一种碲化镉太阳能电池及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种碲化镉太阳能电池及其制备方法和应用，属于太阳能电池技术领域。本发明专利技术提供的碲化镉太阳能电池，包括依次叠加设置的第一电极、窗口层、碲化镉吸收层、背接触层和第二电极；所述碲化镉吸收层和背接触层之间设有本征层；所述背接触层中掺杂有铜；所述本征层的材质包括ZnTe、Sb2Te3、HgTe和PbTe中的至少一种。通过结构的设计，和材质的选择，能够有效提高碲化镉太阳能电池的运行稳定性和光电转换效率。本发明专利技术还提供了上述碲化镉太阳能电池的制备方法和应用。电池的制备方法和应用。电池的制备方法和应用。

【技术实现步骤摘要】
一种碲化镉太阳能电池及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及太阳能电池
，尤其是涉及一种碲化镉太阳能电池及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]碲化镉是一种化合物半导体，在太阳能电池中一般作为吸收层，由于它是直接带隙半导体，禁带宽度为1.45eV，最适合用于光电能量转换，因此厚度约2μm的碲化镉吸收层在其带隙上的光学吸收率可以达到90％，允许的最高理论转换效率在大气质量AM1.5条件下高达27％，且碲化镉容易沉积大面积的薄膜，沉积速率也高，因此碲化镉薄膜太阳能电池的制造成本较低，是应用前景较好的一种薄膜太阳能电池。
[0003]碲化镉半导体材料具有高功函5.7eV，背电极金属材料要与p型碲化镉(吸收层的一部分)形成欧姆接触，需要更高的功函数，但金属中Pt具有最高的功函5.39eV，这就导致其它常见金属与p型碲化镉接触时，都会形成肖特基势垒。非欧姆接触会导致电池I
‑
V曲线的反转现象，从而降低电池的填充因子与开路电压。
[0004]为了改善这一问题，相关技术中一般对碲化镉表面用化学蚀刻进行重p型掺杂，或使用高载流子浓度的缓冲层。铜或含铜的背接触层的引入，也可以大大缓触这方面的问题，常见的背接触层材料有：掺Cu的ZnTe、掺Cu的Sb2Te3、掺Cu的HgTe或掺Cu的PbTe等。但背接触层中的铜容易扩散到碲化镉内部，严重影响碲化镉太阳能电池的稳定性。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种碲化镉太阳能电池，通过结构的设计，能够有效提高碲化镉太阳能电池的运行稳定性。
[0006]本专利技术还提供了上述碲化镉太阳能电池的制备方法。
[0007]本专利技术还提供了制备原料包括所述碲化镉太阳能电池的太阳能电池组件。
[0008]本专利技术还提供了所述太阳能电池组件的制作方法。
[0009]本专利技术还提供了所述碲化镉太阳能电池和所述太阳能电池组件的应用。
[0010]根据本专利技术第一方面的实施例，提供了一种碲化镉太阳能电池，所述碲化镉太阳能电池包括依次叠加设置的第一电极、窗口层、碲化镉吸收层、背接触层和第二电极；所述碲化镉吸收层和背接触层之间设有本征层；
[0011]所述背接触层中掺杂有铜；
[0012]所述本征层的材质包括ZnTe、Sb2Te3、HgTe和PbTe中的至少一种。
[0013]根据本专利技术实施例的碲化镉太阳能电池，至少具有如下有益效果：
[0014]本专利技术在背接触层中引入了铜掺杂，提升了欧姆接触效果；但由此也可能导致铜扩散仅碲化镉吸收层中，进而影响碲化镉能电池的稳定性。
[0015]本专利技术在背接触层和碲化镉吸收层之间设置本征层，可形成有效阻隔，避免背接触层掺杂的Cu原子扩散到碲化镉吸收层，提升了所得太阳能电池的稳定性。
[0016]本专利技术限定了本征层的材质，由此避免了本征层和碲化镉吸收层之间的晶格失配。
[0017]结构设计搭配材质的选择，提升了所得碲化镉太阳能电池的光电转换效率和性能稳定性。
[0018]根据本专利技术的一些实施例，所述第一电极为透明电极。
[0019]根据本专利技术的一些实施例，所述透明电极的材质包括ITO(氧化铟锡)和FTO(掺杂氟的SnO2)中的至少一种。
[0020]根据本专利技术的一些实施例，所述窗口层的材质包括CdS和CdSe中的至少一种。具体可以是n型CdS或n型CdSe。
[0021]根据本专利技术的一些实施例，所述窗口层的厚度为50～200nm。例如具体可以是80～120nm。
[0022]根据本专利技术的一些实施例，所述碲化镉吸收层为p型碲化镉。窗口层为n型材质，碲化镉吸收层为p型材质，由此可在碲化镉太阳能电池中形成p
‑
n结。
[0023]根据本专利技术的一些实施例，所述碲化镉吸收层的厚度为2000
‑
5000nm。具体可以是3000～4000nm。
[0024]所述碲化镉吸收层具备p型掺杂的原因是，碲化镉吸收层设置过程中，较高的温度导致镉的缺失，从而获得p型掺杂。掺杂浓度为10
15
‑
10
17
/cm3。
[0025]根据本专利技术的一些实施例，所述本征层的厚度为10～15nm。
[0026]根据本专利技术的一些实施例，所述本征层的厚度为11～13nm。例如具体可以是约12nm。
[0027]根据本专利技术的一些实施例，所述背接触层的材质包括掺Cu的ZnTe、掺Cu的Sb2Te3、掺Cu的HgTe和掺Cu的PbTe中的至少一种。
[0028]根据本专利技术的一些实施例，所述背接触层的厚度为10～50nm。具体可以是20～30nm。
[0029]根据本专利技术的一些实施例，所述背电极的材质包括Ag、Au和Al中的至少一种。
[0030]根据本专利技术的一些实施例，所述碲化镉太阳能电池还包括衬底。
[0031]根据本专利技术的一些实施例，所述碲化镉太阳能电池为substrate结构或superstrate结构。在现阶段的市场上，后者更受青睐。关于结构的选择，不做特殊限定，所有实际可行的结构均适用于本专利技术提供的碲化镉太阳能电池。
[0032]两种结构的区别在于衬底的设置位置以及光入射的方向。
[0033]当所述碲化镉太阳能电池为substrate结构时，所述衬底位于所述第二电极的表面。此时所述衬底为金属衬底。光至所述第一衬底的一侧入射。
[0034]当所述碲化镉太阳能电池为superstrate结构时，所述衬底设于所述第一电极的表面。此时，所述衬底为透明衬底；和/或，所述衬底为玻璃或透明塑料中的至少一种。由此，光可以从所述碲化镉太阳能电池衬底一侧表面入射。
[0035]根据本专利技术的一些实施例，所述碲化镉太阳能电池为薄膜太阳能电池。
[0036]根据本专利技术的一些实施例，所述碲化镉太阳能电池还包括设于所述窗口层和碲化镉吸收层之间的第二吸收层。
[0037]根据本专利技术的一些实施例，所述第二吸收层包括铜铟镓硒薄膜、硅基薄膜和砷化
镓薄膜中的一种或多种叠层。
[0038]根据本专利技术第二方面的实施例，提供了一种所述碲化镉太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括采用真空磁控溅射的方法在所述碲化镉吸收层表面设置所述本征层；
[0039]所述真空磁控溅射采用的电源为脉冲直流电源。
[0040]根据本专利技术实施例的制备方法，至少具有如下有益效果：
[0041]由于本征层材料的电阻率较高，若采用常规直流溅射电源进行溅射难以起辉，本专利技术采用具有脉冲直流电源的真空磁控溅射法，可显著改善本征层溅射困难、工艺不稳定、成本高的技术问题。由此提升了所得碲化镉太阳能电池的批次稳定性和单体电池的光电转换效率。
[0042]根据本专利技术的一些实施例，所述脉冲直流电源的脉冲频率为20
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30kHz；和/或，所述脉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碲化镉太阳能电池，所述碲化镉太阳能电池包括依次叠加设置的第一电极、窗口层、碲化镉吸收层、背接触层和第二电极；其特征在于，所述碲化镉吸收层和背接触层之间设有本征层；所述背接触层中掺杂有铜；所述本征层的材质包括ZnTe、Sb2Te3、HgTe和PbTe中的至少一种。2.根据权利要求1所述的碲化镉太阳能电池，其特征在于，所述碲化镉太阳能电池为substrate结构或superstrate结构。3.根据权利要求1或2所述的碲化镉太阳能电池，其特征在于，所述碲化镉太阳能电池还包括设于所述窗口层和碲化镉吸收层之间的第二吸收层。4.一种如权利要求1～3任一项所述碲化镉太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括采用真空磁控溅射的方法在所述碲化镉吸收层表面设置所述本征层；所述真空磁控溅射采用的电源为脉冲直流电源。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述真空磁控溅射所用仪器中，至少包括依次相邻设置的靶位A、靶位B和靶位C；每一个靶位包括靶材以及设于所述靶材至少一侧的气源；和/或，所述本征层设置时，采用的靶材来自所述靶位B，气体来自所述靶位A和靶位C。6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述脉冲直流电源的脉冲频率为20
‑
30kHz；和/或，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈凯，周壮大，赵志波，
申请(专利权)人：中山瑞科新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：