一种提升碲化镉电池性能的方法与流程

本发明涉及碲化镉薄膜太阳能电池加工方法
技术领域：
，尤其涉及一种提升碲化镉电池性能的方法。
背景技术：
：光伏组件(也叫太阳能电池板)是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中最重要的部分，碲化镉薄膜太阳能电池简称cdte电池，它是一种以p型cdte和n型cds的异质结为基础的薄膜太阳能电池，cdte禁带宽度约1.45ev，是一种很重要的薄膜材料，其禁带宽度非常接近光伏材料的理想禁带宽度，具有很高的光吸收系数，几微米厚的cdte薄膜便可吸收90％以上的太阳光，其理论转换效率高达29％左右，是非常有潜力的光伏材料，碲化镉薄膜太阳能电池是在玻璃或其它柔性衬底上依次沉积多层薄膜而构成的光伏器件，cdte薄膜电池主要由导电衬底、cds窗口层、cdte吸收层以及金属背电极层四部分组成。cdte膜层无论选择何种工艺，初始镀的碲化镉晶粒都是比较小的，而且碲化镉与硫化镉的界面也不是很完美，存在很多缺陷，一般都需要进行退火处理，传统的工艺都是在氯化镉的气氛中进行退火，使得碲化镉晶粒生长，重结晶，但是这种工艺活化效果一般，不能够很好的促进碲化镉晶粒完全生长，钝化晶界效果一般，从而限制影响了碲化镉电池的性能，而且碲化镉的芯片随着使用时间的增加会存在衰减情况，严重影响输出功率。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种提升碲化镉电池性能的方法，解决目前技术中在加工碲化镉电池时难以保障碲化镉晶粒有效生长，活化效果差，钝化晶界效果，严重影响碲化镉电池性能的问题。为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：一种提升碲化镉电池性能的方法，碲化镉电池包括由下至上依次设置的衬底层、光吸收层和背电极层，所述的光吸收层为碲化镉薄膜，所述的光吸收层镀膜完成后放入到包括氯化镉、氟化钠和稀盐酸的混合溶液中浸泡，然后取出进行活化退火处理。本发明所述的提升碲化镉电池性能的方法将完成光吸收层镀膜的电池浸泡在氯化镉、氟化钠和稀盐酸的混合溶液中，能有效提高薄膜结构致密度，促进碲化镉晶粒生长，重结晶、提高光学性能、提高电导性能、钝化晶界，同时还能够提升碲和镉在光吸收层中的组成比例，有效的改善硫化镉与碲化镉的界面，减少缺陷，从而使碲化镉电池的开路电压和填充因子高，电池初始性能和长期稳定性优异，提高碲化镉电池的光电转换效率。进一步的，所述的混合溶液中氯化镉的浓度为2～4mol/l，氟化钠的浓度为1-～3mol/l，有效提高碲化镉电池的充放电效率、开路电压、短路电流以及填充因子，提升碲化镉电池的整体性能。进一步的，所述的混合溶液通过稀盐酸调节ph值至1～3，能更好的促进碲化镉晶粒的生长。进一步的，所述的光吸收层镀膜完成后在混合溶液中的浸泡时间为30～70s，浸泡时混合溶液刚好没过光吸收层的膜面，提高碲化镉电池的转换效率。进一步的，所述的光吸收层在混合溶液中浸泡完成后其表面的氯化镉和氟化钠的总浓度经过滴定达到400～600mg/㎡。进一步的，所述的活化退火处理的退火温度为380～420℃，退火时间为10～50min。进一步的，所述的背电极层的材料为导电的金属材料、导电的无机非金属材料或导电的有机高分子材料中的至少一种，背电极层的厚度为200～250nm，通过磁控溅射镀膜制成。进一步的，所述的背电极层采用氧化钼掺铜的化合物制成，氧化钼掺铜的化合物可以与碲化镉的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递能力。进一步的，所述的背电极层通过酸的刻蚀形成绒面结构，结构致密、晶粒尺寸适宜，背电极层所含的各金属层之间金属原子扩散小，使碲化镉电池的开路电压和填充因子高，提高电池的性能。进一步的，所述的衬底层采用fto制成，衬底层的厚度为300～400nm，方阻为12～15ω/□。与现有技术相比，本发明优点在于：本发明所述的提升碲化镉电池性能的方法将镀膜完成的光吸收层浸泡在氯化镉、氟化钠和稀盐酸的混合溶液中，能有效提高薄膜结构致密度，促进碲化镉晶粒生长，重结晶、提高光学性能、提高电导性能、钝化晶界，同时还能够提升碲和镉在光吸收层中的组成比例，有效的改善硫化镉与碲化镉的界面，减少缺陷，从而使碲化镉电池的开路电压和填充因子高，电池初始性能和长期稳定性优异，提高碲化镉电池的光电转换效率。附图说明图1为碲化镉电池的结构示意图；图2为ph值为1时碲化镉晶粒的sem显示图；图3为ph值为2时碲化镉晶粒的sem显示图；图4为ph值为3时碲化镉晶粒的sem显示图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。本发明实施例公开一种提升碲化镉电池性能的方法，能够有效提升碲化镉电池的晶粒生长，提高光学性能、提高电导性能、钝化晶界，提升碲和镉在电池中的组成比例，有效的改善硫化镉与碲化镉的界面，减少界面缺陷，提高碲化镉薄膜太阳能电池的开路电压和填充因子，提高转换效率，电池初始性能长期稳定优异。一种提升碲化镉电池性能的方法，如图1所示，碲化镉电池包括由下至上依次设置的衬底层1、光吸收层2和背电极层3；所述的光吸收层2为碲化镉薄膜，所述的光吸收层2镀膜完成后放入到包括氯化镉、氟化钠和稀盐酸的混合溶液中浸泡；所述的混合溶液中氯化镉的浓度为2～4mol/l，氟化钠的浓度为1-～3mol/l，混合溶液通过稀盐酸调节ph值至1～3；光吸收层2镀膜完成后在混合溶液中的浸泡时间为30～70s，浸泡时混合溶液刚好没过光吸收层2的膜面；光吸收层2在混合溶液中浸泡完成后其表面的氯化镉和氟化钠的总浓度经过滴定达到400～600mg/㎡；光吸收层2浸泡完成后取出进行活化退火处理，活化退火处理的退火温度为380～420℃，退火时间为10～50min；背电极层3的材料为导电的金属材料、导电的无机非金属材料或导电的有机高分子材料中的至少一种，导电的金属材料选自铜、镍、锌、锡、镁、铝、锰、铬、镉、碲、铟、锑、钛、金、钼、钥和银中的一种或者几种；导电的无机非金属材料选自石墨烯、纳米碳管、不定性碳、氧化锌铝、氧化铟锡、掺氟的氧化锡及它们的合金或组成的复合材料中的一种或者几种；导电的有机高分子材料选自聚苯胺，聚噻吩，聚吡咯，聚苯乙炔，聚乙炔，聚苯撑，聚苯硫醚，富勒烯及它们的衍生物中的一种或者几种，在本实施例中，所述的背电极层3采用氧化钼掺铜的化合物制成，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递能力，并且背电极层3通过酸的刻蚀形成绒面结构，使碲化镉薄膜太阳能电池的开路电压和填充因子高，提高电池的性能；背电极层3的厚度为200～250nm，通过磁控溅射镀膜方式制成；所述的衬底层1采用fto制成，衬底层1的厚度为300～400nm，方阻为12～15ω/□。按照上述的提升碲化镉电池性能的方法进行碲化镉电池的制作：一除浸泡时间不同外其他制备方法及参数均相同，选取氯化镉的浓度为2mol/l，氟化钠的浓度为1mol/l，混合溶液通过稀盐酸调节ph值至2，光吸收层2浸泡完成后其表面的氯化镉和氟化钠的总浓度经过滴定达到600mg/㎡，退火温度为390℃，退火时间为40min。表1材料eff％vocvjscma/cm2ff％样品110.110.76521.2862.08样品210.370.73722.4564.25样品312.180.79823.1265.97样品410.770.78222.2261.95样品59.300.70020.7464.01其中，eff为充放电效率，voc为开路电压，jsc为短路电流，ff为填充因子。表1为浸泡时间对碲化镉电池的性能影响，样品1：浸泡时间30s，样品2：浸泡时间40s，样品3：浸泡时间50s，样品4：浸泡时间60s，样品5：浸泡时间70s；从表1可以看出，浸泡的时间在50s的时候电池的转换效率、开路电压、电流密度和填充因子与其他几种电池相比都有明显的提高。二除混合溶液的ph值不同外其他制备方法及参数均相同，选取氯化镉的浓度为2mol/l，氟化钠的浓度为2mol/l，光吸收层2镀膜完成后在混合溶液中的浸泡时间为40s，光吸收层2浸泡完成后其表面的氯化镉和氟化钠的总浓度经过滴定达到600mg/㎡，退火温度为390℃，退火时间为40min。表2材料eff％vocvjscma/cm2ff％样品a10.150.77921.5660.44样品b12.360.84022.8764.39样品c11.270.80522.6161.93表2为混合溶液的ph值对碲化镉电池的性能影响，样品a：ph值为1，样品b：ph值为2，样品c：ph值为3，从表2可以看出，ph值为2的时候电池的转换效率、开路电压、电流密度和填充因子与其他几种电池相比都有明显的提高。并且如图2至图4所示，当ph为2时，碲化镉晶粒生长较优。三除光吸收层2浸泡完成后其表面的氯化镉和氟化钠的总浓度不同外其他制备方法及参数均相同，选取氯化镉的浓度为3mol/l，氟化钠的浓度为2mol/l，混合溶液通过稀盐酸调节ph值至2，光吸收层2镀膜完成后在混合溶液中的浸泡时间为40s，退火温度为390℃，退火时间为40min。表3表3为光吸收层2表面的氯化镉和氟化钠的总浓度对碲化镉电池的性能影响，从表3可以看出，氯化镉和氟化钠的浓度为600mg/㎡时，开路电压、短路电流和填充因子均达到最大值，此时电池的光电转化效率最高。四除退火时间不同外其他制备方法及参数均相同，选取氯化镉的浓度为3mol/l，氟化钠的浓度为3mol/l，混合溶液通过稀盐酸调节ph值至2，光吸收层2镀膜完成后在混合溶液中的浸泡时间为40s，光吸收层2浸泡完成后其表面的氯化镉和氟化钠的总浓度经过滴定达到600mg/㎡，退火温度为390℃，采用gb/t6495.1-1996中所述方法进行性能测试。表4退火时间mineff％vocvjscma/cm2ff％108.220.77221.8148.792010.860.79621.9662.113011.710.81123.0264.614012.950.83124.0764.785011.740.80224.0960.796010.220.81422.6355.47表4为退火时间对碲化镉电池的性能影响，由表4可以看出，退火时间为40分钟时，电池的充放电效率、开路电压、短路电流和填充因子均达到最大值，此时电池的光电转化效率最高。五除退火温度不同外其他制备方法及参数均相同，选取氯化镉的浓度为2mol/l，氟化钠的浓度为2mol/l，混合溶液通过稀盐酸调节ph值至2，光吸收层2镀膜完成后在混合溶液中的浸泡时间为40s，光吸收层2浸泡完成后其表面的氯化镉和氟化钠的总浓度经过滴定达到600mg/㎡，退火时间为40分钟。表5退火温度℃eff％vocvjscma/cm2ff％样品1-38010.020.79820.1562.33样品2-39012.980.82624.3364.60样品3-40012.230.81523.3863.99样品4-41011.520.82923.1460.05样品5-42010.860.79621.9662.11样品6-4309.650.75620.2463.01表5为退火温度对碲化镉电池的性能影响，由表5可以看出，活化退火温度为390℃时，该电池的充放电效率、开路电压、短路电流和填充因子均达到最大值，此时电池的光电转化效率最高。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