[发明专利]柔性CdTe薄膜太阳能电池制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种基于柔性CdTe(碲化镉)薄膜的太阳电池的制造方法，属于纳米无机化合物能源材料制造工艺技术领域。

背景技术：

能源是现代社会运行的基础。随着当今世界人口和经济的增长、能源资源的日益匮乏、环境的日益恶化，人们对电能的需求量越来越大，同时人类社会对能源的可持续发展要求也越来越高。太阳能是一种可持续发展的清洁能源，关于太阳能的开发和利用已经在全球范围内掀起了热潮。这非常有利于生态环境的可持续发展，造福子孙后代，因此世界各国竞相投资研究开发太阳能电池。太阳能是一种洁净、无污染、取之不尽用之不竭的自然能源，人类赖以生存的自然资源几乎全部转换于太阳能，将太阳能直接转换为电能是大规模利用太阳能的一项重要技术基础。

太阳能电池种类繁多，包括单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、化合物半导体电池和叠层太阳能电池。

在全球销售的太阳电池组件中，70％以上是晶体硅电池。晶体硅太阳电池存在如下缺点：(1)硅材料的熔炼、提纯均采用高耗能工艺，因此硅太阳电池成本下降空间有限；(2)晶硅太阳电池只能做成刚性衬底组件譬如玻璃衬底，质量比功率较低，不能充分满足于建筑物集成和便携式电源的需求。

CdTe是一种化合物半导体，在太阳能电池中一般作吸收层。由于它的直接带隙为1.45eV，最适合于光电能量转换，因此使得约2微米厚的CdTe吸收层在其带隙以上的光学吸收率达到90％成为可能，允许的最高理论转换效率在大气质量AM1.5条件下高达27％。CdTe容易沉积成大面积的薄膜，沉积速率也高。因此，CdTe薄膜太阳能电池的制造成本较低，是应用前景较好的一种新型太阳能电池，已成为美、德、日、意等国研发的主要对象。目前，已获得的最高效率为16.5％(1cm)，电池模块效率 达到11％(0.94m)。然而，人们当前对CdTe太阳能电池的特点和制备方法的认识很零散，没有一个系统的了解。

目前，将太阳能电池与建筑相结合，将太阳能电池用于建筑屋顶等，根据需要将其制作成不同的透光率，不但可以代替玻璃幕墙，而且节约了大量的建筑耗能，应用前景非常广泛。本领域中迫切希望得到一种以不锈钢为衬底的柔性CdTe薄膜太阳电池的制造方法以加快太阳能电池的应用与推广。

发明内容：

本发明的目的是提供一种不锈钢基柔性CdTe薄膜太阳能电池的制备方法，所述太阳能电池结构为不锈钢/石墨缓冲层/CdTe/CdS(硫化镉)/ITO(In₂O₃:F透明导电薄膜)构成，CdS/CdTe组成PN结，该方法制作工艺简单，流水化作业，可以进行大规模的工厂化生产。

本发明的技术方案如下：

一种柔性CdTe薄膜太阳能电池的制备方法，所述太阳能电池结构由不锈钢/石墨缓冲层/CdTe/CdS/ITO构成，CdS/CdTe组成PN结，采用如下的制备步骤：

a、不锈钢衬底预处理；

b、化学气相生长石墨缓冲层；

c、在制备好石墨缓冲层的不锈钢衬底上使用近空间升华法生长CdTe薄膜，用CdCl₂对CdTe薄膜进行退火处理；

d、在制备好的CdTe薄膜的衬底上使用近空间升华法生长CdS薄膜；

e、在制备好CdS薄膜的不锈钢衬底上制备In₂O₃:F透明导电薄膜；

f、获得柔性CdTe薄膜太阳能电池。

其中，所述步骤a中不锈钢衬底预处理是指采用厚度为0.1cm厚不锈钢作为沉积衬底及背电极，采用丙酮超声清洗10分钟，以去除表面的油脂，然后去离子水超声清洗10分钟去除不锈钢表面杂质，最后将不锈钢烘干后放入预处理室，使用等离子体对不锈钢衬底进行清洗。

其中，所述步骤b中化学气相生长石墨缓冲层是指在不锈钢衬底化学气相沉积腔内通入高纯CH₄和H₂，沉积温度为300℃，沉积气压为2000Pa，沉积厚度为5nm。

其中，所述步骤c中在制备好石墨缓冲层的不锈钢衬底上使用近空间升华法生长CdTe薄膜是指将生长好缓冲层的不锈钢衬底传递至近空间升华炉样品台上，升华源为高纯CdTe粉末，先将升华炉抽真空至5Pa，然后对升华炉抽真空至1×10^-3Pa。通入Ar气，调节流量为10标准毫升/分，调节气压到800Pa；调节红外卤素灯使升华源温度为600℃，衬底温度为500℃，源与衬底距离为5mm，升华时间为2分钟。