本發(fā)明涉及一種碲化鎘薄膜太陽能電池的低溫制作方法，屬于碲化鎘薄膜太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

碲化鎘(CdTe)薄膜太陽能電池是以CdTe為吸收層的一種化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池，因其轉(zhuǎn)化效率高、成本低廉的特點，受到很多研究機構(gòu)和公司的關(guān)注，目前該電池的最高轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)超過了22％，大面積組件(1.2×0.6m²)的轉(zhuǎn)化效率達18.6％。

CdTe薄膜太陽能電池的典型基本結(jié)構(gòu)為：玻璃襯底101/透明導(dǎo)電膜層(TCO)102/硫化鎘層(CdS)103/碲化鎘層(CdTe)104/背接觸-背電極層105/封裝材料106/背板玻璃107，如圖1所示。其典型的制備工藝見圖2所示，它是在玻璃襯底上依次沉積TCO/CdS/CdTe層后，在CdTe層涂敷氯化鎘進行熱處理，然后沉積背接觸層和背電極層，最后使用封裝材料和背板玻璃進行封裝。

上述工藝中，沉積CdS/CdTe層是碲化鎘電池最為重要的生產(chǎn)工藝。目前CdS/CdTe層的沉積工藝主要分為低溫沉積工藝和高溫沉積工藝。較有代表性的低溫沉積工藝如磁控濺射、電沉積等，其特點在于沉積時襯底所需要的溫度在400度以下；高溫沉積工藝主要為近空間升華法(CSS)、蒸汽輸運法(VTD)等，其特點在于沉積時襯底溫度高于400度，多數(shù)在500度以上。目前業(yè)界最為常見和成熟的技術(shù)主要是高溫沉積工藝，如美國First Solar使用的是VTD，德國Antech使用的是CSS。

對于高溫沉積工藝來說，500度以上的溫度限制了很多襯底的使用，比如聚酰亞胺等高分子襯底。而且500多度也接近普通鈉鈣玻璃的軟化溫度，玻璃變型問題也是碲化鎘沉積工藝中一個難以解決的問題。除了襯底問題，由于沉積的溫度較高，蒸發(fā)的原材料均處于高溫氣化狀態(tài)，能源消耗大，EHS風(fēng)險也較大。

對于低溫沉積工藝來說，目前業(yè)界所使用的磁控濺射、電沉積和印刷技術(shù)僅僅實現(xiàn)了薄膜沉積過程中的低溫。在薄膜沉積工藝后的熱處理過程中仍然需要將薄膜的溫度加熱到400度左右。目前較為典型的工藝是使用氯化鎘涂敷在碲化鎘薄膜表面，將其加熱至400度左右，經(jīng)過10-20分鐘的保溫熱處理，使得碲化鎘薄膜晶粒再生長，硫化鎘薄膜和碲化鎘薄膜之間實現(xiàn)互擴散，消除部分晶界，提高了載流子的壽命，最終提高電池的轉(zhuǎn)化效率。這個熱處理工藝基本上是目前碲化鎘電池所必須的。該工藝的存在使得碲化鎘電池在實現(xiàn)薄膜低溫沉積后，仍然無法實現(xiàn)全工藝的低溫制備。

除了沉積工藝對溫度的需求外，碲化鎘電池材料的物理特性也是碲化鎘電池需要解決的問題之一。碲化鎘的功函數(shù)較高，達到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，這就降低了碲化鎘薄膜太陽能電池的開路電壓和填充因子，最終導(dǎo)致碲化鎘薄膜太陽能電池性能提升困難。目前較為常用的解決方法有兩種：1、氯化鎘熱處理工藝后在碲化鎘層上沉積一層緩沖層即背接觸層，比如ZnTe、Sb₂Te₃等；2、對碲化鎘膜表面進行改性，如進行酸腐蝕、擴散Cu等金屬離子。但這些都使碲化鎘薄膜太陽能電池的制作方法更加復(fù)雜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種碲化鎘薄膜太陽能電池的低溫制作方法，它能簡化碲化鎘薄膜太陽能電池的制備工藝流程，并且在保證薄膜太陽能電池性能的前提下實現(xiàn)碲化鎘薄膜太陽能電池的全低溫制備。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案提供了一種碲化鎘薄膜太陽能電池的低溫制作方法，它包括以下步驟：

(1)在玻璃襯底上沉積透明導(dǎo)電膜層和高阻層，沉積溫度條件為低于400℃；

(2)在高阻層上沉積硫化鎘層，沉積溫度條件為低于250℃；

(3)在硫化鎘層上沉積碲化鎘層，沉積溫度條件為低于300℃；

(4)將0.025～0.125mol/L的氯化銅+氯化銨水溶液或氯化鋅+氯化銨水溶液通過噴涂或滾涂的方法涂覆在碲化鎘層上，干燥后置于250～300℃的溫度條件下加熱3～25min后，用去離子水清洗掉表面殘留物，然后沉積背電極層，沉積溫度條件為低于280℃；其中氯化銅+氯化銨水溶液中氯化銅的含量為0.005～0.1mol/L，氯化鋅+氯化銨水溶液中氯化鋅的含量為0.005～0.1mol/L；

(5)背電極層退火處理：180～250℃溫度下加熱3～15min；

(6)根據(jù)實際應(yīng)用要求，在上述制備過程中利用本領(lǐng)域所公知的子電池刻劃工藝對需要的膜層進行激光或機械刻劃，實現(xiàn)電池串聯(lián)，最后使用封裝材料和背板玻璃進行封裝完成碲化鎘薄膜電池的制備。

上述透明導(dǎo)電膜層的材料包括但不限于氟摻雜的氧化錫，也可為鋁摻雜的氧化鋅等透明導(dǎo)電物。

上述高阻層的材料包括但不限于本征氧化錫，也可為本征氧化鋅。

根據(jù)本發(fā)明的目的要求，上述本發(fā)明沉積所使用的方法均為低溫沉積工藝。其中，透明導(dǎo)電膜層和高阻層的沉積方法選自化學(xué)氣相沉積法和磁控濺射法；硫化鎘層的沉積方法選自磁控濺射法和化學(xué)水浴法；碲化鎘層的沉積方法選自磁控濺射法和蒸鍍法；背電極層的沉積方法為磁控濺射法。

在制備本發(fā)明碲化鎘太陽能電池中，各層的厚度沒有太大限制，以本領(lǐng)域公知使用的厚度即可，當然優(yōu)選情況下，硫化鎘層的厚度為50～150納米，碲化鎘層的厚度為2～6微米。

更優(yōu)的是，背電極選用金屬鉬、鋁和鉻的搭配，采用磁控濺射法依次沉積金屬鉬、鋁和鉻層，鉬層的厚度為20～200納米，鋁層的厚度為50～400納米，鉻層的厚度為50～200納米。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在沉積碲化鎘膜層后采用氯化銅+氯化銨水溶液或氯化鋅+氯化銨水溶液來替代現(xiàn)有技術(shù)中的氯化鎘溶液涂覆在碲化鎘層上進行熱處理，該熱處理溫度為250～300℃，較現(xiàn)有技術(shù)400℃的熱處理溫度，本發(fā)明方法降低了熱處理的溫度，使整個工藝所需要的襯底溫度均在300度以下，同時本發(fā)明碲化鎘層上涂覆氯化銅+氯化銨水溶液或氯化鋅+氯化銨水溶液的方法還實現(xiàn)了背部銅、鋅的摻雜，降低了背部勢壘，使背電極與碲化鎘很好的形成了歐姆接觸，保證了電池轉(zhuǎn)化效率，不再需要進行背接觸層的沉積，簡化了制備工藝。

綜上所述，本發(fā)明簡化了碲化鎘薄膜太陽能電池的制備工藝流程，并且在保證薄膜太陽能電池性能的前提下實現(xiàn)碲化鎘薄膜太陽能電池的全低溫制備。

附圖說明

圖1為碲化鎘薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為碲化鎘薄膜太陽能電池的傳統(tǒng)制備工藝流程示意圖；

圖3為本發(fā)明全低溫制備碲化鎘薄膜太陽能電池的流程示意圖。

圖例說明：

101、玻璃襯底；102、透明導(dǎo)電膜層；103、硫化鎘層；104、碲化鎘層；105、背接觸-背電極層；106、封裝材料；107背板玻璃。

具體實施方式

為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

參見圖3，本發(fā)明公開了一種碲化鎘薄膜太陽能電池的低溫制作方法，它包括以下步驟：

(1)在玻璃襯底上沉積透明導(dǎo)電膜層和高阻層，沉積溫度條件為低于400℃；

(2)在高阻層上沉積硫化鎘層，沉積溫度條件為低于250℃；

(3)在硫化鎘層上沉積碲化鎘層，沉積溫度條件為低于300℃；

(4)將0.025～0.125mol/L的氯化銅+氯化銨水溶液或氯化鋅+氯化銨水溶液通過噴涂或滾涂的方法涂覆在碲化鎘層上，干燥后置于250～300℃的溫度條件下加熱3～25min后，用去離子水清洗掉表面殘留物，然后沉積背電極層，沉積溫度條件為低于280℃；其中氯化銅+氯化銨水溶液中氯化銅的含量為0.005～0.1mol/L，氯化鋅+氯化銨水溶液中氯化鋅的含量為0.005～0.1mol/L；

(5)背電極層退火處理：180～250℃溫度下加熱3～15min；

(6)根據(jù)實際應(yīng)用要求，在上述制備過程中利用本領(lǐng)域所公知的子電池刻劃工藝對需要的膜層進行激光或機械刻劃，實現(xiàn)電池串聯(lián)，最后使用封裝材料和背板玻璃進行封裝完成碲化鎘薄膜電池的制備。

上述透明導(dǎo)電膜層的材料包括但不限于氟摻雜的氧化錫，也可為鋁摻雜的氧化鋅等透明導(dǎo)電物。

上述高阻層的材料包括但不限于本征氧化錫，也可為本征氧化鋅。

根據(jù)本發(fā)明的目的要求，上述本發(fā)明沉積所使用的方法均為低溫沉積工藝。其中，透明導(dǎo)電膜層和高阻層的沉積方法選自化學(xué)氣相沉積法和磁控濺射法；硫化鎘層的沉積方法選自磁控濺射法和化學(xué)水浴法；碲化鎘層的沉積方法選自磁控濺射法和蒸鍍法；背電極層的沉積方法為磁控濺射法。

在制備本發(fā)明碲化鎘太陽能電池中，各層的厚度沒有太大限制，以本領(lǐng)域公知使用的厚度即可，當然優(yōu)選情況下，硫化鎘層的厚度為50～150納米，碲化鎘層的厚度為2～6微米。

更優(yōu)的是，背電極選用金屬鉬、鋁和鉻的搭配，采用磁控濺射法依次沉積金屬鉬、鋁和鉻層，鉬層的厚度為20～200納米，鋁層的厚度為50～400納米，鉻層的厚度為50～200納米。

下面通過具體實施例對本發(fā)明進行進一步說明。

實施例1：

本實施例用于說明本發(fā)明公開的碲化鎘薄膜太陽能電池的低溫制作方法。

取市售的FTO導(dǎo)電玻璃作為玻璃襯底，其表面附著有透明導(dǎo)電膜，透明導(dǎo)電膜層的材料為氟摻雜的氧化錫。

采用化學(xué)氣相沉積法或磁控濺射法在透明導(dǎo)電膜層上沉積氧化錫高阻層。

采用磁控濺射法或化學(xué)水浴法在高阻層上沉積厚度為50納米的硫化鎘層。

采用磁控濺射法或蒸鍍法在硫化鎘層上沉積厚度為2微米的碲化鎘層。

將0.025mol/L的氯化銅+氯化銨水溶液(氯化銅含量為0.005mol/L)均勻噴涂在碲化鎘層上，干燥后置于300℃的溫度條件下加熱3min后，用去離子水清洗掉表面殘留物，依次用磁控濺射法沉積金屬鉬、鋁和鉻層，鉬的厚度為20納米，鋁的厚度為50納米，鉻的厚度為50納米，然后將其放入250℃的加熱爐內(nèi)進行3分鐘的退火處理。

根據(jù)實際應(yīng)用要求，在上述制備過程中利用本領(lǐng)域所公知的子電池刻劃工藝對需要的膜層進行激光或機械刻劃，實現(xiàn)電池串聯(lián)，最后使用封裝材料和背板玻璃進行封裝得到碲化鎘薄膜太陽能電池S1。

實施例2：

本實施例用于說明本發(fā)明公開的碲化鎘薄膜太陽能電池的低溫制作方法。

取市售的FTO導(dǎo)電玻璃作為玻璃襯底，其表面附著有透明導(dǎo)電膜，透明導(dǎo)電膜層的材料為氟摻雜的氧化錫。

采用化學(xué)氣相沉積法或磁控濺射法在透明導(dǎo)電膜層上沉積氧化錫高阻層。

采用磁控濺射法或化學(xué)水浴法在高阻層上沉積厚度為150納米的硫化鎘層。

采用磁控濺射法或蒸鍍法在硫化鎘層上沉積厚度為6微米的碲化鎘層。

將0.125mol/L的氯化銅+氯化銨水溶液(氯化銅含量為0.025mol/L)均勻噴涂在碲化鎘層上，干燥后置于250℃的溫度條件下加熱25min后，用去離子水清洗掉表面殘留物，依次用磁控濺射法沉積金屬鉬、鋁和鉻層，鉬的厚度為200納米，鋁的厚度為400納米，鉻的厚度為200納米，然后將其放入180℃的加熱爐內(nèi)進行15分鐘的退火處理。

根據(jù)實際應(yīng)用要求，在上述制備過程中利用本領(lǐng)域所公知的子電池刻劃工藝對需要的膜層進行激光或機械刻劃，實現(xiàn)電池串聯(lián)，最后使用封裝材料和背板玻璃進行封裝得到碲化鎘薄膜太陽能電池S2。

實施例3：

本實施例用于說明本發(fā)明公開的碲化鎘薄膜太陽能電池的低溫制作方法。

取市售的超白玻璃作為玻璃襯底，利用化學(xué)氣相沉積法或磁控濺射法在玻璃襯底上沉積透明導(dǎo)電膜，透明導(dǎo)電膜層的材料為鋁摻雜的氧化鋅。

采用化學(xué)氣相沉積法或磁控濺射法在透明導(dǎo)電膜層上沉積氧化鋅高阻層。

采用磁控濺射法或化學(xué)水浴法在高阻層上沉積厚度為60納米的硫化鎘層。

采用磁控濺射法或蒸鍍法在硫化鎘層上沉積厚度為2.5微米的碲化鎘層。

將0.045mol/L的氯化鋅+氯化銨水溶液(氯化鋅含量為0.01mol/L)均勻噴涂在碲化鎘層上，干燥后置于250℃的溫度條件下加熱20min后，用去離子水清洗掉表面殘留物，依次用磁控濺射法沉積金屬鉬、鋁和鉻層，鉬的厚度為20納米，鋁的厚度為50納米，鉻的厚度為50納米，然后將其放入180℃的加熱爐內(nèi)進行15分鐘的退火處理。

根據(jù)實際應(yīng)用要求，在上述制備過程中利用本領(lǐng)域所公知的子電池刻劃工藝對需要的膜層進行激光或機械刻劃，實現(xiàn)電池串聯(lián)，最后使用封裝材料和背板玻璃進行封裝得到碲化鎘薄膜太陽能電池S3。

將上述三個實施例得到的碲化鎘薄膜太陽能電池S1、S2、S3進行性能測試，具體見下表所示：

綜上所述，本發(fā)明在保證薄膜太陽能電池性能的前提下實現(xiàn)了碲化鎘薄膜太陽能電池的全低溫制備，簡化了碲化鎘薄膜太陽能電池的制備工藝流程。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出的是，上述優(yōu)選實施方式不應(yīng)視為對本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當以權(quán)利要求所限定的范圍為準。對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。