一種CdTe薄膜太陽能電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種CdTe薄膜太陽能電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能是一種清潔、無污染、取之不盡用之不竭的天然能源，受到人們的高度重視。太陽能電池可以直接將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，由于薄膜太陽能電池成本低、節(jié)約材料，研究者高度重視薄膜太陽能電池的開發(fā)與應(yīng)用。
[0003]CdTe是一種化合物半導(dǎo)體，在太陽電池中一般作吸收層。由于它的直接帶隙為
1.45eV左右，與太陽光譜非常匹配，最適合于光電能量轉(zhuǎn)換，是一種良好的PV材料，具有很高的理論效率(28% )，性能很穩(wěn)定，一直被光伏業(yè)界看重。
[0004]近年來，太陽能電池的研究方向是高轉(zhuǎn)換效率、低成本和高穩(wěn)定性。因此，以CdTe薄膜太陽能電池為代表的薄膜太陽電池倍受關(guān)注。美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室公布了Solar Cells公司的面積為6879cm2的CdTe薄膜太陽能電池的測試結(jié)果，其轉(zhuǎn)換效率達(dá)到
7.7%。Bp Solar的CdTe薄膜太陽能電池面積為4540cm2，轉(zhuǎn)換效率為8.4%。然而，由于不耐高溫且抗輻照性能差，不適用于空間應(yīng)用，限制了太陽能電池的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是，提供一種CdTe薄膜太陽能電池及其制備方法。主要解決現(xiàn)有技術(shù)中太陽能電池不耐高溫且抗輻照性能差的技術(shù)問題。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
[0007]本發(fā)明提供了一種CdTe薄膜太陽能電池，由以下4個部分組合而成:1)金剛石薄膜窗口層；2)在所述金剛石薄膜窗口層上表面的柵電極；3)在所述金剛石薄膜窗口層下表面沉積CdTe薄膜的吸收層；4)在所述CdTe薄膜吸收層上的背電極。
[0008]優(yōu)選地，所述金剛石薄膜窗口層的厚度為3?5 μπι。
[0009]優(yōu)選地，所述金剛石薄膜窗口層上表面的柵電極為Cr/Au復(fù)合電極。
[0010]所述CdTe薄膜吸收層上的背電極為Ag電極或者In電極。
[0011]本發(fā)明還提供了一種CdTe薄膜太陽能電池的制備方法，采用如下的制備步驟:
[0012]a、在所述金剛石薄膜表面制備CdTe薄膜吸收層；
[0013]b、對所述CdTe薄膜吸收層進(jìn)行0(1(:12退火處理；
[0014]c、在所述CdTe薄膜吸收層上制備背電極；
[0015]d、在所述金剛石薄膜表面濺射柵電極；
[0016]e、獲得柔性襯底CdTe薄膜太陽能電池。
[0017]較佳的，所述步驟a中所述的CdTe薄膜吸收層采用電解淀積工藝，將含有Cd2+及HTe02+的電解液進(jìn)行化學(xué)還原反應(yīng)，從而得到Cd和Te并淀積在金剛石薄膜上形成CdTe薄膜，形成金剛石/CdTe電池pn結(jié)，CdTe薄膜厚度3_5 μπι。
[0018]在金剛石薄膜表面沉積CdTe薄膜吸收層之前，先將所述金剛石薄膜用超聲波丙酮清洗15_20min，再用去離子水超聲清洗15_20min，最后用氮?dú)獯蹈伞?br>[0019]較佳的，所述步驟b中所述的對CdTe薄膜吸收層進(jìn)行0(1(:12退火處理，使用濺射工藝，濺射靶材為99.99%高純CdCl2，反應(yīng)室氣壓300?400Pa，濺射功率為300?500W，濺射時間為30min。濺射完成后繼續(xù)通Ar氣作保護(hù)氣，保持襯底溫度為300?350°C退火40mino
[0020]較佳的，所述步驟c中使用真空蒸鍍法在CdTe薄膜上蒸鍍金屬In作為背電極，In純度為99.99%。蒸發(fā)沉積時，真空室壓強(qiáng)小于5X10-3Pa，蒸發(fā)時間l_2s。
[0021]較佳的，所述步驟d中所述柵電極采用磁控濺射方法制備，靶材分別為Cr和Au，Cr和Au的純度分別為99.99%以上。濺射沉積時，濺射室壓強(qiáng)小于5X 10_3Pa，濺射電壓400V，濺射時間 5-10min。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:
[0023]1、本發(fā)明提供的CdTe薄膜太陽能電池，具有成本低、耐高溫、抗腐蝕的優(yōu)點(diǎn)。
[0024]2、本發(fā)明所述的CdTe薄膜太陽能電池的制備方法，有效降低了工藝的復(fù)雜度和制造成本，具有成膜質(zhì)量好、工藝簡單、價格低廉的優(yōu)點(diǎn)，是一種制備高質(zhì)量CdTe薄膜太陽電池的有效方法。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明中CdTe薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0027]參見圖1，該圖為CdTe薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。所述CdTe薄膜太陽能電池由四個部分組合而成，這四個部分分別為:柵電極1、金剛石薄膜窗口層2、CdTe薄膜吸收層
3、背電極4。
[0028]如圖1所示，所述CdTe薄膜太陽能電池的制備過程為:在金剛石薄膜窗口層2的上表面濺射Cr/Au金屬接觸層制備柵電極1，在金剛石薄膜窗口層2下表面沉積CdTe薄膜吸收層3，在CdTe薄膜吸收層3上蒸發(fā)沉積金屬In接觸層制備背電極4，最后對電池進(jìn)行封裝密封保護(hù)。
[0029]本實(shí)施例具體采用如下的制備步驟:
[0030]a、在所述金剛石薄膜表面制備CdTe薄膜吸收層；
[0031]b、對所述CdTe薄膜吸收層進(jìn)行0(1(:12退火處理；
[0032]c、在所述CdTe薄膜吸收層上制備In背電極；
[0033]d、在所述金剛石薄膜表面濺射Cr/Au復(fù)合柵電極；
[0034]e、獲得柔性襯底CdTe薄膜太陽能電池。
[0035]具體的，本實(shí)施例所述步驟a中所述的CdTe薄膜吸收層采用電解淀積工藝，將含有Cd2+及HTeO 2+的電解液進(jìn)行化學(xué)還原反應(yīng)，從而得到Cd和Te并淀積在金剛石薄膜窗口層上形成CdTe薄膜吸收層，CdTe薄膜吸收層厚度為3 μπι。
[0036]在金剛石薄膜表面沉積CdTe薄膜吸收層之前，先將所述金剛石薄膜用超聲波丙酮清洗15min，再用去離子水超聲清洗15min，最后用氮?dú)獯蹈?。沉積時，所述柔性襯底薄膜材料層的溫度為200°C，沉積室背景壓強(qiáng)小于5X 10 3Pa，濺射電壓400V，沉積時間15min。
[0037]本實(shí)施例所述步驟b中所述的對CdTe薄膜吸收層進(jìn)行CdCl2退火處理，使用濺射工藝，濺射靶材為99.99%高純CdCl2，反應(yīng)室氣壓350Pa，濺射功率為300W，濺射時間為30min。濺射完成后繼續(xù)通Ar氣作保護(hù)氣，保持襯底溫度為350°C退火40min。
[0038]本實(shí)施例所述步驟c中使用真空蒸鍍法在CdTe薄膜上蒸鍍金屬In作為金屬接觸電極，In純度為99.99%。蒸發(fā)沉積時，真空室壓強(qiáng)小于5X 10 3Pa，蒸發(fā)時間l_2s。
[0039]本實(shí)施例所述步驟d中所述柵電極采用磁控濺射方法制備，靶材分別為Cr和Au，Cr和Au的純度為99.99%以上。濺射時，濺射室壓強(qiáng)小于5X 10 3Pa，濺射電壓400V，濺射時間lOmin。
[0040]示例性的，本實(shí)施例所述步驟a所述的CdTe薄膜采用電解淀積工藝，將含有Cd2+及HTe02+的電解液進(jìn)行化學(xué)還原反應(yīng)，得到Cd和Te并淀積形成CdTe薄膜。電解淀積過程中，控制電解時間、溫度、溶液濃度等，得到厚度為3 μπι的薄膜。
[0041]電解淀積工藝是電解還原及淀積反應(yīng)，可以由以下三個化學(xué)反應(yīng)式表示:
[0042]HTe02++3H++4e — Te+2H 20
[0043]Cd2++2e — Cd
[0044]Te+Cd — CdTe
[0045]示范性的，本實(shí)施例所述步驟b中所述的對CdTe薄膜吸收層進(jìn)行CdCl2退火處理，使用濺射工藝，濺射靶材為99.99%高純CdCl2，反應(yīng)室氣壓350Pa，濺射功率為300W，濺射時間為30min。濺射完成后繼續(xù)通Ar氣作保護(hù)氣，保持襯底溫度為350°C退火40min。
[0046]退火處理的過程實(shí)際上是CdTe再結(jié)晶的過程，通過退火處理，CdTe的小晶粒消失。
[0047]退火過程的化學(xué)反應(yīng)式為:
[0048]CdTe (s) +CdCl2 (s) — 2Cd (g) +C12 (s) — CdTe (s) +CdCl2 (s)
[0049]CdCl2在化學(xué)反應(yīng)中起到了催化劑的作用。
[0050]綜上所述，本實(shí)施例的CdTe薄膜太陽能電池，采用金剛石薄膜作為窗口層，CdTe薄膜吸收層采用電解淀積工藝，具有成本低廉，設(shè)備投入低、效率高的特點(diǎn)。本實(shí)施例的制備方法可以應(yīng)用于CdTe薄膜太陽能電池的大批量制備。
[0051]上述僅為本發(fā)明的部分優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明并不僅限于實(shí)施例的內(nèi)容。對于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員來說，在本發(fā)明技術(shù)方案的構(gòu)思范圍內(nèi)可以有各種變化和更改，所作的任何變化和更改，均在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種CdTe薄膜太陽能電池，其特征在于，所述CdTe薄膜太陽能電池的組成為:金剛石薄膜窗口層；在所述金剛石薄膜窗口層上表面的柵電極；在所述金剛石薄膜窗口層下表面的CdTe薄膜吸收層；與所述CdTe薄膜吸收層連接的背電極。2.如權(quán)利要求1所述的CdTe薄膜太陽能電池，其特征在于:所述金剛石薄膜窗口層的厚度為3?5 μ m。3.如權(quán)利要求1所述的CdTe薄膜太陽能電池，其特征在于:所述柵電極為Cr/Au復(fù)合電極。4.如權(quán)利要求1所述的CdTe薄膜太陽能電池，其特征在于:所述背電極為Ag電極或者In電極。5.—種CdTe薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于:該方法包括如下步驟: 步驟1，在金剛石薄膜表面制備CdTe薄膜吸收層； 步驟2，對所述CdTe薄膜吸收層進(jìn)行0(1(:12退火處理； 步驟3，在所述CdTe薄膜吸收層上制備背電極； 步驟4，在所述金剛石薄膜表面濺射柵電極，制得所述CdTe薄膜太陽能電池。6.如權(quán)利要求5所述的CdTe薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于:所述步驟1中采用電解淀積工藝在金剛石薄膜表面制備CdTe薄膜吸收層，將含有Cd2+及HTeO2+的電解液進(jìn)行化學(xué)還原反應(yīng)，從而得到Cd和Te并淀積在金剛石薄膜上形成CdTe薄膜，形成金剛石/CdTe電池pn結(jié)，CdTe薄膜厚度為3_5 μ mD7.如權(quán)利要求6所述的CdTe薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于:所述金剛石薄膜表面沉積CdTe薄膜吸收層之前，先將所述金剛石薄膜用超聲波丙酮清洗15-20min，再用去離子水超聲清洗15-20min，最后用氮?dú)獯蹈伞?.如權(quán)利要求5所述的CdTe薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述步驟2中對CdTe薄膜吸收層進(jìn)行CdCl2退火處理的過程為:使用濺射工藝，濺射靶材為99.99 %高純CdCl2，反應(yīng)室氣壓300?400Pa，濺射功率為300?500W，濺射時間為30min ;濺射完成后繼續(xù)通Ar氣作保護(hù)氣，保持襯底溫度為300?350°C退火40min。9.如權(quán)利要求5所述的CdTe薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述步驟3中制備背電極的過程為:使用真空蒸鍍法在CdTe薄膜上蒸鍍金屬In作為背電極，In純度為99.99% ;蒸發(fā)沉積時，真空室壓強(qiáng)小于5X10 3Pa，蒸發(fā)時間l_2s。10.如權(quán)利要求5所述的CdTe薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述步驟4中的柵電極采用磁控濺射方法制備，靶材分別為Cr和Au，Cr和Au的純度分別為99.99%以上；濺射沉積時，濺射室壓強(qiáng)小于5X 10-3Pa，濺射電壓400V，濺射時間5_10min。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種CdTe薄膜太陽能電池及其制備方法。所述CdTe薄膜太陽能電池的組成為：金剛石薄膜窗口層；在所述金剛石薄膜窗口層上表面的柵電極；在所述金剛石薄膜窗口層下表面的CdTe薄膜吸收層；與所述CdTe薄膜吸收層連接的背電極。所述金剛石薄膜窗口層的厚度為3～5μm，所述柵電極為Cr/Au復(fù)合電極，所述背電極為Ag電極或者In電極。本發(fā)明的CdTe薄膜太陽能電池，具有成本低、耐高溫、抗腐蝕的優(yōu)點(diǎn)。該CdTe薄膜太陽能電池的制備方法，有效降低了工藝的復(fù)雜度和制造成本，具有成膜質(zhì)量好、工藝簡單、價格低廉的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H01L31/18, H01L27/142, H01L31/0216
【公開號】CN105390552
【申請?zhí)枴緾N201510769430
【發(fā)明人】蘇青峰, 劉長柱, 張根發(fā)
【申請人】上海聯(lián)孚新能源科技集團(tuán)有限公司
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年11月12日