專利名稱：寬波段三結疊層薄膜太陽能電池的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及薄膜太陽能電池，具體是指由碲鋅鎘、碲化鎘和銅銦鎵硒組成的高性能、寬波段三結疊層薄膜太陽能電池。
背景技術：
光伏發(fā)電的大規(guī)模利用主要面臨提高光伏電池的效率和降低成本的挑戰(zhàn)。相比晶體硅太陽能電池的高昂材料成本，薄膜太陽電池可以大大降低器件對原材料的依賴，從而降低成本。然而，薄膜類太陽電池存在轉換效率比較低的問題，發(fā)展新型高效多結太陽電池是成為學術界和產業(yè)界共同關注的焦點。不管是利用晶體硅還是利用薄膜制備的太陽能電池，基本的結構都是單一的PN結結構，理論上計算的功率轉換效率很高，但實際上實驗室水平也還達不到理論預計的轉化效率，生產出來的產品其轉換效率就更低，以碲化鎘多晶薄膜太陽能電池為例，理論計算給出的轉換效率可達30%以上，但實驗室最好的轉換效率只有16. 7%，作為產品化的碲化·鎘多晶薄膜太陽能電池的轉化效率只有10%。隨著材料制備技術的不斷進步和發(fā)展，采用疊層結構的高性能太陽能電池成為提高功率轉換效率的最有效手段。疊層結構一般由兩個或兩個以上的PN結構成，每一個PN結吸收相應波段的光子，這樣，多個PN結就可以吸收不同波段的太陽光，使得轉換效率大幅度提聞。改變碲鋅鎘(CdhZnxTe)中Zn含量(x值或稱組分)，它的一些重要的物理性質可以在預想的范圍內變化。如它的晶格常數(shù)隨X值在O. 61004-0. 64829nm間線性變化；其禁帶寬度隨X值變化在I. 45eV到2. 26eV間連續(xù)可調。利用漸變帶隙材料碲鋅鎘做電池的吸收層可以通過三個方面提高太陽電池的效率(I)調整損耗/本征區(qū)內的SRH復合分布；(2)通過調節(jié)作用在電子和空穴上的有效力場，提高載流子收集效率；(3)吸收系數(shù)的變化。如果在沉積三元合金碲鋅鎘過程中，合理控制X值隨薄膜厚度的變化，從而制備出具有漸變帶隙結構的碲鋅鎘多晶薄膜太陽能電池，就可以擴大太陽電池太陽能吸收光譜范圍，進而提高電池的光電轉化效率。碲化鎘是能隙為I. 45eV的直接禁帶半導體材料，很接近太陽電池需要的最優(yōu)化能隙，吸收系數(shù)約為105cm—1，就太陽輻射光譜中能量高于碲化鎘能隙的范圍而言，I微米厚的碲化鎘可以有效吸收其99 %。銅銦鎵硒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。將銅銦鎵硒、碲化鎘和碲鋅鎘漸變帶隙結構疊合在一起，可大大拓寬太陽光譜吸收范圍，達到提高光電轉換效率的目的。
發(fā)明內容本實用新型的目的就是要提出一種將銅銦鎵硒、碲化鎘和碲鋅鎘漸變帶隙的三種薄膜太陽能電池疊合在一起構成可吸收寬波段太陽光譜的三結疊層薄膜太陽能電池。本實用新型的寬波段三結疊層薄膜太陽能電池，由依次排列的吸收偏向長波的低能太陽光的銅銦鎵硒太陽能電池和吸收偏向短波的高能太陽光的碲化鎘太陽能電池和漸變帶隙結構碲鋅鎘太陽能電池。所述的銅銦鎵硒太陽能電池，包括襯底、在襯底上依次沉積有Mo背電極層、P型銅銦鎵硒吸收層、η型CdS窗口層、第一透明導電層。所述的碲化鎘太陽能電池，包括在第一透明導電層上依次沉積的P型碲化鎘吸收層、η型CdS窗口層、第二透明導電層。所述的碲鋅鎘太陽能電池，包括在第二透明導電層上依次沉積的P型漸變帶隙結構碲鋅鎘吸收層、η型CdS窗口層、透明導電前電極層。 所述的P型漸變帶隙結構碲鋅鎘吸收層中的Zn組分X值在其厚度方向漸變，即從第二透明導電層到η型CdS窗口層之間的厚度內由I漸變到O。所述的襯底為玻璃、聚酰亞胺、不銹鋼中的任一種。所述的透明導電層、透明導電前電極層為ITO、SnO2:F、ZnO:Al中的任一種。本實用新型的優(yōu)點在于將具有漸變帶隙結構的碲鋅鎘作為疊層薄膜太陽電池上子電池的吸收層，大大加寬了太陽光的光譜吸收范圍；利用碲化鎘吸收系數(shù)高的優(yōu)勢，增強了疊層電池對長波光能的吸收利用率。本實用新型充分利用了不同禁帶寬度材料，大大提高了對太陽光譜的利用率和光電轉換效率，簡化了制備工藝、降低了電池成本。

圖I為本實用新型的寬波段三結疊層薄膜太陽能電池的結構示意圖。
具體實施方式
下面給出本實用新型的較佳實施例，并結合附圖做詳細說明。見圖1，本實用新型的三結疊層薄膜太陽能電池，其制備過程如下首先，在襯底I上依次熱蒸發(fā)Mo背電極層2，厚度為10 50納米。采用共蒸發(fā)法，即用Cu、In、Ga、Se進行反應蒸發(fā)，在Mo背電極層2上沉積ρ型銅銦鎵硒吸收層3，厚度為1000 2000納米。蒸發(fā)時，襯底溫度控制在300 500°C。采用射頻濺射方法在ρ型銅銦鎵硒吸收層3上沉積η型CdS窗口層4，厚度為50 100納米。在η型CdS窗口層4上沉積50 200納米的第一透明導電層5。采用射頻濺射方法在第一透明導電層5上沉積ρ型碲化鎘吸收層6，厚度為500 2000納米。在ρ型碲化鎘吸收層6上磁控濺射厚度為50 100納米的η型CdS窗口層7。在η型CdS窗口層7上沉積50 200納米的第二透明導電層8。在第二透明導電層8上磁控濺射ρ型漸變帶隙結構碲鋅鎘吸收層9，厚度為500 2000納米。ρ型漸變帶隙結構碲鋅鎘吸收層中的Zn組分X值在其厚度方向漸變，即從透明導電層8開始，在500 2000納米內由I漸變到O。在ρ型漸變帶隙結構碲鋅鎘吸收層9上磁控濺射厚度為50 100納米的η型CdS窗口層10。在制備好η型CdS窗口層10后，將其放置在快速退火爐中進行退火。退火溫度在200 400°C，退火時間40 120分鐘。 退火結束后，在η型CdS窗口層10上沉積100 400納米的透明導電前電極層11。
權利要求1.一種寬波段三結疊層薄膜太陽能電池，其特征在于該電池由依次排列的吸收偏向長波的低能太陽光的銅銦鎵硒太陽能電池和吸收偏向短波的高能太陽光的碲化鎘太陽能電池和漸變帶隙結構碲鋅鎘太陽能電池組成。
2.根據(jù)權利要求I的一種寬波段三結疊層薄膜太陽能電池，其特征在于所述的銅銦鎵硒太陽能電池，包括襯底(I )、在襯底上依次沉積有Mo背電極層(2)、P型銅銦鎵硒吸收層(3)、η型CdS窗口層(4)、第一透明導電層(5)。
3.根據(jù)權利要求I的一種寬波段三結疊層薄膜太陽能電池，其特征在于所述的碲化鎘太陽能電池，包括在第一透明導電層(5)上依次沉積的P型碲化鎘吸收層(6)、η型CdS窗口層(7)、第二透明導電層(8)。
4.根據(jù)權利要求I的一種寬波段三結疊層薄膜太陽能電池，其特征在于所述的碲鋅鎘太陽能電池，包括在第二透明導電層(8)上依次沉積的P型漸變帶隙結構碲鋅鎘吸收層(9)、η型CdS窗口層(10)、透明導電前電極層(11)。
5.根據(jù)權利要求4的一種寬波段三結疊層薄膜太陽能電池，其特征在于所述的P型漸變帶隙結構碲鋅鎘吸收層(9)中的Zn組分X值在其厚度方向漸變，即從第二透明導電層(8)到η型CdS窗口層(10)之間的厚度內由I漸變到O。
6.根據(jù)權利要求2的一種寬波段三結疊層薄膜太陽能電池，其特征在于所述的襯底為玻璃、聚酰亞胺、不銹鋼中的任一種。
7.根據(jù)權利要求2的一種寬波段三結疊層薄膜太陽能電池，其特征在于所述的第一透明導電層(5)為IT0、Sn02:F、ZnO = Al中的任一種。
8.根據(jù)權利要求3的一種寬波段三結疊層薄膜太陽能電池，其特征在于所述的第一透明導電層(5)和第二透明導電層(8)均為IT0、Sn02:F、Zn0:Al中的任一種。
9.根據(jù)權利要求4的一種寬波段三結疊層薄膜太陽能電池，其特征在于所述的第二透明導電層(8 )和透明導電前電極層(11)均為ITO、Sn02: F、ZnO: Al中的任一種。
專利摘要本實用新型公開了一種寬波段三結疊層薄膜太陽能電池，該電池由依次排列的吸收偏向長波的低能太陽光的銅銦鎵硒太陽能電池和吸收偏向短波的高能太陽光的碲化鎘太陽能電池和漸變帶隙結構碲鋅鎘太陽能電池組成。本實用新型的優(yōu)點是將具有漸變帶隙結構的碲鋅鎘作為疊層太陽電池上子電池的吸收層，大大加寬了太陽光的光譜吸收范圍；利用碲化鎘吸收系數(shù)高的優(yōu)勢，增強了疊層電池對長波光能的吸收利用率。本電池結構簡化了制備工藝、降低了電池成本。
文檔編號H01L31/0336GK202712235SQ20122015797
公開日2013年1月30日 申請日期2012年4月13日 優(yōu)先權日2012年4月13日
發(fā)明者曹鴻, 褚君浩, 王善力 申請人:上海太陽能電池研究與發(fā)展中心