一种n-p-p⁺结构的CdTe薄膜太阳能电池的制作方法

专利名称：一种n-p-p⁺结构的CdTe薄膜太阳能电池的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及I1- VI簇半导体薄膜太阳能电池，具体是指一种n-CdS/p-CdTe/P+-CdTe结构的CdTe薄膜太阳能电池。
背景技术：
理论研究表明，CdTe薄膜太阳能电池采用n-1-p型的电池结构可以有效提高开路电压，因此n-1-p型的CdTe薄膜太阳能电池成为研究的热点。目前形成n-1-p型的CdTe电池结构有两种方案:一种方案是在CMTe薄膜与金属背电极之间加入一层p-ZnTe宽带隙的半导体，形成n-CdS/1-CdTe/p-ZnTe结构,但是CdTe/ZnTe异质结能带突变不利于背电极对P-型载流子空穴的收集，并且CdTe和ZnTe异质界面的晶格失配产生了大量的载流子复合中心。另一种方案是在n-CdS薄膜与p-CdTe薄膜之间加入FeSx,但是FeSx退火后形成的FeS2是在富S气氛和400°C 500°C温度下进行，导致背电极金属杂质的扩散和Fe元素扩散进入WTe材料,从而降低电池性能，同时(MS/FeS2, FeS2/CdTe均为异质结，存在着能带突变和晶格失陪的问题。
发明内容针对上述CdTe薄膜太阳能电池存在的问题，特别是为了进一步提高CdTe薄膜太阳能电池的转换效率，本实用新型提出了一种n-CdS/p-CdTe/p+-CdTe结构的CdTe薄膜太阳能电池。本实用新型的一种n-CdS/p_CdTe/p+-CdTe结构的CdTe薄膜太阳能电池,包括:衬底，在衬底上依次置有金属Mo背电极、重掺杂P+ -CdTe层、弱P-型或中性CdTe层、n-CdS层、前电极透明导电氧化物薄膜。所说的衬底为·是玻璃、柔性无应力钢、耐高温聚合物薄膜中的一种。所说的重掺杂P + -CdTe层，其P-型载流子浓度彡1015cm_3，厚度为300nm lOOOnm。所说的p-CdTe层，其载流子浓度〈IO12CnT3的弱p_型或中性CdTe层，厚度为IOOOnm 3000nm。所说的n-CdS层，其η-型载流子浓度彡IO15CnT3,厚度为80nm 200nm。所说的前电极透明导电氧化物薄膜为Zn0:Al/1-Zn0双层薄膜。本实用新型的显著优点在于:p-CdTe / P + -CdTe同质结避免了界面的晶格失配和能带的不连续；重掺杂P+ -CdTe改善了 P-CdTe层的内建电场，提高了载流子的收集率，显著降低了金属背电极和CdTe层间的接触势垒，提高了电池的开路电压；调节p-CdTe层的厚度可以实现对入射光辐射的最大吸收和转化。

图1为本实用新型的n-ρ-ρ+结构的CdTe薄膜太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型的具体实施方式
作详细说明:如附图1所示，本实用新型的n-ρ-ρ+结构的CdTe薄膜太阳能电池，包括:衬底6，在衬底6上依次生长金属Mo背电极5、p + -CdTe层4、中性或弱p-型CdTe层3、n + -CdS层
2、前电极氧化物透明导电膜I。本实用新型的制备工艺过程如下:1.衬底6选取为玻璃、无应力钢或者耐高温(400°C)聚合物中的一种，在衬底上首先采用磁控溅射或者真空热蒸发制备SOOnm厚的金属Mo背电极5。2.对上述样品加热到250°C 300°C，磁控溅射制备IOOOnm厚的CdTe薄膜，然后对CdTe薄膜进行热处理。热处理工艺如下:a.采用干法退火工艺,在石墨舟中以CdCl2为蒸发源，CdTe薄膜和CdCl2蒸发源面的距离为2 3mm, 350 °C 400 °C退火30 40min ；b.随后取出样品，在60 80°C温水中冲洗，干燥氮气吹干。3.再放入溅射腔，室温溅射或者真空热蒸发制备3nm厚的金属Cu薄膜，在250°C 300°C下退火 20 30min。4.用浓盐酸与去离子水按1:6混合配制成的稀盐酸冲洗上述样品，去除样品表面残留的Cu和氧化膜，再用去离子水冲洗，干燥氮气吹干，在金属Mo复合背电极上构成P + -CdTe 层 4。5.低温150°C 250°C下，磁控溅射制备2000nm厚的CdTe薄膜。工作气体为Ar和O2混合气体，O2的流量比〈5%。6.磁控溅射或者化学水浴法制备IOOnm厚的n_CdS薄膜，然后在温度为200°C 220°C，Ar+02气氛，流量比为:Ar:02=8: 1，气压为0.75 Iatm的气氛中退火7.磁控溅射制备Zn02:Al/1-Zn0前电极氧化物透明导电膜I。ZnO2 = Al薄膜的厚度为700nm, 1-ZnO薄膜的厚度为80nm。本实用新 型的n-ρ-ρ+结构的CdTe薄膜太阳能电池,其P + -CdTe层4、p-CdTe层
3、n-CdS层2的厚度和载流子浓度值可以调节，通过协调可以实现n-CdS和p+ -CdTe间有最优的内建电势和p-CMTe层对入射光福射的最大吸收。
权利要求1.一种n-p-p+结构的CdTe薄膜太阳能电池,包括:衬底(6),其特征在于:在衬底上依次置有金属Mo背电极(5)、重掺杂P+-CdTe层(4)、弱p-型CdTe层(3)、n_CdS层(2)、前电极透明导电氧化物薄膜(I)。
2.根据权利要求1的一种n-ρ-ρ+结构的CdTe薄膜太阳能电池，其特征在于:所说的重掺杂P+-CdTe层，其薄膜厚度为300nm lOOOnm。
3.根据权利要求1的一种n-p-p+结构的CdTe薄膜太阳能电池，其特征在于:所说的弱P型CdTe层，其薄膜厚度为IOOOnm 3000nm。
4.根据权利要求1的一种n-ρ-ρ+结构的CdTe薄膜太阳能电池,其特征在于:所说的n-CdS层，其薄膜厚度为80nm 200nm。
5.根据权利要求1的一种n-ρ-ρ+结构的CdTe薄膜太阳能电池,其特征在于:所说的衬底(I)为是玻璃、柔性 无应力钢、耐高温聚合物薄膜中的一种。
专利摘要本实用新型公开了一种n-p-p+结构的CdTe薄膜太阳能电池，包括衬底，在衬底上依次置有金属Mo背电极、重掺杂p＋-CdTe层、弱p型CdTe层、n-CdS层、前电极透明导电氧化物薄膜。其优点是p-CdTe／p＋-CdTe同质结避免了界面的晶格失配和能带的不连续；重掺杂p＋-CdTe改善了p-CdTe层的内建电场，提高了载流子的收集率，显著降低了金属背电极和p＋-CdTe层间的接触势垒，提高了电池的开路电压；调节p-CdTe层的厚度可以实现对入射光辐射的最大吸收和转化，整个制备工艺可以在低于400℃的温度下进行。
文档编号H01L31/068GK203103315SQ201220530509
公开日2013年7月31日 申请日期2012年10月17日 优先权日2012年10月17日
发明者张传军, 邬云华, 王善力, 褚君浩 申请人:上海太阳能电池研究与发展中心