[发明专利]一种新型结构的碲化镉薄膜电池及其制备方法

说明书

本发明公开一种新型结构的碲化镉薄膜电池及其制备方法，所述薄膜电池依次设置有衬底层、窗口层、光吸收层、背接触层、背电极层，所述衬底层和所述窗口层之间还设置有阻挡层，所述阻挡层的材料为TiO₂。该该电池中包含了TiO₂阻挡层结构，利用能级差异间形成的能级势垒，与CdS窗口层形成多级跃迁结构，提高电池中载流子的传递效率，增加载流子的利用率，降低复合，达到效提升效率的目标。

技术领域

本发明涉及薄膜太阳能电池技术领域，具体涉及一种新型结构的碲化镉薄膜电池及其制备方法。

背景技术

随着社会经济的快速发展，能源与环境的可持续发展已成为人类生存中两个不可避免的重大考验。新能源的开发与利用应运而生，并受到引起全球的关注与重视。以独特优势的太阳能在众多新能源中崭露头角，成为了新能源行业的领头军。化合物薄膜太阳能电池作为第二代太阳能电池，具有成本低，易大规模生产，物化性能稳定，转换效率高等优势，且受到很多研究机构和公司的关注。

CdTe薄膜太阳能电池作为薄膜电池的代表，在经过多年的发展，目前效率以达到22％成为了太阳能电池行业的“新宠儿”。传统的CdTe薄膜电池主要由导电玻璃衬底、CdS窗口层、CdTe吸收层以及金属背电极层组成，该电池结构简单，制备工艺也较为成熟。但是，对于此结构的电池，存在较大的弊端：光电材料受光激发后，光阳极产生载流子，部分受光激发产生的载流子将反向流动，回到基态与光生空穴复合，降低载流子的利用率，抑制电池效率的进一步提高。

目前，为了优化电子的传递，人们对CdS窗口层进行改进与优化，增加膜层厚度、优化薄膜结构或对膜层进行表面处理，增加电子的传输途径，以达到降低载流子复合的几率。现有CdS窗口层的优化措施在一定程度上确实可以改善光生载流子的传递效率，但对CdS进行表面改性或结构的改变又会影响材料本身的性能，尤其是当窗口层的厚度增加后，会降低FTO衬底的透光率，直接影响达到光吸收材料的光能量，使得太阳能电池的效率不会有太大变化，基本等于“功过相抵”。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种具有新型结构的碲化镉薄膜电池及其制备方法，该该电池中包含了TiO₂阻挡层结构，利用能级差异间形成的能级势垒，与CdS窗口层形成多级跃迁结构，提高电池中载流子的传递效率，增加载流子的利用率，降低复合，达到效提升效率的目标。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种新型结构的碲化镉薄膜电池，其特征在于，所述薄膜电池依次设置有衬底层、窗口层、光吸收层、背接触层、背电极层，所述衬底层和所述窗口层之间还设置有阻挡层，所述阻挡层的材料为TiO₂。

优选的，所述衬底层为FTO导电玻璃，所述窗口层为硫化镉窗口层，所述光吸收层为碲化镉薄膜层，所述背接触层为铜背接触层，所述背电极层为钼镍复合背电极层。

优选的，所述衬底层中导电膜的厚度为50～300nm，所述阻挡层的厚度为200～600nm，所述窗口层的厚度为200～300nm，所述光吸收层的厚度为2～5μm，所述背接触层的厚度为50～150nm，所述背电极层的厚度为200～500nm。

本发明还提供一种新型结构的碲化镉薄膜电池的制备方法，所述制备方法包括依次设置的以下步骤：(1)以FTO导电玻璃为衬底层，在所述衬底层上制备一层TiO₂阻挡层；(2)在所述TiO₂阻挡层上沉积硫化镉窗口层；(3)在所述硫化镉窗口层上沉积碲化镉光吸收层，进行活化处理，然后退火处理；(4)在所述碲化镉光吸收层上制备铜背接触层；(5)在所述铜背接触层上沉积钼镍复合背电极层。

其中衬底层的材料选择FTO导电玻璃，衬底尺寸可根据实际需求进行调整或裁剪。衬底的清洗选用无水乙醇溶液、丙酮溶液或蒸馏水进行清洗，清洗方法为超声、滚刷或喷淋中的任意一种；清洗完成后在烘箱中进行烘干，烘干温度为50-80℃，烘干完成后可直接用于后续工艺操作或保存在无尘空间以备用。