一种用于太阳能电池的背电极和太阳能电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及太阳能电池领域，特别是涉及一种用于太阳能电池的背电极，以及基 于该背电极的太阳能电池。
【背景技术】
[0002] 太阳能是一种取之不尽的清洁能源，太阳能电池技术是解决世界能源危机的重要 手段和技术之一。目前晶硅太阳能电池主导着全世界的太阳能电池市场，占据80%以上的 市场份额。同时，以非晶硅、CdTe、Cu(In，Ga)Se 2(缩写CIGSe)为代表的薄膜太阳能电池也正 在兴起，占据了剩下10%以上的市场份额，并在逐年增长，其它主要的薄膜太阳能电池还包 括CuInS 2和Cu2ZnSn(S，Se)4(缩写CZTS)等。这些太阳能电池都是基于pn结结构的电池。晶硅 电池的结构为前栅电极/减反层/n型层/p型层/金属背电极;其中前栅电极为导电银浆，减 反层为SiN，n型层为磷掺杂的n型硅，p型层为硼掺杂的p型硅，金属背电极为导电铝浆和导 电银浆。薄膜太阳能电池的正置结构为:玻璃/透明导电膜/n型层/P型层/金属背电极;其中 透明导电膜为前电极;n型层为窗口层，如CdS、Zn0、Ti0 2等;p型层为吸收层，如CdTe、CIGSe、 CZTS等。在太阳能电池制备中，实现p型层和背电极之间的欧姆接触是获得稳定、高效器件 的关键技术之一。因此，选择合适的背电极，增强空穴的收集和传输能力，可以获得高效的 太阳能电池器件。
[0003] 以CdTe电池为例，常用的背电极有六111〇、附、石墨等高功函金属材料。由于0(11'6功 函数很高，约5.7eV，与这些高功函金属也难以形成良好的欧姆接触，因此常采用p型重掺杂 的背接触层材料来协助实现背电极和CdTe层之间的欧姆接触。常用的背接触材料有:Cu薄 膜、ZnTe薄膜、Sb 2Te3薄膜、Mo03薄膜等。但是这些背接触材料的使用，不仅会增加电池成本 和制作工艺难度，而且会引入更多难控制的工艺参数。例如，通过Cu薄膜来进行Cu掺杂时， Cu的掺杂程度依赖于Cu薄膜的厚度、退火温度和退火时间，极难控制，容易出现过度退火从 而降低电池效率。
【发明内容】
[0004] 本申请的目的是提供一种新型的与太阳能电池的p型层有良好欧姆接触的背电 极，以及基于该背电极的太阳能电池。
[0005] 本申请采用了以下技术方案：
[0006] 本申请的一方面公开了一种用于太阳能电池的背电极，该背电极包括由铜硫化合 物制备的导电薄膜。
[0007] 需要说明的是，本申请的关键在于采用铜硫化合物制备的导电薄膜作为背电极， 与P型层有良好欧姆接触，从而获得极高的空穴收集和传输能力，实现高效器件的制备。在 生产时，直接采用铜硫化合物沉积在P型层的表面，形成薄膜，作为背电极使用即可。可以理 解，本申请的铜硫化合物作为背电极使用，其必须具备导电性，因此，所有具备导电性的铜 硫化合物都适用于本申请。
[0008] 优选的，铜硫化合物为Cu9S#P/或CuS。
[0009] 需要说明的是，本申请的导电薄膜可以是单独的C119S5或CuS制备，也可以是两者混 合制备。其中，CuS带隙为OeV，具有良好的导电性，可以沉积在p型层上作为背电极。〇1 9&为 六方层状结构，其空间群是R_3m，其功函数比CdTe略小，为5.12eV，具有很高的载流子浓度 和迀移率，作为背电极沉积在p型层表面时，通过Cu的扩散掺杂实现与p型层的能级匹配，从 而获得极高的空穴收集和传输能力，实现高效器件的制备。本申请中，(：11 9&的载流子浓度为 1 ? 571 X 1020cm-3,迀移率为 23 ? 79cm2V-、
[0010] 本申请更优选的方案中，采用Cu9S^ij备的导电薄膜作为背电极。
[0011]优选的，背电极还包括辅助金属电极，导电薄膜附着于辅助金属电极的至少一个 表面。
[0012] 需要说明的是，采用本申请的铜硫化合导电薄膜就可以完全代替传统太阳能电池 的金属背电极，但是，辅助金属电极的使用可以进一步提高空穴收集能力，因此，本申请的 背电极还包括辅助金属电极，其结构为依序层叠的铜硫化合物导电薄膜和辅助金属电极， 使用时，导电薄膜一面与P型层接触。还需要说明的是，本申请中，辅助金属电极选择与铜硫 化合物导电薄膜的功函数接近的金属，例如Ni、Au、Mo、Cr、石墨等。
[0013] 本申请的另一面公开了本申请的背电极在太阳能电池中的应用。
[0014] 本申请的再一面公开了一种薄膜太阳能电池，薄膜太阳能电池包括依序层叠复合 的玻璃、透明导电薄膜、n型层、p型层和背电极导电薄膜;背电极导电薄膜为铜硫化合物制 备的导电薄膜。
[0015] 需要说明的是，本申请的薄膜太阳能电池就是采用本申请的铜硫化合物制备的导 电薄膜作为背电极而制备的，在另一种实现方式中，铜硫化合物导电薄膜之后还可以增加 一个辅助金属电极。
[0016] 可以理解，本申请的背电极可以用于各种薄膜太阳能电池，包括但不仅限于非晶 硅太阳能电池、CdTe太阳能电池、CuInS 2太阳能电池、CIGSe太阳能电池和CZTS太阳能电池 等。
[0017] 本申请的再一面公开了一种晶硅太阳能电池，包括依序层叠复合的前栅电极、减 反层、n型层、p型层和背电极导电薄膜，背电极导电薄膜为铜硫化合物制备的导电薄膜。
[0018] 需要说明的是，本申请的晶硅太阳能电池就是采用本申请的铜硫化合物制备的导 电薄膜作为背电极而制备的，在另一种实现方式中，铜硫化合物导电薄膜之后还可以增加 一个辅助金属电极。
[0019] 可以理解，本申请的背电极可以用于各种晶硅太阳能电池，包括但不仅限于单晶 硅太阳能电池或多晶硅太阳能电池等。
[0020] 还需要说明的是，本申请的关键在于采用铜硫化合物制备的导电薄膜作为薄膜太 阳能电池或晶硅太阳能电池的背电极，至于其它结构层，例如薄膜太阳能电池中的玻璃、透 明导电薄膜、n型层、P型层，以及晶硅太阳能电池中的前栅电极、减反层、n型层、P型层等，都 可以参考常规的薄膜太阳能电池或晶硅太阳能电池，在此不做具体限定。
[0021] 本申请的有益效果在于：
[0022] 本申请采用铜硫化合物制备的导电薄膜作为太阳能电池的背电极，与p型层形成 良好的欧姆接触，并且铜硫化合物导电薄膜具有很高的载流子浓度和迀移率，与P型层能级 匹配，从而增强了空穴的收集和传输能力，可以制备出高效的太阳能电池。
【附图说明】
[0023] 图1是本申请实施例中薄膜太阳能电池的结构示意图，图中11为玻璃、12为透明导 电膜、13为n型层、14为p型层、15为铜硫化合物导电薄膜；
[0024] 图2是本申请实施例中另一种结构的薄膜太阳能电池的结构示意图，图中21为玻 璃、22为透明导电膜、23为n型层、24为p型层、25为铜硫化合物导电薄膜、26为辅助金属电 极；
[0025] 图3是本申请实施例中晶硅太阳能电池的结构示意图，图中31为前栅电极、32为减 反层、33为n型层、34为p型层、35为铜硫化合物导电薄膜、36为辅助金属电极；
[0026] 图4是本申请实施例中三种不同结构的薄膜太阳能电池的J-V特性曲线图；
[0027] 图5是本申请实施例中三种不同结构的薄膜太阳能电池的外量子效率曲线图； [0028]图4和图5中，cl为玻璃/FTO/CdS/CdTe/Cu/Au结构的薄膜太阳能电池的曲线，c2为 玻璃/FTO/CdS/CdTe/Cu 9S5结构的薄膜太阳能电池的曲线，c3为玻璃/FTO/CdS/CdTe/Cu9S 5/ Au结构的薄膜太阳能电池的曲线。
【具体实施方式】
[0029] 本申请着重研究了太阳能电池的背电极，发现铜硫化合物作为背电极时，能与p型 层形成良好的欧姆接触，能够增强空穴的收集和传输能力，可以制备出高效的太阳能电池。 特别是，Cu 9S#PCuS，其中，导电性良好的CuS带隙为OeV，可以作为背电极;而Cu9S5的功函数 比CdTe略小，为5.12eV，具有很高的载流子浓度和迀移率，能够增强空穴的收集和传输能 力。
[0030] 下面通过具体实施例和附图对本申请作进一步详细说明。以下实施例和附图仅对 本申请进行进一步说明，不应理解为对本申请的限制。
[0031] 实施例一
[0032] 本例的薄膜太阳能电池为CdTe太阳能电池，采用Cu9S5导电薄膜作为背电极。薄膜 太阳能电池的结构如图1所示，为依序层叠复合的玻璃11、透明导电薄膜12、n型层13、p型层 14和背电极导电薄膜15;其中，透明导电薄膜12为FT0，n型层13为CdS，p型层14为CdTe，背极 导电薄膜15即C119S5导电薄膜。
[0033]本例的CdTe太阳能电池，其基本结构玻璃/透明导电膜/n-CdS/p-CdTe按照常规的 方法制备，玻璃采用常规的制备薄膜太阳能电池的材料，在此不累述。将制备好的玻璃/ FTO/n-CdS/p-CdTe作为样品以便后续制备背电极。
[0034]背电极Cu9S5导电薄膜的制备采用如下方法：
[0035] (1)分子前驱液的制备
[0036] 称取4 ? 5mmol无水CuCl2，将其加入3ml的N，N-二甲基甲酰胺中，超声处理5分钟，得 到黄绿色的透明溶液。再称取ISmmol硫代乙酰胺加入其中，立刻产生黄色沉淀，元素分析证 明黄色沉淀是硫，并得到血红色透明溶液。将刚制备好的溶液放置三天以上，待反应充分， 得到均匀稳定的分子前驱液。
[0037] (2)&165导电薄膜的制备
[0038]本例的Cu9S5导电薄膜采用旋涂和热板工艺制备。将步骤（1)中制备好的分子前驱 液60微升滴加到3cmX3cm的玻璃/透明导电膜/n-CdS/p-CdTe样品的CdTe薄膜表面上，以 3000转/分钟的速度旋涂30秒，然后置于250°C的热板上处理1分钟，得到一层&1 935膜。重复 上面的步骤3次，得到厚度约400nm的C119S5导电薄膜。
[0039]以上即获得本例的薄膜太阳能电池，其结构为玻璃/FTO/CdS/CdTe/Cu9S5。
[0040] 实施例二
[0041] 本例的薄膜太阳能电池与实施例一相同，也为C d T e太阳能电池，其结构如图2所 示，玻璃21、透明导电薄膜22、n型层23、p型层24和背极导电薄膜25,都与实施例一相同，只 是，在Cu 9S5导电薄膜之后还蒸镀了一层辅助金属层26，具体的，本例的辅助金属层26为Au薄 膜。