专利名称：一种CdTe太阳能电池及其制作方法
技术领域：
本发明属于太阳能电池领域，尤其涉及ー种CdTe太阳能电池及其制作方法。
背景技术：
碲化镉是ー种化合物半导体，其能隙宽度最适合于光电能量转换。用这种半导体做成的太阳电池是ー种将光能直接转变为电能的器件，有很高的理论转换效率，在室温下的理论转化效率为27%。而且，碲化镉容易沉积成大面积的薄膜，沉积速率较高。因此，相比于硅太阳能电池，碲化镉薄膜太阳电池的制造成本低，是应用前景广阔的ー种新型太阳能电池。
传统的CdTe太阳能电池的基本结构为玻璃衬底G/透明导电膜层T/CdS层N/CdTe层P/过渡层DE/背电极层M，具体结构如图I所示。常用的普通玻璃衬底透过率为90%左右，而透明导电膜的透过率在70%-82%之间，按照传统结构，到达CdTe吸收层的有效光照，会因为前面的玻璃衬底G和透明导电膜层T的吸收而减少很多，降低了光源的有效利用。因此，现有大規模制造的碲化镉太阳能电池光电转换效率基本在11%以下，实际光电转化效率仍很低，未达到理想要求。
发明内容
本发明为了解决现有大規模制造的碲化镉太阳能电池光电转换效率低的技术问题，提供一种能减小电池制造エ艺的复杂程度，降低エ艺成本，提高电池的光吸收效率，在实现规模化生产的同吋，大大提高太阳能电池转换效率的新型结构CdTe太阳能电池。本发明提供ー种CdTe太阳能电池，包括玻璃衬底G、光吸收层P、第一电极区BI及第二电极区B2 ；
第一电极区BI和第二电极区B2均设置于玻璃衬底G和光吸收层P之间；
第一电极区BI及第ニ电极区B2之间相互绝缘；
第一电极区BI包括依次层叠的富碲层D、背接触过渡层E和正极层Ml ；
第二电极区B2包括依次层叠的N型层N和负极层M2 ；
富碲层D与光吸收层P的下表面相接触；N型层N与光吸收层P的下表面相接触； 正极层Ml与玻璃衬底G的上表面相接触；负极层M2与玻璃衬底G的上表面相接触。本发明中，玻璃衬底G、正极层Ml、负极层M2、富碲层D、背接触过渡层E、N型层N和光吸收层P均各自包括上表面和下表面，其中玻璃衬底G的上表面与正极层Ml的下表面和负极层M2的下表面相接触，正极层Ml的上表面与背接触过渡层E的下表面相接触，负极层M2的上表面与N型层N的下表面相接触，富碲层D的上表面与光吸收层P的下表面相接触，N型层N的上表面与光吸收层P的下表面相接触。本发明提供的CdTe太阳能电池的制作方法，包括以下步骤
Ca)对玻璃衬底G进行清洗；
(b)在步骤(a)所得玻璃衬底G上表面上覆盖相互绝缘的第一电极区BI及第ニ电极区B2 ；
在步骤(a)所得玻璃衬底G上表面上覆盖第一电极区BI包括在玻璃衬底G的上表面制备正极层Ml，再在正极层Ml上制备背接触过渡层E，后在背接触过渡层E上制备富碲层D ；
在步骤(a)所得玻璃衬底G上表面上覆盖第二电极区B2包括在玻璃衬底G的上表面依次制备负极层M2和N型层N ;
(c)在步骤(b)所得富碲层D的上表面和所得N型层N的上表面覆盖光吸收层P。步骤(b)中，在玻璃衬底G上表面上覆盖相互绝缘的第一电极区BI和第二电极区B2的顺序本发明没有特别限制，可以先在玻璃衬底G上表面部分区域覆盖第一电极区BI后，在剰余部分区域覆盖第二电极区B2，也可以先在玻璃衬底G上表面部分区域覆盖第二电极区B2后，在剰余部分区域覆盖第一电极区BI，也可以同时覆盖相互绝缘的第一电极区 BI和第二电极区B2，例如在玻璃衬底G上表面上直接沉积金属电极层后进行激光切割后，再在分割的金属电极层上表面分别沉积背接触过渡层E及富碲层D和N型层N，从而制得第一电极区BI和第二电极区B2，其中，上表面沉积有背接触过渡层E及富碲层D的即为正极层Ml，上表面沉积有N型层N的即为负极层M2。本发明提供的CdTe太阳能电池的制作方法中，可以通过在制备的过程中，在第一电极区BI和第二电极区B2之间留出部分的空隙，来实现第一电极区BI和第二电极区B2之间的相互绝缘；或者是在制备正极层Ml、负极层M2、背接触过渡层E、富碲层D和N型层N之后，通过激光切割的方式将第一电极区BI和第二电极区B2分开绝缘；或者也可通过采用其他的，由本领域的技术人员所公知的方式来实现第一电极区BI和第二电极区B2之间的相互绝缘。本发明提供的CdTe太阳能电池的制作方法，具体包括以下步骤
(a)玻璃衬底G的预处理将选用的玻璃衬底G，用丙酮超声清洗，再用玻璃清洗剂超声清洗，再用去离子水超声清洗后，烘干，放入预处理室，再对玻璃衬底G进行等离子体清洗；(Si)正极层Ml和负极层M2的制作将步骤(a)所得玻璃衬底G放入真空溅射设备中，对金属耙材进行溅射，得到金属电极层；对金属电极层进行激光切割，分别得到正极层Ml和负极层M2，所述正极层Ml和负极层M2间绝缘；
(s2) N型层N的制作将步骤(Si)中所得放入CdS镀膜设备中，将正极层Ml掩盖，在负极层M2的上表面镀CdS薄膜，形成N型层N，得第二电极区B2 ；
(s3)背接触过渡层E的制作将步骤(s2)中所得放入真空溅射设备中，将第二电极区B2掩盖，分别对ZnTe = Cu耙材和ZnTe耙材进行溅射，在正极层Ml的上表面制ZnTe = Cu和ZnTe的复合过渡层，形成背接触过渡层E ；
(s4)富碲层D的制作对步骤(s3)所得背接触过渡层E，在真空溅射设备中继续对Te耙材进行溅射，形成富碲层D，得到一电极区BI，所得第一电极区BI与第二电极区B2之间相互绝缘；
(c)光吸收层P的制作将步骤(s4)中所得放入真空镀膜设备エ件架上，在富碲层D的上表面和N型层N的上表面镀CdTe薄膜，形成光吸收层P，进而制得CdTe太阳能电池。本发明的发明人，突破了传统CdTe太阳能电池结构的思维模式，创造性的将电池的光吸收层P设置在受光面，直接接受光源的照射，而将引出电池正电流的正极层Ml和引出电池负电流的负极层M2均设置在背光面，同时将玻璃衬底G也设置在了背光面，使得太阳光直接照射光吸收层P，避免了透明导电膜层T和玻璃衬底G对光的吸收，提高了光的利用率，同时省却了传统结构中的透明导电膜层T，減少了エ艺流程，降低了生产成本，提高了电池的光吸收效率，大大提高了締化镉太阳能电池的光电转换效率，有利于规模化生产。
图I是现有技术提供的CdTe太阳能电池结构示意图。图2是本发明实施例提供的CdTe太阳能电池结构示意图。
具体实施例方式为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一歩详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用干限定本发明。 如图2所示，ー种CdTe太阳能电池，包括玻璃衬底G、光吸收层P、第一电极区BI及第ニ电极区B2 ；
其中，第一电极区BI包括依次层叠的富碲层D、背接触过渡层E和正极层Ml ;第ニ电极区B2包括依次层叠的N型层N和负极层M2 ;第一电极区BI及第ニ电极区B2之间相互绝缘；
光吸收层P覆盖在富碲层D和N型层N的上表面。本发明提供的CdTe太阳能电池中，玻璃衬底G作为吸收层沉积的载体，可为普通玻璃、超白玻璃或其他耐高温透明材料，厚度优选为1_5_，该玻璃衬底G可直接在市场上购买得到。正极层Ml和负极层M2为导电性较高的金属薄层，正极层Ml金属薄层和负极层M2金属薄层中的金属分别各自选自Mo、Ni、Cu或Ag中的ー种或几种，正极层Ml和负极层M2可采用真空溅射的方法分别制作，也可先通过真空溅射的方法制得金属电极层，再进行激光切割来分别得到，正极层Ml和负极层M2间绝缘，正极层Ml的厚度优选为50-300nm，负极层M2的厚度优选为50-300nm。N型层N为淡黄色的N型硫化镉薄膜层，可采用化学水浴法(CBD)、真空沉积等方法制作而成，厚度优选为50-300nm。光吸收层P为P型棕黑色碲化镉光吸收薄膜层，可采用近空间升华法(CSS)、蒸汽输运法(VTD)、丝网印刷法等方法制作而成,厚度优选为2-5um。背接触过渡层E为碲化锌和掺杂铜的碲化锌复合层，主要是起到欧姆接触的作用，可采用真空蒸镀或真空溅射的方法形成，厚度优选为10-100nm。富碲层D为Te薄膜，可通过真空蒸镀或者真空溅射的方法获得，厚度优选为3_30nmo本发明提供的CdTe太阳能电池中，应当认为关于玻璃衬底G、正极层Ml、负极层M2、背接触过渡层E、富碲层D、N型层N和光吸收层P的制备方法，并不仅仅局限于上述所列举的方法，其他本领域技术人员所公知的各层的制备方法也都应当包含在本发明的保护范围之内。
传统结构的CdTe太阳能电池中，导电膜T层作为前电极，即通常所说的负极，金属背电极层作为后电极，也即正极引出电流。而本发明所提供的CdTe太阳能电池中，金属电极层包括正极层Ml和负极层M2两个部分，分别作为引出正电流的正极和引出负电流的负极，引出电流。其中，位于N型层N下方的负极层M2，即取代传统结构中的透明导电膜层T作为电池负极。本发明的发明人，突破了传统CdTe太阳能电池结构的思维模式，创造性的将电池的光吸收层P设置在受光面，直接接受光源的照射，而将引出电池正电流的正极层Ml和引出电池负电流的负极层M2均设置在背光面，同时将玻璃衬底G也设置在了背光面，使得太阳光直接照射光吸收层P，避免了透明导电膜层T和玻璃衬底G对光的吸收，提高了光的利用率，同时省却了传统结构中的透明导电膜层T，減少了エ艺流程，降低了生产成本，大大提高了締化镉太阳能电池的光电转换效率，有利于规模化生产。本发明所提供的CdTe太阳能电池由于具有与传统CdTe太阳能电池完全不同的结构，在电池的制作流程方面与传统CdTe太阳能电池也有很大的不同。本发明所提供的CdTe
太阳能电池的制备方法中，制得玻璃衬底G后，先是在玻璃衬底G上沉积金属电极层，最后才制作光吸收层P。本发明的CdTe太阳能电池的制作方法，具体包括以下步骤
(a)玻璃衬底G的预处理采用1-5_厚的普通玻璃或超白玻璃作为衬底，先用丙酮超声清洗10-60min，以除去玻璃表面的油脂，然后用玻璃清洗剂超声清洗10_60min，去除玻璃表面的无机污物，再用去离子水超声清洗10-60min去除玻璃表面的杂质，最后将玻璃烘干后放入预处理室，使用等离子体对玻璃衬底进行清洗；
(Si)正极层Ml和负极层M2的制作将步骤(a)所得玻璃衬底G放入真空溅射设备中，对Mo、Ni、Cu或Ag中的ー种或几种金属耙材进行溅射，得到厚度为50-300nm的金属电极层；对金属电极层进行激光切割，分别得到正极层Ml和负极层M2，正极层Ml和负极层M2间绝缘；
(s2) N型层N的制作将步骤(Si)中所得放入CdS镀膜设备中，将正极层Ml掩盖，以高纯的CdS粉末作为升华源，抽真空至10-200Pa，通入惰性气体(Ar/02气)，调节流量为l-20ml/min，调节升华源温度为450_700°C，衬底温度为常温_500°C，镀膜l_30min，在正极层Ml的上表面镀得厚度为50-300 nm的CdS薄膜；
(s3)背接触过渡层E的制作将步骤(s2)中所得放入真空溅射设备中，将CdS薄膜掩盖，采用射频电源，以300W的功率对ZnTe = Cu耙材溅射l_30min，然后换用600W的功率，对ZnTe耙材进行溅射l-30min，在正极层Ml的上表面制ZnTe:Cu和ZnTe的复合过渡层，得厚度为10-100 nm的背接触过渡层E ；
(s4)富碲层D的制作对步骤(s3)所得背接触过渡层E，在真空溅射设备中，再换用200W的功率对Te耙材溅射l_30min，得到厚度为3_30nm的富碲层D ；
(c)光吸收层P的制作将步骤(s4)中所得放入真空镀膜设备エ件架上，以高纯CdTe粉末为蒸发源。抽真空至10-200Pa，通入Ar气，调节流量为l_20ml/min，调节升华源温度为550-800°C，衬底温度为300-550°C，镀膜5_30min，在富碲层D的上表面和N型层N的上表面镀得厚度为2-5 um的CdTe薄膜，进而制得CdTe太阳能电池。以下结合具体实施例对本发明作进ー步的阐述。
实施例I
具体的，该CdTe太阳能电池通过以下步骤制得
Ca)玻璃衬底G的预处理采用2. 2mm厚的普通玻璃作为衬底，先用丙酮超声清洗IOmin,以除去玻璃表面的油脂，然后用玻璃清洗剂超声清洗lOmin，去除玻璃表面的无机污物，再用去离子水超声清洗IOmin去除玻璃表面的杂质，最后将玻璃烘干后放入预处理室，对玻璃衬底进行等离子体清洗；
(Si)正极层Ml和负极层M2的制作将步骤(a)所得玻璃衬底G，放入真空溅射设备中，采用直流电源，功率设定为300W，对Mo耙材进行溅射lOmin，得到Mo电极层，厚度为150nm，对金属电极层从中间进行激光切割，分别得到正极层Ml和负极层M2，正极层Ml和负极层M2间绝缘；
(s2) CdS薄膜N的制作将步骤(Si)中所得放入CdS镀膜设备，升华源为高纯的CdS粉末。抽真空至lOOPa，通入50%Ar气和50%02气，调节流量为10ml/min，调节升华源温度为 5500C，衬底温度为500°C，镀膜时间为lmin，得到与负极层M2上表面相接触的N型层N，所得N型层N的厚度为120nm ；
(s3)背接触过渡层E的制作将步骤(s2)中所得放入真空溅射设备，将CdS薄膜掩盖住，采用射频电源，功率为300W，对ZnTe =Cu耙材进行溅射3min，然后换用功率为600W，对ZnTe耙材溅射5min，在正极层Ml的上表面得到ZnTe和ZnTe = Cu的复合过渡层，即背接触过渡层E，其厚度为50nm，；
(s4)富碲层D的制作对步骤(s3)中所得背接触过渡层E，换用功率为200W，对Te靶材溅射Imin得到富碲层D，富碲层D厚度为15nm ；
(c)CdTe薄膜P的制作将步骤(s4)中所得放入真空镀膜设备エ件架上，蒸发源为高纯CdTe粉末。抽真空至lOOPa，通入Ar气，调节流量为10ml/min，调节升华源温度为600°C，衬底温度为500°C，镀膜20min，得到层叠于富碲层D和N型层N上的光吸收层P，所得光吸收层P的厚度为3um ；
制得CdTe太阳能电池。实施例2
与实施例I的不同之处在于玻璃衬底G的厚度为3. 2mm。实施例3
与实施例I的不同之处在于光吸收层P的厚度为2um。实施例4
与实施例I的不同之处在于N型层N的厚度为50nm。实施例5
与实施例I的不同之处在于正极层Ml和负极层M2的厚度为300nm。实施例6
与实施例I的不同之处在于富碲层D的厚度为3nm。实施例7
与实施例I的不同之处在于背接触过渡层E的厚度为lOOnm。对比例I
与实施例I的不同之处在于，此太阳能电池包括依次层叠的玻璃衬底G、透明导电层T、CdS层N、CdTe层P、过渡层DE及背电极层M ；
即先采用2. 2mm厚的超白玻璃作为玻璃衬底G，经过预处理后，在玻璃衬底G上溅射得到0. 5um厚的透明导电层T (FTO玻璃)；放入CdS镀膜设备中，在透明导电层T表面镀得120nm厚的CdS薄膜，即CdS层N ;再放入CdTe镀膜设备中，在CdS薄膜表面镀得3um厚的CdTe薄膜，即CdTe层 P ;再在CdTe薄膜表面真空镀上ー层Te，即得富碲层，然后再依次沉积30nm的ZnTe层和20nm的ZnTe:Cu层，得到过渡层DE ;再放入真空溅射设备中，在过渡层DE表面制得150nm厚的Mo层，即背电极层M。性能测试
对上述得到碲化镉太阳能电池进行如下性能测试
1、开路电压
采用IEC 61646:2008进行测试；
2、短路电流
采用IEC 61646:2008进行测试；
3、光电转换效率
采用IEC 61646:2008进行测试；
得到的测试结果填入表I :
表I
实施例I开路电压I短路电流I光电转化效『
实施例 I 948mV 23.9mA , 16. 10%_
实施例 2 945mV 24. ImA : 16.00%:
实施例 3 950mV 25. 5mA : 16. 30%:
实施例 4 873mV 22.9mA : 15. 35%:
实施例 5 92ImV 23.8mA :15.90%:
实施例 6 906mV 23.4mA ' 15.60%"
实施例 7 875MV 21.8mA :14.96%'
对比例 I lj68mV [21.2mA JlI. 90%
从表I可以看出，实施例1-7相对于对比例I的开路电压，光电转化效率等都有了大幅
的提高，这说明本发明的CdTe太阳能电池，通过将玻璃衬底G设置在背光面起到衬底的作
用，将引出电池正电流的正极层Ml和引出电池负电流的负极层M2均设置在背光面，而将光
吸收层P设置在受光面，直接接受太阳光的照射，提高了电池的光吸收效率，大大提高了电
池的光电转换效率。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.ー种CdTe太阳能电池，包括玻璃衬底(G)、光吸收层(P)、第一电极区(BI)及第ニ电极区(B2)； 所述第一电极区(BI)设置于玻璃衬底(G)和光吸收层(P)之间； 所述第二电极区(B2)设置于玻璃衬底(G)和光吸收层(P)之间； 所述第一电极区(BI)及第ニ电极区(B2)之间相互绝缘； 所述第一电极区(BI)包括依次层叠的富碲层(D)、背接触过渡层(E)和正极层(Ml); 所述第二电极区(B2)包括依次层叠的N型层(N)和负极层(M2)； 所述富碲层(D)与所述光吸收层(P)的下表面相接触；所述N型层(N)与所述光吸收层 (P)的下表面相接触； 所述正极层(Ml)与所述玻璃衬底(G)的上表面相接触；所述负极层(M2)与所述玻璃衬底(G)的上表面相接触。
2.如权利要求I所述的CdTe太阳能电池，其特征在于，所述玻璃衬底(G)的厚度为I-Omm0
3.如权利要求I所述的CdTe太阳能电池，其特征在于，所述光吸收层(P)为CdTe薄膜，厚度为2-5 um。
4.如权利要求I所述的CdTe太阳能电池，其特征在于，所述N型层(N)为CdS薄膜，厚度为 50-300 nm。
5.如权利要求I所述的CdTe太阳能电池，其特征在于，所述富碲层(D)为Te薄膜，厚度为 3_30nm。
6.如权利要求I所述的CdTe太阳能电池，其特征在于，所述背接触过渡层(E)为碲化锌和掺杂铜的碲化锌复合层；所述背接触过渡层(E)的厚度为10-100 nm。
7.如权利要求I所述的CdTe太阳能电池，其特征在于，所述正极层(Ml)和负极层(M2)为金属薄层，所述正极层(Ml)金属薄层和负极层(M2)金属薄层中的金属分别各自选自Mo、Ni、Cu或Ag中的ー种或几种； 所述正极层(Ml)的厚度为50-300nm ;所述负极层(M2)的厚度为50_300nm。
8.如权利要求I所述的CdTe太阳能电池，其特征在于，所述第一电极区(BI)与第二电极区(B2)的厚度相同。
9.一种如权利要求I所述的CdTe太阳能电池的制作方法，包括以下步骤 Ca)对玻璃衬底(G)进行清洗； (b)在步骤(a)所得玻璃衬底(G)上表面上覆盖相互绝缘的第一电极区(BI)及第ニ电极区(B2)； 在步骤(a)所得玻璃衬底(G)上表面上覆盖第一电极区(BI)包括在玻璃衬底(G)的上表面制备正极层(Ml )，再在正极层(Ml)上制备背接触过渡层(E)，后在背接触过渡层(E)上制备富碲层(D)； 在步骤(a)所得玻璃衬底G上表面上覆盖第二电极区(B2)包括在玻璃衬底(G)的上表面依次制备负极层(M2)和N型层(N)； (c)在步骤(b)所得富碲层(D)的上表面和所得N型层(N)的上表面覆盖光吸收层(P)。
10.如权利要求9所述的CdTe太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述步骤(b)包括以下步骤(Si)正极层(Ml)和负极层(M2)的制作将步骤(a)所得玻璃衬底(G)放入真空溅射设备中，对金属耙材进行溅射，得到金属电极层；对金属电极层进行激光切割，分别得到正极层(Ml)和负极层(M2)，所述正极层(Ml)和负极层(M2)间绝缘； (s2)N型层(N)的制作将步骤(b)中所得放入CdS镀膜设备中，将正极层(Ml)掩盖，在负极层(M2)的上表面镀CdS薄膜，形成N型层(N)，得到包括负极层(M2)和N型层(N)的第二电极区(B2)； (s3)背接触过渡层(E)的制作将步骤(c)中所得放入真空溅射设备中，将第二电极区(B2)掩盖，分别对ZnTe: Cu耙材和ZnTe耙材进行溅射，在正极层(Ml)的上表面制ZnTe: Cu和ZnTe的复合过渡层，形成背接触过渡层(E)； (s4)富碲层(D)的制作对步骤(d)所得背接触过渡层(E)，在真空溅射设备中继续对Te耙材进行溅射，形成富碲层(D)，得到第一电极区(BI)，所得第一电极区(BI)与第二电极区(B2)之间相互绝缘。
11.如权利要求9或10所述的CdTe太阳能电池的制作方法，其特征在于， 所述步骤(a)具体为玻璃衬底(G)的预处理将选用的玻璃衬底(G)，用丙酮超声清洗，再用玻璃清洗剂超声清洗，再用去离子水超声清洗后，烘干，放入预处理室，再对玻璃衬底(G)进行等离子体清洗； 所述步骤(c)具体为光吸收层(P)的制作将步骤(b)中所得放入真空镀膜设备中，在富碲层(D)的上表面和N型层(N)的上表面镀CdTe薄膜，形成光吸收层(P)，进而制得CdTe太阳能电池。
全文摘要
本发明提供了一种CdTe太阳能电池，包括玻璃衬底、光吸收层、第一电极区及第二电极区，第一电极区和第二电极区均设置于玻璃衬底和光吸收层之间；第一电极区及第二电极区之间相互绝缘；第一电极区包括依次层叠的富碲层、背接触过渡层和正极层；第二电极区包括依次层叠的N型层和负极层；富碲层与光吸收层的下表面相接触；N型层与光吸收层的下表面相接触；正极层与玻璃衬底的上表面相接触；负极层与玻璃衬底的上表面相接触。本发明的CdTe太阳能电池，通过采用新型结构，减少了工艺流程，节省了原材料，降低了生产成本，增强了光透过率，大大提高了碲化镉太阳能电池的光电转换效率，有利于规模化生产。
文档编号H01L31/0352GK102810573SQ201110142088
公开日2012年12月5日 申请日期2011年5月30日 优先权日2011年5月30日
发明者邓瑞 申请人:比亚迪股份有限公司