[發明專利]制備碲化鎘薄膜太陽能電池碲化鎘吸收層的電化學沉積方法

有效

• 申請號: 201310543305.2
• 申請日: 2013-11-06
• 公開（公告）號: CN104638052B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 張征宇;李偉中
• 申請（專利權）人: 恒基偉業知識產權管理顧問（北京）有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;C23C16/44
• 代理公司: 濟南日新專利代理事務所37224
• 代理人: 李茜

技術領域

本發明屬于薄膜太陽能電池領域，具體涉及制備碲化鎘薄膜太陽能電池碲化鎘吸收層的電化學沉積方法。?

背景技術

碲化鎘（CdTe）薄膜太陽能電池是一種以p型CdTe和n型CdS的異質結為基礎的薄膜太陽能電池。近年來，CdTe薄膜太陽能電池以其光電轉化率高、生產成本低、高穩定性、吸收光譜寬、生命周期結束后可回收等優點，倍受中外關注。?

CdTe?薄膜太陽能電池是在玻璃或是其它柔性襯底上依次沉積多層薄膜而構成的光伏器件。一般標準的CdTe?薄膜太陽能電池由五層結構組成，其中箭頭方向為光照方向。?

第一層是沉積在透明襯底上的透明導電氧化物（英文名稱為Transparent?and?Conductive?Oxide，簡稱TCO）層，主要起透光和導電的作用；第二層是CdS窗口層，該層為n?型半導體；第三層是CdTe?吸收層，為p?型半導體，該層與窗口層的n?型CdS形成p-n?結，第四層是在CdTe?吸收層上面沉積背接觸（英文名稱為back?contact）層，該層的作用是降低CdTe?和金屬電極的接觸勢壘，使金屬電極與CdTe?形成歐姆接觸；最后沉積在背接觸層上的是背電極（英文名稱為back?electrode）層，該層為金屬材料層，與TCO層通過外電路連接，用于將電流引出。具有上述結構的CdTe?薄膜太陽能電池在工作時，當有光穿射透明襯底和TCO層照射到p-n?結，且光子能量大于p型CdTe禁帶寬度時，吸收層價帶中的電子獲得能量躍遷到導帶，同時在價帶中產生空穴，在p-n?結附近會產生電子-空穴對，產生的非平衡載流子由于n型半導體到p型半導體形成的內建電場作用向空間電荷區兩端漂移從而產生光生電勢。將p-n?結與外電路導通時，電路中會出現電流。?

制備CdTe吸收層常用的方法有：氣相輸運法，近空間升華法，磁控濺射法和電沉積法。?

????電沉積時，需將待電沉積的基板放置于電解液中，將基板的透明導電層接上負極，和電解液中的正極連接，通過正負極通電即可將半導體化合物沉積到基板上。?

????對于碲化鎘薄膜太陽能電池，隨著所沉積吸收層厚度的增加，正負電極之間電場強度將隨之減小，導致半導體化合物沉積速度的降低，不利于大規模生產。?

增加電場強度可以加快沉積速度，然而，為了保證光透過率，透明導電層通常很薄，具有較高的阻抗，導致基板與正電極之間的電場強度隨著基板上與外接電極距離的增加而減小，因此沉積后的吸收層容易形成距離外接電極近的地方膜層厚，而遠離外接電極處的膜層薄的不均勻膜層，從而影響光電轉換效率，這種現象在大面積基板上尤為明顯。為了解決上述技術問題，美國專利文獻US2011/0290641A1公開了一種快速化學電沉積法生產太陽能電池的裝置和方法，包括具有很多接觸頂針的支撐結構，每個所述接觸頂針都與基底層表面電接觸，形成多個分布式電極，給所述基底提供用于電沉積的電位(An?apparatus?for?electrodeposition,?comprising?a?support?structure?including?a?plurality?of?contact?pins,?each?contact?pin?of?said?plurality?of?contact?pins?configure?to?establish?electrical?con?tact?with?a?substrate?surface?and?thereby?supply?plating?potential?to?the?substrate)。將電流通過接觸頂針均勻地分布到待電沉積平板上，有效的提高待電沉積基板和電解液中正極之間電場強度的均勻性，使沉積后的吸收層厚度得于均勻分布。?

待電沉積完畢、移除接觸頂針后，放置接觸頂針的地方就會產生接觸頂針孔洞，如果不對該接觸頂針孔洞進行填補，隨后沉積的背電極將和透明導電極連接，使太陽能電池在使用時產生斷路，因此，需要在移除接觸頂針后在接觸頂針孔中填充電絕緣物質。雖然此電絕緣物質不參與光電轉換，但如果頂針截面積足夠小，對電池的整體轉換效率影響不大。?

然而由于所沉積的CdTe和頂針之間具有一定的附著力，在移除頂針時，將有部分CdTe附著在頂針表面，使得接觸頂針孔洞面積增大，相應的使太陽能電池單位面積內參與光電轉換的有效面積減小，從而影響了光吸收轉換的效率。?

發明內容