專利名稱：碲鋅鎘/銅銦鎵硒疊層太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及疊層太陽能電池，具體是指碲鋅鎘和銅銦鎵硒疊層太陽能電池。
背景技術(shù)：
目前如何尋求新材料、新結(jié)構(gòu)來改善太陽能電池的光伏性能參數(shù)是困擾光伏工作者的最大難題之一。在對傳統(tǒng)太陽電池研究的基礎(chǔ)上，疊層太陽電池的研究備受光伏界的
關(guān)注。 為了最大程度地有效利用更寬廣波長范圍內(nèi)的太陽光能量，太陽光譜可以被分成連續(xù)的若干部分，用能量寬度與這些部分有最好匹配的材料做成電池，并按能隙從大到小的順序從外向里疊合起來，讓波長最短的光被最外邊的寬帶隙材料電池利用，波長較長的光能夠透射進(jìn)去讓較窄能隙材料電池利用，這樣就有可能最大限度地將太陽光能轉(zhuǎn)換成電能，具有這種結(jié)構(gòu)的太陽能電池稱為疊層電池。疊層太陽能電池的設(shè)計(jì)難題在于要尋找兩種晶格匹配良好的半導(dǎo)體材料，其禁帶寬度將引起高效率的能量轉(zhuǎn)換。此外，在理想的情況下，電池導(dǎo)帶的最上層應(yīng)該有與底層價(jià)帶大約相同的能量，這使得頂端半導(dǎo)體的電子被太陽光激發(fā)后能夠很容易的從導(dǎo)帶進(jìn)入底部半導(dǎo)體晶格的孔(價(jià)帶)，電子在價(jià)帶上又被不同波長的太陽光激發(fā)。這樣一來，兩部分的電池一起工作，像兩個(gè)串聯(lián)的蓄電池，并且總功率與兩個(gè)電池的功率總和相等。但是，如果在接合處價(jià)帶和導(dǎo)帶沒有被正確的匹配，當(dāng)電子流過時(shí)就會(huì)因?yàn)橛纱水a(chǎn)生的電阻造成功率損耗。例如，高效率的GaAs/Ge疊層電池早在1987年就制備出來了，結(jié)果證明由于電流不匹配而不能應(yīng)用。另外就是實(shí)際應(yīng)用中疊層電池的穩(wěn)定性問題。碲鋅鎘(CdhZnxTe)薄膜太陽能電池是在襯底上沉積多層薄膜而構(gòu)成的光伏器件。碲鋅鎘薄膜太陽能電池一般結(jié)構(gòu)包括玻璃襯底，在玻璃襯底上依次沉積有透明導(dǎo)電前電極、n型CdS窗口層、p型碲鋅鎘吸收層、背電極。這種結(jié)構(gòu)的碲鋅鎘薄膜太陽能電池對光的吸收利用率不高。太陽光從外界依次經(jīng)過玻璃襯底、透明導(dǎo)電前電極、n型CdS窗口層，最后才到達(dá)碲鋅鎘吸收層。受各層光透射率等因素的影響，部分光能被以上各層反射和散射回外界，或被衰減轉(zhuǎn)換成熱。同時(shí)，由于碲鋅鎘吸收層很薄，有部分光沒完全被吸收而透過吸收層。美國可再生能源實(shí)驗(yàn)室計(jì)算發(fā)現(xiàn)，疊層太陽能電池頂電池和底電池最佳的禁帶寬度分別為I. 7eV和I. leV。碲鋅鎘的禁帶寬度隨x值可在I. 45eV到2. 46eV間連續(xù)可調(diào)。而銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池的禁帶寬度為I. leV，而且具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率和良好的抗輻射性能，是非常適合做疊層電池的底電池的材料之一。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決傳統(tǒng)疊層太陽能電池面臨的晶格匹配等問題，以及碲鋅鎘吸收層對太陽光的不完全吸收。本發(fā)明的目的在于提出一種在透明襯底的二面分別生長碲鋅鎘和銅銦鎵硒太陽能電池，構(gòu)成一種碲鋅鎘和銅銦鎵硒疊層太陽能電池。
本發(fā)明的碲鋅鎘/銅銦鎵硒疊層太陽能電池，包括透明襯底，在透明襯底迎光面上沉積有一吸收偏向短波的高能太陽光的碲鋅鎘太陽能電池，在透明襯底背光面上沉積有一吸收偏向長波的低能太陽光的銅銦鎵硒太陽能電池。所述的碲鋅鎘太陽能電池，由在透明襯底迎光面上依次沉積的透明導(dǎo)電背電極、P型碲鋅鎘吸收層、n型CdS窗口層、透明導(dǎo)電前電極構(gòu)成。所述的銅銦鎵硒太陽能電池，由在透明襯底背光面上依次沉積的透明導(dǎo)電前電極、n型CdS窗口層、P型銅銦鎵硒吸收層、背電極構(gòu)成。所述的透明襯底為透明玻璃、透明聚酰亞胺、透明塑料中的任一種。所述的透明導(dǎo)電層為ITO、Sn02:F、Zn0:Al中的任一種。所述的背電極為Mo、Cu/Au、Cu/Ni、Al/Ni中的任一種。本發(fā)明采用在透明襯底的雙面制備碲鋅鎘和銅銦鎵硒疊層太陽能電池，不僅可以提高光能的利用率和光電轉(zhuǎn)換效率，而且解決了傳統(tǒng)疊層電池存在的晶格匹配等問題。同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡單、工藝簡便、應(yīng)用范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明的碲鋅鎘/銅銦鎵硒疊層太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面給出本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并結(jié)合附圖做詳細(xì)說明。見圖1，本發(fā)明的碲鋅鎘/銅銦鎵硒疊層太陽能電池，包括透明襯底1，在透明襯底I的迎光面上依次沉積透明導(dǎo)電背電極2，p型碲鋅鎘吸收層3，n型CdS窗口層4，透明導(dǎo)電前電極5，構(gòu)成碲鋅鎘太陽能電池。在透明襯底I的背光面上依次沉積透明導(dǎo)電前電極6，n型CdS窗口層7，p型銅銦鎵硒吸收層8，背電極9，構(gòu)成銅銦鎵硒太陽能電池。其制備過程如下首先，在透明襯底I的兩面，分別濺射沉積厚度為200 800納米的透明導(dǎo)電背電極2和前電極6，材料為IT0、Sn02:F、Zn0:Al中的任一種。其中透明襯底為透明玻璃、透明聚酰亞胺、透明塑料中的任一種。在背電極層2上磁控濺射p型碲鋅鎘吸收層3，厚度為500 2000納米。采用射頻濺射方法在p型碲鋅鎘吸收層3上沉積n型CdS窗口層4，厚度為50 100納米。在制備好n型CdS窗口層4后，將其放置在快速退火爐中進(jìn)行退火。退火溫度在200 400°C，退火時(shí)間40 120分鐘。退火結(jié)束后，在n型CdS窗口層4上沉積100 400納米的透明導(dǎo)電前電極5。在透明導(dǎo)電前電極6上磁控濺射厚度為50 100納米的n型CdS窗口層7。采用共蒸發(fā)法，即用Cu、In、Ga、Se進(jìn)行反應(yīng)蒸發(fā)，在n型CdS窗口層7上沉積銅銦鎵硒吸收層8，厚度為1000 2000納米。蒸發(fā)時(shí)，襯底溫度控制在300 500°C。在銅銦鎵硒吸收層8上沉積背電極9，厚度10 30納米，材料為Mo、Cu/Au、Cu/Ni、Al/Ni中的任一種。
權(quán)利要求
1.一種碲鋅鎘/銅銦鎵硒疊層太陽能電池，包括透明襯底(I)，其特征在于在透明襯底迎光面上沉積有一吸收偏向短波的高能太陽光的碲鋅鎘太陽能電池，在透明襯底背光面上沉積有一吸收偏向長波的低能太陽光的銅銦鎵硒太陽能電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的一種碲鋅鎘/銅銦鎵硒疊層太陽能電池，其特征在于所述的碲鋅鎘太陽能電池，由在透明襯底(I)的迎光面上依次沉積的透明導(dǎo)電背電極(2)、p型碲鋅鎘吸收層(3)、n型CdS窗口層(4)、透明導(dǎo)電前電極(5)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的一種碲鋅鎘/銅銦鎵硒疊層太陽能電池，其特征在于所述的銅銦鎵硒太陽能電池，由在透明襯底(I)的背光面上依次沉積的透明導(dǎo)電前電極(6)、11型013窗口層(7)、p型銅銦鎵硒吸收層(8)、背電極(9)構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碲鋅鎘/銅銦鎵硒疊層太陽能電池，在透明襯底的兩面分別沉積寬帶隙的碲鋅鎘太陽能電池和窄帶隙的銅銦鎵硒太陽能電池。這種碲鋅鎘/銅銦鎵硒疊層太陽能電池結(jié)構(gòu)不僅大大擴(kuò)展了對太陽光譜的吸收范圍，最大程度地提高了太陽光能的利用，提高了光電轉(zhuǎn)換效率，而且還解決了傳統(tǒng)疊層太陽能電池存在的晶格匹配等問題。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、工藝簡便、應(yīng)用范圍廣泛。
文檔編號H01L31/0725GK102646746SQ201210091689
公開日2012年8月22日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者曹鴻, 王善力, 褚君浩 申請人:上海太陽能電池研究與發(fā)展中心