[发明专利]基于SnTe作为背电极缓冲层的CdTe薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于SnTe作为背电极缓冲层的CdTe太阳能电池及其制备方法，一种基于SnTe作为背电极缓冲层的CdTe薄膜太阳能电池，电池在CdTe薄膜太阳能电池的背电极处，在CdTe与金属背电极之间生长了一层SnTe缓冲层或者ZnTe：Cu和SnTe构成的复合缓冲层，其中SnTe薄膜为P⁺型。SnTe薄膜具有非常高的载流子浓度，高的空穴迁移率以及极低的电阻率，以及其与CdTe形成的异质结能带结构非常利于空穴的传输，这些都利于减小CdTe薄膜太阳能电池背电极处的势垒。

技术领域

本发明专利涉及基于SnTe作为背电极缓冲层的CdTe太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着人类社会进入21世纪，生活水平不断的提高，对能源的需求也在不断的增长。然而，当今主流的化石能源的储量却越来越少。同时这些化石能源的使用也造成了诸如“温室效应”、“雾霾”等的环境问题，威胁着人类社会的可持续发展。因此大力发展可持续无污染的新型能源成是当今社会的发展方向。在众多的绿色能源之中，太阳能因其庞大的储量、广泛的分布并且长期稳定的特点而成为了最理想的能量来源。其中，太阳能电池就是一种最直接地利用太阳能的器件，利用光生伏打效应，太阳能电池可以将光能直接转变为电能。

CdTe薄膜太阳能电池是当前为数不多的可商业化的太阳能电池中的一员，其具有高效、低成本、可大规模工业化的特点，因此蕴含巨大的商业价值。美国光伏企业Firstsolar就是一家生产CdTe太阳能电池组件的公司，其组件出货量虽然不是最大，可出货量排在世界前列的中国在美国上市十一家光伏企业的市值加在一起却不如Firstsolar一家。目前，中国能够规模化生产CdTe薄膜太阳能电池组件的企业还只有龙焱能源科技有限公司一家，处于起步阶段的有成都中建材光电材料有限公司。

CdTe是一种II-VI族直接带隙化合物半导体，禁带宽度约为1.45eV，正好处于太阳能光谱的理想的吸收波段。CdTe可见光吸收系数大于10⁵cm^-1，故仅需1-2微米厚的CdTe吸收层就可以吸收99％的光子。CdTe还具稳定的化学性质，优异的抗辐照性能，良好的弱光性能等，因此成为了制备太阳能电池的理想材料。

尽管如此，当前由Solar cell efficiency tables(version 49)收录的小面积CdTe太阳能电池的最高效率仅有22.1％，与其理论最高转换效率28％还具有较大的差距。其中面临的主要问题是：1)CdTe是一种高功函数(约5.5eV)的P型半导体材料，一般金属与其难以形成低势垒的背接触；2)CdTe的载流子较低，通常在10¹⁴cm^-3左右。这些因素都极大程度限制了电池开路电压的提升，进而限制了转化效率的进一步提升。

SnTe是一种IV-VI族窄禁带半导体材料，禁带宽度约为0.18eV。SnTe具有优异的电学性能——高的载流子浓度，高的空穴迁移率以及极低的电阻率。浙江大学物理系吴惠桢课题组拥有MBE生长技术，并且长期致力于II-VI族以及IV-VI半导体研究工作。吴惠桢课题组运用MBE生长技术获得了CdTe/SnTe异质结结构，通过XPS分析得出了在CdTe/SnTe异质结界面，SnTe的价带高度比CdTe高了0.76eV。这种能带结构十分有利于空穴从CdTe向SnTe一侧移动。而SnTe本身又十分容易和金属形成欧姆接触。因此在CdTe薄膜太阳能电池背电极处，于CdTe和金属之间插入一层SnTe缓冲层，可以有效的解决由于CdTe过高的功函数而产生的与金属之间存在过高的背接触势垒的问题。

本申请拟采用在CdTe薄膜太阳能电池背电极中引入基于SnTe缓冲层的结构，来克服现有CdTe薄膜太阳能电池制备技术中存在的不足，以使电池获得更高的开路电压和转换效率。

发明内容