一种复合太阳能电池制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种复合太阳能电池制备方法，包括：第一步，CdS薄膜制备：运用化学水浴法在导电玻璃导电一侧的表面制备一层n-CdS薄膜材料，作为窗口材料以及p-n结的n型材料使用；第二步，CdTe薄膜制备：取另一块导电玻璃，在导电一侧的表面通过电化学沉积法制备一层p-CdTe薄膜材料，作为p-n结的p型材料以及背电极使用；第三步，复合太阳能电池封装：将两块分别制备了CdS薄膜和CdTe薄膜材料的导电玻璃，CdS薄膜与CdTe薄膜面对面靠在一起，用夹子夹紧固定，然后放置在高温炉中退火处理。通过上述方式，本发明制备太阳能电池，硫化镉CdS薄膜与碲化镉CdTe薄膜贴合时，保证硫化镉CdS薄膜材料不易脱落。
【专利说明】一种复合太阳能电池制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能电池领域，特别是涉及一种复合太阳能电池制备方法。
【背景技术】
[0002]人类生存环境的保护和能源问题是当今人类社会面临的共同问题。据计算，煤、石油、天然气等化石燃料预计最多还能使用一个世纪左右，它们有限的数量和人类无限的需求之间构成不可调和的矛盾。更严重的是，随着化石燃料的不断枯竭，化石燃料燃烧产生的温室气体、氮氧化合物等环境污染问题日益严重，所以清洁、无污染并且储藏量巨大的可再生能源的开发成为人类面临的重大问题。因此，太阳能被视为21世纪能源研究的主要领域，它与常规能源相比，存在着许多优势:第一，它是人类可以利用的资源中最丰富的，据专家推算，在过去的十几亿年中，太阳只消耗了它本身能量的2%，照射在地球上的太阳能量非常巨大，大约40min照射在地球上的太阳能，足以供全球人类一年的能量消费。按这样计算，太阳能足以供给人类使用几十亿年，这无疑是一种巨大的能量，可以说是取之不尽，用之不竭。第二，开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。第三，太阳光照射在大地上，没有地域的限制，只要有光照的地方就有太阳能，无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，处处皆有，可直接开发和利用，且不需要开采和运输，这样在偏远的山村也可以直接利用，很有实用价值。所以合理开发太阳能将能有效地解决人类的能源问题。
[0003]化合物半导体薄膜太阳电池的研究及制造是当今光伏领域的研究热点，CdS/CdTe多晶薄膜太阳能电池由于具有成本低廉、性能稳定、工艺简单等特点受到了广泛重视。CdS硫化镉薄膜作为CdS/CdTe多晶薄膜太阳能电池p-n结的η型材料，是化学性能稳定的
I1-VI族宽禁带半导体材料，禁带宽度为2.42eV，由于硫化镉CdS允许绝大部分可见光通过而被广泛用作太阳能电池的窗口材料。碲化镉CdTe的禁带宽度为1.45eV，吸收系数大，Ium厚的薄膜即可吸收90%以上的太阳光,是一种理想的太阳电池材料。传统的(MS/CMTe多晶薄膜太阳能电池的基本结构通常由背电极/P型CdTe/n型CdS/前电极组成，其结构示意图如说明书附图图1所示，附图标记为1、背电极；2、P-CdTe膜；3、n-CdS膜；4、透明导电膜；5、玻璃衬底；透明导电膜4镀在玻璃衬底5上，n-CdS膜3制备在透明导电膜4上，p-CdTe膜2制备在n-CdS膜3上，背电极I设在p-CdTe膜上。
[0004]目前制备CdS/CdTe多晶薄膜太阳能电池方法有很多，传统方法是首先用化学水浴法在导电玻璃表面制备一层n-CdS薄膜材料，然后在CdS表面上，再制备一层p-CdTe薄膜材料，最后在CdTe表面沉积一层背电极即可；其中制备CdTe薄膜材料有近场升华法、热蒸发法、磁控溅射以及电化学沉积法等，其中电化学沉积法由于设备简单、成本低廉而受到人们重视，但同时带来的问题是在CdS表面上通过电化学沉积制备CdTe薄膜时，容易造成CdS薄膜材料脱落，从而造成器件破坏。
【发明内容】
[0005]本发明主要解决的技术问题是提供一种复合太阳能电池制备方法，能够在制备太阳能电池时在硫化镉CdS薄膜表面制备碲化镉CdTe薄膜，保证硫化镉CdS薄膜材料不易脱落。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是:提供一种复合太阳能电池制备方法，包括:
第一步,CdS薄膜制备:运用化学水浴法在导电玻璃导电一侧的表面制备一层n-CdS薄膜材料，作为窗口材料以及p-n结的η型材料使用；
第二步，CdTe薄膜制备:取另一块导电玻璃，在导电一侧的表面通过电化学沉积法制备一层p-CdTe薄膜材料，作为p-n结的p型材料以及背电极使用；
第三步，复合太阳能电池封装:将两块分别制备了 CdS薄膜和CdTe薄膜材料的导电玻璃，CdS薄膜与CdTe薄膜面对面靠在一起，用夹子夹紧固定，然后放置在高温炉中退火处理。
[0007]优选的是，所述导电玻璃需要进行预处理；导电玻璃预处理工序包括:(1)、将导电玻璃用浓硝酸浸泡15分钟，取出后在去离子水中漂洗；(2)、将导电玻璃在10%的NaOH溶液中浸泡15分钟，再用去离子水冲洗；(3)、将导电玻璃放入丙酮溶液中，并超声清洗10分钟；(4)、将导电玻璃放入无水乙醇中，再超声清洗10分钟，最后用去离子水冲洗；(5)、将导电玻璃放入密封干净的干燥箱中烘干，备用。
[0008]优选的是，所述化学水浴法制备CdS薄膜步骤包括制备CdS成膜溶液和用恒温磁力搅拌水浴锅沉积CdS薄膜；
所述制备CdS成膜溶液步骤包括:(I)、称取0.1866g乙酸镉放入清洗干净的烧杯中，并加入25ml的去离子水使之溶解；(2)、称取0.3806g硫脲，放入清洗干净的烧杯，并加入15ml去离子水使之溶解；(3)、在乙酸镉中加入1ml氨水，混合均匀；(4)、将配置好的硫脲溶液加入混合液中，加入去离子水定容到100ml，并搅拌均匀；(5)、向上述步骤所得的溶液中加入适量的乙酸氨，调节pH值至10.5 ；
所述恒温磁力搅拌水浴锅沉积CdS薄膜步骤包括:(I )、在磁力搅拌水浴锅中加入水并加热，把配置好的CdS成膜溶液放入水浴锅，将溶液加热至85°C; (2)、把清洗干净的导电玻璃安装在样品架上，并放入反应池中；(3)、在反应过程中不断地加入氨水来保持溶液的pH稳定；(4)、把镀有CdS薄膜的导电玻璃取出，用超声清洗器清洗掉表面疏松物质，最后把镀有CdS薄膜的样品放入烘箱烘干。
[0009]优选的是，所述电化学沉积法制备CdTe薄膜步骤包括制备CdTe成膜溶液和三电极法沉积CdTe薄膜；
所述制备CdTe成膜溶液步骤包括称取CdSOjP TeO 2，将CdSOjP TeO 2分别溶于15ml和10ml去离子水中，待全部溶解后，将溶液混合，加入H2SO4,将pH值调至2 ；
所述三电极法沉积CdTe薄膜步骤包括将饱和甘汞电极和钼电极放入烧杯，倒入适量的无水乙醇清洗干净，再用去离子水冲洗干净，放入烘箱烘干备用；将CdTe成膜溶液放入水浴锅中并加热到80°C ;工作电极为导电玻璃，对电极为钼电极，参比电极为饱和甘汞电极；打开电化学工作站，设置反应的工作电压为-0.5V，反应时间为I小时；反应结束后，将镀有CdTe薄膜的样品取出，用去离子水冲洗干净，烘干。
[0010]优选的是，所述复合太阳能电池封装步骤包括在两块分别镀有CdS薄膜和CdTe薄膜的导电玻璃表面悬涂饱和的CdCl2甲醇溶液，然后将CdS薄膜和CdTe薄膜互相贴合，并放入马弗炉内退火，退火温度为400°C，退火时间为I小时。
[0011]优选的是，所述导电玻璃为氧化铟锡ITO导电玻璃。
[0012]本发明的有益效果是:本发明能够解决在制备太阳能电池时，在硫化镉CdS薄膜表面制备碲化镉CdTe薄膜，硫化镉CdS薄膜材料容易脱落的弊端。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是传统的CdS/CdTe多晶薄膜太阳能电池结构示意图；
图2是本发明一种复合太阳能电池制备方法所制备的CdS/CdTe复合太阳能电池的结构示意图；
图3是所示一种复合太阳能电池制备方法中制备CdS薄膜的装置示意图；
附图中各部件的标记如下:1、背电极；2、p-CdTe膜；3、n-CdS膜；4、透明导电膜；5、玻璃衬底；6、导电玻璃；7、CdS薄膜；8、CdTe薄膜；9、样品架；10、水浴锅；11、CdS成膜溶液；
12、反应池；13、温度计。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0015]请参阅图1至图3，本发明实施例包括:
一种复合太阳能电池制备方法，首先导电玻璃的清洁度和平整度对薄膜的质量影响很大，对导电玻璃需要进行预处理，所述导电玻璃为20mmX80mmX Imm的氧化铟锡(ITO)导电玻璃；导电玻璃预处理工序包括:(I)、将导电玻璃用浓硝酸浸泡15分钟，取出后在去离子水中漂洗；(2)、将导电玻璃在10%的NaOH溶液中浸泡15分钟，再用去离子水冲洗；(3)、将导电玻璃放入丙酮溶液中，并超声清洗10分钟；(4)、将导电玻璃放入无水乙醇中，再超声清洗10分钟，最后用去离子水冲洗；(5)、将导电玻璃放入密封干净的干燥箱中烘干，备用。
[0016]一、CdS薄膜制备:
运用化学水浴法在导电玻璃导电一侧的表面制备一层n-CdS薄膜材料，作为窗口材料以及P-n结的η型材料使用；化学水浴法包括制备CdS成膜溶液和用恒温磁力搅拌水浴锅沉积CdS薄膜；
所述制备CdS成膜溶液步骤包括:(I)、称取0.1866g乙酸镉放入清洗干净的烧杯中，并加入25ml的去离子水使之溶解；(2)、称取0.3806g硫脲，放入清洗干净的烧杯，并加入15ml去离子水使之溶解；(3)、在乙酸镉中加入1ml氨水，混合均匀；(4)、将配置好的硫脲溶液加入混合液中，加入去离子水定容到100ml，并搅拌均匀；(5)、向上述步骤所得的溶液中加入适量的乙酸氨，调节pH值至10.5 ；
所述恒温磁力搅拌水浴锅沉积CdS薄膜步骤包括:(1)、在磁力搅拌水浴锅10中加入水并加热，把配置好的CdS成膜溶液11放入水浴锅，观察温度计13，将溶液加热至85°C ；
(2)、把清洗干净的导电玻璃6安装在样品架9上，并放入反应池12中；(3)、在反应过程中不断地加入氨水来保持溶液的PH稳定；(4)、把镀有CdS薄膜的导电玻璃取出，用超声清洗器清洗掉表面疏松物质，最后把镀有CdS薄膜的样品放入烘箱烘干；其反应机理如下: a、镉盐在水溶液中形成镉离子，并与氨水里面的NH3分子形成络合离子Cd(NH3)42+: Cd2++4NH3= [Cd (NH3) J2+
b、在导电玻璃的表面位置上，Cd2+与氨水水解产生的OH_反应，生成Cd(OH) 2，即:
[Cd (NH3) 4]2++20H_= Cd (OH) 2ads+4 NH3
C、加入硫脲后，SC(NH2)2与产生的Cd(OH) 2形成一种亚稳态的络合物Cd (SC(NH2)2)(OH)2 =
Cd (OH) 2+SC (NH2) 2=Cd (SC (NH2)2) (OH)2ads
d、这种亚稳态络合物分解就形成了 CdS，析出的CdS就沉积在导电玻璃表面，形成致密的薄膜，即
Cd (SC(NH2)2) (OH)2=CdS+CN2H2+2H20
总的化学反应方程式为:
Cd2++ SC (NH2) 2+20r= CdS+CN2H2+2H20
二、CdTe薄膜制备:
取另一块导电玻璃，在导电一侧的表面通过电化学沉积法制备一层P-CdTe薄膜材料，作为p-n结的P型材料以及背电极使用；所述电化学沉积法制备CdTe薄膜步骤包括制备CdTe成膜溶液和三电极法沉积CdTe薄膜；
所述制备CdTe成膜溶液包括称取适量CdSOjP TeO 2，将CdSOjP TeO 2分别溶于15ml和10ml去离子水中，待全部溶解后，将溶液混合，加入H2SO4，将pH值调至2 ;在酸性水溶液中，TeO2存在以下化学反应:
Te02+H20=HTe02++0H_
电极清洗:将饱和甘汞电极和钼电极放入烧杯，倒入适量的无水乙醇清洗干净，再用去离子水冲洗干净，放入烘箱烘干备用；
所述三电极法沉积CdTe薄膜包括将CdTe成膜溶液放入水浴锅中并加热到80°C ;工作电极为导电玻璃，对电极为钼电极，参比电极为饱和甘汞电极；打开电化学工作站，设置反应的工作电压为-0.5V，反应时间为I小时；加入工作电压后，会产生电解和沉积的反应:HTe02++3H++4e_=Te+2H20Cd2++Te+2e_=CdTe
反应结束后，将镀有CdTe薄膜的样品取出，用去离子水冲洗干净，烘干。
[0017]三、复合太阳能电池封装:
在两块分别镀有CdS薄膜7和CdTe薄膜8的导电玻璃6表面悬涂饱和的CdCl2甲醇溶液，然后将CdS薄膜7和CdTe薄膜8互相贴合，并放入马弗炉内退火，退火温度为400°C，退火时间为I小时。复合太阳能电池制备完成。
[0018]本发明制备太阳能电池，硫化镉CdS薄膜与碲化镉CdTe薄膜贴合时，能够保证硫化镉CdS薄膜材料不易脱落。
[0019]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【权利要求】
1.一种复合太阳能电池制备方法，其特征在于，包括: 第一步,CdS薄膜制备:运用化学水浴法在导电玻璃导电一侧的表面制备一层n-CdS薄膜材料，作为窗口材料以及p-n结的η型材料使用； 第二步，CdTe薄膜制备:取另一块导电玻璃，在导电一侧的表面通过电化学沉积法制备一层p-CdTe薄膜材料，作为p-n结的p型材料以及背电极使用； 第三步，复合太阳能电池封装:将两块分别制备了 CdS薄膜和CdTe薄膜材料的导电玻璃，CdS薄膜与CdTe薄膜面对面靠在一起，用夹子夹紧固定，然后放置在高温炉中退火处理。
2.根据权利要求1所述的一种复合太阳能电池制备方法，其特征在于:所述导电玻璃需要进行预处理；导电玻璃预处理工序包括:(1)、将导电玻璃用浓硝酸浸泡15分钟，取出后在去离子水中漂洗；(2)、将导电玻璃在10%的NaOH溶液中浸泡15分钟，再用去离子水冲洗；(3)、将导电玻璃放入丙酮溶液中，并超声清洗10分钟；(4)、将导电玻璃放入无水乙醇中，再超声清洗10分钟，最后用去离子水冲洗；(5)、将导电玻璃放入密封干净的干燥箱中烘干，备用。
3.根据权利要求1所述的一种复合太阳能电池制备方法，其特征在于:所述化学水浴法制备CdS薄膜步骤包括制备CdS成膜溶液和用恒温磁力搅拌水浴锅沉积CdS薄膜； 所述制备CdS成膜溶液步骤包括:(I)、称取0.1866g乙酸镉放入清洗干净的烧杯中，并加入25ml的去离子水使之溶解；(2)、称取0.3806g硫脲，放入清洗干净的烧杯，并加入15ml去离子水使之溶解；(3)、在乙酸镉中加入1ml氨水，混合均匀；(4)、将配置好的硫脲溶液加入混合液中，加入去离子水定容到100ml，并搅拌均匀；(5)、向上述步骤所得的溶液中加入适量的乙酸氨，调节pH值至10.5 ； 所述恒温磁力搅拌水浴锅沉积CdS薄膜步骤包括:(I )、在磁力搅拌水浴锅中加入水并加热，把配置好的CdS成膜溶液放入水浴锅，将溶液加热至85°C; (2)、把清洗干净的导电玻璃安装在样品架上，并放入反应池中；(3)、在反应过程中不断地加入氨水来保持溶液的pH稳定；(4)、把镀有CdS薄膜的导电玻璃取出，用超声清洗器清洗掉表面疏松物质，最后把镀有CdS薄膜的样品放入烘箱烘干。
4.根据权利要求1所述的一种复合太阳能电池制备方法，其特征在于:所述电化学沉积法制备CdTe薄膜步骤包括制备CdTe成膜溶液和三电极法沉积CdTe薄膜； 所述制备CdTe成膜溶液步骤包括称取CdSOjP TeO 2，将CdSOjP TeO 2分别溶于15ml和10ml去离子水中，待全部溶解后，将溶液混合，加入H2SO4,将pH值调至2 ； 所述三电极法沉积CdTe薄膜步骤包括将饱和甘汞电极和钼电极放入烧杯，倒入适量的无水乙醇清洗干净，再用去离子水冲洗干净，放入烘箱烘干备用；将CdTe成膜溶液放入水浴锅中并加热到80°C ;工作电极为导电玻璃，对电极为钼电极，参比电极为饱和甘汞电极；打开电化学工作站，设置反应的工作电压为-0.5V，反应时间为I小时；反应结束后，将镀有CdTe薄膜的样品取出，用去离子水冲洗干净，烘干。
5.根据权利要求1所述的一种复合太阳能电池制备方法，其特征在于:所述复合太阳能电池封装步骤包括在两块分别镀有CdS薄膜和CdTe薄膜的导电玻璃表面悬涂饱和的CdCl2￥醇溶液，然后将CdS薄膜和CdTe薄膜互相贴合，并放入马弗炉内退火，退火温度为400°C，退火时间为I小时。
6.根据权利要求2所述的一种复合太阳能电池制备方法，其特征在于:所述导电玻璃为氧化铟锡ITO导电玻璃。
【文档编号】H01L31/18GK104465871SQ201410681765
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月25日 优先权日:2014年11月25日
【发明者】李建康 申请人:苏州市职业大学