一种CdTe薄膜太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种CdTe薄膜太阳能电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]太阳能是一种清洁、无污染、取之不尽用之不竭的天然能源，受到人们的高度重视。太阳能电池可以直接将太阳能转换为电能，由于薄膜太阳能电池成本低、节约材料，研究者高度重视薄膜太阳能电池的开发与应用。
[0003]CdTe是一种化合物半导体，在太阳电池中一般作吸收层。由于它的直接带隙为
1.45eV左右，与太阳光谱非常匹配，最适合于光电能量转换，是一种良好的PV材料，具有很高的理论效率(28% )，性能很稳定，一直被光伏业界看重。
[0004]近年来，太阳能电池的研究方向是高转换效率、低成本和高稳定性。因此，以CdTe薄膜太阳能电池为代表的薄膜太阳电池倍受关注。美国国家可再生能源实验室公布了Solar Cells公司的面积为6879cm2的CdTe薄膜太阳能电池的测试结果，其转换效率达到
7.7%。Bp Solar的CdTe薄膜太阳能电池面积为4540cm2，转换效率为8.4%。然而，由于不耐高温且抗辐照性能差，不适用于空间应用，限制了太阳能电池的发展。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是，提供一种CdTe薄膜太阳能电池及其制备方法。主要解决现有技术中太阳能电池不耐高温且抗辐照性能差的技术问题。
[0006]本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下:
[0007]本发明提供了一种CdTe薄膜太阳能电池，由以下4个部分组合而成:1)金刚石薄膜窗口层；2)在所述金刚石薄膜窗口层上表面的栅电极；3)在所述金刚石薄膜窗口层下表面沉积CdTe薄膜的吸收层；4)在所述CdTe薄膜吸收层上的背电极。
[0008]优选地，所述金刚石薄膜窗口层的厚度为3?5 μπι。
[0009]优选地，所述金刚石薄膜窗口层上表面的栅电极为Cr/Au复合电极。
[0010]所述CdTe薄膜吸收层上的背电极为Ag电极或者In电极。
[0011]本发明还提供了一种CdTe薄膜太阳能电池的制备方法，采用如下的制备步骤:
[0012]a、在所述金刚石薄膜表面制备CdTe薄膜吸收层；
[0013]b、对所述CdTe薄膜吸收层进行0(1(:12退火处理；
[0014]c、在所述CdTe薄膜吸收层上制备背电极；
[0015]d、在所述金刚石薄膜表面溅射栅电极；
[0016]e、获得柔性衬底CdTe薄膜太阳能电池。
[0017]较佳的，所述步骤a中所述的CdTe薄膜吸收层采用电解淀积工艺，将含有Cd2+及HTe02+的电解液进行化学还原反应，从而得到Cd和Te并淀积在金刚石薄膜上形成CdTe薄膜，形成金刚石/CdTe电池pn结，CdTe薄膜厚度3_5 μπι。
[0018]在金刚石薄膜表面沉积CdTe薄膜吸收层之前，先将所述金刚石薄膜用超声波丙酮清洗15_20min，再用去离子水超声清洗15_20min，最后用氮气吹干。
[0019]较佳的，所述步骤b中所述的对CdTe薄膜吸收层进行0(1(:12退火处理，使用溅射工艺，溅射靶材为99.99%高纯CdCl2，反应室气压300?400Pa，溅射功率为300?500W，溅射时间为30min。溅射完成后继续通Ar气作保护气，保持衬底温度为300?350°C退火40mino
[0020]较佳的，所述步骤c中使用真空蒸镀法在CdTe薄膜上蒸镀金属In作为背电极，In纯度为99.99%。蒸发沉积时，真空室压强小于5X10-3Pa，蒸发时间l_2s。
[0021]较佳的，所述步骤d中所述栅电极采用磁控溅射方法制备，靶材分别为Cr和Au，Cr和Au的纯度分别为99.99%以上。溅射沉积时，溅射室压强小于5X 10_3Pa，溅射电压400V，溅射时间 5-10min。
[0022]与现有技术相比，本发明的有益效果如下:
[0023]1、本发明提供的CdTe薄膜太阳能电池，具有成本低、耐高温、抗腐蚀的优点。
[0024]2、本发明所述的CdTe薄膜太阳能电池的制备方法，有效降低了工艺的复杂度和制造成本，具有成膜质量好、工艺简单、价格低廉的优点，是一种制备高质量CdTe薄膜太阳电池的有效方法。
【附图说明】
[0025]图1是本发明中CdTe薄膜太阳能电池的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
[0027]参见图1，该图为CdTe薄膜太阳能电池的结构示意图。所述CdTe薄膜太阳能电池由四个部分组合而成，这四个部分分别为:栅电极1、金刚石薄膜窗口层2、CdTe薄膜吸收层
3、背电极4。
[0028]如图1所示，所述CdTe薄膜太阳能电池的制备过程为:在金刚石薄膜窗口层2的上表面溅射Cr/Au金属接触层制备栅电极1，在金刚石薄膜窗口层2下表面沉积CdTe薄膜吸收层3，在CdTe薄膜吸收层3上蒸发沉积金属In接触层制备背电极4，最后对电池进行封装密封保护。
[0029]本实施例具体采用如下的制备步骤:
[0030]a、在所述金刚石薄膜表面制备CdTe薄膜吸收层；
[0031]b、对所述CdTe薄膜吸收层进行0(1(:12退火处理；
[0032]c、在所述CdTe薄膜吸收层上制备In背电极；
[0033]d、在所述金刚石薄膜表面溅射Cr/Au复合栅电极；
[0034]e、获得柔性衬底CdTe薄膜太阳能电池。
[0035]具体的，本实施例所述步骤a中所述的CdTe薄膜吸收层采用电解淀积工艺，将含有Cd2+及HTeO 2+的电解液进行化学还原反应，从而得到Cd和Te并淀积在金刚石薄膜窗口层上形成CdTe薄膜吸收层，CdTe薄膜吸收层厚度为3 μπι。
[0036]在金刚石薄膜表面沉积CdTe薄膜吸收层之前，先将所述金刚石薄膜用超声波丙酮清洗15min，再用去离子水超声清洗15min，最后用氮气吹干。沉积时，所述柔性衬底薄膜材料层的温度为200°C，沉积室背景压强小于5X 10 3Pa，溅射电压400V，沉积时间15min。
[0037]本实施例所述步骤b中所述的对CdTe薄膜吸收层进行CdCl2退火处理，使用溅射工艺，溅射靶材为99.99%高纯CdCl2，反应室气压350Pa，溅射功率为300W，溅射时间为30min。溅射完成后继续通Ar气作保护气，保持衬底温度为350°C退火40min。
[0038]本实施例所述步骤c中使用真空蒸镀法在CdTe薄膜上蒸镀金属In作为金属接触电极，In纯度为99.99%。蒸发沉积时，真空室压强小于5X 10 3Pa，蒸发时间l_2s。
[0039]本实施例所述步骤d中所述栅电极采用磁控溅射方法制备，靶材分别为Cr和Au，Cr和Au的纯度为99.99%以上。溅射时，溅射室压强小于5X 10 3Pa，溅射电压400V，溅射时间lOmin。
[0040]示例性的，本实施例所述步骤a所述的CdTe薄膜采用电解淀积工艺，将含有Cd2+及HTe02+的电解液进行化学还原反应，得到Cd和Te并淀积形成CdTe薄膜。电解淀积过程中，控制电解时间、温度、溶液浓度等，得到厚度为3 μπι的薄膜。
[0041]电解淀积工艺是电解还原及淀积反应，可以由以下三个化学反应式表示:
[0042]HTe02++3H++4e — Te+2H 20
[0043]Cd2++2e — Cd
[0044]Te+Cd — CdTe
[0045]示范性的，本实施例所述步骤b中所述的对CdTe薄膜吸收层进行CdCl2退火处理，使用溅射工艺，溅射靶材为99.99%高纯CdCl2，反应室气压350Pa，溅射功率为300W，溅射时间为30min。溅射完成后继续通Ar气作保护气，保持衬底温度为350°C退火40min。
[0046]退火处理的过程实际上是CdTe再结晶的过程，通过退火处理，CdTe的小晶粒消失。
[0047]退火过程的化学反应式为:
[0048]CdTe (s) +CdCl2 (s) — 2Cd (g) +C12 (s) — CdTe (s) +CdCl2 (s)
[0049]CdCl2在化学反应中起到了催化剂的作用。
[0050]综上所述，本实施例的CdTe薄膜太阳能电池，采用金刚石薄膜作为窗口层，CdTe薄膜吸收层采用电解淀积工艺，具有成本低廉，设备投入低、效率高的特点。本实施例的制备方法可以应用于CdTe薄膜太阳能电池的大批量制备。
[0051]上述仅为本发明的部分优选实施例，本发明并不仅限于实施例的内容。对于本领域中的技术人员来说，在本发明技术方案的构思范围内可以有各种变化和更改，所作的任何变化和更改，均在本发明保护范围之内。
【主权项】
1.一种CdTe薄膜太阳能电池，其特征在于，所述CdTe薄膜太阳能电池的组成为:金刚石薄膜窗口层；在所述金刚石薄膜窗口层上表面的栅电极；在所述金刚石薄膜窗口层下表面的CdTe薄膜吸收层；与所述CdTe薄膜吸收层连接的背电极。2.如权利要求1所述的CdTe薄膜太阳能电池，其特征在于:所述金刚石薄膜窗口层的厚度为3?5 μ m。3.如权利要求1所述的CdTe薄膜太阳能电池，其特征在于:所述栅电极为Cr/Au复合电极。4.如权利要求1所述的CdTe薄膜太阳能电池，其特征在于:所述背电极为Ag电极或者In电极。5.—种CdTe薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于:该方法包括如下步骤: 步骤1，在金刚石薄膜表面制备CdTe薄膜吸收层； 步骤2，对所述CdTe薄膜吸收层进行0(1(:12退火处理； 步骤3，在所述CdTe薄膜吸收层上制备背电极； 步骤4，在所述金刚石薄膜表面溅射栅电极，制得所述CdTe薄膜太阳能电池。6.如权利要求5所述的CdTe薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于:所述步骤1中采用电解淀积工艺在金刚石薄膜表面制备CdTe薄膜吸收层，将含有Cd2+及HTeO2+的电解液进行化学还原反应，从而得到Cd和Te并淀积在金刚石薄膜上形成CdTe薄膜，形成金刚石/CdTe电池pn结，CdTe薄膜厚度为3_5 μ mD7.如权利要求6所述的CdTe薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于:所述金刚石薄膜表面沉积CdTe薄膜吸收层之前，先将所述金刚石薄膜用超声波丙酮清洗15-20min，再用去离子水超声清洗15-20min，最后用氮气吹干。8.如权利要求5所述的CdTe薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤2中对CdTe薄膜吸收层进行CdCl2退火处理的过程为:使用溅射工艺，溅射靶材为99.99 %高纯CdCl2，反应室气压300?400Pa，溅射功率为300?500W，溅射时间为30min ;溅射完成后继续通Ar气作保护气，保持衬底温度为300?350°C退火40min。9.如权利要求5所述的CdTe薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤3中制备背电极的过程为:使用真空蒸镀法在CdTe薄膜上蒸镀金属In作为背电极，In纯度为99.99% ;蒸发沉积时，真空室压强小于5X10 3Pa，蒸发时间l_2s。10.如权利要求5所述的CdTe薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤4中的栅电极采用磁控溅射方法制备，靶材分别为Cr和Au，Cr和Au的纯度分别为99.99%以上；溅射沉积时，溅射室压强小于5X 10-3Pa，溅射电压400V，溅射时间5_10min。
【专利摘要】本发明公开了一种CdTe薄膜太阳能电池及其制备方法。所述CdTe薄膜太阳能电池的组成为：金刚石薄膜窗口层；在所述金刚石薄膜窗口层上表面的栅电极；在所述金刚石薄膜窗口层下表面的CdTe薄膜吸收层；与所述CdTe薄膜吸收层连接的背电极。所述金刚石薄膜窗口层的厚度为3～5μm，所述栅电极为Cr/Au复合电极，所述背电极为Ag电极或者In电极。本发明的CdTe薄膜太阳能电池，具有成本低、耐高温、抗腐蚀的优点。该CdTe薄膜太阳能电池的制备方法，有效降低了工艺的复杂度和制造成本，具有成膜质量好、工艺简单、价格低廉的优点。
【IPC分类】H01L31/18, H01L27/142, H01L31/0216
【公开号】CN105390552
【申请号】CN201510769430
【发明人】苏青峰, 刘长柱, 张根发
【申请人】上海联孚新能源科技集团有限公司
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年11月12日