一種碲化鎘薄膜太陽能電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于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。
【背景技術】
[0002]石墨烯是由sp2雜化單層碳原子構成的二維平面晶體，一層石墨烯的厚度為一個碳原子。石墨烯具有優異的機械性能，其化學、熱力學性能穩定，此外，石墨烯擁有良好的熱導率(5000Wm 'K 3、透光性(97.7%)、導電性和極高的載流子迀移率10000 cm2V's \成本低且柔韌易彎曲。當石墨烯沉積在金屬薄膜上時，它可以抑制金屬材料被氧化。將石墨烯置于不同的薄膜之間，可以起到鈍化的作用，阻止了不同薄膜之間原子或離子的互擴散。
[0003]在碲化鎘薄膜太陽能電池中，碲化鎘薄膜的功函數為5.5eV，為了避免形成肖特基勢皇，同時為了形成歐姆接觸，普遍與碲化鎘薄膜接觸的金屬背電極層的功函數需要大于5.5eV0然而，只有少數金屬的功函數是大于5.5eV。通常解決這個問題的方案是在碲化鎘薄膜和背電極層中間增加一層0.3-5nm的銅薄膜或是增加一層摻雜有銅離子的緩沖層。當適量的金屬銅擴散進入碲化鎘薄膜后，在碲化鎘表面形成了一層CuxTe過渡層。這個過渡層上產生了可以將在碲化鎘薄膜中空穴從碲化鎘傳輸到背電極的隧道。另外，銅在碲化鎘薄膜中的擴散增加了碲化鎘薄膜的摻雜濃度，巨大地減小了碲化鎘薄膜的電阻，將碲化鎘薄膜太陽能電池的光轉換效率從0.9%提高到6.8%。但是，由于銅活潑的性質，銅在碲化鎘中的過度擴散，甚至擴散到了碲化鎘和硫化鎘的界面，導致了復合中心和分流電路的形成，使得太陽能電池的退化速率急劇加快。
【發明內容】
[0004]本實用新型目的是:提供一種碲化鎘薄膜太陽能電池以及碲化鎘薄膜太陽能電池中硼摻雜石墨烯鈍化層的制備方法，該硼摻雜石墨烯鈍化層具有和碲化鎘吸收層接近的功函數，有益于對碲化鎘吸收層中產生的空穴的收集和傳輸，同時還保留了石墨烯優良的電學性能，能夠很好地抑制相鄰的金屬材料被氧化，也可以作為鈍化層，阻止不同薄層之間原子或離子的擴散，有效地阻止了銅的擴散，有效降低太陽能電池的退化速率。
[0005]本實用新型的技術方案是:一種碲化鎘薄膜太陽能電池，包括自下而上依次設置的金屬背電極層，緩沖層，碲化鎘吸收層，硫化鎘窗口層，氧化鋅高阻層，以及透明導電電極層，在所述緩沖層和所述碲化鎘吸收層之間設有硼摻雜石墨烯鈍化層。
[0006]作為優選的技術方案，所述金屬背電極層的金屬為金，鉬，鎳或銀。
[0007]作為優選的技術方案，所述緩沖層為摻雜有銅離子的緩沖層，例如CuxTe、ZnTe:Cuo
[0008]作為優選的技術方案，所述硼摻雜石墨烯鈍化層為p型硼摻雜石墨烯薄膜。
[0009]作為優選的技術方案，所述硼摻雜石墨稀鈍化層的厚度為0.34?20nm。
[0010]一種碲化鎘薄膜太陽能電池中硼摻雜石墨烯鈍化層的制備方法，包括以下步驟:
[0011]步驟1):以銅箔作為催化劑，依次使用異丙醇、丙酮、三氯化鐵和鹽酸混合水溶液、去離子水超聲波清洗銅箔，再將銅箔放在石英片上并置于管式爐中央，然后將硼源放入反應室；
[0012]步驟2):在氫氣和氬氣混合氣氛保護下加溫達到900?1100°C后退火，退火時間為10?60mins，然后通入碳源甲烷和待摻雜元素進行p型摻雜硼摻雜石墨烯薄膜沉積，溫度不變，沉積時間為10?60mins，然后自然冷卻至室溫，得到在銅箔上生長的p型硼摻雜石墨稀薄膜；
[0013]步驟3):在上述p型硼摻雜石墨烯薄膜一側涂上聚甲基丙烯酸甲酯，將覆有銅箔襯底和轉移襯底的P型硼摻雜石墨烯薄膜放入三氯化鐵中腐蝕銅箔，再將帶有轉移襯底的P型硼摻雜石墨烯薄膜放入丙酮中去除聚甲基丙烯酸甲酯，最終得到硼摻雜石墨烯鈍化層。
[0014]作為優選的技術方案，所述硼源選自三溴化硼和硼單質中的至少一種。
[0015]作為優選的技術方案，步驟2)中所述氫氣的體積流量為50?200sccm;
[0016]所述氬氣的體積流量為100?500sccm;
[0017]所述碳源甲烷的體積流量為1?200sCCm。
[0018]本實用新型的優點是:
[0019]1.本實用新型的硼摻雜石墨烯鈍化層不僅增加了載流子濃度，并提高了石墨烯的導電性，而且還具有和碲化鎘吸收層接近的功函數，有益于形成歐姆接觸，避免形成肖特基勢皇，同時有益于收集和傳輸在碲化鎘吸收層中產生的空穴；
[0020]2.本實用新型采用硼摻雜石墨烯鈍化層置于在碲化鎘吸收層和含有銅(Cu)的緩沖層之間，保留了石墨烯優良的電學性能的同時，能夠很好地抑制相鄰的金屬材料被氧化，也還可以有效抑制銅從緩沖層擴散進入碲化鎘薄膜而導致太陽能電池退化；
[0021]3.本實用新型的硼摻雜石墨烯鈍化層可以作為鈍化層，阻止不同薄層之間原子或離子的擴撒，并有效抑制緩沖層中銅離子擴散進入碲化鎘薄膜；
[0022]4.本實用新型的硼摻雜石墨烯鈍化層厚度很薄，柔韌易彎曲，有良好的熱導率和載流子迀移率等性質。
【附圖說明】
[0023]下面結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述:
[0024]圖1為本實用新型碲化鎘薄膜太陽能電池的結構示意圖；
[0025]其中:1金屬背電極層，2緩沖層，3硼摻石墨烯鈍化層，4碲化鎘吸收層，5硫化鎘窗口層，6氧化鋅高阻層，7透明導電電極層。
【具體實施方式】
[0026]實施例:參照圖1所示，一種碲化鎘薄膜太陽能電池，包括自下而上依次設置的金屬背電極層1，緩沖層2，碲化鎘吸收層4，硫化鎘窗口層5，氧化鋅高阻層6，以及透明導電電極層7，在緩沖層2和碲化鎘吸收層4之間設有硼摻雜石墨烯鈍化層3。
[0027]本實用新型的硼摻雜石墨烯鈍化層3為p型硼摻雜石墨烯薄膜，且其薄膜厚度為0.34?20nm。
[0028]實施例1:上述碲化鎘薄膜太陽能電池中硼摻雜石墨烯鈍化層的制備方法，包括以下步驟:
[0029]步驟1):以銅箔作為催化劑，依次使用異丙醇、丙酮、三氯化鐵和鹽酸混合水溶液、去離子水超聲波清洗銅箔，再將銅箔放在石英片上并置于管式爐中央，然后將硼源放入反應室，其中硼源選自三溴化硼和硼單質中的至少一種；
[0030]步驟2):在氫氣(體積流量為200sccm)和氬氣(體積流量為lOOsccm)混合氣氛保護下加溫達到1100°c后退火，退火時間為60mins，然后通入碳源甲烷(體積流量為200sccm)和待摻雜元素進行p型摻雜硼摻雜石墨烯薄膜沉積，溫度不變，沉積時間為10?60mins，然后自然冷卻至室溫，得到在銅箔上生長的p型硼摻雜石墨稀薄膜；
[0031]步驟3):在上述p型硼摻雜石墨烯薄膜一側涂上聚甲基丙烯酸甲酯，將覆有銅箔襯底和轉移襯底的P型硼摻雜石墨烯薄膜放入三氯化鐵中腐蝕銅箔，再將帶有轉移襯底的P型硼摻雜石墨烯薄膜放入丙酮中去除聚甲基丙烯酸甲酯，最終得到硼摻雜石墨烯鈍化層，其鈍化層厚度為0.34?10nmo
[0032]實施例2:上述碲化鎘薄膜太陽能電池中硼摻雜石墨烯鈍化層的制備方法，包括以下步驟:
[0033]步驟1):以銅箔作為催化劑，依次使用異丙醇、丙酮、三氯化鐵和鹽酸混合水溶液、去離子水超聲波清洗銅箔，再將銅箔放在石英片上并置于管式爐中央，然后將硼源放入反應室，其中硼源選自三溴化硼和硼單質中的至少一種；
[0034]步驟2):在氫氣(體積流量為lOOsccm)和氬氣(體積流量為500sccm)混合氣氛保護下加溫達到1000°C后退火，退火時間為30mins，然后通入碳源甲烷(體積流量為30sCCm)和待摻雜元素進行P型摻雜硼摻雜石墨烯薄膜沉積，溫度不變，沉積時間為10?60mins，然后自然冷卻至室溫，得到在銅箔上生長的P型硼摻雜石墨烯薄膜；
[0035]步驟3):在上述p型硼摻雜石墨烯薄膜一側涂上聚甲基丙烯酸甲酯，將覆有銅箔襯底和轉移襯底的P型硼摻雜石墨烯薄膜放入三氯化鐵中腐蝕銅箔，再將帶有轉移襯底的P型硼摻雜石墨烯薄膜放入丙酮中去除聚甲基丙烯酸甲酯，最終得到硼摻雜石墨烯鈍化層，其鈍化層厚度為0.34?10nmo
[0036]實施例3:上述碲化鎘薄膜太陽能電池中硼摻雜石墨烯鈍化層的制備方法，包括以下步驟:
[0037]步驟1):以銅箔作為催化劑，依次使用異丙醇、丙酮、三氯化鐵和鹽酸混合水溶液、去離子水超聲波清洗銅箔，再將銅箔放在石英片上并置于管式爐中央，然后將硼源放入反應室，其中硼源選自三溴化硼和硼單質中的至少一種；
[0038]步驟2):在氫氣(體積流量為50sccm)和氬氣(體積流量為lOOsccm)混合氣氛保護下加溫達到900°C后退火，退火時間為lOmins，然后通入碳源甲烷(體積流量為lOOsccm)和待摻雜元素進行P型摻雜硼摻雜石墨烯薄膜沉積，溫度不變，沉積時間為10?60mins，然后自然冷卻至室溫，得到在銅箔上生長的P型硼摻雜石墨烯薄膜；
[0039]步驟3):在上述p型硼摻雜石墨烯薄膜一側涂上聚甲基丙烯酸甲酯，將覆有銅箔襯底和轉移襯底的P型硼摻雜石墨烯薄膜放入三氯化鐵中腐蝕銅箔，再將帶有轉移襯底的P型硼摻雜石墨烯薄膜放入丙酮中去除聚甲基丙烯酸甲酯，最終得到硼摻雜石墨烯鈍化層，其鈍化層厚度為0.34?10nmo
[0040]上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本實用新型的內容并據以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。凡根據本實用新型精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種碲化鎘薄膜太陽能電池，包括自下而上依次設置的金屬背電極層，緩沖層，碲化鎘吸收層，硫化鎘窗口層，氧化鋅高阻層，以及透明導電電極層，其特征在于，在所述緩沖層和所述碲化鎘吸收層之間設有硼摻雜石墨烯鈍化層。2.根據權利要求1所述的碲化鎘薄膜太陽能電池，其特征在于，所述金屬背電極層的金屬為金，鉬，鎳或銀。3.根據權利要求1所述的碲化鎘薄膜太陽能電池，其特征在于，所述緩沖層為摻雜有銅離子的緩沖層。4.根據權利要求1所述的碲化鎘薄膜太陽能電池，其特征在于，所述硼摻雜石墨烯鈍化層為P型硼摻雜石墨烯薄膜。5.根據權利要求1所述的碲化鎘薄膜太陽能電池，其特征在于，所述硼摻雜石墨烯鈍化層的厚度為0.34?20nmo
【專利摘要】<b>本實用新型公開了一種碲化鎘薄膜太陽能電池，包括自下而上依次設置的金屬背電極層，緩沖層，碲化鎘吸收層，硫化鎘窗口層，氧化鋅高阻層，以及透明導電電極層，其特征在于，在所述緩沖層和所述碲化鎘吸收層之間設有硼摻雜石墨烯鈍化層，本實用新型的優點在于，該硼摻雜石墨烯鈍化層具有和碲化鎘吸收層接近的功函數，有益于對碲化鎘吸收層中產生的空穴的收集和傳輸，同時還保留了石墨烯優良的電學性能，能夠很好地抑制相鄰的金屬材料被氧化，也可以作為鈍化層，阻止不同薄層之間原子或離子的擴散，有效地阻止了緩沖層中的銅擴散，同時有效降低太陽能電池的退化速率。</b>
【IPC分類】H01L31/0216, H01L31/0296
【公開號】CN205039160
【申請號】CN201520732043
【發明人】吳京錦, 趙策洲, 趙胤超
【申請人】西交利物浦大學
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年9月21日