宽波段三结叠层薄膜太阳能电池制造技术

本实用新型专利技术公开了一种宽波段三结叠层薄膜太阳能电池，该电池由依次排列的吸收偏向长波的低能太阳光的铜铟镓硒太阳能电池和吸收偏向短波的高能太阳光的碲化镉太阳能电池和渐变带隙结构碲锌镉太阳能电池组成。本实用新型专利技术的优点是：将具有渐变带隙结构的碲锌镉作为叠层太阳电池上子电池的吸收层，大大加宽了太阳光的光谱吸收范围；利用碲化镉吸收系数高的优势，增强了叠层电池对长波光能的吸收利用率。本电池结构简化了制备工艺、降低了电池成本。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及薄膜太阳能电池，具体是指由碲锌镉、碲化镉和铜铟镓硒组成的高性能、宽波段三结叠层薄膜太阳能电池。
技术介绍
光伏发电的大规模利用主要面临提高光伏电池的效率和降低成本的挑战。相比晶体硅太阳能电池的高昂材料成本，薄膜太阳电池可以大大降低器件对原材料的依赖，从而降低成本。然而，薄膜类太阳电池存在转换效率比较低的问题，发展新型高效多结太阳电池是成为学术界和产业界共同关注的焦点。不管是利用晶体硅还是利用薄膜制备的太阳能电池，基本的结构都是单一的PN结结构，理论上计算的功率转换效率很高，但实际上实验室水平也还达不到理论预计的转化效率，生产出来的产品其转换效率就更低，以碲化镉多晶薄膜太阳能电池为例，理论计算给出的转换效率可达30%以上，但实验室最好的转换效率只有16. 7%，作为产品化的碲化·镉多晶薄膜太阳能电池的转化效率只有10%。随着材料制备技术的不断进步和发展，采用叠层结构的高性能太阳能电池成为提高功率转换效率的最有效手段。叠层结构一般由两个或两个以上的PN结构成，每一个PN结吸收相应波段的光子，这样，多个PN结就可以吸收不同波段的太阳光，使得转换效率大幅度提闻。改变碲锌镉(CdhZnxTe)中Zn含量(x值或称组分)，它的一些重要的物理性质可以在预想的范围内变化。如它的晶格常数随X值在O. 61004-0. 64829nm间线性变化；其禁带宽度随X值变化在I. 45eV到2. 26eV间连续可调。利用渐变带隙材料碲锌镉做电池的吸收层可以通过三个方面提高太阳电池的效率(I)调整损耗/本征区内的SRH复合分布；(2)通过调节作用在电子和空穴上的有效力场，提高载流子收集效率；(3)吸收系数的变化。如果在沉积三元合金碲锌镉过程中，合理控制X值随薄膜厚度的变化，从而制备出具有渐变带隙结构的碲锌镉多晶薄膜太阳能电池，就可以扩大太阳电池太阳能吸收光谱范围，进而提高电池的光电转化效率。碲化镉是能隙为I. 45eV的直接禁带半导体材料，很接近太阳电池需要的最优化能隙，吸收系数约为105cm—1，就太阳辐射光谱中能量高于碲化镉能隙的范围而言，I微米厚的碲化镉可以有效吸收其99 %。铜铟镓硒薄膜太阳能电池的禁带宽度为I. leV，而且具有较高的光电转换效率和良好的抗辐射性能，是非常适合做叠层电池的底电池的材料之一。将铜铟镓硒、碲化镉和碲锌镉渐变带隙结构叠合在一起，可大大拓宽太阳光谱吸收范围，达到提高光电转换效率的目的。
技术实现思路
本技术的目的就是要提出一种将铜铟镓硒、碲化镉和碲锌镉渐变带隙的三种薄膜太阳能电池叠合在一起构成可吸收宽波段太阳光谱的三结叠层薄膜太阳能电池。本技术的宽波段三结叠层薄膜太阳能电池，由依次排列的吸收偏向长波的低能太阳光的铜铟镓硒太阳能电池和吸收偏向短波的高能太阳光的碲化镉太阳能电池和渐变带隙结构碲锌镉太阳能电池。所述的铜铟镓硒太阳能电池，包括衬底、在衬底上依次沉积有Mo背电极层、P型铜铟镓硒吸收层、η型CdS窗口层、第一透明导电层。所述的碲化镉太阳能电池，包括在第一透明导电层上依次沉积的P型碲化镉吸收层、η型CdS窗口层、第二透明导电层。所述的碲锌镉太阳能电池，包括在第二透明导电层上依次沉积的P型渐变带隙结构碲锌镉吸收层、η型CdS窗口层、透明导电前电极层。 所述的P型渐变带隙结构碲锌镉吸收层中的Zn组分X值在其厚度方向渐变，即从第二透明导电层到η型CdS窗口层之间的厚度内由I渐变到O。所述的衬底为玻璃、聚酰亚胺、不锈钢中的任一种。所述的透明导电层、透明导电前电极层为ITO、SnO2:F、ZnO:Al中的任一种。本技术的优点在于将具有渐变带隙结构的碲锌镉作为叠层薄膜太阳电池上子电池的吸收层，大大加宽了太阳光的光谱吸收范围；利用碲化镉吸收系数高的优势，增强了叠层电池对长波光能的吸收利用率。本技术充分利用了不同禁带宽度材料，大大提高了对太阳光谱的利用率和光电转换效率，简化了制备工艺、降低了电池成本。附图说明图I为本技术的宽波段三结叠层薄膜太阳能电池的结构示意图。具体实施方式下面给出本技术的较佳实施例，并结合附图做详细说明。见图1，本技术的三结叠层薄膜太阳能电池，其制备过程如下首先，在衬底I上依次热蒸发Mo背电极层2，厚度为10 50纳米。采用共蒸发法，即用Cu、In、Ga、Se进行反应蒸发，在Mo背电极层2上沉积ρ型铜铟镓硒吸收层3，厚度为1000 2000纳米。蒸发时，衬底温度控制在300 500°C。采用射频溅射方法在ρ型铜铟镓硒吸收层3上沉积η型CdS窗口层4，厚度为50 100纳米。在η型CdS窗口层4上沉积50 200纳米的第一透明导电层5。采用射频溅射方法在第一透明导电层5上沉积ρ型碲化镉吸收层6，厚度为500 2000纳米。在ρ型碲化镉吸收层6上磁控溅射厚度为50 100纳米的η型CdS窗口层7。在η型CdS窗口层7上沉积50 200纳米的第二透明导电层8。在第二透明导电层8上磁控溅射ρ型渐变带隙结构碲锌镉吸收层9，厚度为500 2000纳米。ρ型渐变带隙结构碲锌镉吸收层中的Zn组分X值在其厚度方向渐变，即从透明导电层8开始，在500 2000纳米内由I渐变到O。在ρ型渐变带隙结构碲锌镉吸收层9上磁控溅射厚度为50 100纳米的η型CdS窗口层10。在制备好η型CdS窗口层10后，将其放置在快速退火炉中进行退火。退火温度在200 400°C，退火时间40 120分钟。 退火结束后，在η型CdS窗口层10上沉积100 400纳米的透明导电前电极层11。权利要求1.一种宽波段三结叠层薄膜太阳能电池，其特征在于该电池由依次排列的吸收偏向长波的低能太阳光的铜铟镓硒太阳能电池和吸收偏向短波的高能太阳光的碲化镉太阳能电池和渐变带隙结构碲锌镉太阳能电池组成。2.根据权利要求I的一种宽波段三结叠层薄膜太阳能电池，其特征在于所述的铜铟镓硒太阳能电池，包括衬底(I )、在衬底上依次沉积有Mo背电极层(2)、P型铜铟镓硒吸收层(3)、η型CdS窗口层(4)、第一透明导电层(5)。3.根据权利要求I的一种宽波段三结叠层薄膜太阳能电池，其特征在于所述的碲化镉太阳能电池，包括在第一透明导电层(5)上依次沉积的P型碲化镉吸收层(6)、η型CdS窗口层(7)、第二透明导电层(8)。4.根据权利要求I的一种宽波段三结叠层薄膜太阳能电池，其特征在于所述的碲锌镉太阳能电池，包括在第二透明导电层(8)上依次沉积的P型渐变带隙结构碲锌镉吸收层(9)、η型CdS窗口层(10)、透明导电前电极层(11)。5.根据权利要求4的一种宽波段三结叠层薄膜太阳能电池，其特征在于所述的P型渐变带隙结构碲锌镉吸收层(9)中的Zn组分X值在其厚度方向渐变，即从第二透明导电层(8)到η型CdS窗口层(10)之间的厚度内由I渐变到O。6.根据权利要求2的一种宽波段三结叠层薄膜太阳能电池，其特征在于所述的衬底为玻璃、聚酰亚胺、不锈钢中的任一种。7.根据权利要求2的一种宽波段三结叠层薄膜太阳能电池，其特征在于所述的第一透明导电层(5)为IT0、Sn02:F、ZnO = Al中的任一种。8.根据权利要求3的一种宽波段三结叠层薄膜太阳能电池，其特征在于所述的第一透明导电层(5)和第二透明导电层(8)均为IT0、Sn本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽波段三结叠层薄膜太阳能电池，其特征在于：该电池由依次排列的吸收偏向长波的低能太阳光的铜铟镓硒太阳能电池和吸收偏向短波的高能太阳光的碲化镉太阳能电池和渐变带隙结构碲锌镉太阳能电池组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹鸿，褚君浩，王善力，
申请(专利权)人：上海太阳能电池研究与发展中心，
类型：实用新型
国别省市：