[发明专利]一种碲化镉薄膜电池及制备方法

说明书

本发明公开一种碲化镉薄膜电池及制备方法，所述碲化镉薄膜电池由下至上依次包括衬底层、透明导电层、窗口层、光吸收层、背接触层、背电极层，所述窗口层的材料为硫化镉薄膜，所述光吸收层的材料为碲化镉薄膜，所述背接触层的材料为氮化铜薄膜，背电极层的材料为镍钒合金。本申请的技术方案可以克服传统碲化镉电池铜掺杂过程铜元素扩散造成的衰减降低及生产成本高的问题，具有抗水汽作用，所述背接触结构能降低与碲化镉的接触势垒，形成欧姆接触，从而提高碲化镉薄膜电池的性能。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种碲化镉薄膜电池及制备方法。

背景技术

碲化镉(CdTe)薄膜电池是以CdTe为吸收层的一种化合物半导体薄膜电池，具有很高的光吸收系数，因其转化效率高、成本低廉的特点，受到很多研究构和公司的关注，目前该电池的最高转化效率已经超过了22％，大面积组件(1.2×0.6m²)的转化效率达18.6％。CdTe薄膜太阳能电池的典型基本结构为：导电玻璃层/CdS窗口层/CdTe吸收层/背接触-背电极层/封装材料/背板玻璃。CdTe吸收层使用的p型CdTe的电子亲和势～4.3eV，禁带宽度～1.5eV，功函数高达5.8eV，由于p型CdTe具有较高的功函数，高于大多数金属材料的功函数，很难使其与金属背电极之间形成稳定的欧姆接触。如果将金属材料直接与CdTe薄膜表面接触作为背电极，则会形成一个与PN结方向相反的接触势垒，阻碍光生载流子的传输，降低电池性能。

现有技术通常采用对碲化镉进行p型重掺杂和在CdTe和背电极之间引入半导体背接触层的方案来降低接触势垒。p型重掺杂的技术方法主要是在碲化镉背部进行铜扩散掺杂，主要的制备方法有湿化学法、蒸镀等。铜元素是目前发现对碲化镉掺杂效果最好的元素，可以很有效的提高电池的性能，但是由于铜在碲化镉中的扩散较快，当铜在碲化镉和硫化界面出现富集时，会形成大量缺陷能级，很容易造成电池的衰减。背接触层的技术方案通常采用在CdTe和背电极之间引入半导体背接触层，来减小接触势垒对空穴传输的阻碍。主要有使用磁控溅射制备碲化锌(ZnTe)、碲化汞(HgTe)、碲化锑(Sb₂Te₃)等半导体材料。这些材料多为化合物半导体材料，价格较为昂贵，控制困难，工艺步骤繁杂，且不耐水汽，使得碲化镉薄膜电池的不仅成本较高，且转化效率不高。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种具有背接触层结构的碲化镉电池及制备方法，解决了半导体与金属直接接触接触势垒高、铜掺杂过程扩散引起的电池衰减、背接触材料制备成本高、电池不耐水汽的技术问题。

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电池，所述碲化镉薄膜电池由下至上依次包括衬底层、透明导电层、窗口层、光吸收层、背接触层、背电极层，所述窗口层的材料为硫化镉薄膜，所述光吸收层的材料为碲化镉薄膜，所述背接触层的材料为氮化铜薄膜，背电极层的材料为镍钒合金。

优选的，所述透明导电层的材料为选自FTO透明导电膜、ITO透明导电膜或AZO透明导电膜中的任意一种。

优选的，所述光吸收层的厚度为2-4μm。

优选的，所述背接触层的厚度为5-50nm。

优选的，所述镍钒合金中镍：钒的摩尔比为1∶5-5∶1。

优选的，所述背电极层的厚度为300-500nm。

优选的，所述的碲化镉薄膜电池还包括封装材料层和背板层，所述封装材料层和所述背板层依次设置于所述背电极层上。

本发明还提供了一种所述的碲化镉薄膜电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)提供衬底层，在所述衬底层上沉积透明导电膜，得透明导电层；

(2)在所述透明导电层上沉积硫化镉，得窗口层；

(3)在所述窗口层上沉积碲化镉，得光吸收层；