一種用于太陽能電池的背電極和太陽能電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)涉及太陽能電池領(lǐng)域，特別是涉及一種用于太陽能電池的背電極，以及基 于該背電極的太陽能電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 太陽能是一種取之不盡的清潔能源，太陽能電池技術(shù)是解決世界能源危機(jī)的重要 手段和技術(shù)之一。目前晶硅太陽能電池主導(dǎo)著全世界的太陽能電池市場(chǎng)，占據(jù)80%以上的 市場(chǎng)份額。同時(shí)，以非晶硅、CdTe、Cu(In，Ga)Se 2(縮寫CIGSe)為代表的薄膜太陽能電池也正 在興起，占據(jù)了剩下10%以上的市場(chǎng)份額，并在逐年增長，其它主要的薄膜太陽能電池還包 括CuInS 2和Cu2ZnSn(S，Se)4(縮寫CZTS)等。這些太陽能電池都是基于pn結(jié)結(jié)構(gòu)的電池。晶硅 電池的結(jié)構(gòu)為前柵電極/減反層/n型層/p型層/金屬背電極;其中前柵電極為導(dǎo)電銀漿，減 反層為SiN，n型層為磷摻雜的n型硅，p型層為硼摻雜的p型硅，金屬背電極為導(dǎo)電鋁漿和導(dǎo) 電銀漿。薄膜太陽能電池的正置結(jié)構(gòu)為:玻璃/透明導(dǎo)電膜/n型層/P型層/金屬背電極;其中 透明導(dǎo)電膜為前電極;n型層為窗口層，如CdS、Zn0、Ti0 2等;p型層為吸收層，如CdTe、CIGSe、 CZTS等。在太陽能電池制備中，實(shí)現(xiàn)p型層和背電極之間的歐姆接觸是獲得穩(wěn)定、高效器件 的關(guān)鍵技術(shù)之一。因此，選擇合適的背電極，增強(qiáng)空穴的收集和傳輸能力，可以獲得高效的 太陽能電池器件。
[0003] 以CdTe電池為例，常用的背電極有六111〇、附、石墨等高功函金屬材料。由于0(11'6功 函數(shù)很高，約5.7eV，與這些高功函金屬也難以形成良好的歐姆接觸，因此常采用p型重?fù)诫s 的背接觸層材料來協(xié)助實(shí)現(xiàn)背電極和CdTe層之間的歐姆接觸。常用的背接觸材料有:Cu薄 膜、ZnTe薄膜、Sb 2Te3薄膜、Mo03薄膜等。但是這些背接觸材料的使用，不僅會(huì)增加電池成本 和制作工藝難度，而且會(huì)引入更多難控制的工藝參數(shù)。例如，通過Cu薄膜來進(jìn)行Cu摻雜時(shí)， Cu的摻雜程度依賴于Cu薄膜的厚度、退火溫度和退火時(shí)間，極難控制，容易出現(xiàn)過度退火從 而降低電池效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本申請(qǐng)的目的是提供一種新型的與太陽能電池的p型層有良好歐姆接觸的背電 極，以及基于該背電極的太陽能電池。
[0005] 本申請(qǐng)采用了以下技術(shù)方案：
[0006] 本申請(qǐng)的一方面公開了一種用于太陽能電池的背電極，該背電極包括由銅硫化合 物制備的導(dǎo)電薄膜。
[0007] 需要說明的是，本申請(qǐng)的關(guān)鍵在于采用銅硫化合物制備的導(dǎo)電薄膜作為背電極， 與P型層有良好歐姆接觸，從而獲得極高的空穴收集和傳輸能力，實(shí)現(xiàn)高效器件的制備。在 生產(chǎn)時(shí)，直接采用銅硫化合物沉積在P型層的表面，形成薄膜，作為背電極使用即可。可以理 解，本申請(qǐng)的銅硫化合物作為背電極使用，其必須具備導(dǎo)電性，因此，所有具備導(dǎo)電性的銅 硫化合物都適用于本申請(qǐng)。
[0008] 優(yōu)選的，銅硫化合物為Cu9S#P/或CuS。
[0009] 需要說明的是，本申請(qǐng)的導(dǎo)電薄膜可以是單獨(dú)的C119S5或CuS制備，也可以是兩者混 合制備。其中，CuS帶隙為OeV，具有良好的導(dǎo)電性，可以沉積在p型層上作為背電極。〇1 9&為 六方層狀結(jié)構(gòu)，其空間群是R_3m，其功函數(shù)比CdTe略小，為5.12eV，具有很高的載流子濃度 和迀移率，作為背電極沉積在p型層表面時(shí)，通過Cu的擴(kuò)散摻雜實(shí)現(xiàn)與p型層的能級(jí)匹配，從 而獲得極高的空穴收集和傳輸能力，實(shí)現(xiàn)高效器件的制備。本申請(qǐng)中，(：11 9&的載流子濃度為 1 ? 571 X 1020cm-3,迀移率為 23 ? 79cm2V-、
[0010] 本申請(qǐng)更優(yōu)選的方案中，采用Cu9S^ij備的導(dǎo)電薄膜作為背電極。
[0011]優(yōu)選的，背電極還包括輔助金屬電極，導(dǎo)電薄膜附著于輔助金屬電極的至少一個(gè) 表面。
[0012] 需要說明的是，采用本申請(qǐng)的銅硫化合導(dǎo)電薄膜就可以完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)太陽能電池 的金屬背電極，但是，輔助金屬電極的使用可以進(jìn)一步提高空穴收集能力，因此，本申請(qǐng)的 背電極還包括輔助金屬電極，其結(jié)構(gòu)為依序?qū)盈B的銅硫化合物導(dǎo)電薄膜和輔助金屬電極， 使用時(shí)，導(dǎo)電薄膜一面與P型層接觸。還需要說明的是，本申請(qǐng)中，輔助金屬電極選擇與銅硫 化合物導(dǎo)電薄膜的功函數(shù)接近的金屬，例如Ni、Au、Mo、Cr、石墨等。
[0013] 本申請(qǐng)的另一面公開了本申請(qǐng)的背電極在太陽能電池中的應(yīng)用。
[0014] 本申請(qǐng)的再一面公開了一種薄膜太陽能電池，薄膜太陽能電池包括依序?qū)盈B復(fù)合 的玻璃、透明導(dǎo)電薄膜、n型層、p型層和背電極導(dǎo)電薄膜;背電極導(dǎo)電薄膜為銅硫化合物制 備的導(dǎo)電薄膜。
[0015] 需要說明的是，本申請(qǐng)的薄膜太陽能電池就是采用本申請(qǐng)的銅硫化合物制備的導(dǎo) 電薄膜作為背電極而制備的，在另一種實(shí)現(xiàn)方式中，銅硫化合物導(dǎo)電薄膜之后還可以增加 一個(gè)輔助金屬電極。
[0016] 可以理解，本申請(qǐng)的背電極可以用于各種薄膜太陽能電池，包括但不僅限于非晶 硅太陽能電池、CdTe太陽能電池、CuInS 2太陽能電池、CIGSe太陽能電池和CZTS太陽能電池 等。
[0017] 本申請(qǐng)的再一面公開了一種晶硅太陽能電池，包括依序?qū)盈B復(fù)合的前柵電極、減 反層、n型層、p型層和背電極導(dǎo)電薄膜，背電極導(dǎo)電薄膜為銅硫化合物制備的導(dǎo)電薄膜。
[0018] 需要說明的是，本申請(qǐng)的晶硅太陽能電池就是采用本申請(qǐng)的銅硫化合物制備的導(dǎo) 電薄膜作為背電極而制備的，在另一種實(shí)現(xiàn)方式中，銅硫化合物導(dǎo)電薄膜之后還可以增加 一個(gè)輔助金屬電極。
[0019] 可以理解，本申請(qǐng)的背電極可以用于各種晶硅太陽能電池，包括但不僅限于單晶 硅太陽能電池或多晶硅太陽能電池等。
[0020] 還需要說明的是，本申請(qǐng)的關(guān)鍵在于采用銅硫化合物制備的導(dǎo)電薄膜作為薄膜太 陽能電池或晶硅太陽能電池的背電極，至于其它結(jié)構(gòu)層，例如薄膜太陽能電池中的玻璃、透 明導(dǎo)電薄膜、n型層、P型層，以及晶硅太陽能電池中的前柵電極、減反層、n型層、P型層等，都 可以參考常規(guī)的薄膜太陽能電池或晶硅太陽能電池，在此不做具體限定。
[0021] 本申請(qǐng)的有益效果在于：
[0022] 本申請(qǐng)采用銅硫化合物制備的導(dǎo)電薄膜作為太陽能電池的背電極，與p型層形成 良好的歐姆接觸，并且銅硫化合物導(dǎo)電薄膜具有很高的載流子濃度和迀移率，與P型層能級(jí) 匹配，從而增強(qiáng)了空穴的收集和傳輸能力，可以制備出高效的太陽能電池。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本申請(qǐng)實(shí)施例中薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中11為玻璃、12為透明導(dǎo) 電膜、13為n型層、14為p型層、15為銅硫化合物導(dǎo)電薄膜；
[0024] 圖2是本申請(qǐng)實(shí)施例中另一種結(jié)構(gòu)的薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中21為玻 璃、22為透明導(dǎo)電膜、23為n型層、24為p型層、25為銅硫化合物導(dǎo)電薄膜、26為輔助金屬電 極；
[0025] 圖3是本申請(qǐng)實(shí)施例中晶硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中31為前柵電極、32為減 反層、33為n型層、34為p型層、35為銅硫化合物導(dǎo)電薄膜、36為輔助金屬電極；
[0026] 圖4是本申請(qǐng)實(shí)施例中三種不同結(jié)構(gòu)的薄膜太陽能電池的J-V特性曲線圖；
[0027] 圖5是本申請(qǐng)實(shí)施例中三種不同結(jié)構(gòu)的薄膜太陽能電池的外量子效率曲線圖； [0028]圖4和圖5中，cl為玻璃/FTO/CdS/CdTe/Cu/Au結(jié)構(gòu)的薄膜太陽能電池的曲線，c2為 玻璃/FTO/CdS/CdTe/Cu 9S5結(jié)構(gòu)的薄膜太陽能電池的曲線，c3為玻璃/FTO/CdS/CdTe/Cu9S 5/ Au結(jié)構(gòu)的薄膜太陽能電池的曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 本申請(qǐng)著重研究了太陽能電池的背電極，發(fā)現(xiàn)銅硫化合物作為背電極時(shí)，能與p型 層形成良好的歐姆接觸，能夠增強(qiáng)空穴的收集和傳輸能力，可以制備出高效的太陽能電池。 特別是，Cu 9S#PCuS，其中，導(dǎo)電性良好的CuS帶隙為OeV，可以作為背電極;而Cu9S5的功函數(shù) 比CdTe略小，為5.12eV，具有很高的載流子濃度和迀移率，能夠增強(qiáng)空穴的收集和傳輸能 力。
[0030] 下面通過具體實(shí)施例和附圖對(duì)本申請(qǐng)作進(jìn)一步詳細(xì)說明。以下實(shí)施例和附圖僅對(duì) 本申請(qǐng)進(jìn)行進(jìn)一步說明，不應(yīng)理解為對(duì)本申請(qǐng)的限制。
[0031] 實(shí)施例一
[0032] 本例的薄膜太陽能電池為CdTe太陽能電池，采用Cu9S5導(dǎo)電薄膜作為背電極。薄膜 太陽能電池的結(jié)構(gòu)如圖1所示，為依序?qū)盈B復(fù)合的玻璃11、透明導(dǎo)電薄膜12、n型層13、p型層 14和背電極導(dǎo)電薄膜15;其中，透明導(dǎo)電薄膜12為FT0，n型層13為CdS，p型層14為CdTe，背極 導(dǎo)電薄膜15即C119S5導(dǎo)電薄膜。
[0033]本例的CdTe太陽能電池，其基本結(jié)構(gòu)玻璃/透明導(dǎo)電膜/n-CdS/p-CdTe按照常規(guī)的 方法制備，玻璃采用常規(guī)的制備薄膜太陽能電池的材料，在此不累述。將制備好的玻璃/ FTO/n-CdS/p-CdTe作為樣品以便后續(xù)制備背電極。
[0034]背電極Cu9S5導(dǎo)電薄膜的制備采用如下方法：
[0035] (1)分子前驅(qū)液的制備
[0036] 稱取4 ? 5mmol無水CuCl2，將其加入3ml的N，N-二甲基甲酰胺中，超聲處理5分鐘，得 到黃綠色的透明溶液。再稱取ISmmol硫代乙酰胺加入其中，立刻產(chǎn)生黃色沉淀，元素分析證 明黃色沉淀是硫，并得到血紅色透明溶液。將剛制備好的溶液放置三天以上，待反應(yīng)充分， 得到均勻穩(wěn)定的分子前驅(qū)液。
[0037] (2)&165導(dǎo)電薄膜的制備
[0038]本例的Cu9S5導(dǎo)電薄膜采用旋涂和熱板工藝制備。將步驟（1)中制備好的分子前驅(qū) 液60微升滴加到3cmX3cm的玻璃/透明導(dǎo)電膜/n-CdS/p-CdTe樣品的CdTe薄膜表面上，以 3000轉(zhuǎn)/分鐘的速度旋涂30秒，然后置于250°C的熱板上處理1分鐘，得到一層&1 935膜。重復(fù) 上面的步驟3次，得到厚度約400nm的C119S5導(dǎo)電薄膜。
[0039]以上即獲得本例的薄膜太陽能電池，其結(jié)構(gòu)為玻璃/FTO/CdS/CdTe/Cu9S5。
[0040] 實(shí)施例二
[0041] 本例的薄膜太陽能電池與實(shí)施例一相同，也為C d T e太陽能電池，其結(jié)構(gòu)如圖2所 示，玻璃21、透明導(dǎo)電薄膜22、n型層23、p型層24和背極導(dǎo)電薄膜25,都與實(shí)施例一相同，只 是，在Cu 9S5導(dǎo)電薄膜之后還蒸鍍了一層輔助金屬層26，具體的，本例的輔助金屬層26為Au薄 膜。