本發(fā)明涉及太陽能光伏器件和半導(dǎo)體器件制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種碲化鎘薄膜太陽電池及其制備方法。

背景技術(shù)：

碲化鎘(CdTe)是一種重要的II-VI族化合物半導(dǎo)體材料，它的禁帶寬度為1.45eV，與地面太陽光譜十分匹配，且碲化鎘在可見光范圍內(nèi)的吸收系數(shù)高達(dá)10⁵cm^-1，高于硅材料的100倍，因此，碲化鎘多晶薄膜太陽電池具有轉(zhuǎn)換效率高、所需材料成本低等優(yōu)勢，從而備受關(guān)注。碲化鎘多晶薄膜太陽電池的基本結(jié)構(gòu)從下到上依次為：襯底、透明導(dǎo)電薄膜、窗口層n-CdS、吸收層p-CdTe、金屬背電極。目前，碲化鎘薄膜太陽電池的轉(zhuǎn)換效率可做到超過多晶硅太陽電池的最高轉(zhuǎn)換效率。

然而，繼續(xù)提升碲化鎘薄膜太陽電池的轉(zhuǎn)換效率遇到了瓶頸，嚴(yán)重影響碲化鎘薄膜太陽電池的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。目前，碲化鎘薄膜太陽電池的開路電壓與理想值比只有75％，遠(yuǎn)低于晶硅、砷化鎵和銅銦鎵硒太陽電池?？梢?，開路電壓低是提升碲化鎘薄膜太陽電池轉(zhuǎn)換效率的主要瓶頸。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N碲化鎘薄膜太陽電池及其制備方法，本發(fā)明提供的碲化鎘薄膜太陽電池具有較高的開路電壓和轉(zhuǎn)換效率。

本發(fā)明提供一種碲化鎘薄膜太陽電池，其從下到上依次包括：

襯底；

復(fù)合在所述襯底上的透明導(dǎo)電薄膜；

復(fù)合在所述透明導(dǎo)電薄膜上的n型硫化鎘層；

復(fù)合在所述n型硫化鎘層上的p型碲化鎘層；

復(fù)合在所述p型碲化鎘層上的氧化鎳薄膜；

復(fù)合在所述氧化鎳薄膜上的金屬背電極。

優(yōu)選地，所述襯底為玻璃襯底或聚酰亞胺襯底。

優(yōu)選地，所述透明導(dǎo)電薄膜為摻氟氧化錫薄膜。

優(yōu)選地，所述金屬背電極的材質(zhì)選自Au、Ni、Mo和W中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述金屬背電極的厚度為100～300nm。

優(yōu)選地，所述氧化鎳薄膜的厚度為5～35nm。

優(yōu)選地，所述p型碲化鎘層的厚度為4～5μm。

優(yōu)選地，在p型碲化鎘層和氧化鎳薄膜之間，還包括銅薄膜；其厚度優(yōu)選為2～5nm。

本發(fā)明提供一種碲化鎘薄膜太陽電池的制備方法，包括以下步驟：

在復(fù)合有透明導(dǎo)電薄膜的襯底上依次復(fù)合n型硫化鎘層和p型碲化鎘層；

對復(fù)合在所述n型硫化鎘層上的p型碲化鎘層表面進(jìn)行化學(xué)刻蝕；

在化學(xué)刻蝕后的p型碲化鎘層上復(fù)合氧化鎳薄膜；

在所述氧化鎳薄膜上復(fù)合金屬背電極，然后經(jīng)退火，使金屬背電極與p型碲化鎘層形成歐姆接觸，得到碲化鎘薄膜太陽電池。

優(yōu)選地，所述化學(xué)刻蝕具體為：將p型碲化鎘層經(jīng)過CdCl₂熱處理后，采用磷硝酸刻蝕液刻蝕。

優(yōu)選地，利用電子束蒸發(fā)法或熱蒸發(fā)法，在所述氧化鎳薄膜上復(fù)合金屬背電極，使金屬背電極的厚度為100～300nm。

碲化鎘薄膜太陽電池在背電極接觸表面存在嚴(yán)重的界面復(fù)合，這是導(dǎo)致碲化鎘太陽電池開路電壓低的一個重要原因。由于碲化鎘具有強(qiáng)烈的自補(bǔ)償效應(yīng)，很難像硅材料等半導(dǎo)體在表面形成重?fù)诫s，以便形成低電阻歐姆接觸。其次，碲化鎘功函數(shù)高達(dá)5.7eV，高于常規(guī)金屬電極的功函數(shù)，導(dǎo)致碲化鎘與背電極難以形成歐姆接觸，進(jìn)而導(dǎo)致光生載流子在背表面處的復(fù)合，降低電池的開路電壓。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在碲化鎘薄膜和金屬背電極之間加入一層氧化鎳薄膜，其可作為背場緩沖層材料。在本發(fā)明中，碲化鎘與氧化鎳界面處，價帶偏移量為0.52eV，氧化鎳的價帶高于碲化鎘的價帶，空穴在背表面?zhèn)鬏數(shù)倪^程中不存在勢壘，空穴傳輸順利；導(dǎo)帶偏移量為2.68eV，氧化鎳的導(dǎo)帶高于碲化鎘的導(dǎo)帶，對背表面處的電子形成能量勢壘。因此，本發(fā)明氧化鎳薄膜在碲化鎘電池中起到背場緩沖層的作用，將碲化鎘中背表面處的光生電子反射到PN結(jié)處，大大降低電子在背表面處的復(fù)合，提高電池的載流子收集效率，從而提高電池的開路電壓和轉(zhuǎn)換效率。實驗表明，本發(fā)明加入NiO背接觸緩沖層，碲化鎘電池開路電壓由724mV提高到789mV，轉(zhuǎn)換效率由10.7％提高到12.2％，NiO背場作用對電池性能的提升效果極為明顯。

此外，本發(fā)明碲化鎘電池的穩(wěn)定性方面有所提高，并且其制備方法簡便，成本低，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的碲化鎘薄膜太陽電池截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明碲化鎘薄膜太陽電池背接觸處的能帶排列示意圖；

圖3為采用實施例1的NiO作為背接觸緩沖層與未采用NiO背接觸緩沖層制備的碲化鎘薄膜太陽電池的電流-電壓(I-V)曲線圖；

圖4為本發(fā)明實施例與比較例不同背接觸緩沖層CdTe電池的亮態(tài)I-V曲線對比圖；

圖5為本發(fā)明實施例不同NiO緩沖層厚度的CdTe太陽電池的亮態(tài)I-V曲線對比圖；

圖6為本發(fā)明實施例3背接觸結(jié)構(gòu)分別為3-nm-Cu/20-nm-NiO/Au和5-nm-Cu/Au的CdTe太陽電池的亮態(tài)I-V曲線對比圖。

具體實施方式

下面對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供了一種碲化鎘薄膜太陽電池，其從下到上依次包括：

襯底；

復(fù)合在所述襯底上的透明導(dǎo)電薄膜；

復(fù)合在所述透明導(dǎo)電薄膜上的n型硫化鎘層；

復(fù)合在所述n型硫化鎘層上的p型碲化鎘層；

復(fù)合在所述p型碲化鎘層上的氧化鎳薄膜；

復(fù)合在所述氧化鎳薄膜上的金屬背電極。

本發(fā)明提供的碲化鎘薄膜太陽電池具有較高的開路電壓和轉(zhuǎn)換效率，電池穩(wěn)定性能方面有所提高，利于應(yīng)用。

參見圖1，圖1為本發(fā)明實施例提供的碲化鎘薄膜太陽電池截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖1所示的碲化鎘電池中，從下到上依次為：玻璃襯底、透明導(dǎo)電薄膜、窗口層n-CdS、吸收層p-CdTe、緩沖層NiO、金屬背電極。

本發(fā)明提供的碲化鎘薄膜太陽電池包括起支撐等作用的襯底；所述襯底可以為玻璃(Glass)襯底，也可以為聚酰亞胺(Polyimide)襯底，本發(fā)明沒有特殊限制。

本發(fā)明在所述襯底上復(fù)合的是透明導(dǎo)電薄膜(層)，一般采用透明導(dǎo)電氧化物(Transparent Conductive Oxide，TCO)形成透明導(dǎo)電膜層。在本發(fā)明的實施例中，所述透明導(dǎo)電薄膜為摻氟F氧化錫SnO₂透明導(dǎo)電薄膜，即FTO薄膜；薄膜厚度可為350nm。

在所述透明導(dǎo)電薄膜上，所述碲化鎘薄膜太陽電池包括n型硫化鎘層(n-CdS薄膜)，其為窗口層。在本申請的實施例中，硫化鎘薄膜厚度為80nm～100nm。

所述碲化鎘薄膜太陽電池包括復(fù)合在所述n型硫化鎘層上的p型碲化鎘層(p-CdTe薄膜)，其為吸收層。在本申請的實施例中，所述p型碲化鎘層的厚度為4μm～5μm。

在本發(fā)明中，所述碲化鎘薄膜太陽電池包括氧化鎳(NiO)薄膜，其復(fù)合在所述p型碲化鎘層上。在本發(fā)明的實施例中，所述氧化鎳薄膜的厚度可為5nm～35nm，優(yōu)選為6nm～25nm，更優(yōu)選為15～20nm。

本發(fā)明引入一層氧化鎳薄膜，其能作為背場緩沖層，降低載流子在背電極接觸表面處的復(fù)合，提高電池的開路電壓和轉(zhuǎn)換效率。具體的，本發(fā)明涉及的NiO背接觸緩沖層有以下幾個優(yōu)點：

1、NiO材料的功函數(shù)較高，可以與P型碲化鎘層有良好的歐姆接觸。如圖2所示，圖2為本發(fā)明碲化鎘薄膜太陽電池背接觸處的能帶排列示意圖。圖2所示的能帶排列示意圖是根據(jù)光電子能譜(XPS)測試獲得；其中，NiO和CdTe界面處，價帶偏移量ΔE_v為0.52eV，NiO的價帶高于CdTe的價帶，因此，空穴由CdTe層向背金屬電極傳輸?shù)倪^程中不存在勢壘，空穴可以順利傳輸。

2、如圖2所示，NiO的禁帶寬度較大，約為3.61eV，NiO/CdTe界面處導(dǎo)帶偏移量較大，ΔE_C為2.68eV，NiO的導(dǎo)帶高于CdTe的導(dǎo)帶，因此，對CdTe背表面處的光生電子產(chǎn)生勢壘，起到背場作用，將背表面處的電子反射到PN結(jié)處，大大降低了電子在背表面處的復(fù)合，提高碲化鎘薄膜太陽電池的載流子收集效率，提高電池的開路電壓和轉(zhuǎn)換效率。

3、NiO背接觸緩沖層是一種氧化物層，不含雜質(zhì)離子，并且金屬背電極也是高純金屬，所含雜質(zhì)離子較少。這就使得電池在使用NiO作為背接觸緩沖層后，電池穩(wěn)定性方面有所提高。首先，低雜質(zhì)濃度使得擴(kuò)散到CdTe層中的雜質(zhì)濃度受到極大限制；其次，NiO氧化物層對與金屬中的雜質(zhì)離子擴(kuò)散起到阻擋層的作用。

4、NiO薄膜制備方法較多，有電子束蒸發(fā)法、磁控濺射法、化學(xué)氣相沉積法和旋涂法等，這些制備方法都是高效成熟的薄膜制備手段，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

在本發(fā)明實施例中，在p型碲化鎘層和氧化鎳薄膜之間，優(yōu)選還包括銅薄膜；其厚度可為2nm～5nm，優(yōu)選為3nm～4nm。本發(fā)明實施例優(yōu)選采用Cu/NiO雙層結(jié)構(gòu)作為電池的背接觸緩沖層，即在制備NiO緩沖層前加入少量的銅，既可以提高NiO層的導(dǎo)電性，又可以對CdTe進(jìn)行摻雜，有助于電池效率的提高。

在本發(fā)明中，所述碲化鎘薄膜太陽電池包括復(fù)合在所述氧化鎳薄膜上的金屬背電極，也稱背電極金屬層。本發(fā)明涉及的碲化鎘薄膜太陽電池中，金屬背電極的材質(zhì)選擇較多，包括金(Au)、鎳(Ni)、鉬(Mo)和鎢(W)等中的一種或多種，這些都是成本較低的高功函數(shù)金屬。在本發(fā)明的實施例中，所述金屬背電極的厚度可為100nm～300nm，優(yōu)選為150nm～300nm。

本發(fā)明還提供了一種碲化鎘薄膜太陽電池的制備方法，包括以下步驟：

在復(fù)合有透明導(dǎo)電薄膜的襯底上依次復(fù)合n型硫化鎘層和p型碲化鎘層；

對復(fù)合在所述n型硫化鎘層上的p型碲化鎘層表面進(jìn)行化學(xué)刻蝕；

在化學(xué)刻蝕后的p型碲化鎘層上復(fù)合氧化鎳薄膜；

在所述氧化鎳薄膜上復(fù)合金屬背電極，然后進(jìn)行真空退火，使金屬背電極與p型碲化鎘層形成歐姆接觸，得到碲化鎘薄膜太陽電池。

本發(fā)明制備得到的碲化鎘薄膜太陽電池具有較高的開路電壓和轉(zhuǎn)換效率等特點，并且本發(fā)明方法簡便，成本低，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明實施例電池的制備工藝包括：在玻璃或聚酰亞胺襯底上，依次復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜、n型硫化鎘層和p型碲化鎘層；或者直接在復(fù)合有透明導(dǎo)電薄膜的襯底上依次復(fù)合n型硫化鎘層和p型碲化鎘層。

本發(fā)明對襯底、透明導(dǎo)電薄膜等沒有特殊限制；可以采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法，在襯底上制備得到FTO透明導(dǎo)電薄膜，薄膜厚度如350nm；也可以直接購買商用FTO玻璃。然后，本發(fā)明在透明導(dǎo)電薄膜上復(fù)合硫化鎘薄膜，可以采用化學(xué)水浴法或者磁控濺射法制備。在本申請的實施例中，所述硫化鎘薄膜的厚度可為80nm～100nm。

本發(fā)明實施例采用近空間升華法制備碲化鎘薄膜，薄膜厚度可為4μm～5μm。近空間升華法是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的制備碲化鎘薄膜的技術(shù)手段，本發(fā)明沒有特殊限制。在本申請實施例中，碲化鎘源為純度為99.999％的碲化鎘粉末，源溫度為600-670℃，襯底溫度為500-550℃，壓力為2Pa，氣氛為Ar:O₂體積比＝10：1。

本發(fā)明對復(fù)合在所述n型硫化鎘層上的p型碲化鎘薄膜表面進(jìn)行化學(xué)刻蝕，得到刻蝕后樣品。在本發(fā)明的實施例中，所述化學(xué)刻蝕具體為：將p型碲化鎘層經(jīng)過氯化鉻(CdCl₂)熱處理后，采用磷硝酸刻蝕液進(jìn)行磷硝酸刻蝕。本發(fā)明通過表面化學(xué)刻蝕，一方面可以去掉碲化鎘表面的氧化物層，另一方面可以與碲化鎘反應(yīng)形成富碲層，相當(dāng)于形成重?fù)诫s層。

其中，CdCl₂熱處理包括：碲化鎘薄膜上蒸發(fā)一層CdCl₂薄膜，然后置于管式爐中，400℃熱處理13-15min。本發(fā)明實施例可將經(jīng)過CdCl₂熱處理的碲化鎘薄膜用水沖洗，氮氣吹干。然后在磷硝酸刻蝕液中刻蝕，刻蝕液配比(體積比)優(yōu)選為：硝酸：磷酸：水＝1：70：29。磷硝酸刻蝕較為劇烈，刻蝕時間需要嚴(yán)格控制，刻蝕時間為35s。其他配比的刻蝕液也可以刻蝕，但是刻蝕時間不同?？涛g后，本發(fā)明實施例用水沖洗，氮氣吹干。需要注意的是，刻蝕后樣品不宜暴露在空氣中太久，為防止氧化，需盡快進(jìn)入下一步工藝。

化學(xué)刻蝕后，本發(fā)明在p型碲化鎘層上復(fù)合氧化鎳薄膜。本發(fā)明將NiO薄膜引入碲化鎘薄膜太陽電池中，可作為背場緩沖層，提高電池開路電壓和轉(zhuǎn)換效率等性能。

本發(fā)明所述背接觸緩沖層NiO的制備方法較多，包括電子束蒸發(fā)法、磁控濺射法、化學(xué)氣相沉積法和旋涂法等其他薄膜制備技術(shù)。在本發(fā)明的一些實施例中，采用電子束蒸發(fā)法制備工藝制備NiO薄膜。其中，制備NiO薄膜的源材料是純度為99.99％的NiO顆粒或靶材。比如，蒸發(fā)源材料是純度為99.99％的NiO顆粒，粒徑為1mm～3mm。在本發(fā)明的實施例中，所述氧化鎳薄膜的厚度可為5nm～40nm，優(yōu)選為10nm～20nm。

本發(fā)明實施例利用電子束蒸發(fā)法進(jìn)行NiO背接觸緩沖層的制備，具體工藝包括：打開電子束蒸發(fā)進(jìn)樣室閘門，將表面刻蝕后的碲化鎘薄膜太陽電池樣品放入進(jìn)樣室，利用傳送桿將樣品從進(jìn)樣室傳送到生長室；對生長室抽真空，待真空度為5×10^-4Pa時，可以制備NiO薄膜；打開電子槍，將電子束集中打在坩堝正中央的NiO顆粒上，進(jìn)行蒸發(fā)鍍膜；調(diào)整電子槍的工作電流和電壓來控制鍍膜速率。沉積過程中，襯底溫度為室溫，生長速率由膜厚儀監(jiān)測；生長時間可為5min～10min，所得薄膜厚度可為5nm～35nm，優(yōu)選為6nm～25nm,更優(yōu)選為15～20nm。

在p型碲化鎘層和氧化鎳薄膜之間，本發(fā)明優(yōu)選還包括銅薄膜；其厚度可為2nm～5nm，優(yōu)選為3nm～4nm。在本申請的實施例中，采用熱蒸發(fā)法制備銅薄膜，可在真空度到5×10^-3Pa開始蒸發(fā)。本發(fā)明實施例優(yōu)選采用Cu/NiO雙層結(jié)構(gòu)作為電池的背接觸緩沖層，即在制備NiO緩沖層前加入少量的銅，既可以提高NiO層的導(dǎo)電性，又可以對CdTe進(jìn)行摻雜，有助于電池效率的提高。

氧化鎳薄膜制備完成后，本發(fā)明在所述氧化鎳薄膜上復(fù)合金屬背電極。本發(fā)明涉及的碲化鎘薄膜太陽電池中，金屬背電極的選擇較多，包括Au、Ni、Mo和W等，都是成本較低的高功函數(shù)金屬。

本發(fā)明可利用電子束蒸發(fā)法或熱蒸發(fā)法，在所述氧化鎳薄膜上制備高純背電極金屬層，使金屬背電極的厚度為100～300nm。其中，蒸發(fā)源材料可為廉價高功函數(shù)的高純金屬顆粒，如Mo、Ni和W等；襯底溫度為室溫，工作壓強(qiáng)可為5×10^-4Pa。

本發(fā)明實施例優(yōu)選采用真空熱蒸發(fā)法制備金屬背電極，該方法設(shè)備簡單，成膜質(zhì)量較好。具體的制備工藝如下：蒸發(fā)源材料為金屬絲，純度為99.99％，直徑為0.5毫米。打開熱蒸發(fā)生長室閘門，將生長過NiO背接觸層的樣品放入熱蒸發(fā)鍍膜系統(tǒng)中；抽真空，待真空度為5×10^-3Pa時，打開樣品擋板，開始鍍膜；打開蒸發(fā)恒流電源，通過調(diào)控恒流電源的輸出電流和電壓，來控制鍍膜速率。沉積過程中，襯底溫度為室溫，蒸發(fā)速率由膜厚儀監(jiān)測；蒸發(fā)時間約為5min，背金屬電極厚度為150～300nm。

鍍膜結(jié)束后，本發(fā)明實施例對樣品進(jìn)行退火，使金屬背電極與p型碲化鎘層形成歐姆接觸，得到碲化鎘薄膜太陽電池。

在本發(fā)明的一些實施例中，可對樣品進(jìn)行200℃下30分鐘的真空退火處理，使得背電極與碲化鎘接觸良好；待樣品冷卻，完成整個電池制備工藝。其中，熱處理工藝影響不大，200-250℃熱處理20-30分鐘都可以。

本發(fā)明對所得碲化鎘電池的性能進(jìn)行檢測，結(jié)果表明，本發(fā)明加入NiO背接觸緩沖層，碲化鎘電池開路電壓由724mV提高到789mV，轉(zhuǎn)換效率由10.7％提高到12.2％，NiO背場作用對電池性能的提升效果極為明顯。此外，本發(fā)明所得碲化鎘電池的穩(wěn)定性方面有所提高，并且其制備方法簡便，成本低，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

為了進(jìn)一步理解本申請，下面結(jié)合實施例對本申請?zhí)峁┑捻诨k薄膜太陽電池及其制備方法進(jìn)行具體地描述。

實施例1

采用商用FTO玻璃(購自日本板硝子(NSG)公司，型號WI98329，厚度為2.2mm，透光率大于90％，面電阻為15歐)，其中，F(xiàn)TO透明導(dǎo)電薄膜厚度為350nm。

采用磁控濺射法，在FTO透明導(dǎo)電薄膜上制備得到厚度為80nm的硫化鎘薄膜；其中，磁控濺射功率為60W，襯底溫度200℃，壓強(qiáng)為1.3Pa，氣氛為Ar：O₂為100：1體積比，鍍膜時間為4分鐘。

在硫化鎘薄膜上，采用近空間升華法制備得到碲化鎘薄膜，其厚度為5μm。其中，源為純度為99.999％的碲化鎘粉末，源溫度為650℃，襯底溫度為500℃，壓力為2Pa，氣氛為Ar:O₂＝10：1。

將p型碲化鎘層經(jīng)過氯化鉻(CdCl₂)熱處理，即在碲化鎘薄膜上蒸發(fā)一層CdCl₂薄膜，然后置于管式爐中，400℃熱處理15min。將經(jīng)過CdCl₂熱處理的碲化鎘薄膜用水沖洗，氮氣吹干。然后在磷硝酸刻蝕液中刻蝕，刻蝕液配比(體積比)優(yōu)選為：硝酸：磷酸：水＝1：70：29，刻蝕時間為35s?？涛g后，本發(fā)明實施例用水沖洗，氮氣吹干，得到刻蝕后樣品。

利用電子束蒸發(fā)法進(jìn)行NiO背接觸緩沖層的制備，蒸發(fā)源材料是純度為99.99％的NiO顆粒，粒徑為1mm～3mm。具體工藝包括：打開電子束蒸發(fā)進(jìn)樣室閘門，將表面刻蝕后的碲化鎘薄膜太陽電池樣品放入進(jìn)樣室，利用傳送桿將樣品從進(jìn)樣室傳送到生長室；對生長室抽真空，待真空度為5×10^-4Pa時，可以制備NiO薄膜；打開電子槍，將電子束集中打在坩堝正中央的NiO顆粒上，進(jìn)行蒸發(fā)鍍膜；調(diào)整電子槍的工作電流和電壓來控制鍍膜速率。沉積過程中，襯底溫度為室溫，工作壓強(qiáng)為5×10^-4Pa，生長速率由膜厚儀監(jiān)測；生長時間為5min，所得薄膜厚度為20nm。

采用真空熱蒸發(fā)法制備金屬背電極，該方法設(shè)備簡單，成膜質(zhì)量較好。具體的制備工藝如下：蒸發(fā)源材料為Au金屬絲，純度為99.99％，直徑為0.5毫米。打開熱蒸發(fā)生長室閘門，將生長過NiO背接觸層的樣品放入熱蒸發(fā)鍍膜系統(tǒng)中；抽真空，待真空度為5×10^-3Pa時，打開樣品擋板，開始鍍膜；打開蒸發(fā)恒流電源，通過調(diào)控恒流電源的輸出電流和電壓，來控制鍍膜速率。沉積過程中，襯底溫度為室溫，蒸發(fā)速率由膜厚儀監(jiān)測；蒸發(fā)時間為5min，背金屬電極厚度為150nm。

鍍膜結(jié)束后，對所得樣品進(jìn)行200℃下30分鐘的真空退火處理，使得背電極與碲化鎘接觸良好；待樣品冷卻，完成整個電池制備工藝。

采用上述NiO作為背接觸緩沖層(表示為NiO/Au)與未采用NiO背接觸緩沖層(表示為Au-Only)制備的碲化鎘薄膜太陽電池，在標(biāo)準(zhǔn)太陽光源(AM1.5)下進(jìn)行性能對比。測得的電流-電壓(I-V)曲線圖如圖3所示，圖3為采用實施例1的NiO作為背接觸緩沖層與未采用NiO背接觸緩沖層制備的碲化鎘薄膜太陽電池的電流-電壓(I-V)曲線圖。

如圖3所示，本發(fā)明加入NiO背接觸緩沖層，碲化鎘電池開路電壓Voc由724mV提高到789mV，轉(zhuǎn)換效率η由10.7％提高到12.2％，NiO背場作用對電池性能的提升效果極為明顯。

比較例1

按照實施例1中的制備方法，分別用V₂O₅、MoO₃和WO₃代替NiO作為背接觸緩沖層，分別得到CdTe電池。

按照實施例1中的測試方法，對各電池性能進(jìn)行對比。結(jié)果如圖4所示，圖4為本發(fā)明實施例與比較例不同背接觸緩沖層CdTe電池的亮態(tài)I-V曲線對比圖。

從圖4可以看出，本發(fā)明NiO在提高CdTe電池開路電壓和轉(zhuǎn)換效率方面的效果十分明顯。其中，NiO作為背接觸緩沖層的CdTe電池的開路電壓高達(dá)789mV，遠(yuǎn)大于其他背接觸緩沖層的電池開路電壓。由于NiO緩沖層的背場作用，可以將背表面處的電子反射回PN結(jié)，大幅降低電池背表面處載流子的復(fù)合，提高電池的開路電壓Voc和轉(zhuǎn)換效率。

實施例2

按照實施例1中的制備方法，分別制備得到不同NiO緩沖層厚度的CdTe電池。生長速率相同，不同之處在于，氧化鎳NiO薄膜厚度為5nm，生長時間為100秒；氧化鎳NiO薄膜厚度為10nm，生長時間為200秒；氧化鎳NiO薄膜厚度為40nm，生長時間為800秒。

按照實施例1中的測試方法，對各電池性能進(jìn)行對比。結(jié)果如圖5所示，圖5為本發(fā)明實施例不同NiO緩沖層厚度的CdTe太陽電池的亮態(tài)I-V曲線對比圖。

從圖5可以看出，本發(fā)明加入NiO緩沖層之后，CdTe電池的開路電壓Voc顯著提高，從而提高電池轉(zhuǎn)換效率。NiO的厚度為5-20nm時，對CdTe電池的路電壓Voc都有顯著提高，最佳厚度為20nm左右。

實施例3

采用商用FTO玻璃(購自日本板硝子(NSG)公司，型號WI98329，厚度為2.2mm，透光率大于90％，面電阻為15歐)，其中，F(xiàn)TO透明導(dǎo)電薄膜厚度為350nm。

采用磁控濺射法，在FTO透明導(dǎo)電薄膜上制備得到厚度為100nm的硫化鎘薄膜；其中，磁控濺射功率為60W，襯底溫度200℃，壓強(qiáng)為1.3Pa，氣氛為Ar：O₂為100：1體積比，鍍膜時間為4分鐘。

在硫化鎘薄膜上，采用近空間升華法制備得到碲化鎘薄膜，其厚度為4μm。其中，源為純度為99.999％的碲化鎘粉末，源溫度為600℃，襯底溫度為550℃，壓力為2Pa，氣氛為Ar:O₂＝10：1。

將p型碲化鎘層經(jīng)過氯化鉻(CdCl₂)熱處理，即在碲化鎘薄膜上蒸發(fā)一層CdCl₂薄膜，然后置于管式爐中，400℃熱處理13min。將經(jīng)過CdCl₂熱處理的碲化鎘薄膜用水沖洗，氮氣吹干。然后在磷硝酸刻蝕液中刻蝕，刻蝕液配比(體積比)優(yōu)選為：硝酸：磷酸：水＝1：70：29，刻蝕時間為35s。刻蝕后，本發(fā)明實施例用水沖洗，氮氣吹干，得到刻蝕后樣品。

在刻蝕后樣品上，采用熱蒸發(fā)法，真空度到5×10^-3Pa開始蒸發(fā)，制備得到銅薄膜，其厚度為3nm。

利用電子束蒸發(fā)法進(jìn)行NiO背接觸緩沖層的制備，蒸發(fā)源材料是純度為99.99％的NiO顆粒，粒徑為1mm～3mm。具體工藝包括：打開電子束蒸發(fā)進(jìn)樣室閘門，將制備銅薄膜后的碲化鎘薄膜太陽電池樣品放入進(jìn)樣室，利用傳送桿將樣品從進(jìn)樣室傳送到生長室；對生長室抽真空，待真空度為5×10^-4Pa時，可以制備NiO薄膜；打開電子槍，將電子束集中打在坩堝正中央的NiO顆粒上，進(jìn)行蒸發(fā)鍍膜；調(diào)整電子槍的工作電流和電壓來控制鍍膜速率。沉積過程中，襯底溫度為室溫，工作壓強(qiáng)為5×10^-4Pa，生長速率由膜厚儀監(jiān)測；生長時間為5min，所得薄膜厚度為20nm。

采用真空熱蒸發(fā)法制備金屬背電極，該方法設(shè)備簡單，成膜質(zhì)量較好。具體的制備工藝如下：蒸發(fā)源材料為Au金屬絲，純度為99.99％，直徑為0.5毫米。打開熱蒸發(fā)生長室閘門，將生長過NiO背接觸層的樣品放入熱蒸發(fā)鍍膜系統(tǒng)中；抽真空，待真空度為5×10^-3Pa時，打開樣品擋板，開始鍍膜；打開蒸發(fā)恒流電源，通過調(diào)控恒流電源的輸出電流和電壓，來控制鍍膜速率。沉積過程中，襯底溫度為室溫，蒸發(fā)速率由膜厚儀監(jiān)測；蒸發(fā)時間為5min，背金屬電極厚度為100nm。

鍍膜結(jié)束后，對所得樣品進(jìn)行200℃下30分鐘的真空退火處理，使得背電極與碲化鎘接觸良好；待樣品冷卻，完成整個電池制備工藝。其中，背接觸結(jié)構(gòu)表示為3-nm-Cu/20-nm-NiO。

以銅的厚度為5nm的標(biāo)準(zhǔn)Cu/Au的CdTe電池作為對比，其背接觸結(jié)構(gòu)表示為5-nm-Cu/Au。按照實施例1中的測試方法進(jìn)行性能測試，結(jié)果如圖6所示，圖6為本發(fā)明實施例3背接觸結(jié)構(gòu)分別為3-nm-Cu/20-nm-NiO/Au和5-nm-Cu/Au的CdTe太陽電池的亮態(tài)I-V曲線對比圖。

從圖6可以看出，本發(fā)明采用Cu/NiO雙層結(jié)構(gòu)作為電池的背接觸緩沖層，在制備NiO緩沖層前加入少量的銅，電池的開路電壓和轉(zhuǎn)換效率比標(biāo)準(zhǔn)Cu/Au電池高。本發(fā)明在NiO背接觸緩沖層中，引入少量的銅，既可以提高NiO層的導(dǎo)電性，又可以對CdTe進(jìn)行摻雜，有助于電池效率的提高。

標(biāo)準(zhǔn)Cu/Au電池中，銅的厚度為5nm，雖然可以提高電池的性能，但是銅對電池的長期穩(wěn)定性造成影響。然而，在本發(fā)明中，只引入3nm的銅，就可以提高電池的性能。并且，由于本發(fā)明引入銅含量較少，電池的長期穩(wěn)定性能較好。

由以上實施例可知，本發(fā)明加入NiO背接觸緩沖層，碲化鎘電池開路電壓由724mV提高到789mV，轉(zhuǎn)換效率由10.7％提高到12.2％，本發(fā)明氧化鎳薄膜在碲化鎘電池中起到背場緩沖層的作用，將碲化鎘中背表面處的光生電子反射到PN結(jié)處，大大降低電子在背表面處的復(fù)合，提高電池的載流子收集效率，從而提高電池的開路電壓和轉(zhuǎn)換效率。

此外，本發(fā)明碲化鎘電池的穩(wěn)定性方面有所提高，并且其制備方法簡便，成本低，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于使本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，是能夠?qū)崿F(xiàn)對這些實施例的多種修改的，而這些修改也應(yīng)視為本發(fā)明應(yīng)該保護(hù)的范圍。