CdTe薄膜太阳电池的背接触结构、其制备方法与CdTe薄膜太阳电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体材料，尤其涉及CdTe薄膜太阳电池的背接触结构、其制备方法与CdTe薄膜太阳电池。
【背景技术】
[0002]CdTe是禁带宽度为1.45eV的I1-VI族直接带隙半导体材料，其吸收系数高达15Cm—S只需要几微米的厚度，CdTe薄膜就可以将入射太阳光中能量高于其禁带宽度的99%的光子吸收。CdTe薄膜作为太阳电池的光吸收层，所需原料少，成本低，具有很强的市场竞争力。因此，CdTe作为一种具有广泛应用前景的薄膜太阳电池材料受到了广泛的关注。
[0003]然而，CdTe作为太阳电池吸收层材料，在制备薄膜太阳电池时，需要克服一些材料本身的限制因素，主要表现在以下几个方面:其一，CdTe具有强烈的自补偿效应，很难通过掺杂调控其载流子浓度，而具有本征缺陷的CdTe载流子浓度较低;第二，P型CdTe的功函数为5.7eV，比大多数金属材料的功函数要高。如果将衬底、导电前电极、CdS窗口层、第一 CdTe薄膜与金属背电极依次叠加设置制成CdTe薄膜太阳电池，即将金属材料直接制备在CdTe薄膜表面作为背电极，则CdTe与金属的界面会形成肖特基势皇，阻碍光生载流子的传输，降低器件性能。目前，常用的低阻背接触电极制备的方案中都会使用Cu来降低CdTe与金属背电极间的接触势皇，例如将背接触结构设置为依次叠加的Cu金属薄膜、金属背电极。但是，背接触电极结构中的Cu在CdTe中的扩散系数很大，长期工作条件下，Cu会沿着晶界扩散到CdTe层及CdS/CdTe异质结区，造成电池性能的衰减。因此，如何减少Cu扩散对CdTe薄膜太阳电池的影响成为提高电池稳定性的关键问题。
【发明内容】
[0004]本发明解决的技术问题在于提供一种背接触结构及其制备方法，本申请提供的背接触结构能够在保证低阻接触的情况下，提高CdT e薄膜太阳电池的稳定性。
[0005]有鉴于此，本申请提供了一种CdTe薄膜太阳电池的背接触结构，包括:
[0006]第一过渡金属氧化物薄膜；
[0007]设置于所述第一过渡金属氧化物薄膜上的第二CdTe薄膜；
[0008]设置于所述第二CdTe薄膜上的Cu金属薄膜；
[0009]设置于所述Cu金属薄膜上的金属背电极。
[0010]优选的，所述第二CdTe薄膜与所述Cu金属薄膜之间还包括:第二过渡金属氧化物薄膜与第三CdTe薄膜;所述第二过渡金属氧化物薄膜设置于所述第二 CdTe薄膜上，所述第三CdTe薄膜设置于所述第二过渡金属氧化膜上。
[0011]优选的，所述过渡金属氧化物薄膜的厚度为I?20nm。
[0012]优选的，所述过渡金属氧化物薄膜为非晶态或多晶态。
[0013]本申请还提供了一种CdTe薄膜太阳电池的背接触结构的制备方法，包括:
[0014]在CdTe薄膜太阳电池的第一CdTe薄膜上制备第一过渡金属氧化物薄膜；
[0015]在所述第一过渡金属氧化物薄膜表面制备第二CdTe薄膜；
[0016]将第二CdTe薄膜进行刻蚀后依次沉积Cu金属薄膜和金属背电极，得到CdTe薄膜太阳电池的背接触结构。
[0017]优选的，所述第一过渡金属氧化物薄膜的过渡金属氧化物选自Mo0x、W0x、V0x、Ni0x、Cr0x、Co0x或TaOx，其中X为上述氧化物的化学计量比或非化学计量比。
[0018]优选的，得到CdTe薄膜太阳电池的背接触结构之后还包括:
[0019]将得到的CdTe薄膜太阳电池的背接触结构进行退火处理。
[0020]优选的，所述第一过渡金属氧化膜薄膜的制备方法为物理溅射、热蒸发、化学气相沉积、物理气相沉积、溶胶-凝胶法或喷涂热解法。
[0021]本申请还提供了一种CdTe薄膜太阳电池，包括上述方案所述的背接触结构。
[0022]优选的，所述CdTe薄膜太阳电池还包括:
[0023]衬底；
[0024]设置于所述衬底上的导电前电极；
[0025]设置于所述导电前电极上的CdS窗口层；
[0026]设置于所述CdS窗口层上的第一CdTe薄膜。
[0027]本申请提供了一种包括依次叠加设置第一过渡金属氧化物薄膜、第二CdTe薄膜、Cu金属薄膜和金属背电极。本申请通过在两层CdTe薄膜之间设置过渡金属氧化物薄膜，有效阻挡了 Cu向CdTe薄膜和CdS/CdTe异质结区的扩散，同时Cu金属薄膜使CdTe与金属背电极间的接触为低阻欧姆接触，从而在保证获得低阻背接触的同时，提高了CdTe薄膜太阳电池的稳定性。另一方面，过渡金属氧化物能带结构和CdTe能带结构有较好的匹配，且氧化物薄膜的厚度控制在I?20纳米，因此，过渡金属氧化物薄膜不会对光生载流子空穴的传输造成影响。
【附图说明】
[0028]图1为本发明CdTe薄膜太阳电池的结构示意图；
[0029]图2为本发明CdTe薄膜太阳电池与传统的CdTe薄膜太阳电池对Cu扩散阻挡的原理示意图。
【具体实施方式】
[0030]为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
[0031]本发明实施例公开了一种CdTe薄膜太阳电池的背接触结构，包括:
[0032]第一过渡金属氧化物薄膜；
[0033]设置于所述第一过渡金属氧化物薄膜上的第二CdTe薄膜；
[0034]设置于所述第二CdTe薄膜上的Cu金属薄膜；
[0035]设置于所述Cu金属薄膜上的金属背电极。
[0036]本申请提供了一种CdTe太阳电池的背接触结构，其通过在两层CdTe薄膜之间设置过渡金属氧化物薄膜，有效阻挡Cu向CdTe层和CdS/CdTe异质结区的扩散，提高了CdTe薄膜太阳电池的稳定性。
[0037]本申请过渡金属氧化物薄膜设置于相应的两层CdTe薄膜之间，所述过渡金属氧化物薄膜可以为两层、三层、甚至大于三层，对此本申请没有特别的限制；如所述第二 CdTe薄膜与所述Cu金属薄膜之间还包括:第二过渡金属氧化物薄膜与第三CdTe薄膜;所述第二过渡金属氧化物薄膜设置于所述第二 CdTe薄膜上，所述第三CdTe薄膜设置于所述第二过渡金属氧化膜上;或者，所述第二 CdTe薄膜与所述Cu金属薄膜之间还包括:第二过渡金属氧化物薄膜、第三CdTe薄膜、第三过渡金属氧化物薄膜与第四CdTe薄膜，所述第二过渡金属氧化物薄膜设置于所述第二 CdTe薄膜上，所述第三CdTe薄膜设置于所述第二过渡金属氧化物薄膜上，所述第三过渡金属氧化物薄膜设置于所述第三CdTe薄膜上，所述第四CdTe薄膜设置于所述第三过渡金属氧化物薄膜上。
[0038]所述第一过渡金属氧化物薄膜的厚度优选为I?20nm，更优选为3?1nm;所述第一过渡金属氧化物薄膜的厚度过大，则增加电池的串联电阻，降低电池的填充因子，从而降低电池的效率，厚度过小又不能有效地阻止Cu的扩散。本申请所述第一过渡金属氧化物薄膜优选为非晶态或多晶态。所述第二 CdTe薄膜的厚度优选为0.5?I微米。本申请选择过渡金属氧化物薄膜作为Cu的扩散阻挡层，是由于过渡金属氧化物具有较高的功函数，其与CdTe有较好的功函数匹配，与CdTe接触时不会形成肖特基势皇阻挡光生载流子的输运。其他材料很难具备这样高的功函数，如金属金的功函数为5.4eV，而过渡金属氧化物V2O5功函数可以达到7.0eV。
[0039]按照本发明，所述Cu金属层的厚度优选为0.3?10nm，在实施例中，所述Cu金属层的厚度更优选为2?5nm。所述金属背电极的金属材料优选为功函数稳定的纯金属或金属合金材料，更优选为金或镍。
[0040]本申请提供的CdTe薄膜太阳电池通过在背接触结构中设置第一过渡金属氧化物薄膜，有效阻挡了 Cu金属薄膜中铜向CdTe层和CdS/CdTe异质结区的扩散，如图2所示。图2为本发明CdTe薄膜太阳电池(左图)与传统的CdTe薄膜太阳电池(右图)对Cu扩散阻挡的原理示意图，图2中的?代表铜原子，根据图2中两个图的对比，可以清楚看出设置于两层CdTe薄膜之间的过渡金属氧化物薄膜能够有效阻挡铜原子扩散的原理。
[0041]本申请还提供了所述CdTe薄膜太阳电池的背接触结构的制备方法，包括:
[0042]在CdTe薄膜太阳电池的第一CdTe薄膜上制备第一过渡金属氧化物薄膜；
[0043]在所述第一过渡金属氧化物薄膜表面制备第二CdTe薄膜；
[0044]将第二CdTe薄膜进行刻蚀后依次沉积Cu金属薄膜和金属背电极，得到CdTe薄膜太阳电池的背接触结构。
[0045]在制备背接触结构的过程中，首先在第一CdTe薄膜上制备第一过渡金属氧化物薄膜;所述第一过渡金属氧化物薄膜的制备方法为物理溅射、热蒸发、化学气相沉积、物理气相沉积、溶胶-凝胶法或喷涂热解法;在实施例中，所述第一过渡金属氧化物薄膜的制备方法优选为磁控直流反应溅射或射频溅射。上述所述第一过渡金属氧化物薄膜的制备方法为本领域技术人员熟知的制备方法，本申请不进行特别的限制。
[0046]本申请所述第一过渡金属氧化物薄膜的过渡金属氧化物优选选自Mo0x、W0x、V0x、祖(\、0(\、(:0(^或13(^，其中1为上述氧化物的化学计量比或非化学计量比；在实施例中，所述过渡金属氧化物更优选为V2O5或M0O3。本申请所述第一过渡金属氧化物薄膜的厚度优选为I?20nm。
[0047]本申请再在所述第一过渡金属氧化物金属薄膜上制备第二CdTe薄膜;所述第二CdTe薄膜的制备方法优选为近空间升华法、物理溅射法或气相运输沉积法，上述方法为本领域技术人员熟知，本申请对此不进行特别的限制。
[0048]按照本发明，在所述过渡金属氧化物薄膜为多层时，按照上述过程依次制备第二过渡金属氧化物薄膜、第三CdTe薄膜、第三过渡金属氧化物薄膜与第四CdTe薄膜等薄膜即可。
[0049]按照本发明，在沉积Cu金属薄膜之前将最后一层CdTe薄膜进行刻蚀，所述刻蚀处理为物理刻蚀或化学刻蚀。
[0050]作为优选方案，本申请在得到CdTe薄膜太阳电池的背接触结构之后还包括:
[0051