一種CdTe薄膜太陽能電池及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種CdTe薄膜太陽能電池及其制備方法。
【背景技術】
[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換為電能，由于薄膜太陽能電池成本低、節約材料，研究者高度重視薄膜太陽能電池的開發與應用。
[0003]CdTe是一種化合物半導體，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換，是一種良好的PV材料，具有很高的理論效率(28% )，性能很穩定，一直被光伏業界看重。
[0004]近年來，太陽能電池的研究方向是高轉換效率、低成本和高穩定性。因此，以CdTe薄膜太陽能電池為代表的薄膜太陽電池倍受關注。美國國家可再生能源實驗室公布了Solar Cells公司的面積為6879cm2的CdTe薄膜太陽能電池的測試結果，其轉換效率達到
7.7%。Bp Solar的CdTe薄膜太陽能電池面積為4540cm2，轉換效率為8.4%。然而，由于不耐高溫且抗輻照性能差，不適用于空間應用，限制了太陽能電池的發展。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是，提供一種CdTe薄膜太陽能電池及其制備方法。主要解決現有技術中太陽能電池不耐高溫且抗輻照性能差的技術問題。
[0006]本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案如下:
[0007]本發明提供了一種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]優選地，所述金剛石薄膜窗口層的厚度為3?5 μπι。
[0009]優選地，所述金剛石薄膜窗口層上表面的柵電極為Cr/Au復合電極。
[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+的電解液進行化學還原反應，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，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，最后用氮氣吹干。
[0019]較佳的，所述步驟b中所述的對CdTe薄膜吸收層進行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。濺射完成后繼續通Ar氣作保護氣，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%。蒸發沉積時，真空室壓強小于5X10-3Pa，蒸發時間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，濺射室壓強小于5X 10_3Pa，濺射電壓400V，濺射時間 5-10min。
[0022]與現有技術相比，本發明的有益效果如下:
[0023]1、本發明提供的CdTe薄膜太陽能電池，具有成本低、耐高溫、抗腐蝕的優點。
[0024]2、本發明所述的CdTe薄膜太陽能電池的制備方法，有效降低了工藝的復雜度和制造成本，具有成膜質量好、工藝簡單、價格低廉的優點，是一種制備高質量CdTe薄膜太陽電池的有效方法。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發明中CdTe薄膜太陽能電池的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合實施例對本發明的技術方案進行詳細說明。
[0027]參見圖1，該圖為CdTe薄膜太陽能電池的結構示意圖。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上蒸發沉積金屬In接觸層制備背電極4，最后對電池進行封裝密封保護。
[0029]本實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+的電解液進行化學還原反應，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，最后用氮氣吹干。沉積時，所述柔性襯底薄膜材料層的溫度為200°C，沉積室背景壓強小于5X 10 3Pa，濺射電壓400V，沉積時間15min。
[0037]本實施例所述步驟b中所述的對CdTe薄膜吸收層進行CdCl2退火處理，使用濺射工藝，濺射靶材為99.99%高純CdCl2，反應室氣壓350Pa，濺射功率為300W，濺射時間為30min。濺射完成后繼續通Ar氣作保護氣，保持襯底溫度為350°C退火40min。
[0038]本實施例所述步驟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%。蒸發沉積時，真空室壓強小于5X 10 3Pa，蒸發時間l_2s。
[0039]本實施例所述步驟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，濺射室壓強小于5X 10 3Pa，濺射電壓400V，濺射時間lOmin。
[0040]示例性的，本實施例所述步驟a所述的CdTe薄膜采用電解淀積工藝，將含有Cd2+及HTe02+的電解液進行化學還原反應，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，可以由以下三個化學反應式表示:
[0042]HTe02++3H++4e — Te+2H 20
[0043]Cd2++2e — Cd
[0044]Te+Cd — CdTe
[0045]示范性的，本實施例所述步驟b中所述的對CdTe薄膜吸收層進行CdCl2退火處理，使用濺射工藝，濺射靶材為99.99%高純CdCl2，反應室氣壓350Pa，濺射功率為300W，濺射時間為30min。濺射完成后繼續通Ar氣作保護氣，保持襯底溫度為350°C退火40min。
[0046]退火處理的過程實際上是CdTe再結晶的過程，通過退火處理，CdTe的小晶粒消失。
[0047]退火過程的化學反應式為:
[0048]CdTe (s) +CdCl2 (s) — 2Cd (g) +C12 (s) — CdTe (s) +CdCl2 (s)
[0049]CdCl2在化學反應中起到了催化劑的作用。
[0050]綜上所述，本實施例的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，設備投入低、效率高的特點。本實施例的制備方法可以應用于CdTe薄膜太陽能電池的大批量制備。
[0051]上述僅為本發明的部分優選實施例，本發明并不僅限于實施例的內容。對于本領域中的技術人員來說，在本發明技術方案的構思范圍內可以有各種變化和更改，所作的任何變化和更改，均在本發明保護范圍之內。
【主權項】
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復合電極。4.如權利要求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+的電解液進行化學還原反應，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，CdTe薄膜厚度為3_5 μ mD7.如權利要求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，最后用氮氣吹干。8.如權利要求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 ;濺射完成后繼續通Ar氣作保護氣，保持襯底溫度為300?350°C退火40min。9.如權利要求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% ;蒸發沉積時，真空室壓強小于5X10 3Pa，蒸發時間l_2s。10.如權利要求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，濺射室壓強小于5X 10-3Pa，濺射電壓400V，濺射時間5_10min。
【專利摘要】本發明公開了一種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復合電極，所述背電極為Ag電極或者In電極。本發明的CdTe薄膜太陽能電池，具有成本低、耐高溫、抗腐蝕的優點。該CdTe薄膜太陽能電池的制備方法，有效降低了工藝的復雜度和制造成本，具有成膜質量好、工藝簡單、價格低廉的優點。
【IPC分類】H01L31/18, H01L27/142, H01L31/0216
【公開號】CN105390552
【申請號】CN201510769430
【發明人】蘇青峰, 劉長柱, 張根發
【申請人】上海聯孚新能源科技集團有限公司
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年11月12日