一种碲化镉薄膜太阳能电池的制备方法
【专利摘要】一种碲化镉薄膜太阳能电池的制备方法，包括形成一碲化镉层，将所述碲化镉层朝向一容器设置，所述容器内放置有氯化铜粉末和铵盐粉末的混合物，或者仅放置氯化铜铵粉末；然后对所述容器进行加热，使容器内的化合物形成气体后在所述碲化镉层上冷凝形成被接触层。本发明简化了工艺，避开传统背接触制备及其热处理的两步过程，只需要通过一次热处理即能得到转化效率高的电池。通过该发明方法得到的电池平均转化效率能达到11％，电池面积为0.49cm2，比同批次掺杂石墨浆做背接触的电池转化效率高。
【专利说明】一种碲化镉薄膜太阳能电池的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池的制备方法，属于薄膜太阳能电池【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着当今世界人口和经济的增长、能源资源的日益匮乏、环境的日益恶化以及人们对电能需求量越来越大，太阳能的开发和利用已经在全球范围内掀起了热潮。这非常有利于生态环境的可持续发展、造福子孙后代，因此世界各国竞相投资研究开发太阳能电池。太阳能电池是一种利用光生伏特效应将太阳光能直接转化为电能的器件。太阳能电池种类繁多，其中重要的一类为薄膜太阳能电池。
[0003]碲化镉薄膜太阳电池是以碲化镉(CdTe)为吸收层的一种化合物半导体薄膜太阳能电池。因其具有成本低、效率高、稳定性好以及抗辐射能力强等优点，而具有广阔的市场应用前景，得到人们极大的重视。CdTe的理论效率为28%，但是目前碲化镉薄膜太阳能电池的最高转化效率为17.3%，大面积组件(1.2X0.6m2)的转化效率为13.4%，在商业上业已取得了成功。在将现有大面积组件转化效率(13.4% )向理论效率(28% )提升的过程，阻碍的因素很多，其中背接触是主要原因之一。
[0004]CdTe薄膜太阳电池的一般结构为:玻璃/透明导电膜/窗口层/吸收层/背接触层/背电极层构成的层叠结构。玻璃衬底主要对电池起支架、防止污染和入射太阳光的作用。透明导电膜(TC0层)，主要起的是透光和导电的作用。窗口层(如CdS)为η型半导体，与P型CdTe组成ρη结。CdTe吸收层是电池的主体吸光层，与η型的CdS窗口层形成的ρη结是整个电池最核心的部分。背接触层和背电极层使金属电极与CdTe形成欧姆接触，用以引出电流。
[0005]CdTe的禁带宽度为1.5eV,光吸收系数高达105CHT1，很适合作薄膜太阳电池，其具有低成本、高效率、较好的稳定性以及强抗辐射能力等优点，而具有广阔的应用前景，得到人们极大的重视。虽然CdTe的理论效率很高，但在实际应用中还有很多因素阻碍转化效率的提高，其中背接触就是主要原因之一。目前该电池的最高转化效率为17.3%，大面积组件(1.2X0.6m2)的转化效率达13.4%，在商业上已经取得了巨大成功。
[0006]目前背接触层的材料和结构都很多，但是都存在一定的局限性，例如ZnTe/ZnTe:Cu这种结构的背接触，虽然能有效改善电池性能并具有一定的稳定性，但是进行大面积产业化应用的时候，当采用蒸发法制备，难以形成均匀的大面积薄膜，用溅射法沉积虽然能得到均匀的薄膜，但是靶材成本高，对于大面积产业化没有优势。目前获得最高转化效率的掺杂石墨浆的方法，体积大，也不利于组件生产，而且在电池稳定性上还有待进一步探索；对于HgTe这种半金属，其功函数高达5.9eV，与CdTe的晶格失配很小，很适合做CdTe的背接触材料，但是HgTe沉积温度高达550°C，很容易引起多晶CdTe的结构变化，因此也阻碍了其作为背接触的应用。
【发明内容】
[0007]本发明目的是提供一种碲化镉薄膜太阳能电池的制备方法。
[0008]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:一种碲化镉薄膜太阳能电池的制备方法，包括形成一碲化镉层，将所述碲化镉层朝向一容器设置，所述容器内放置有氯化铜粉末和铵盐粉末的混合物，或者仅放置氯化铜铵粉末；然后对所述容器进行加热，使容器内的化合物形成气体后在所述碲化镉层上冷凝形成被接触层。
[0009]作为进一步的优选，所述铵盐为氯化铵、硝酸铵或者硫酸铵。
[0010]作为进一步的优选，对所述容器加热的温度为230?400°C。
[0011]作为进一步的优选，所述氯化铜粉末、铵盐粉末和氯化铜铵粉末为分析纯。
[0012]作为进一步的优选，所述氯化铜粉末和铵盐粉末的混合物中氯化铜粉末和铵盐粉末两者之间的质量比例为1: 0.5?1.5。
[0013]由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果:
[0014]本发明简化了工艺，避开传统背接触制备及其热处理的两步过程，只需要通过一次热处理即能得到转化效率高的电池。通过该发明方法得到的电池平均转化效率能达到11%，电池面积为0.49cm2,比同批次掺杂石墨浆做背接触的电池转化效率高。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]附图1为本发明示意图；
[0016]附图2为本发明和采用掺杂石墨浆制得的电池片的1-V曲线图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
[0018]实施例一:一种締化镉薄膜太阳能电池的制备方法
[0019]一种碲化镉薄膜太阳能电池的制备方法，所述碲化镉电池的电池结构为:TC0/CdS/CdTe/被接触层/金属电极，TCO是透明导电膜，其材料是二氧化锡掺氟，也可以选用氧化锌掺铝或铟锡氧化物等，要求材料具有较高的透光率和导电率，可以通过溅射法、化学气相反应法进行沉积。
[0020]窗口层CdS可以通过化学水浴法、近空间升华法和磁控溅射法沉积。
[0021]吸收层碲化镉可以通过磁控溅射法、近空间升华法、蒸发法等沉积。
[0022]接下来进行被接触层(又可称为过渡层)的制备，使用的装置如附图1所示。步骤为:包括如前文所述的已形成有碲化镉层的衬底1，将衬底I的所述碲化镉层的那一面朝向容器2设置，所述容器2内放置有氯化铜粉末和铵盐粉末的混合物3，在其它实施例中可以采用的技术方案为仅放置氯化铜铵粉末；然后对所述容器2进行加热至300°C，使容器2内的化合物形成气体后在所述衬底I的碲化镉层上冷凝形成被接触层。所述铵盐为氯化铵，所述氯化铜粉末和铵盐粉末的混合物中氯化铜粉末和氯化铵粉末两者之间的质量比例为 1:1。
[0023]作为优选，当碲化镉层沉积完成之后，背接触层形成之前，将线对碲化镉层进行热处理，温度范围为350°C?420°C，其气氛为含氯化镉。
[0024]背接触层制备好后，再进行电极的制备，电极可以是Al、N1、Ti或者Mo。[0025]本发明制得的电池片，与采用掺杂石墨膏作为被接触层但是其它部分与本发明工艺和材料完全一样的电池片的电学性能如附图2所示，附图2中有两条线，上部的线条是本发明制得的电池片的 1-V 曲线，Eff:12.06% ；FF:67.89% ；Voc:0.79V ；Jsc:22.39mA/cm2。下部线条是掺杂石墨浆作为被接触:Eff:8.48% ；FF:57.24% ；Voc:0.7V ；Jsc:21.16mA/cm2。由1-V曲线图可以看出，氯化铜和铵盐混合粉末处理的电池性能明显优于掺杂石墨浆。
[0026]作为优选，所述氯化铜粉末、铵盐粉末和氯化铜铵粉末为分析纯。
[0027]作为优选，所述铵盐为氯化铵、硝酸铵或者硫酸铵。
[0028]作为优选，对所述容器加热的温度为230?400°C。
[0029]作为优选，所述氯化铜粉末和铵盐粉末的混合物中氯化铜粉末和铵盐粉末两者之间的质量比例为1: 0.5?1.5。
[0030]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种碲化镉薄膜太阳能电池的制备方法，包括形成一碲化镉层，其特征在于:将所述碲化镉层朝向一容器设置，所述容器内放置有氯化铜粉末和铵盐粉末的混合物，或者仅放置氯化铜铵粉末；然后对所述容器进行加热，使容器内的化合物形成气体后在所述碲化镉层上冷凝形成被接触层。
2.根据权利要求1所述的碲化镉薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于:所述氯化铜粉末、铵盐粉末和氯化铜铵粉末为分析纯。
3.根据权利要求1或2所述的碲化镉薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于:所述铵盐为氯化铵、硝酸铵或者硫酸铵。
4.根据权利要求1所述的碲化镉薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于:对所述容器加热的温度为230?400°C。
5.根据权利要求1所述的碲化镉薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于:所述氯化铜粉末和铵盐粉末的混合物中氯化铜粉末和铵盐粉末两者之间的质量比例为1:0.5?.1.5。
【文档编号】H01L31/18GK103681946SQ201210355016
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月17日 优先权日:2012年9月17日
【发明者】辜琼谊, 杨培 申请人:无锡尚德太阳能电力有限公司