[发明专利]背接触层结构及其制备方法、包括其的CdTe薄膜太阳能电池

说明书

技术领域

本发明总体上涉及太阳能光伏器件和半导体器件，更具体地涉及碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池。

背景技术

碲化镉(CdTe)是一种II-VI族化合物P型半导体，作为一种具有应用前景的薄膜太阳能电池材料受到广泛关注，这主要是由于CdTe的以下特性：首先，其禁带宽度为约1.45eV，对太阳光谱的响应处在最理想的太阳光谱波段，以CdTe为吸收层的单结薄膜太阳能电池能获得较高的光电转换效率，其理论光电转换效率高达30％，目前其实验室最高光电转换效率达到16.5％；其次，CdTe的吸收系数在可见光范围高达10⁵em^-1，太阳光中约99％能量高于CdTe禁带宽度的光子可在约2微米厚的吸收层内被吸收，CdTe作为吸收层的太阳能电池，理论上该吸收层所需厚度在几个微米左右，所以材料消耗极少，电池成本较低。已知的制备CdTe薄膜的方法有近空间升华法、电化学沉积法、气相输运沉积法、丝网印刷法和磁控溅射法等，用这些方法制备的CdTe薄膜电池均获得了较高的转换效率。

然而，作为太阳能电池材料，CdTe也存在物理特性的不足：一方面，CdTe具有强烈的自补偿效应，很难像硅等半导体一样通过掺入杂质元素来调控电学性能。由于CdTe载流子浓度低，薄膜电阻率大，因而影响电池的电流输出。另一方面，CdTe的功函数高达约5.5eV，与常用背电极金属材料由于高接触势垒而难以形成低阻欧姆接触。为了获得良好的欧姆接触，目前主要采取以下两种方式：一种是对CdTe薄膜表面进行化学蚀刻处理，利用腐蚀性溶液，如溴甲醇溶液和磷硝酸溶液等，使CdTe薄膜表面形成一层退化的P型富Te过渡层；另一种是在背电极中掺入诸如Cu、Hg、Zn等杂质原子，以实现在CdTe表面的重掺杂，从而获得CdTe薄膜与背电极之间的低阻欧姆接触。虽然这两种方式可以降低CdTe薄膜和背电极之间的接触势垒，但是一方面，化学蚀刻处理是一个液相处理过程，这个过程对于真空下大规模流水线生产作业来说，无疑是一个重大障碍，并且大量使用腐蚀溶液造成的环境污染也是相当严重的；另一方面，掺入到背电极中的掺杂原子，在CdTe薄膜太阳能电池长时间工作中会发生扩散，会在电池中沿着晶界扩散到结区，造成电池性能的严重衰减。

对于能够与CdTe薄膜太阳能电池中的CdTe薄膜形成良好欧姆接触的新型背接触层结构及其设计和制备，以及包括该背接触层结构的CdTe薄膜太阳能电池存在需要。另外，鉴于环境保护、改善CdTe薄膜太阳能电池的性能和/或有效降低CdTe薄膜太阳能电池的成本，以实现大规模流水线生产，需要开发用于CdTe薄膜太阳能电池的背接触层结构的新型结构设计和制造方法。

发明内容

为了解决现有CdTe薄膜太阳能电池应用存在的问题，形成了本发明。本发明的目的是提供一种与CdTe薄膜太阳能电池中的CdTe薄膜形成良好欧姆接触的新型背接触层结构及其制造方法。另外地，本发明的目的是提供低成本、高稳定性的CdTe薄膜太阳能电池的一种制备技术。

因此，一方面，本发明提供了一种用于CdTe薄膜太阳能电池的背接触层结构，其包括：依次设置在CdTe薄膜上的MoO₃背接触缓冲层和金属背电极层。

在一个优选实施方式中，MoO₃缓冲层的厚度为10-60nm。

在一个进一步优选的实施方式中，MoO₃缓冲层的厚度为10-40nm。

在一个优选实施方式中，金属背电极层为金属钼(Mo)、镍(Ni)或钨(W)背电极层。

在一个优选实施方式中，金属背电极层的厚度为100-500nm。

另一方面，本发明提供了一种制造上述背接触层结构的方法，包括：

在氧气和氩气混合气体或纯氩气的气氛下，将金属Mo或MoO₃靶材磁控溅射到CdTe薄膜上以形成MoO₃缓冲层；以及

在氩气气氛中将用于金属背电极层的金属靶材磁控溅射到MoO₃缓冲层上以形成金属背电极层。

在一个优选实施方式中，进一步包括，在形成MoO₃缓冲层之前，对CdTe薄膜表面进行预处理。

在一个进一步优选的实施方式中，该预处理是利用氩离子轰击CdTe薄膜的表面。

在一个实施方式中，进一步包括，在形成金属背电极层之后对形成在CdTe薄膜上的背接触层结构进行真空退火处理。