一種碲化鎘薄膜太陽能電池和制備方法與流程

本發明涉及領域太陽能電池
技術領域：
，具體涉及一種碲化鎘薄膜太陽能電池和制備方法。
背景技術：
：在社會、環境、能源和可持續性發展等要求的推動下，新能源的推廣應用已成為全球共識。而太陽能作為新能源中最主要的可再生能源，在未來發展中占有重要地位。薄膜太陽電池主要包括非晶硅、碲化鎘、銅銦鎵硒以及染料敏化等多種類型，其由于消耗材料少，具有所共識的很大的降低成本空間，受到世界各國的越來越多的關注。其中，碲化鎘(cdte)薄膜太陽電池，其結構主體由的光吸收層cdte層與窗口層cds層形成，吸光效率系數>105cm-1，可吸收90％以上的光，轉換效率以在8％以上，是新一代高效、低成本、可大規模工業化生產的太陽電池。而目前常用的碲化鎘(cdte)薄膜太陽電池cdte層厚度為3微米到8微米，元素te是稀有元素，材料稀少且價格昂貴，造成碲化鎘(cdte)薄膜太陽電池生產成本高，成為限制其發展的一大因素。技術實現要素：有鑒于此，本申請提供了一種碲化鎘薄膜太陽能電池和制備方法，所述電池在保證太陽光的吸收效率的基礎上，減小光吸收層的厚度，降低te原料的消耗，降低生產成本，批量生長可行性高。為解決以上技術問題，本發明提供的技術方案是一種碲化鎘薄膜太陽能電池，包括襯底，所述襯底上設置有疊層薄膜，所述疊層薄膜由下往上依次包括透明導電膜、窗口層、光吸收層、背接觸層、背反射層和背電極層；所述窗口層為硫化鎘薄膜層，所述光吸收層為碲化鎘薄膜層，所述背接觸層為硫氰酸亞銅薄膜層，所述背反射層為銀薄膜層。優選的，所述襯底為玻璃或高分子聚合物。優選的，所述高分子聚合物為聚酰亞胺。優選的，所述透明導電膜為tco薄膜。優選的，所述背電極層包括鎳薄膜層和鉻薄膜層。優選的，所述窗口層厚度為10nm～200nm。優選的，所述光吸收層厚度為50nm～2000nm。優選的，所述光吸收層厚度為500nm～2000nm。優選的，所述光吸收層厚度為500nm。優選的，所述背接觸層厚度為5nm～100nm。優選的，所述背接觸層厚度為20nm。優選的，所述背反射層厚度為30nm～800nm。優選的，所述背反射層厚度為80nm～800nm。優選的，所述背反射層厚度為80nm優選的，所述疊層薄膜還包括封裝材料層和背板，所述封裝材料層和所述背板依次設置于所述背電極層上。優選的，所述背板為玻璃。本發明還提供了一種碲化鎘薄膜太陽能電池的制作方法，包括：襯底上由下往上依次沉積透明導電膜、窗口層、光吸收層、背接觸層、背反射層和背電極層；所述窗口層為硫化鎘薄膜層，所述光吸收層為碲化鎘薄膜層，所述背接觸層為硫氰酸亞銅薄膜層，所述背反射層為銀薄膜層。優選的，采用濺射法或近空間升華法沉積所述窗口層。優選的，采用近空間升華法或氣象運輸沉積所述光吸收層。優選的，采用熱蒸發沉積所述背接觸層。優選的，所述熱蒸發沉積蒸發源溫度為300～1000℃，蒸發壓力為10～1000pa。優選的，所述熱蒸發沉積蒸發源溫度為800℃。優選的，蒸發壓力為300pa。優選的，采用濺射法沉積所述背反射層。優選的，所述制作方法還包括進行封裝。在本申請技術方案中，襯底上依次沉積透明導電膜、窗口層、光吸收層、背接觸層、背反射層和背電極后進行封裝；所述窗口層為硫化鎘薄膜層，所述光吸收層為碲化鎘薄膜層；所述背接觸層為硫氰酸亞銅薄膜層，硫氰酸亞銅薄膜層與碲化鎘薄膜層容易實現歐姆接觸，透明導電膜有減反效果，能夠使更多的光進入電池內部；加上為銀薄膜層的背反射層，能夠使到達電池底部的光充分反射回電池內部進行再次吸收，提升對入射太陽光的捕捉效率，提高電池的光利用率；背電極包括鎳薄膜層和鉻薄膜層，為多層結構，具有良好的導電性；因此，本申請提供的碲化鎘薄膜太陽能電池能使太陽光被非常有效地反射，在光吸收層的路徑上可以實現非常好的量子效率，在保證太陽光的吸收效率的基礎上，實現減小光吸收層的厚度，降低te原料的消耗，降低生產成本。本申請與現有技術相比，其詳細說明如下：本申請設置銀薄膜層，在600nm至1200nm的波長范圍內具有大于等于95％的積分全反射率，有效提升對入射太陽光的捕捉效率，進而提高對太陽光的吸收效率，并獲得高效率碲化鎘薄膜太陽能電池，降低生產成本；同時，銀薄膜層厚度為30nm～800nm，也有效控制了成本；采用廉價的硫氰酸亞銅薄膜層作背接觸層，硫氰酸亞銅薄膜層與碲化鎘薄膜層容易實現歐姆接觸，提高太陽光的吸收效率；本申請在光吸收層的路徑上可以實現非常好的量子效率，在保證太陽光的吸收效率的基礎上，減小光吸收層的厚度，降低te原料的消耗，降低生產成本；本申請采用濺射法或近空間升華法沉積窗口層，采用近空間升華法或氣象運輸沉積所述光吸收層，采用熱蒸發沉積所述背接觸層，采用濺射法沉積所述背反射層，可大面積制備、批量生長可行性高，從而降低成本。附圖說明圖1是本申請所述的碲化鎘薄膜電池結構示意圖；圖2是本申請所述的碲化鎘薄膜電池樣品、市售碲化鎘薄膜太陽能電池和硫氰酸亞銅薄膜層的i-v曲線圖；圖3是本申請所述的碲化鎘薄膜電池樣品和對照樣品的i-v曲線圖。具體實施方式為了使本領域的技術人員更好地理解本申請的技術方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。實施例1如圖1所示的一種碲化鎘薄膜太陽能電池，包括襯底1，所述襯底1上設置有疊層薄膜，所述疊層薄膜由下往上依次包括透明導電膜2、窗口層3、光吸收層4、背接觸層5、背反射層6、背電極層7、封裝材料層8和背板9；其中，所述襯底1為玻璃或高分子聚合物，所述高分子聚合物為聚酰亞胺；所述透明導電膜2為tco薄膜；所述窗口層3為硫化鎘薄膜層，厚度為10nm～200nm；所述光吸收層4為碲化鎘薄膜層，厚度為500nm；所述背接觸層5為硫氰酸亞銅薄膜層，厚度為20nm；所述背反射層6為銀薄膜層，厚度為80nm；所述背電極層7包括鎳薄膜層10和鉻薄膜層11，所述背板9為玻璃。本實施例所述碲化鎘薄膜太陽能電池的制備方法，包括：襯底1上依次沉積透明導電膜2、窗口層3、光吸收層4、背接觸層5、背反射層6和背電極層7，最后進行封裝；其中，采用近空間升華法沉積所述窗口層3和所述光吸收層4，采用熱蒸發沉積所述背接觸層5，所述熱蒸發沉積蒸發源溫度為800℃，蒸發壓力為300pa，采用濺射法沉積所述背反射層6。實施例2本實施例除下述特征外，其他均與實施例1相同：本實施例碲化鎘薄膜太陽能電池的制備方法中：采用近空間升華法沉積所述窗口層3和所述光吸收層4，采用熱蒸發沉積所述背接觸層5，所述熱蒸發沉積蒸發源溫度為600℃，蒸發壓力為300pa。實施例3本實施例除下述特征外，其他均與實施例1相同：本實施例碲化鎘薄膜太陽能電池的制備方法中：采用近空間升華法沉積所述窗口層3和所述光吸收層4，采用熱蒸發沉積所述背接觸層5，所述熱蒸發沉積蒸發源溫度為300℃，蒸發壓力為10pa。實施例4本實施例除下述特征外，其他均與實施例1相同：本實施例碲化鎘薄膜太陽能電池的制備方法中：采用近空間升華法沉積所述窗口層3和所述光吸收層4，采用熱蒸發沉積所述背接觸層5，所述熱蒸發沉積蒸發源溫度為1000℃，蒸發壓力為1000pa。實施例5本實施例除下述特征外，其他均與實施例1相同：本實施例碲化鎘薄膜太陽能電池的制備方法中：采用濺射法沉積所述窗口層3，采用近氣象運輸沉積所述光吸收層4，采用熱蒸發沉積所述背接觸層5，所述熱蒸發沉積蒸發源溫度為800℃，蒸發壓力為300pa。實施例6熱蒸發沉積條件對碲化鎘薄膜太陽能電池樣品的電池性能影響1、實驗樣品：實施例1-4所述的碲化鎘薄膜電池樣品；2、實驗方法：實施例1-4所述的碲化鎘薄膜電池樣品為4塊，4塊樣品采用不同的蒸發源溫度和蒸發壓力熱蒸發沉積背接觸層，其中，第一塊熱蒸發沉積蒸發源溫度為800℃，蒸發壓力為300pa，第二塊熱蒸發沉積蒸發源溫度為600℃，第三塊熱蒸發沉積蒸發源溫度為300℃，蒸發壓力為10pa，蒸發壓力為100pa，第四塊熱蒸發沉積蒸發源溫度為1000℃，蒸發壓力為1000pa。采用gb/t6495.1-1996中所述方法進行性能測試。3、實驗結果：見表1。表1熱蒸發沉積條件對碲化鎘薄膜太陽能電池樣品的電池性能影響結果電池樣品eff(％)voc(v)jsc(ma/cm2)ff(％)實施例112.10.81222.167.43實施例210.30.79120.762.91實施例39.780.78019.364.96實施例411.30.80121.266.54其中，eff為充放電效率，voc為開路電壓，jsc為短路電流，ff為填充因子。從以上數據可以看出實施例1所述的樣品其電池性能最好，即熱蒸發沉積蒸發源溫度為800℃，蒸發壓力為300pa，為最優選方案。實施例7光吸收層厚度對碲化鎘薄膜太陽能電池樣品的電池性能影響1、實驗樣品：碲化鎘薄膜太陽能電池樣品a、b、c、d(光吸收層厚度分別為50nm、300nm、500nm、2000nm)；2、實驗方法：采用gb/t6495.1-1996中所述方法進行性能測試；3、實驗結果：見表2。表2光吸收層厚度對碲化鎘薄膜太陽能電池樣品的電池性能影響結果電池樣品eff(％)voc(v)jsc(ma/cm2)ff(％)樣品a4.350.62315.245.936樣品b7.640.79518.751.352樣品c12.850.82422.469.619樣品d12.930.82222.868.991其中，eff為充放電效率，voc為開路電壓，jsc為短路電流，ff為填充因子。從以上數據可以看出吸收層厚度為500nm～2000nm時，電池性能較好，為優選方案，結合不同厚度原料消耗量，吸收層厚度為500nm為最優選方案。實施例8背接觸層厚度對碲化鎘薄膜太陽能電池樣品的電池性能影響1、實驗樣品：碲化鎘薄膜太陽能電池樣品a、b、c(背接觸層厚度分別為5nm、20nm、100nm)；2、實驗方法：采用gb/t6495.1-1996中所述方法進行性能測試；3、實驗結果：見表3。表3背接觸層厚度對碲化鎘薄膜太陽能電池樣品的電池性能影響結果電池樣品eff(％)voc(v)jsc(ma/cm2)ff(％)樣品a9.260.78821.30.5517樣品b12.850.82422.469.619樣品c7.870.79120.149.500其中，eff為充放電效率，voc為開路電壓，jsc為短路電流，ff為填充因子。從以上數據可以看出的樣品b電池性能最好，即背接觸層的厚度在20nm時，其電池性能更好，為最優選方案。實施例9背反射層厚度對碲化鎘薄膜太陽能電池樣品的電池性能影響1、實驗樣品：碲化鎘薄膜太陽能電池樣品d、e、f(背反射層厚度分別為30nm、80nm、800nm)；2、實驗方法：采用gb/t6495.1-1996中所述方法進行性能測試；3、實驗結果：見表4。表4背反射層厚度對碲化鎘薄膜太陽能電池樣品的電池性能影響結果電池樣品eff(％)voc(v)jsc(ma/cm2)ff(％)樣品d7.540.79814.244.85樣品e12.410.82522.367.455樣品f12.850.82422.469.619其中，eff為充放電效率，voc為開路電壓，jsc為短路電流，ff為填充因子。從以上數據可以看出，背反射層厚度為80nm～800nm時，電池性能較好，為優選方案，結合不同厚度原料消耗量，背反射層厚厚度為80nm時，為最優選方案。實施例10背接觸層選擇對碲化鎘薄膜太陽能電池樣品的電池性能影響1、實驗樣品：樣品1(本申請實施例1所述的碲化鎘薄膜太陽能電池樣品，背接觸層為硫氰酸亞銅薄膜層)，樣品2(市售碲化鎘薄膜太陽能電池樣品，背接觸層為傳統碳漿)，樣品3(硫氰酸亞銅薄膜層)；2、實驗方法：采用gb/t6495.1-1996中所述方法進行性能測試；3、實驗結果：見表5、圖2。圖2為本申請所述的碲化鎘薄膜電池樣品、市售碲化鎘薄膜太陽能電池和硫氰酸亞銅薄膜層的i-v曲線圖表5背接觸層選擇對碲化鎘薄膜電池樣品的電池性能影響電池樣品eff(％)voc(v)jsc(ma/cm2)ff(％)樣品17.640.79518.751.352樣品24.540.77213.244.5樣品311.220.83221.6361.4其中，eff為充放電效率，voc為開路電壓，jsc為短路電流，ff為填充因子。從以上數據可以看出，本發明采用的硫氰酸亞銅薄膜層具有較高的充放電效率、開路電壓、短路電流和填充因子，選擇器作為背接觸層相較于樣品2，電池性能更好。實施例11反射層選擇對碲化鎘薄膜太陽能電池樣品的電池性能影響1、實驗樣品：樣品1(本申請實施例1所述的碲化鎘薄膜太陽能電池樣品，反射層為銀薄膜層)，對照樣品(無反射層)；2、實驗方法：采用gb/t6495.1-1996中所述方法進行性能測試；3、實驗結果：見表6、圖3。圖2為本申請所述的碲化鎘薄膜電池樣品和對照樣品的i-v曲線圖表6反射層選擇對碲化鎘薄膜電池樣品的電池性能影響電池樣品eff(％)voc(v)jsc(ma/cm2)ff(％)樣品17.640.79518.751.352對照樣品5.90.78715.349.5其中，eff為充放電效率，voc為開路電壓，jsc為短路電流，ff為填充因子。從上表數據可看出，對于有反射層的樣品1，其電池性能相較于無反射層的對照樣品更好。以上僅是本發明的優選實施方式，應當指出的是，上述優選實施方式不應視為對本發明的限制，本發明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。對于本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明的精神和范圍內，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。當前第1頁12