一种半透明的碲锌镉薄膜太阳电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本项发明所属领域为新能源领域，特别涉及一种用于建筑物外墙的半透明薄膜太阳电池。
【背景技术】
[0002]太阳电池利用太阳能产生电能，但由于太阳光的功率密度较低而且太阳电池的转换效率不高，使太阳电池电站的建设需要占用大面积的土地来接受足够的阳光。在人口比较集中的城市和地区，从节约土地的观点出发，光伏一体化建筑应运而生。光伏一体化建筑的特点是将太阳电池覆盖在建筑表面，使建筑物的墙面同时具有光伏发电的功能，满足部分建筑物内的电力消耗，从而有效实现节能减排的目的。
[0003]目前用于光伏一体化建筑的太阳电池有单晶硅电池，多晶硅电池和非晶硅电池，单晶硅和多晶硅电池的特点是转换效率高，工艺成熟，能够大面积安装于建筑墙面等。但是这两种电池不具有透光的特点，不能用于对采光要求较高的建筑，因此半透明的太阳电池更加适合作为光伏一体化的建筑使用。非晶硅薄膜电池已经成功用于建筑，但是硅材料是间接带隙半导体，对太阳光的吸收系数较低，再加上它是非晶材料，这类单结电池组件的转换效率通常只有7?8%左右，发电效率很低。
[0004]中国专利CN101276854A和CN102254966A均提出的是碲锌镉薄膜太阳电池，其特点是通过利用具有渐变带隙的碲锌镉薄膜作为电池的吸收层，从而提高对太阳光谱的吸收范围。但是这种碲锌镉薄膜太阳电池由于吸收层有几百?几千纳米的碲锌镉或碲化镉薄膜，还有几十纳米不透明的背电极材料，使得整个电池不透光，因此不适合用作建筑物的半透明幕墙。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提出一种高效新型的半透明薄膜太阳电池。该方法的基本思想是利用碲锌镉薄膜作为薄膜太阳电池的吸收层材料，由于碲锌镉是直接带隙半导体，对可见光的吸收系数高达105cm \且其禁带宽度随着锌、镉的相对含量从1.5eV可变化到2.2eV,因此可以通过调制锌、镉元素的比例制备出具有不同可见光吸收边(不同颜色)的薄膜材料，再加上前后的透明电极就可以形成半透明的薄膜太阳电池结构。这种半透明的薄膜太阳电池既能透过部分太阳光，也能以较高的转换效率发电，从而成为建筑一体化的理想幕
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[0006]为实现本发明目的，本发明由以下措施构成的技术方案来实现。在白玻璃衬底上依次制备透明导电膜层、η型窗口层、碲锌镉吸收层、透明背电极层。透明导电膜(简称TCO)为IT0、Sn02:F (FTO)或ZnO:Al (ZTO)等η型材料，η型窗口层材料为CdS或ZnS薄膜。我们前期的研究结果表明，碲化镉薄膜的禁带宽度与锌组份X的关系式为Eg=L 525+0.675χ，因此半透明的Cd1 xZnxTe吸收层的X应在0.1?I之间，且厚度为10nm?500nm。电池结构有如下两种，(O上述Cd1 xZnxTe薄膜为本征材料，电池采用n_i_p结构，η型CdS或ZnS薄膜为窗口层材料，Cd1 xZnxTe本征吸收层作为i层，ZnTe: Cu薄膜作为p型背接触层，透明背电极采用P型透明导电薄膜(CuAlO2^ ZnO:N)，如图1。(2)上述Cd工xZnxTe薄膜是p型材料(如掺铜后)，电池采用n-p结构，η型ZnS薄膜为窗口层材料，Cd1 xZnxTe薄膜材料作为P层，透明背电极采用石墨烯材料，如图2。
【附图说明】
[0007]图1为TOVCdSAM1 xZnxTe/ZnTe:Cu/p型透明导电膜结构的碲锌镉薄膜太阳电池。
[0008]图2为TOVZnSAM1 xZnxTe: Cu/石墨烯结构的碲锌镉薄膜太阳电池。
【具体实施方式】
[0009]以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但本发明的内容不仅限于实施例中涉及的内容。
[0010]实施例一:
第一种半透明的Cd1 xZnxTe薄膜太阳电池结构如图1所示，电池为n_i_p结构。在Sn02:F/CdS室温基底上，先将CdTe和ZnTe —起共蒸发到衬底形成Cd1 xZnxTe薄膜，x在
0.1?I之间，厚度为10nm?500nm。将蒸发获得的Cd1 xZnxTe薄膜取出，在干燥氮气中300°C?350°C退火，保温30分钟，然后自然冷却到室温。用蒸发的方法在Cd1 xZnxTe薄膜上制备ZnTe = Cu薄膜，厚度50nm，然后在退火炉氮气气氛进行150°C?200°C热处理。最后用溅射方法镀200nmZn0:N薄膜作p型透明背电极。由此得到第一种半透明的Cd1 xZnxTe薄膜太阳电池。
[0011]实施例二:
第二种半透明的Cd1 xZnxTe薄膜太阳电池结构如图2所示，电池为η-p结构。在SnO2:F/ZnS室温基底上，先将CdTe、ZnTe和Cu三个靶一起共溅射到衬底形成Cd1 xZnxTe:Cu薄膜，X在0.1?I之间，厚度为10nm?500nm。将溅射获得的Cd1 xZnxTe:Cu薄膜取出，在干燥氮气中300°C?350°C退火，保温30分钟，然后自然冷却到室温。用溅射方法镀50层石墨烯薄膜作透明背电极。由此得到第二种半透明的Cd1 xZnxTe薄膜太阳电池。
【主权项】
1.一种半透明的碲锌镉薄膜太阳电池，其特征是具有如下两种结构:(I) TCO/CdS/Cd1 xZnxTe/ZnTe:Cu/ 透明背电极；(2) TCO/CdS/Cdi xZnxTe:Cu/ 透明背电极。2.如权利要求1所述的结构为TCO/CdS/Cd! xZnxTe/ZnTe:Cu/透明背电极的半透明碲锌镉薄膜太阳电池，其特征是在TCO/CdS衬底上先沉积一层Cd1 xZnxTe薄膜，然后顺序沉积ZnTeiCu薄膜和透明背电极。3.如权利要求1所述的结构为TCO/CdS/Cd! xZnxTe:Cu/透明背电极的半透明碲锌镉薄膜太阳电池，其特征是在TCO/CdS衬底上先沉积一层Cd1 xZnxTe: Cu薄膜，然后沉积透明背电极。4.如权利要求1所述的半透明碲锌镉薄膜太阳电池，其特征是Cd! xZnxTe薄膜的x应满足0.1 < X < I，相应薄膜的带隙在1.6eV?2.2eV之间变化。5.如权利要求1所述的半透明碲锌镉薄膜太阳电池，其特征是CdlxZnxTe或Cd1 xZnxTe:Cu 薄膜的厚度在 10nm ?500nm。6.如权利要求1所述的半透明碲锌镉薄膜太阳电池，其特征是P型Cdi xZnxTe:Cu薄膜采用Cu作掺杂剂。7.如权利要求1所述的半透明碲锌镉薄膜太阳电池，其特征是透明背电极采用P型透明导电膜(CuAlO2S p-ZnO)或者石墨稀。
【专利摘要】本发明属于新能源材料与器件领域，特别涉及一种用于建筑物外墙的半透明的碲锌镉薄膜太阳电池。本发明以碲锌镉薄膜作为薄膜太阳电池的吸收层材料，碲锌镉是直接带隙半导体，对可见光的吸收系数高且其禁带宽度可随着锌含量的增加从1.5eV变化到2.2eV，因此可以通过调制锌、镉元素的比例制备出具有不同颜色的薄膜材料，再加上前后的透明电极就能形成半透明的薄膜太阳电池结构。这种半透明的薄膜太阳电池既能透过部分太阳光，也能以较高的转换效率发电，从而成为建筑一体化的理想幕墙。
【IPC分类】H01L31/0352, H01L31/0296, H01L31/0445, H01L31/065
【公开号】CN105161561
【申请号】CN201510404295
【发明人】武莉莉, 冯良桓, 李卫, 张静全, 王文武, 徐航, 黎兵, 曾广根, 刘才
【申请人】四川大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年7月13日