將預(yù)先準(zhǔn)備好陽極和陰極物質(zhì)放入陽極電沉積液和陰極電沉積液中；

s102：在陽極和陰極之間通入直流電壓，開始電沉積。

本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以包含以下有益效果：

本發(fā)明提供一種電沉積裝置及其電沉積法方法，所述電沉積裝置包括陰極、陽極和電沉積槽，所述電沉積裝置還包括離子交換膜，所述離子交換膜的下端及兩側(cè)分別與電沉積槽的底壁及側(cè)壁對應(yīng)密封連接將電沉積槽分為陰極溶液槽和陽極溶液槽，所述陰極溶液槽內(nèi)設(shè)有陰極電沉積液，所述陽極溶液槽內(nèi)設(shè)有陽極電沉積液，所述陰極位于所述陰極電沉積液中，所述陽極位于所述陽極電沉積液。本發(fā)明在陰極溶液和陽極溶液之間設(shè)置離子交換膜，兩部分溶液無法自由交換，只有離子交換膜選擇的特定離子可以交換，來構(gòu)成電子離子回路；陰極部分溶液中的表面活性劑不會(huì)被陽極電化學(xué)反應(yīng)消耗，使陰極溶液中的表面活性劑的濃度不會(huì)下降；陽極部分溶液中的表面活性劑被電化學(xué)氧化所產(chǎn)生的產(chǎn)物不會(huì)進(jìn)入陰極部分溶液，不會(huì)污染電沉積產(chǎn)品使太陽能電池組件效率逐漸下降；陽極部分溶液還可以不含有電沉積的有效物質(zhì)，例如不含鎘元素和碲元素，進(jìn)一步降低成本。

附圖說明

為了更清楚的說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單介紹，顯而易見的，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電沉積槽的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中所示：1-電沉積槽、2-陽極、3-離子交換膜、4-陰極、5-陰極溶液槽、6-陽極溶液槽。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案,下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種電沉積方法，所述方法按照如下步驟進(jìn)行：

s101：分別在陽極溶液槽6和陰極溶液槽5中注入陽極電沉積液和陰極電沉積液，并將預(yù)先準(zhǔn)備好陽極2和陰極4放入陽極電沉積液和陰極電沉積液中；

s102：在陽極2和陰極4之間通入直流電壓，開始電沉積。

下述實(shí)施例中的電沉積過程均以本發(fā)明實(shí)施例提供的電沉積方法為基礎(chǔ)。

參見圖1，所示為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電沉積裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

由圖1可知，所述電沉積裝置，包括陰極4、陽極2和電沉積槽1，所述電沉積裝置還包括離子交換膜3，所述離子交換膜3的下端及兩側(cè)分別與電沉積槽1的底壁及側(cè)壁對應(yīng)密封連接，將電沉積槽1分為陰極溶液槽5和陽極溶液槽6，所述陰極溶液槽5內(nèi)設(shè)有陰極電沉積液，所述陽極溶液槽6內(nèi)設(shè)有陽極電沉積液，所述陰極4位于所述陰極電沉積液中，所述陽極2位于所述陽極電沉積液中。

實(shí)施例1

本實(shí)施例中采用cds覆蓋的tco玻璃“glass/tco/cds”作為陰極4，采用以二氧化鈦為主，其它成分為二氧化釕的復(fù)合金屬氧化物作為陽極2，離子交換膜2采用質(zhì)子交換膜nafion115，使用時(shí)，分別在陽極溶液槽6和陰極溶液槽5內(nèi)注入ph值為1.3的酸性碲化鎘電沉積溶液，在陰極4和陽極2之間通入直流工作電壓，開始在陰極4上沉積cdte，直至glass/tco/cds/cdte上的cdte層達(dá)到預(yù)期厚度，然后更換新的陰極4進(jìn)行電沉積。

本實(shí)施例中，質(zhì)子交換膜nafion115的厚度是127微米，電導(dǎo)率是0.10西門子/厘米。所述的酸性碲化鎘電沉積溶液的成分為水，硫酸鎘，二氧化碲，硫酸，鹽酸，表面活性劑和其他添加劑；表面活性劑為聚乙二醇烷基醚，其他添加劑為二氧化硒；本實(shí)施例中的陽極溶液槽6和陰極溶液槽5中的酸性碲化鎘電沉積溶液為靜止的。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，電沉積溶液也可以是流動(dòng)的，其流動(dòng)的實(shí)現(xiàn)形式可以是：陽極溶液槽6上設(shè)置有陽極電沉積液入口和出口，陽極電沉積液的入口和出口分別連通陽極電沉積液液源，且連通管路上設(shè)置傳送泵，通過傳送泵將陽極電沉積液送至陽極溶液槽中，陽極電沉積液從入口流入，出口流出，實(shí)現(xiàn)陽極電沉積液的流動(dòng)；同理，陰極電沉積液的流動(dòng)方式與上述相同。流動(dòng)的電沉積溶液可以提高物質(zhì)傳遞速率從而提高電沉積速率。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供的電沉積裝置及其電沉積方法中，與實(shí)施例1的唯一不同之處在于，陽極溶液槽6不是注入酸性碲化鎘電沉積溶液，而是硫酸溶液，硫酸溶液的ph值為1.3，且硫酸溶液中的氫離子的有效濃度等于酸性碲化鎘電沉積溶液中的氫離子濃度。這樣，陽極電沉積液中就不含有鎘元素和碲元素，可以減少鎘元素和碲元素的使用量，減少其對環(huán)境的影響。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供的電沉積裝置及其電沉積方法中，與實(shí)施例1的唯一不同之處在于，分別在陽極溶液槽6和陰極溶液槽5內(nèi)注入的酸性碲化鎘電沉積溶液的ph值為1。

實(shí)施例4

本實(shí)施例提供的電沉積裝置及其電沉積方法中，與實(shí)施例1的唯一不同之處在于，分別在陽極溶液槽6和陰極溶液槽5內(nèi)注入的酸性碲化鎘電沉積溶液的ph值為2。

實(shí)施例5

本實(shí)施例提供的電沉積裝置及其電沉積方法中，與實(shí)施例2的唯一不同之處在于，陽極溶液槽6不是注入酸性碲化鎘電沉積溶液，而是鹽酸溶液。

實(shí)施例6

本實(shí)施例中，采用硫化鎘覆蓋的tco玻璃“glass/tco/cds”作為陰極4，采用以二氧化鈦為主，其它組分為二氧化鉭的復(fù)合金屬氧化物作為陽極2，離子交換膜2使用氯離子交換膜，使用時(shí)，分別在陽極溶液槽6和陰極溶液槽5內(nèi)注入ph值為10.3的堿性碲化鎘電沉積溶液，在陰極4和陽極2之間通入直流工作電壓，開始在陰極4上沉積cdte，直至glass/tco/cds/cdte上的cdte層達(dá)到預(yù)期厚度，然后更換新的陰極4進(jìn)行電沉積。

本實(shí)施例中，堿性碲化鎘電沉積溶液的成分為水，硫酸鎘，二氧化碲，氨水，氯化銨，表面活性劑和其他添加劑；表面活性劑為十二烷基硫酸鈉，其他添加劑采用二氧化硒。

實(shí)施例7

本實(shí)施例提供的電沉積裝置及其電沉積方法中，與實(shí)施例3的唯一不同之處在于，陽極溶液槽6不是注入堿性碲化鎘電沉積溶液，而是注入ph值為10的氨水，且氨水中的氯離子的有效濃度等于堿性碲化鎘電沉積溶液中的氯離子的有效濃度。這樣，陽極電沉積液中就不含有鎘元素和碲元素，可以減少鎘元素和碲元素的使用量，減少其對環(huán)境的影響。

實(shí)施例8

本實(shí)施例提供的電沉積裝置及其電沉積方法中，與實(shí)施例5的唯一不同之處在于，分別在陽極溶液槽6和陰極溶液槽5內(nèi)注入的堿性碲化鎘電沉積溶液的ph值為10。

實(shí)施例9

本實(shí)施例提供的電沉積裝置及其電沉積方法中，與實(shí)施例5的不同之處在于，采用以二氧化鈦為主，其它組分為二氧化銥的復(fù)合金屬氧化物作為陽極2，并且，分別在陽極溶液槽6和陰極溶液槽5內(nèi)注入的堿性碲化鎘電沉積溶液的ph值為11。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，陰極材料中還可以用其他材料例如氧化硫化鎘或者鎂參雜氧化鋅等來取代硫化鎘來作為窗口層材料，陰極材料是“glass/tco/窗口層”；陽極材料可以使用任何不會(huì)損耗的導(dǎo)電物體。

上述實(shí)施例1至實(shí)施例4中，實(shí)施例1中當(dāng)陰極和陽極部分均為酸性碲化鎘電沉積溶液的時(shí)候，薄膜太陽能模組效率最高。因此，實(shí)施例1為最佳實(shí)施例方式。

當(dāng)然，上述說明也并不僅限于上述舉例，本發(fā)明未經(jīng)描述的技術(shù)特征可以通過或采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，在此不再贅述；以上實(shí)施例及附圖僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案并非是對本發(fā)明的限制，參照優(yōu)選的實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換都不脫離本發(fā)明的宗旨，也應(yīng)屬于本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍。