[发明专利]一种碲化镉薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及碲化镉薄膜太阳能电池技术领域，具体涉及一种碲化镉薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着全球气候变暖、生态环境恶化和常规能源的短缺，越来越多的国家开始大力发展太阳能利用技术。太阳能光伏发电是零排放的清洁能源，具有安全可靠、无噪音、无污染、资源取之不尽、建设周期短、使用寿命长等优势，因而备受关注。碲化镉是一种直接带隙的P型半导体材料，其吸收系数高。碲化镉薄膜太阳电池作为新一代的薄膜电池具有成本低、性能稳定、抗辐射能力强、弱光也能发电等优点，其转换效率在薄膜太阳能电池中是很高的，目前实验室的转化率已超过22％。

由于碲化镉薄膜太阳电池目前的工艺技术是先在透明导电氧化物镀膜玻璃上沉积硫化镉(CdS)层，然后在硫化镉(CdS)层上通过近空间升华(CSS)或者气相输运沉积(VTD)技术沉积碲化镉(CdTe)层。然后进行CdCl₂的活化处理以及背电极的Cu扩散掺杂。

碲化镉沉积沉积工艺无论是近空间升华还是气象运输沉积，为了获得好的碲化镉薄膜质量，都需要高的衬底温度，目前传统的CdTe层的沉积温度在500℃到630℃之间。CdCl₂的活化处理温度同样需要高温，目前常用在350℃到420℃之间，Cu的扩散掺杂温度约为180℃到250℃。

高温下硫化镉和碲化镉很容易发生互扩散，形成CdTe_xS_1-x结构，当x＜0.6时，所形成的材料虽然吸收太阳光，但是无法产生光电流。而且由于扩散导致CdS层减薄，为了强的p-n结来得到高的开路电压和填充因子，因此CdS层必须足够厚，一般情况下得大于70nm，而厚的CdS层及互扩散后形成的CdTe_xS_1-x吸收太阳光，使到达吸收层的光强减小，进而影响电池短路电流。碲化镉与硫化镉的互扩散也降低了电池的开路电压和填充因子。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种碲化镉薄膜太阳能电池及其制备方法，该电池可以采用较薄的n层，减少不产生光电流的n层对光的吸收，增加碲化镉薄膜太阳电池的短路电流。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种碲化镉薄膜太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池依次设置有衬底层、阻挡层、透明导电层、n型半导体层、p型半导体层、背接触层、背电极层，所述n型半导体层包括硫化镉层和掺镁硫化镉层。

优选的，所述p型半导体层为碲化镉吸收层，所述掺镁硫化镉层位于所述硫化镉层和所述碲化镉吸收层之间。

优选的，所述硫化镉层的厚度为2～300nm，所述掺镁硫化镉层的厚度为2～100nm。

优选的，所述掺镁硫化镉的分子式为Mg_xCd_1-xS，其中，0＜x＜0.5。

优选的，所述硫化镉层可以为掺氧硫化镉或硫化镉，所述掺氧硫化镉的分子式为CdO_xS_1-x，其中0＜x＜0.5。

优选的，所述透明导电层与所述n型半导体层中间还设置有高阻层。

优选的，所述高阻层为的材料为ZnO，SnO₂，Zn_2xSn_1-xO₂中的任意一种，其中0＜x＜1。

优选的，所述高阻层的厚度为0～1000nm。

本发明还提供了一种碲化镉薄膜太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)提供一衬底层，在所述衬底层上沉积一层阻挡层；

(2)在所述阻挡层上沉积一层透明导电层，所述透明导电层的材料为氟掺杂的氧化锡或铝掺杂的氧化锌；

(3)在所述透明导电层上沉积一层硫化镉薄膜层，所述沉积方法选自化学水浴沉积、磁控溅射沉积、蒸发沉积中的任意一种；

(4)在所述硫化镉薄膜层上沉积一层掺镁硫化镉薄膜层，所述沉积方法选自化学水浴沉积、磁控溅射沉积、蒸发沉积中的任意一种；

(5)在所述掺镁硫化镉薄膜层上沉积一层碲化镉薄膜层，然后在CdCl₂气氛下进行高温活化处理，所述沉积方法选自空间升华和气象输运沉积中的任意一种；

(6)在所述碲化镉薄膜层上沉积一层背接触层；