[发明专利]一种柔性CdTe薄膜太阳电池及其制备方法和应用

说明书

本发明属于光伏新能源材料与器件领域，公开了一种柔性CdTe薄膜太阳电池及其制备方法和应用。本发明通过开始时引入临时金属衬底沉积电池功能层，并在电池制备结束后刻蚀掉临时金属衬底薄层的方式，使得能够在临时金属衬底上采用成熟的上基板结构CdTe电池制备工艺获得下基板结构的柔性CdTe太阳电池，避免了下基板结构电池制备中由于功能层沉积顺序导致的背接触制备、Cu掺杂、CdS/CdTe热处理等的技术限制，有利于实现电池制备技术的最优化。

技术领域

本发明属于光伏新能源材料与器件领域，特别涉及一种柔性CdTe薄膜太阳电池及其制备方法和应用。

背景技术

碲化镉(CdTe)是禁带宽度为1.45eV的直接带隙半导体，对可见光的吸收系数高于硅材料100倍，是一种理想的光伏材料。CdTe薄膜太阳电池是基于n-CdS/p-CdTe异质结结构的薄膜太阳电池器件。目前CdTe太阳电池的实验室最高转换效率为22.1％，组件转换效率为18.6％，理论转换效率可达33％。CdTe薄膜太阳电池作为最具竞争力的太阳电池之一，兼具高转换效率和低成本，经过近20年的快速发展，已成为目前光伏产品市场上晶硅太阳电池以外的第二大产品体系，极具研究价值和市场潜力。值得指出的是，高效率CdTe薄膜太阳电池普遍采用的是刚性衬底，如硼硅玻璃衬底等，刚性衬底的太阳电池由于没有柔软的特性而无法满足许多领域的应用需求。作为CdTe太阳电池的重要分支，柔性CdTe太阳电池可以集成在窗户或屋顶、外墙或内墙上，实现光伏建筑一体化；还可以应用于便携式光伏产品方面，如太阳能汽车、太阳能飞行器、太阳能帐篷、太阳能背包等，是CdTe太阳电池未来重要的研究和发展方向。

目前，柔性CdTe太阳电池的最高转换效率为16.4％，远低于传统的基于玻璃基板的CdTe太阳电池的最高转换效率。区别于传统CdTe太阳电池的上基板(superstrate)结构(沿光入射方向：玻璃基板/透明导电层/n-CdS/p-CdTe/背接触/金属电极)，柔性CdTe太阳电池通常采用下基板(substrate)结构(沿光入射方向：透明导电层/n-CdS/p-CdTe/背接触/导电基板)，电池结构上的差异使得柔性CdTe太阳电池不能采用传统CdTe太阳电池成熟的制备工艺，尤其是低阻背接触制备工艺。虽然针对下基板结构CdTe太阳电池的工艺特点已经进行了一些探索，但受到电池结构上的限制，柔性太阳电池的制备存在着难以克服技术瓶颈(背接触界面工程、CdCl₂“激活”热处理等)，器件性能一直不能得到有效提升。在此背景下，如何创新柔性CdTe太阳电池制备工艺，使得柔性CdTe太阳电池结构能够兼容传统上基板CdTe太阳电池成熟的制备工艺，是提高柔性CdTe太阳电池光电转换性能的可行和相对廉价的技术路径。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种柔性CdTe薄膜太阳电池的制备方法。该制备方法可以采用传统上基板结构CdTe太阳电池的成熟制备工艺获得下基板结构的柔性CdTe薄膜太阳电池，这个方法避免了直接在柔性衬底上生长功能层的固有缺陷，同时实现了柔性CdTe太阳电池与传统上基板CdTe太阳电池成熟制备工艺的兼容。

本发明的另一目的在于提供一种上述方法制备得到的柔性CdTe薄膜太阳电池。

本发明的再一目的在于提供上述柔性CdTe薄膜太阳电池的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种柔性CdTe薄膜太阳电池的制备方法，其主要包括以下步骤：

(1)提供临时金属衬底并对其进行清洗预处理；

(2)在清洗预处理后的临时金属衬底表面沉积透明导电层；

(3)在透明导电层上沉积窗口层；

(4)在窗口层上沉积吸收层，并进行热处理；

(5)对热处理后的吸收层进行反应刻蚀，然后沉积背接触层；