本发明涉及太阳能电池
技术领域：
，具体涉及一种的碲化镉电池及制备方法。
背景技术：
碲化镉(cdte)薄膜太阳电池是以cdte为吸收层的一种化合物半导体薄膜太阳电池，具有很高的光吸收系数，因其转化效率高、成本低廉的特点，受到很多研究构和公司的关注，目前该电池的最高转化效率已经超过了22％，大面积组件(1.2×0.6m2)的转化效率达18.6％。cdte薄膜太阳能电池的典型基本结构为：导电玻璃层/cds窗口层/cdte吸收层/背接触-背电极层/封装材料/背板玻璃。cdte吸收层使用的p型cdte的电子亲和势～4.3ev，禁带宽度～1.5ev，功函数高达5.8ev，由于p型cdte具有较高的功函数，高于大多数金属材料的功函数，很难使其与金属背电极之间形成稳定的欧姆接触。如果将金属材料直接与cdte薄膜表面接触作为背电极，碲化镉与金属界面形成肖特基势垒，阻碍空穴的传输，降低电池性能。现有技术通常采用对碲化镉进行p型重掺杂和在cdte和背电极之间引入半导体背接触层的方案来降低接触势垒。p型重掺杂的技术方法主要是在碲化镉背部进行铜扩散掺杂，主要的制备方法有湿化学法、蒸镀等。铜元素是目前发现对碲化镉掺杂效果最好的元素，可以很有效的提高电池的性能，但是由于铜在碲化镉中的扩散较快，当铜在碲化镉和硫化界面出现富集时，会形成大量缺陷能级，很容易造成电池的衰减。背接触层的技术方案通常采用在cdte和背电极之间引入半导体背接触层，来减小接触势垒对空穴传输的阻碍。主要有使用磁控溅射制备碲化锌(znte)、碲化汞(hgte)、碲化锑(sb2te3)等半导体材料。这些材料多为化合物半导体材料，价格较为昂贵，工艺步骤繁杂。同时，单一氮化物背接触层无法兼顾空穴传输效率和较高的电导率，使得碲化镉薄膜太阳电池的不仅成本较高，且转化效率不高。技术实现要素：有鉴于此，本申请提供一种氮化物背接触碲化镉电池结构及制备方法，解决了其他半导体背接触制备成本高、普通铜扩散容易出现电池衰减、背传输层电导率差的技术问题。为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种碲化镉薄膜太阳电池，所述碲化镉薄膜太阳电池由下至上依次包括衬底层、透明导电层、窗口层、光吸收层、第一背接触层、第二背接触层、背电极层，所述窗口层的材料为硫化镉薄膜，所述光吸收层的材料为碲化镉薄膜，所述第一背接触层的材料为氮化铜薄膜或金属掺杂氮化铜薄膜，所述第二背接触层为氮化钼薄膜，所述背电极层的材料为镍钒合金。优选的，所述金属掺杂氮化铜薄膜为钼掺杂氮化铜薄膜或铝掺杂氮化铜薄膜。优选的，所述钼掺杂氮化铜薄膜中钼∶氮化铜的摩尔比为1∶20-1∶10。优选的，所述铝掺杂氮化铜薄膜中铝∶氮化铜的摩尔比为1∶20-1∶10。优选的，所述光吸收层的厚度为2-3μm。优选的，所述第一背接触层的厚度为5-20nm。优选的，所述第二背接触层的厚度为20-30nm。优选的，所述背电极层的厚度为300-500nm。本发明还提供了一种碲化镉薄膜太阳电池的制备方法，包括以下步骤：(1)提供衬底层，在所述衬底层上沉积透明导电膜，得透明导电层；(2)在所述透明导电层上沉积硫化镉，得窗口层；(3)在所述窗口层上沉积碲化镉，得光吸收层；(4)在所述光吸收层上磁控溅射氮化铜或金属掺杂氮化铜，得第一背接触层(5)在所述第一背接触层上磁控溅射氮化钼，得第二背接触层；(6)在所述背接触层上磁控溅射镍钒合金，得背电极层；(7)对所述背接触层和所述背电极层进行退火处理。优选的，所述退火处理的温度为150-250℃，所述退火处理的时间为10-30min。本申请与现有技术相比，其详细说明如下：本申请提供了一种具有背接触结构的碲化镉薄膜太阳电池，所述背接触结构能降低与碲化镉的接触势垒，形成欧姆接触，从而提高碲化镉薄膜太阳电池的性能。氮化铜不仅可以实现掺铜的效果，而且可以克服传统碲化镉电池铜掺杂过程铜元素扩散造成的衰减降低，而且氮化铜相比于碲化锌、碲化汞、碲化锑等半导体材料价格更便宜，生产成本更低，适用于大规模的量产。铝或钼掺杂氮化铜可以改善氮化铜的电导率。金属氮化物具有功函数可调，电子传输速度快等优点，但是在没有铜参与的情况下，转化效率很难进一步提升。本发明选用特定的氮化物——氮化铜作为背接触层，比其他氮化物转化性能更高，氮化铜可以与碲化镉光吸收层形成良好的欧姆接触，降低界面损失，提高界面电流的收集与传输效率。氮化钼具有比氮化铜更优的电导率，与氮化铜协同作用，进一步提升载流子电导率，减小太阳电池的串联电阻。ni-v作为一种具有高功函数且耐腐蚀的金属材料，既可以降低其与碲化镉半导体之间的接触电阻，又可以对碲化镉电池进行保护，提高背电极的耐水汽能力。附图说明图1为本发明提供的一种碲化镉薄膜太阳电池示意图。其中，1-衬底层；2-透明导电层；3-窗口层；4-光吸收层；5-第一背接触层；6-第二背接触层；7-背电极层；8-封装材料层；9-背板层。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明提供了一种碲化镉薄膜太阳电池，所述碲化镉薄膜太阳电池由下至上依次包括衬底层、透明导电层、窗口层、光吸收层、第一背接触层、第二背接触层、背电极层、封装材料层和背板层，所述窗口层的材料为硫化镉薄膜，所述光吸收层的材料为碲化镉薄膜，所述第一背接触层的材料为氮化铜薄膜或金属掺杂氮化铜薄膜，所述第二背接触层为氮化钼薄膜，所述背电极层的材料为镍钒合金。所述衬底层的材料为钠钙玻璃。所述透明导电层的材料为选自fto透明导电膜、ito透明导电膜或azo透明导电膜中的任意一种。所述窗口层的厚度为30nm-50nm，在本发明的实施例中，所述窗口层的厚度优选为50nm，所述光吸收层的厚度为2-3μm。所述第一背接触层的厚度为5-20nm，本申请使用氮化铜薄膜作为第一背接触层，不仅可以实现掺铜的效果，且可以避免传统碲化镉吸光层铜掺杂过程中出现的铜的扩散过程。氮化铜背接触层可以碲化镉光吸收层形成欧姆接触，比传统的氮化物的转化效率更高。本申请也可使用金属掺杂氮化铜薄膜作为第一背接触层，金属掺杂氮化铜薄膜为钼掺杂氮化铜薄膜或铝掺杂氮化铜薄膜，所述钼掺杂氮化铜薄膜中钼∶氮化铜的摩尔比为1∶20-1∶10，所述铝掺杂氮化铜薄膜中铝∶氮化铜的摩尔比为1∶20-1∶10，钼掺杂氮化铜薄膜或铝掺杂氮化铜薄膜可以提高氮化铜薄膜的电导率。所述第二背接触层的厚度为20-30nm，所述第二背接触层为电导率良好的氮化钼薄膜。所述镍钒合金中镍∶钒的摩尔比为1∶5-5∶1，所述背电极层的厚度为300-500nm，镍钒合金具有优异的抗水汽作用。所述封装材料层的材料为poe胶膜。所述背板层的材料为钠钙玻璃。本发明还提供了一种碲化镉薄膜太阳电池的制备方法，包括以下步骤：(1)提供衬底层，在所述衬底层上采用apcvd法沉积透明导电膜，得透明导电层；(2)在所述透明导电层上沉积硫化镉，得窗口层；(3)在所述窗口层上沉积碲化镉，得光吸收层；(4)在所述光吸收层上磁控溅射氮化铜或金属掺杂氮化铜，得第一背接触层(5)在所述第一背接触层上磁控溅射氮化钼，得第二背接触层；(6)在所述第二背接触层上磁控溅射镍钒合金，得背电极层；(7)对所述背接触层和所述背电极层进行退火处理；(8)采用poe胶膜和钠钙玻璃进行封装。优选的，所述退火处理的温度为150-250℃，所述退火处理的时间为10-30min。实施例1如图1所示，一种碲化镉薄膜太阳电池，所述碲化镉薄膜太阳电池由下至上依次包括衬底层1、透明导电层2、窗口层3、光吸收层4、第一背接触层5、第二背接触层6、背电极层7、封装材料层8和背板层9，所述窗口层的材料为硫化镉薄膜，所述光吸收层的材料为碲化镉薄膜，所述第一背接触层的材料为氮化铜薄膜，所述第二背接触层为氮化钼薄膜，所述背电极层的材料为镍钒合金。所述衬底层的材料为钠钙玻璃；所述透明导电层的材料为选自fto透明导电膜；所述窗口层的厚度为50nm；所述光吸收层的厚度为3μm；所述第一背接触层的厚度为5nm；所述第二背接触层的厚度为20nm；所述镍钒合金中镍∶钒的摩尔比为1∶5；所述背电极层的厚度为300nm；所述封装材料层的材料为poe胶膜；所述背板层的材料为钠钙玻璃。碲化镉薄膜太阳电池的制备方法，包括以下步骤：(1)提供钠钙玻璃作为玻璃衬底层，在所述玻璃衬底层上采用apcvd沉积fto透明导电膜，得透明导电层；(2)在所述透明导电层上采用磁控溅射法沉积硫化镉，得窗口层；(3)在所述窗口层上采用近空间升华法沉积碲化镉，沉积温度为500℃，得光吸收层；(4)在ar和n2混合气体的环境下，在所述光吸收层上磁控溅射氮化铜，得第一背接触层；(5)在ar和n2混合气体的环境下，在所述第一背接触层上磁控溅射氮化钼，得第二背接触层；(6)在纯ar环境下，在所述第二背接触层上磁控溅射镍钒合金，得背电极层；(7)对所述第一背接触层、第二背接触层和所述背电极层进行退火处理，所述退火处理的温度为150℃，所述退火处理的时间为10min；(8)采用poe胶膜和钠钙玻璃进行封装。实施例2一种碲化镉薄膜太阳电池，所述碲化镉薄膜太阳电池由下至上依次包括衬底层1、透明导电层2、窗口层3、光吸收层4、第一背接触层5、第二背接触层6、背电极层7、封装材料层8和背板层9，所述窗口层的材料为硫化镉薄膜，所述光吸收层的材料为碲化镉薄膜，所述第一背接触层的材料为金属掺杂氮化铜薄膜，所述第二背接触层为氮化钼薄膜，所述背电极层的材料为镍钒合金。所述金属掺杂氮化铜薄膜为钼掺杂氮化铜薄膜；所述衬底层的材料为钠钙玻璃；所述透明导电层的材料为选自fto透明导电膜；所述窗口层的厚度为50nm；所述光吸收层的厚度为2μm；所述钼掺杂氮化铜薄膜中钼∶氮化铜的摩尔比为1∶20。所述第一背接触层的厚度为20nm；所述第二背接触层的厚度为20nm；所述镍钒合金中镍∶钒的摩尔比为1∶5；所述背电极层的厚度为300nm；所述封装材料层的材料为poe胶膜；所述背板层的材料为钠钙玻璃。碲化镉薄膜太阳电池的制备方法，包括以下步骤：(1)提供钠钙玻璃作为玻璃衬底层，在所述玻璃衬底层上采用apcvd沉积fto透明导电膜，得透明导电层；(2)在所述透明导电层上采用磁控溅射法沉积硫化镉，得窗口层；(3)在所述窗口层上采用近空间升华法沉积碲化镉，沉积温度为500℃，得光吸收层；(4)在ar和n2混合气体的环境下，在所述光吸收层上磁控溅射钼掺杂氮化铜，得第一背接触层；(5)在ar和n2混合气体的环境下，在所述第一背接触层上磁控溅射氮化钼，得第二背接触层；(6)在纯ar环境下，在所述第二背接触层上磁控溅射镍钒合金，得背电极层；(7)对所述第一背接触层、第二背接触层和所述背电极层进行退火处理，所述退火处理的温度为150℃，所述退火处理的时间为10min；(8)采用poe胶膜和钠钙玻璃进行封装。实施例3一种碲化镉薄膜太阳电池，所述碲化镉薄膜太阳电池由下至上依次包括衬底层1、透明导电层2、窗口层3、光吸收层4、第一背接触层5、第二背接触层6、背电极层7、封装材料层8和背板层9，所述窗口层的材料为硫化镉薄膜，所述光吸收层的材料为碲化镉薄膜，所述第一背接触层的材料为金属掺杂氮化铜薄膜，所述第二背接触层为氮化钼薄膜，所述背电极层的材料为镍钒合金。所述金属掺杂氮化铜薄膜为钼掺杂氮化铜薄膜；所述衬底层的材料为钠钙玻璃；所述透明导电层的材料为选自fto透明导电膜；所述窗口层的厚度为50nm；所述光吸收层的厚度为2.5μm；所述钼掺杂氮化铜薄膜中钼∶氮化铜的摩尔比为1∶10。所述第一背接触层的厚度为15nm；所述第二背接触层的厚度为30nm；所述镍钒合金中镍∶钒的摩尔比为5∶1；所述背电极层的厚度为300nm；所述封装材料层的材料为poe胶膜；所述背板层的材料为钠钙玻璃。碲化镉薄膜太阳电池的制备方法，包括以下步骤：(1)提供钠钙玻璃作为玻璃衬底层，在所述玻璃衬底层上采用apcvd沉积fto透明导电膜，得透明导电层；(2)在所述透明导电层上采用磁控溅射法沉积硫化镉，得窗口层；(3)在所述窗口层上采用近空间升华法沉积碲化镉，沉积温度为500℃，得光吸收层；(4)在ar和n2混合气体的环境下，在所述光吸收层上磁控溅射钼掺杂氮化铜，得第一背接触层；(5)在ar和n2混合气体的环境下，在所述第一背接触层上磁控溅射氮化钼，得第二背接触层；(6)在纯ar环境下，在所述第二背接触层上磁控溅射镍钒合金，得背电极层；(7)对所述第一背接触层、第二背接触层和所述背电极层进行退火处理，所述退火处理的温度为250℃，所述退火处理的时间为30min；(8)采用poe胶膜和钠钙玻璃进行封装。实施例4一种碲化镉薄膜太阳电池，所述碲化镉薄膜太阳电池由下至上依次包括衬底层1、透明导电层2、窗口层3、光吸收层4、第一背接触层5、第二背接触层6、背电极层7、封装材料层8和背板层9，所述窗口层的材料为硫化镉薄膜，所述光吸收层的材料为碲化镉薄膜，所述第一背接触层的材料为金属掺杂氮化铜薄膜，所述第二背接触层为氮化钼薄膜，所述背电极层的材料为镍钒合金。所述金属掺杂氮化铜薄膜为铝掺杂氮化铜薄膜；所述衬底层的材料为钠钙玻璃；所述透明导电层的材料为选自fto透明导电膜；所述窗口层的厚度为50nm；所述光吸收层的厚度为3μm；所述铝掺杂氮化铜薄膜中铝∶氮化铜的摩尔比为1∶20；所述第一背接触层的厚度为15nm；所述第二背接触层的厚度为30nm；所述镍钒合金中镍∶钒的摩尔比为1∶5；所述背电极层的厚度为300nm；所述封装材料层的材料为poe胶膜；所述背板层的材料为钠钙玻璃。碲化镉薄膜太阳电池的制备方法，包括以下步骤：(1)提供钠钙玻璃作为玻璃衬底层，在所述玻璃衬底层上采用apcvd沉积fto透明导电膜，得透明导电层；(2)在所述透明导电层上采用磁控溅射法沉积硫化镉，得窗口层；(3)在所述窗口层上采用近空间升华法沉积碲化镉，沉积温度为500℃，得光吸收层；(4)在ar和n2混合气体的环境下，在所述光吸收层上磁控溅射铝掺杂氮化铜，得第一背接触层；(5)在ar和n2混合气体的环境下，在所述第一背接触层上磁控溅射氮化钼，得第二背接触层；(6)在纯ar环境下，在所述第二背接触层上磁控溅射镍钒合金，得背电极层；(7)对所述第一背接触层、第二背接触层和所述背电极层进行退火处理，所述退火处理的温度为150℃，所述退火处理的时间为10min；(8)采用poe胶膜和钠钙玻璃进行封装。实施例5一种碲化镉薄膜太阳电池，所述碲化镉薄膜太阳电池由下至上依次包括衬底层1、透明导电层2、窗口层3、光吸收层4、第一背接触层5、第二背接触层6、背电极层7、封装材料层8和背板层9，所述窗口层的材料为硫化镉薄膜，所述光吸收层的材料为碲化镉薄膜，所述第一背接触层的材料为金属掺杂氮化铜薄膜，所述第二背接触层为氮化钼薄膜，所述背电极层的材料为镍钒合金。所述金属掺杂氮化铜薄膜为铝掺杂氮化铜薄膜；所述衬底层的材料为钠钙玻璃；所述透明导电层的材料为选自fto透明导电膜；所述窗口层的厚度为50nm；所述光吸收层的厚度为3μm；所述铝掺杂氮化铜薄膜中铝∶氮化铜的摩尔比为1∶10。所述第一背接触层的厚度为15nm；所述第二背接触层的厚度为30nm；所述镍钒合金中镍∶钒的摩尔比为5∶1；所述背电极层的厚度为500nm；所述封装材料层的材料为poe胶膜；所述背板层的材料为钠钙玻璃。碲化镉薄膜太阳电池的制备方法，包括以下步骤：(1)提供钠钙玻璃作为玻璃衬底层，在所述玻璃衬底层上采用apcvd沉积fto透明导电膜，得透明导电层；(2)在所述透明导电层上采用磁控溅射法沉积硫化镉，得窗口层；(3)在所述窗口层上采用近空间升华法沉积碲化镉，沉积温度为500℃，得光吸收层；(4)在ar和n2混合气体的环境下，在所述光吸收层上磁控溅射铝掺杂氮化铜，得第一背接触层；(5)在ar和n2混合气体的环境下，在所述第一背接触层上磁控溅射氮化钼，得第二背接触层；(6)在纯ar环境下，在所述第二背接触层上磁控溅射镍钒合金，得背电极层；(7)对所述第一背接触层、第二背接触层和所述背电极层进行退火处理，所述退火处理的温度为250℃，所述退火处理的时间为30min；(8)采用poe胶膜和钠钙玻璃进行封装。对照例1一种碲化镉薄膜太阳电池，所述碲化镉薄膜太阳电池由下至上依次包括衬底层、透明导电层、窗口层、光吸收层、背接触层、背电极层、封装材料层和背板层，所述窗口层的材料为硫化镉薄膜，所述光吸收层的材料为碲化镉薄膜，所述背接触层的材料为氮化铜薄膜，所述背电极层的材料为镍钒合金。所述衬底层的材料为钠钙玻璃；所述透明导电层的材料为选自fto透明导电膜；所述窗口层的厚度为50nm；所述光吸收层的厚度为3μm；所述背接触层的厚度为5nm；所述镍钒合金中镍∶钒的摩尔比为1∶5；所述背电极层的厚度为300nm；所述封装材料层的材料为poe胶膜；所述背板层的材料为钠钙玻璃。碲化镉薄膜太阳电池的制备方法，包括以下步骤：(1)提供钠钙玻璃作为玻璃衬底层，在所述玻璃衬底层上采用apcvd沉积fto透明导电膜，得透明导电层；(2)在所述透明导电层上采用磁控溅射法沉积硫化镉，得窗口层；(3)在所述窗口层上采用近空间升华法沉积碲化镉，沉积温度为500℃，得光吸收层；(4)在ar和n2混合气体的环境下，在所述光吸收层上磁控溅射氮化铜，得背接触层；(5)在纯ar环境下，在所述背接触层上磁控溅射镍钒合金，得背电极层；(6)对所述背接触层和所述背电极层进行退火处理，所述退火处理的温度为150℃，所述退火处理的时间为10min；(7)采用poe胶膜和钠钙玻璃进行封装。对照例2一种碲化镉薄膜太阳电池，所述碲化镉薄膜太阳电池由下至上依次包括衬底层、透明导电层、窗口层、光吸收层、背接触层、背电极层、封装材料层和背板层，所述窗口层的材料为硫化镉薄膜，所述光吸收层的材料为碲化镉薄膜，所述背接触层的材料为氮化钼薄膜，所述背电极层的材料为镍钒合金。所述衬底层的材料为钠钙玻璃；所述透明导电层的材料为选自fto透明导电膜；所述窗口层的厚度为50nm；所述光吸收层的厚度为3μm；所述背接触层的厚度为30nm；所述镍钒合金中镍∶钒的摩尔比为1∶5；所述背电极层的厚度为300nm；所述封装材料层的材料为poe胶膜；所述背板层的材料为钠钙玻璃。碲化镉薄膜太阳电池的制备方法，包括以下步骤：(1)提供钠钙玻璃作为玻璃衬底层，在所述玻璃衬底层上采用apcvd沉积fto透明导电膜，得透明导电层；(2)在所述透明导电层上采用磁控溅射法沉积硫化镉，得窗口层；(3)在所述窗口层上采用近空间升华法沉积碲化镉，沉积温度为500℃，得光吸收层；(4)在ar和n2混合气体的环境下，在所述光吸收层上磁控溅射氮化钼，得背接触层；(5)在纯ar环境下，在所述背接触层上磁控溅射镍积合金，得背电极层；(6)对所述背接触层和所述背电极层进行退火处理，所述退火处理的温度为150℃，所述退火处理的时间为10min；(7)采用poe胶膜和钠钙玻璃进行封装。实施例6背接触层对碲化镉薄膜电池的性能影响实验样品：实施例1-5得到的含有第一背接触层和第二背接触层结构的碲化镉薄膜电池样品，对照例1-2得到的单一背接触层的碲化镉薄膜电池样品。实验方法：采用gb/t6495.1-1996中所述方法进行性能测试。实验结果：见表1-背接触层对碲化镉薄膜电池的性能影响。表1背接触层对碲化镉薄膜电池的性能影响材料转换效率(％)开路电压(v)短路电流(ma/cm2)填充因子(％)实施例115.140.8526.2071实施例215.240.8626.3571.5实施例315.290.8526.5572实施例415.180.8426.3471.2实施例515.220.8626.3871.3对照例114.150.8125.0569.2对照例212.260.7923.666.3由表1可以看出，本申请具有含有第一背接触层和第二背接触层结构的碲化镉薄膜电池样品比具有单一背接触层的碲化镉薄膜电池样品具有更优的载流子传输性能，具有全面提升的转换效率、开路电压，短路电流，填充因子，铝或钼掺杂可以进一步改善背接触层的载流子传输性能。本申请的背接触层与碲化镉吸光层形成欧姆接触，克服了碲化镉与金属直接接触形成的接触势垒。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12