專利名稱：背接觸層及將其制作在碲化鎘薄膜太陽能電池上的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜太陽能電池，具體涉及一種用于碲化鎘薄膜太陽能電池的背接觸層及將其制作在所述電池上的方法。
背景技術(shù)：
碲化鎘薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)如圖I所示，是在玻璃襯底I上依次沉積透明導(dǎo)電層2、高阻層3、硫化鎘4、碲化鎘5和背接觸層6。要制備高效的碲化鎘薄膜太陽能電池，改善電池的背接觸特性是關(guān)鍵。由于碲化鎘材料的功函數(shù)較高，達(dá)到5. 5eV，很難找到一種合適的具有更高功函數(shù)的金屬來與之形成歐姆接觸。歐姆接觸是指不產(chǎn)生明顯的附加阻抗，而且不會(huì)使半導(dǎo)體內(nèi) 的平衡載流子濃度發(fā)生顯著的改變。而P-CdTe存在自動(dòng)補(bǔ)償效應(yīng)，不易實(shí)現(xiàn)重?fù)诫s，不能通過量子隧道效應(yīng)實(shí)現(xiàn)歐姆接觸。目前，在CdTe和金屬背電極之間沉積過渡層可以實(shí)現(xiàn)p型重?fù)诫s背接觸層。ZnTe, Sb2Te3等被認(rèn)為是CdTe太陽電池的背接觸優(yōu)選材料，含Cu的ZnTe背接觸層能獲得性能很好的太陽電池，但是，Cu易向CdTe中擴(kuò)散，堵塞CdTe的漏電通道，導(dǎo)致太陽能電池不穩(wěn)定，解決此類問題的方法通常是在ZnTe = Cu層與CdTe層間引入本征ZnTe層；另外，ZnTe:Cu與金屬之間可能形成反向結(jié)，所以ZnTe: Cu層必須相對(duì)較薄。制作此類背接觸層的通常方法是在把經(jīng)過CdCl2熱退火處理后的碲化鎘層用酸腐蝕溶液(如溴甲醇溶液或磷酸和硝酸混合溶液)把其表面的氧化物腐蝕掉并產(chǎn)生一個(gè)富Te層，然后沉積ZnTe Cu/HgTe :Cu層和金屬層或者Sb2Te3層和金屬層。這種工藝對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)來說太復(fù)雜,并且產(chǎn)品性能各自具有如下不足以ZnTe Cu/HgTe :Cu層和金屬層作為背接觸層的碲化鎘薄膜太陽能電池初始轉(zhuǎn)換率較好，但其性能隨時(shí)間的衰減幅度較大，以Sb2Te3層和金屬層作為背接觸層的碲化鎘薄膜太陽能電池的初始效率較低，但較為穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是克服所述缺陷，提供一種可用于碲化鎘薄膜太陽能電池的背接觸層，用于碲化鎘薄膜太陽能電池能夠使CdTe的費(fèi)米能級(jí)與背電極匹配，獲得穩(wěn)定的歐姆接觸。本發(fā)明所述的背接觸層包括依次沉積的鑰層、鋁層和鉻層；所述結(jié)構(gòu)的背接觸層用于碲化鎘薄膜太陽能電池能夠使CdTe的費(fèi)米能級(jí)與背電極匹配，獲得穩(wěn)定的歐姆接觸，相比于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的碲化鎘薄膜太陽能電池背接觸層而言，其結(jié)構(gòu)更為簡單，成本更低，現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)薄膜沉積方法(如化學(xué)氣相沉積法、近空間升華法等)均能用于制造本發(fā)明所述的背接觸層，加工更容易。優(yōu)選的，所述鑰層的厚度為20-200納米。優(yōu)選的，所述鋁層的厚度為50-400納米。優(yōu)選的，所述鉻層的厚度為50-200納米。
優(yōu)選的，所述鑰層的厚度為80-150納米，所述鋁層的厚度為120-200納米，所述鉻層的厚度為100-200納米。本發(fā)明的目的之二是提供一種將所述背接觸層制作在碲化鎘薄膜太陽能電池上的方法，該方法制作的背接觸層薄膜結(jié)構(gòu)致密、晶粒尺寸適宜，背接觸層所含的各金屬層之間金屬原子擴(kuò)散小，使碲化鎘薄膜太陽能電池的開路電壓和填充因子高，電池初始轉(zhuǎn)換效率高，性能長期穩(wěn)定性好。本發(fā)明所述的將所述背接觸層制作在碲化鎘薄膜太陽能電池上的方法，其中，所述的太陽能電池是在玻璃襯底上依次沉積有透明導(dǎo)電層、高阻層、硫化鎘層和碲化鎘層而形成的結(jié)構(gòu)，該方法包括如下步驟(I)去除碲化鎘層外表面的氧化物后，噴涂上氯化銅溶液；(2)于150-250°C溫度加熱步驟(I)所得的太陽能電池10-30分鐘后，冷卻，用清水清洗電池表面；(3)用磁控濺射法在碲化鎘薄膜的外表面依次沉積鑰層、鋁層和鉻層。本發(fā)明所述的碲化鎘薄膜太陽能電池的透明導(dǎo)電層包括但不限于氟摻雜的氧化錫，例如還可以為鋁摻雜的氧化鋅等透明導(dǎo)電物；所述的高阻層包括但不限于本征氧化錫，例如也可以是本征氧化鋅。沉積透明導(dǎo)電層或高阻層的方法可以是化學(xué)氣相沉積法，也可以是磁控濺射法。所述硫化鎘層的沉積方法可以是近空間升華法、氣相輸運(yùn)沉積法、磁控濺射法或化學(xué)水浴法等，硫化鎘層的沉積厚度一般為50-150納米；碲化鎘層(即本發(fā)明所述的碲化鎘薄膜)的沉積方法可以是近空間升華法、氣相輸運(yùn)沉積法或磁控濺射法，其沉積厚度一般為2-6微米。本方法的步驟(I)中，在去除氧化物的碲化鎘層外表面噴涂氯化銅水溶液并在特定溫度下加熱特定時(shí)間，是為了使銅離子擴(kuò)散到碲化鎘材料中形成P型摻雜，提高碲化鎘薄膜的多數(shù)載流子濃度；有利于提高電池長期穩(wěn)定性。優(yōu)選的，所述氯化銅水溶液的濃度為1 10_6_1 10_9摩爾/升；氯化銅水溶液濃度不同會(huì)導(dǎo)致進(jìn)入碲化鎘層中氯化銅量不同，在本發(fā)明限定的濃度條件下，噴涂后進(jìn)入碲化鎘層中氯化銅量較為適宜，同時(shí)使后續(xù)退火溫度均在較小范圍促進(jìn)電池轉(zhuǎn)換效率的提升。優(yōu)選的，所述磁控濺射法的濺射工藝條件為襯底溫度為25_250°C，沉積速度為50-300納米/分鐘。優(yōu)選的，步驟(I)中，去除碲化鎘層外表面氧化物之前，對(duì)該外表面進(jìn)行氯化鎘熱退火處理。氯化鎘熱退火處理可按通常方式操作，例如在碲化鎘層外表面噴涂或者旋涂一層300-400nm厚的CdCl2，然后在真空或保護(hù)氣體中于400°C左右進(jìn)行熱處理15min左右，進(jìn)行氯化鎘熱退火處理能夠顯著提高電池的短路電流及電池效率。本發(fā)明所述的方法能夠提高碲化鎘薄膜太陽能電池的開路電壓和填充因子，顯著提高了碲化鎘薄膜太陽能電池的初始轉(zhuǎn)換效率，轉(zhuǎn)換效率由在不使用含銅背接觸情況下達(dá)到的13%左右提升到14%以上，并且保持了其長期穩(wěn)定性，年轉(zhuǎn)換效率衰減控制在1%以內(nèi)。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)的碲化鎘薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的碲化鎘薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，I為玻璃，2為透明導(dǎo)電層，如氟摻雜的氧化錫、鋁或硼摻雜的氧化鋅等，3為高阻層，如本征氧化錫或氧化鋅，4為硫化鎘層，5為碲化鎘層，6為鑰層，7為鋁層，8為鉻層。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步的描述。實(shí)施例I
如圖2，在玻璃襯底I上由內(nèi)向外用化學(xué)氣相沉積法沉積透明導(dǎo)電層2和高阻層3，然后再用氣相輸運(yùn)沉積法沉積50納米厚度的硫化鎘層4和2微米厚度的碲化鎘層5，得到太陽能電池；本實(shí)施例中，透明導(dǎo)電層2的材料為氟摻雜的氧化錫，高阻層3的材料為本征氧化錫，所述沉積方法的操作參數(shù)均為現(xiàn)有技術(shù)中沉積該種材料薄膜的常規(guī)參數(shù)。在太陽能電池的碲化鎘層外表面噴涂一層350nm厚的CdCl2，再于400°C的真空條件下進(jìn)行熱處理15min，然后用濃度為70%和25%的磷酸和硝酸混合溶液腐蝕退火處理后的電池的碲化鎘層，去除碲化鎘層表面的氧化物后，在碲化鎘薄膜表面噴涂濃度為1 10_6摩爾/升的氯化銅水溶液；再于150-155°C溫度下加熱太陽能電池10分鐘后，冷卻，用清水清洗電池表面，清洗的目的是去除電池表面殘留的氯化銅、酸等雜質(zhì)；最后用磁控濺射法在碲化鎘薄膜的外表面依次沉積鑰層、鋁層和鉻層，鑰層沉積厚度為20納米，鋁層和鉻層的沉積厚度均為50納米。待鉻層沉積完畢，得到碲化鎘薄膜太陽能電池，所得電池的初始轉(zhuǎn)換效率為14. 1%，年轉(zhuǎn)換效率衰減程度小于1%。實(shí)施例2
本實(shí)施例的操作如實(shí)施例1，區(qū)別在于太陽能電池上的硫化鎘層的沉積厚度為80納米左右，碲化鎘層的沉積厚度為4微米，透明導(dǎo)電層2的材料為鋁摻雜的氧化鋅，高阻層3的材料為本征氧化鋅。對(duì)太陽能電池的碲化鎘層進(jìn)行氯化鎘熱退火處理時(shí)，酸腐蝕采用的酸為濃度70%和25%的磷酸和硝酸混合溶液，氯化銅水溶液濃度為1 10_6摩爾/升；太陽能電池的加熱溫度190-195°C，加熱時(shí)間為20分鐘；碲化鎘薄膜的外表面沉積的鑰層厚度為80納米、鋁層和鉻層的厚度均為120納米。所得碲化鎘薄膜太陽能電池的初始轉(zhuǎn)換效率為13. 5%，年轉(zhuǎn)換效率衰減程度小于1%。實(shí)施例3
本實(shí)施例的操作如實(shí)施例1，區(qū)別在于太陽能電池上的硫化鎘層的沉積厚度為140納米左右，碲化鎘薄膜的沉積厚度為6微米，高阻層3的材料為本征氧化鋅。對(duì)太陽能電池的碲化鎘層進(jìn)行氯化鎘熱退火處理時(shí)，酸腐蝕采用的酸為濃度為70%和25%的磷酸和硝酸混合溶液，氯化銅水溶液濃度為3 10_7摩爾/升；太陽能電池的加熱溫度220-225°C，加熱時(shí)間為20分鐘；碲化鎘薄膜的外表面沉積的鑰層厚度為150納米、鋁層厚度為200納米，鉻層厚度為200納米。所得碲化鎘薄膜太陽能電池的初始轉(zhuǎn)換效率為13. 7%，年轉(zhuǎn)換效率衰減程度小于1%。實(shí)施例4
本實(shí)施例的操作如實(shí)施例1，區(qū)別在于太陽能電池上的硫化鎘層的沉積厚度為150納米左右，碲化鎘層的厚度為5微米，透明導(dǎo)電層2的材料為鋁摻雜的氧化鋅。
對(duì)電池的碲化鎘層進(jìn)行氯化鎘熱退火處理時(shí)，酸腐蝕采用的酸為濃度為70%和25%的磷酸和硝酸混合溶液，氯化銅水溶液濃度為2 10_8摩爾/升；太陽能電池的加熱溫度245-250°C，加熱時(shí)間為30分鐘；碲化鎘薄膜的外表面沉積的鑰層厚度為100納米、鋁層厚度為400納米，鉻層的厚度為100納米。所得碲化鎘薄膜太陽能電池的初始轉(zhuǎn)換效率為13. 5%，年轉(zhuǎn)換效率衰減程度小于1%。實(shí)施例5
本實(shí)施例的操作如實(shí)施例1，區(qū)別在于太陽能電池上的硫化鎘層的沉積厚度為130納米左右，碲化鎘層的厚度為4微米，高阻層的材料為本征氧化鋅。對(duì)電池的碲化鎘層進(jìn)行氯化鎘熱退火處理時(shí)，酸腐蝕采用的酸為濃度為70%和25%的磷酸和硝酸混合溶液，氯化銅水溶液濃度為6 10_8摩爾/升；太陽能電池的加熱溫度245-250°C，加熱時(shí)間為30分鐘；碲化鎘薄膜的外表面沉積的鑰層厚度為200納米、鋁層厚度為400納米，鉻層厚度為200納米。所得碲化鎘薄膜太陽能電池的初始轉(zhuǎn)換效率為13. 9%，年轉(zhuǎn)換效率衰減程度小于1%。最后需要說明，以上實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種背接觸層，其特征在于包括依次沉積的鑰層、鋁層和鉻層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的背接觸層，其特征在于所述鑰層的厚度為20-200納米。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的背接觸層，其特征在于所述鋁層的厚度為50-400納米。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的背接觸層，其特征在于所述鉻層的厚度為50-200納米。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4任一權(quán)利要求所述的用于碲化鎘薄膜太陽能電池的背接觸層，其特征在于所述鑰層的厚度為80-150納米，所述鋁層的厚度為120-200納米，所述鉻層的厚度為100-200納米。
6.將所述背接觸層制作在碲化鎘薄膜太陽能電池上的方法，所述太陽能電池是在玻璃襯底上依次沉積有透明導(dǎo)電層、高阻層、硫化鎘層和碲化鎘層而形成的結(jié)構(gòu)，其特征在于包括如下步驟(1)去除碲化鎘層外表面的氧化物后，噴涂上氯化銅溶液；(2)于150-250°C溫度加熱步驟(I)所得的太陽能電池10-30分鐘后，冷卻，用清水清洗電池表面；(3)用磁控濺射法在碲化鎘薄膜的外表面依次沉積鑰層、鋁層和鉻層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于步驟(I)所述氯化銅水溶液的濃度為I X KT6-I X 1(T9 摩爾 / 升。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述磁控濺射法的濺射工藝條件為襯底溫度為25-250°C，沉積速度為50-300納米/分鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于步驟(I)中，去除碲化鎘層外表面氧化物之前，對(duì)該外表面進(jìn)行氯化鎘熱退火處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于采用酸腐蝕的方法去除碲化鎘層外表面的氧化物。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種可用于碲化鎘薄膜太陽能電池的背接觸層，包括層疊的鉬層、鋁層和鉻層，該背接觸層用于碲化鎘薄膜太陽能電池能夠使CdTe的費(fèi)米能級(jí)與背電極匹配，有效獲得歐姆接觸；本發(fā)明還提供了將該背接觸層制作在碲化鎘薄膜太陽能電池上的方法，先對(duì)碲化鎘層進(jìn)行氯化鎘熱退火處理和酸腐蝕，然后在碲化鎘層表面噴涂氯化銅水溶液，再加熱太陽能電池一定時(shí)間，最后用磁控濺射法在碲化鎘薄膜的外表面依次沉積鉬層、鋁層和鉻層，本方法操作簡單，制作的背接觸層薄膜結(jié)構(gòu)致密、晶粒尺寸適宜，背接觸層所含的各金屬層之間金屬原子擴(kuò)散小，使碲化鎘薄膜太陽能電池的開路電壓和填充因子高，電池初始性能、長期穩(wěn)定性優(yōu)異，轉(zhuǎn)換效率高。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102629630SQ201210112099
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者傅干華, 彭壽, 潘錦功, 謝義成 申請(qǐng)人:成都中光電阿波羅太陽能有限公司