專利名稱：一種柔性碲化鎘薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所屬領(lǐng)域為新能源。
二背景技術(shù)：
能源是人類社會存在的基礎(chǔ)。社會的發(fā)展又會消耗大量的化石能源， 其消耗速度成幾何級數(shù)增加。人類社會的可持續(xù)發(fā)展，要求有可持續(xù)的 能源供給。目前生產(chǎn)出的清潔能源，遠不能滿足工業(yè)生產(chǎn)和人們?nèi)粘Ｉ?活的需要。 一方面現(xiàn)代社會耐以生存、大量使用的化石能源是不可再生 的資源，在不遠的將來耗盡；另一方面，傳統(tǒng)化石能源開采、給環(huán)境帶 來難以恢復(fù)的破壞，排放出大量溫室效應(yīng)氣體和二氧化硫等污染環(huán)境的 氣體。大力發(fā)展環(huán)境友好的可再生能源，成為保障人類社會持續(xù)發(fā)展的 必然選擇。
在各種可再生能源中，太陽能不受地域和時間限制，是最有前景的 一種可再生能源。大力發(fā)展太陽電池，直接將光能轉(zhuǎn)化為電能是規(guī)模使用 太陽能的有效途徑。目前銷售的太陽電池片及組件價格非常高，由這些組 件形成的太陽電池發(fā)電裝置，其發(fā)電成本是常規(guī)水電、火電的十倍以上。 如何提高太陽電池轉(zhuǎn)換效率，降低太陽電池生產(chǎn)成本，從而增加光伏發(fā)電 的競爭力，是各國政府面臨的巨大挑戰(zhàn)和機會。
在全球銷售太陽電池組件中，70Q/^以上是晶硅電池。晶硅太陽電池 存在如下缺點(1)硅材料的熔煉、提純均采用高耗能工藝，因此硅太 陽電池組件的成本降低空間有限；(2)晶硅太陽電池只能做成剛性襯底 組件，質(zhì)量比功率小于100瓦/公斤，不能充分滿足建筑物集成和便攜式 電源的需求。薄膜太陽電池具有生產(chǎn)規(guī)模大，原材料需求少，生產(chǎn)成本 低等優(yōu)點，是未來太陽電池的發(fā)展方向。
在目前已經(jīng)商業(yè)化或正在商業(yè)化的薄膜太陽電池中，碲化鎘薄膜太陽 電池的成本是最低的，為1.12美元/瓦。專家預(yù)計在5年內(nèi)，還可以進一 步降低到0.5美元/瓦。此時，碲化鎘太陽電池的發(fā)電成本可以與常規(guī)的水 電、火電相競爭。碲化鎘的電子親和勢為4.6eV，其功函數(shù)高于5.36eV。常規(guī)廉價金 屬如銀、鎳的功函數(shù)都較低，直接用于碲化鎘薄膜將會形成肖特基結(jié)， 該結(jié)的自建電場與碲化鎘/硫化鎘主結(jié)內(nèi)建電場方向相反，將阻礙空穴從 主結(jié)向背電極的運動，從而大幅度降低了器件的轉(zhuǎn)換效率。
為了使得金屬電極層與碲化鎘有良好歐姆接觸，通常是在金屬背電 極層與碲化鎘層之間增加一層過渡層，修飾金屬背電極層與碲化鎘之間 的功函數(shù)差。常用的過渡層有摻銅碲化鋅、CihTe、 Sb2Te3、摻銅石墨層等。 不同的研究小組往往采用不同的背接觸材料。這些背接觸材料均能夠制 備出了轉(zhuǎn)換效率高于14%的器件。為了降低碲化鎘太陽電池的成本，擴 大電池的應(yīng)用范圍，碲化鎘太陽電池柔性化將是未來發(fā)展方向之一。柔 性碲化鎘電池面臨的難題之一是如何解決柔性金屬背電極與碲化鎘薄膜 歐姆接觸，即尋找一種柔性材料，要求具有良好的柔性和導(dǎo)電性，有利 于P載流子傳輸。
石墨烯是指在一定工藝條件制備得到的單層石墨。石墨烯的電子遷 移率高達15000cmW.S (美國馬里蘭大學實驗結(jié)果，50K 500K)，而且， 其電子遷移率隨溫度變化小。石墨烯具有優(yōu)異的力學性能，能夠進行大 角度彎曲。石墨烯用作碲化鎘薄膜太陽電池的背電極過渡層，可有效提 高載流子收集效率，提高電池的短路電流。
三
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改進柔性碲化鎘電池結(jié)構(gòu)，獲得轉(zhuǎn)換效率更高、成本 更低的柔性碲化鎘薄膜太陽電池。
發(fā)明的內(nèi)容為使用由石墨烯構(gòu)成的超薄層，作為碲化鎘薄膜太陽電
池背電極過渡層，電池結(jié)構(gòu)為"透明導(dǎo)電薄膜(ITO)/n-CdS/p-CdTe/石墨烯 /高分子薄膜"。
四具體實施例方式
實施例選一塊結(jié)晶石墨，對表面進行研磨使其平整性，用丙酮去除 表面的有機污染物，用去離子水反復(fù)沖洗去除顆粒污染物。將處理后的結(jié)
晶石墨放入一個容器中，加入乙酸乙烯脂，超聲震蕩30分鐘。用表面涂膠水的聚酰亞胺薄膜，輕輕貼在結(jié)晶石墨表面，沿平行于石墨表面方向撕下 聚酰亞胺薄膜，該工藝使得聚酰亞胺薄膜表面附著一層石墨烯。采用涂覆
方法在石墨烯表面涂摻雜石墨膏，厚度3~4微米。采用濺射方法在摻雜石 墨膏表面沉積碲化鎘薄膜，厚度3、5微米。將完成該過程的薄膜放入CdCl2 溶液中，其中溶劑為乙醇，CdCl2濃度0. lmo1/1，時間1~2分鐘。把薄膜放 入退火爐中進行惰性氣體保護退火(3S0。C， 30分鐘)。在退火后的碲化鎘 薄膜表面濺射沉積CdS，厚度O. l微米。在CdS薄膜表面濺射沉積IT0，厚 度0.3微米。完成以上所述過程后，將薄膜表面一小部分沉積物去掉，露 出石墨烯，焊上銦電極。在ITO表面焊上銦電極。從兩個銦電極引出電極 線，構(gòu)成柔性碲化鎘太陽電池。
權(quán)利要求
1.一種柔性碲化鎘薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)，其特征是在帶膠聚酰亞胺上粘附一層石墨烯，用濺射方法在石墨烯上沉積碲化鎘，然后進行CdCl2退火，用濺射方法沉積硫化鎘和ITO，在ITO層和石墨烯上焊銦并引出連接導(dǎo)線。
2. 如權(quán)利要求1所述的柔性碲化鎘薄膜電池結(jié)構(gòu)，其石墨烯層的 獲得是將化學清洗過的結(jié)晶石墨，放入乙酸乙烯脂中超聲震蕩 30分鐘，帶膠聚酰亞胺輕輕貼在結(jié)晶石墨表面，沿平行于石墨 表面方向，撕下聚酰亞胺薄膜。
3. 如權(quán)利要求1所述的柔性碲化鎘薄膜電池結(jié)構(gòu)，其碲化鎘退火 過程是，將薄膜放入CdCl2溶液中，其中溶劑為乙醇，CdCl2濃 度0. lmo1/1，時間1~2分鐘。薄膜放入退火爐中進行惰性氣體保 護退火(380°C， 30分鐘)。
全文摘要
一種柔性碲化鎘薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)，本項發(fā)明所屬領(lǐng)域為新型能源。為了降低碲化鎘太陽電池的成本，擴大電池的應(yīng)用范圍，柔性碲化鎘太陽電池將是未來發(fā)展方向之一。柔性碲化鎘電池面臨的難題之一是如何解決金屬背電極與碲化鎘薄膜歐姆接觸，即尋找一種材料，加入到金屬電極與碲化鎘薄膜之間，有利于p載流子傳輸。本發(fā)明是采用石墨烯作為碲化鎘層與金屬電極層的過渡層，充分利用石墨烯載流子傳輸速度高、力學性能好的特點。將結(jié)晶石墨進行化學清洗，用帶膠的聚酰亞胺薄膜剝離石墨，使得一層石墨烯粘附于聚酰亞胺表面。在此基礎(chǔ)上再濺射沉積碲化鎘，惰性氣體保護下CdCl₂退火，濺射沉積硫化鎘和ITO薄膜。制作出的柔性碲化鎘薄膜電池具有重量輕、成本低的優(yōu)點。
文檔編號H01L31/18GK101299443SQ20081004471
公開日2008年11月5日 申請日期2008年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月17日
發(fā)明者馮良桓, 張靜全, 衛(wèi) 李, 武莉莉, 蔡亞平, 智 雷, 兵 黎 申請人:四川大學