專利名稱：具有漸變帶隙結(jié)構(gòu)的碲鋅鎘薄膜太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜太陽能電池，特別是指一種具有漸變帶隙結(jié)構(gòu)的碲鋅鎘 (CdhZnxTe)薄膜太陽能電池。
背景技術(shù)：
太陽能電池是將光能直接轉(zhuǎn)化成電能的器件，若想獲得高的轉(zhuǎn)換效率，應(yīng)充分考慮電池光吸收與太陽光譜的匹配，一般條件下吸收材料的禁帶寬度為1.45eV左右最佳。 CdTe的禁帶寬度為1.45eV，且為直接躍遷型材料，在禁帶寬度附近吸收系數(shù)急劇增加，厚度為Ium的薄膜，足以吸收大于CdTe禁帶能量的輻射能量的99%以上，因此CdTe可以做的很薄。然而，由于P型CdTe與背電極之間難以形成良好的歐姆接觸，已成為發(fā)展這類電池急需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。1993年，Doty等人第一次生長出了高質(zhì)量的Cc^xZnxTe晶體。因CcUZnxTe晶體的禁帶寬度可隨組分X變化而變化、優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度、高的電阻率、好的光敏特性和電荷傳輸特性等而得到廣泛應(yīng)用。用Zn取代閃鋅礦結(jié)構(gòu)CdTe晶格中的部分Cd，形成三元化合物 Cd1^xZnxTe, Zn的加入并不顯著影響材料的晶體結(jié)構(gòu)。CdhZnxTe可以被看作兩種二元化合物ZnTe和CdTe的固熔體，改變CdhZnxTe中Zn的含量，即χ值，一些重要的物理性質(zhì)可以在預(yù)想的范圍內(nèi)變化。如它的晶格常數(shù)隨χ值在0. 61004 0. 64829nm間線性改變；其禁帶寬度隨χ值在1. 45eV到2. 26eV間連續(xù)可調(diào)。如果在沉積三元合金CdhZnxTe過程中，合理控制χ值隨薄膜厚度的變化，制備具有漸變帶隙結(jié)構(gòu)的CdhZnxTe多晶薄膜并將其作為光吸收材料，就有可能制作出高光電轉(zhuǎn)化效率的太陽電池。中國專利CN 101276854A提出的Cd^ZriJe薄膜是漸變帶隙結(jié)構(gòu)的，該帶隙呈三角形結(jié)構(gòu)，這種漸變帶隙結(jié)構(gòu)雖然可以用來拓寬太陽能電池的響應(yīng)波段，解決與背電極層的歐姆接觸問題，但由于接近太陽光輻射光譜峰值的最佳禁帶寬度為1.45eV，這種三角形結(jié)構(gòu)的禁帶寬度不能對(duì)太陽光輻射光譜峰值范圍內(nèi)的太陽光充分吸收，從而會(huì)降低電池的短路電流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種具有漸變帶隙結(jié)構(gòu)的，能充分吸收太陽峰值光譜的 Cd1^xZnxTe薄膜太陽能電池。本發(fā)明的具有漸變帶隙結(jié)構(gòu)的薄膜太陽能電池包括玻璃襯底，在玻璃襯底上依次沉積有透明導(dǎo)電氧化物前電極層、η型CdS窗口層、ρ型CdhZnxTe吸收層、背電極層。所說的ρ型CdhZnxTe吸收層為一個(gè)在η型CdS窗口層上依次沉積的第一區(qū)域 CdhZnxTe吸收層、第二區(qū)域CdhZnxTe吸收層和第三區(qū)域CdhZnxTe吸收層。所說的第一區(qū)域CdhZnxTe吸收層為漸變帶隙結(jié)構(gòu)，其組分χ值從CdS窗口層沿厚度方向由1線性漸變到0，該吸收層的厚度為500-1800納米。這一區(qū)域的CdhZnxTe多晶薄膜的禁帶寬度從2. 26eV緩慢漸變到1. 45eV,大大擴(kuò)展了太陽光譜的吸收范圍，并在與CdS窗口層接觸的邊界處產(chǎn)生了一個(gè)有助于增強(qiáng)光生載流子分離與收集的內(nèi)建電場，進(jìn)而提高電池的開路電壓。所說的第二區(qū)域CdhZnxTe吸收層的組分χ等于0，也就是說第二區(qū)域?yàn)镃dTe薄膜層，厚度為100-500納米。CdTe是II - VI族化合物，是直接帶隙材料，其帶隙為1. 45eV， 它的光譜響應(yīng)與太陽光譜十分吻合，并且它的性能穩(wěn)定，光吸收系數(shù)極大。這一 CdTe薄層主要用于增強(qiáng)對(duì)太陽光譜峰值范圍內(nèi)的太陽光的吸收，提高電池的短路電流。所說的第三區(qū)域CdhZnxTe吸收層為漸變帶隙結(jié)構(gòu)，其組分χ值從CdTe薄層上沿厚度方向由0線性漸變到1，該吸收層的厚度為5-100納米。該區(qū)域吸收層的帶隙隨X值變化而逐漸增大，在區(qū)域內(nèi)引起一個(gè)方向指向背表面的準(zhǔn)電場，該電場可以阻止電子靠近背表面，從而降低載流子的背表面復(fù)合速率。本發(fā)明結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于在大大擴(kuò)展太陽光譜吸收范圍的同時(shí)，充分增強(qiáng)了對(duì)太陽光譜峰值范圍內(nèi)太陽光的吸收，提高了電池的開路電壓和短路電流，從而大幅提高了太陽能電池的性能。


圖1為本發(fā)明的具有漸變帶隙結(jié)構(gòu)的CdhZnxTe薄膜太陽能電池的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的具有漸變帶隙結(jié)構(gòu)的CdhZnxTe薄膜太陽能電池吸收層的帶隙結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的說明。見圖1，具有漸變帶隙結(jié)構(gòu)的QVxZnxTe薄膜太陽能電池包括玻璃襯底1，在玻璃襯底1上依次沉積的透明導(dǎo)電氧化物前電極層2、η型CdS窗口層3、ρ型CcUZnxTe吸收層4、背電極層5。在玻璃襯底1上熱蒸發(fā)厚度為200 800納米的IT0、Sn02:F、Zn0:Al中的任一種透明導(dǎo)電氧化物前電極層2。在前電極層2上磁控濺射厚度為50 100納米的η型CdS窗口層3。ρ型CdhZnxTe吸收層4的三個(gè)區(qū)域采用雙靶位共濺射方法在η型CdS窗口層3上依次沉積，一個(gè)靶位是ZnTe，另一個(gè)靶位是CdTe，通過改變兩個(gè)靶的濺射功率來改變Zn的 χ值。先沉積第一區(qū)域CcUZnxTe吸收層4_1，厚度在500-1800納米，組分χ從1線性漸變到0 ；然后采用單靶位濺射法在第一區(qū)域CdhZnxTe吸收層4_1上沉積厚度為100-500納米的第二區(qū)域CdhZnxTe吸收層4-2，該吸收層的組分χ為0，也就是說該吸收層為CdTe薄膜層；接著再采用雙靶位共濺射方法在CdTe薄膜層上沉積厚度為5-100納米的組分χ從0線性漸變到1的第三區(qū)域CdhZnxTe吸收層4-3。把制備好的ρ型Cc^xZnxTe吸收層4放置在涂覆有CdCl2和ZnCl2顆粒層的石墨舟中，放入管式爐中進(jìn)行退火。退火溫度在400-520°C，退火時(shí)間20-40分鐘。退火后，用熱蒸發(fā)方法在CcUZnxTe吸收層4上依次沉積3_4納米的Cu和20_30 納米的Au背電極層5，便可制備出高光電轉(zhuǎn)換效率的具有漸變帶隙結(jié)構(gòu)的CdhZnxTe薄膜太陽能電池。
權(quán)利要求
1. 一種具有漸變帶隙結(jié)構(gòu)的碲鋅鎘薄膜太陽能電池，包括玻璃襯底(1)，在玻璃襯底 ⑴上依次沉積有透明導(dǎo)電氧化物前電極層⑵、η型CdS窗口層(3)、P型CdhZnxTe吸收層(4)、背電極層(5)，其特征在于所說的P型CdhZnxTe吸收層(4)為一個(gè)在η型CdS窗口層上依次排列的第一區(qū)域 Cd1^xZnxTe吸收層(4-1)、第二區(qū)域Cd^ZriJe吸收層(4-2)、第三區(qū)域Cd^ZriJe吸收層 (4-3)；所說的第一區(qū)域CdhZnxTe吸收層(4-1)為漸變帶隙結(jié)構(gòu)，其組分χ值從CdS窗口層上沿厚度方向由1線性漸變到0，該吸收層的厚度為500-1800納米；所說的第二區(qū)域CdhZnxTe吸收層(4-2)的組分χ等于0，也就是說第二區(qū)域?yàn)镃dTe 薄膜層，厚度為100-500納米；所說的第三區(qū)域CdhZnxTe吸收層(4-3)為漸變帶隙結(jié)構(gòu)，其組分χ值從CdTe薄層上沿厚度方向由0線性漸變到1，該吸收層的厚度為5-100納米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有漸變帶隙結(jié)構(gòu)的碲鋅鎘薄膜太陽能電池，包括玻璃襯底，在玻璃襯底上依次沉積有透明導(dǎo)電氧化物前電極層、n型CdS窗口層、p型Cd1-xZnxTe吸收層、背電極層。其中p型Cd1-xZnxTe吸收層由三個(gè)區(qū)域組成，中間區(qū)域的帶隙不變，主要是用來增強(qiáng)對(duì)太陽峰值光譜的吸收，兩側(cè)的二個(gè)區(qū)域是漸變帶隙結(jié)構(gòu)，用于拓寬太陽光譜的吸收范圍，這種結(jié)構(gòu)可以降低電池載流子的背表面復(fù)合速率，改善電池背電極的歐姆接觸，提高電池的開路電壓和短路電流，從而提高電池的性能。
文檔編號(hào)H01L31/0296GK102254966SQ20111017386
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月23日
發(fā)明者曹鴻, 江錦春, 王善力, 胡古今, 褚君浩 申請(qǐng)人:上海太陽能電池研究與發(fā)展中心