[發明專利]一種碲化鎘薄膜太陽能電池的電子反射層及制造方法

在審

• 申請號: 201310543399.3
• 申請日: 2013-11-06
• 公開（公告）號: CN104638038A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發明（設計）人: 張征宇;蕭國瑞
• 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: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/0296;H01L31/18
• 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領域，尤其涉及一種碲化鎘薄膜太陽能電池的電子反射層及制造方法。

背景技術

碲化鎘薄膜太陽能電池是一種以p型碲化鎘(CdTe)和n型硫化鎘(CdS)的異質結為基礎的薄膜太陽能電池，基于成本和效率的考慮下，近年來以成為最有潛力的太陽能電池之一，碲化鎘的能隙大約1.5電子伏特(eV)，理論上是可以使p-n結太陽能電池在AM?1.5太陽光譜下產生近乎最高轉換效能的能隙，碲化鎘大能隙所產生較小的溫度系數使得碲化鎘薄膜太陽能電池的年發電量高于其他太陽能電池技術，此外，碲化鎘極佳的光學吸收系數使得吸收層只需要數微米厚(是典型晶硅太陽能電池吸收層厚度的百分之一)，高效能碲化鎘薄膜太陽能電池可以由多種不同的制程方法達成，主要是因為其電性和結構通常在制程后處理(post-deposition?treatment)過程中達到優化，較經濟的制成方法已經被用來大規模生產大尺寸的太陽能模塊，目前19.6%的碲化鎘太陽能電池轉換效能和16.1%的碲化鎘模塊轉換效能已經達成，此里程碑已展示了碲化鎘薄膜太陽能電池之潛力。然而，碲化鎘太陽電池的轉換效能還是遠低于其理論最大轉換效能(約29%)，為了進一步的提升其轉換效能，一種提升碲化鎘太陽能電池之開路電壓的能帶結構在這里被說明。

???典型的碲化鎘薄膜太陽電池是一個長在透明玻璃基板上的多層膜光電組件，其典型組件結構為：玻璃基板/透明電極/n-CdS(硫化鎘)/p-CdTe(碲化鎘)/金屬電極，太陽光由玻璃端射入，其太陽能電池結構如附圖1和2所示，其中透明電極和n型硫化鎘的光學能隙較大，可以讓大部分的可見光穿透。主要的發電結構為碲化鎘和硫化鎘所形成的p-n異質結，入射光被碲化鎘吸收層吸受后產生電子與電洞對(electron-hole?pair)，在異質結中空閥區(depletion?region)的內建電場可以有效的分開電子與電洞而減少其再結合的機會，載子(電子或電洞)有了內建電場的幫助可以有效的被電極收集，被分開的電洞由和碲化鎘緊鄰的金屬電極收集，而電子經由和硫化鎘緊鄰的透明電極收集，最后電子經由外部回路傳導而回到透明電極端和電洞再結合而形成電流回路，只要有入射光進入太陽能電池，此一機制就會運作而形成電流源。

對于碲化鎘太陽能電池，往往有大量的能階位于背電極接面(碲化鎘和金屬電極的接面，又稱背接面)的能隙區，再結合會有效的透過這些能階發生而降低開路電壓，當載子的擴散距離和吸收層厚度相當時，背接面產生的再結合將成為限制轉換效能的主因，當吸收層完全的被空乏下，內建電場可以有效的驅使電子遠離背部電極以減少背接面再結合(back-surface?recombination)，當太陽能電池在順向偏壓下運作，內建電場將被減小，當內建電場被減小到不足以驅使電子遠離背接面時，將會有更多的電子可以擴散到背接面而產生再結合，如果在靠近背接面有一個傳導帶(conduction?band)的位能障礙，這個障礙將可以驅使電子離開背電極，這個傳導帶障礙被定義為電子反射鏡，此概念已被J.?Sites和J.?Pan在論文Thin?Solid?Films?515?(2007)?6099–6102提出。

最簡單且有效形成電子反射鏡的方法就是直接加一層電子反射層于吸收層和背金屬電極之間，該電子反射層應具有比吸收層更高的能隙，且為兩層的能隙差主要降落在傳導帶的最低能階(conduction?band?minimum)，而價電帶的最高能階(valence?band?maximum)的位能差越小越好，如此所產生的電子反射層位能屏障高度大約就是兩種材料的能隙差，可以藉由改變材料來調整位能屏障高度，屏障高度也是主要拿來定量電子反射鏡的參數，位能屏障越高，電子能擴散到背接面的機會就越小，背接面再結合就會越少。當擴散距離相當于吸收層厚度時，背接面再結合會主宰開路電壓的耗損，電子反射鏡可以發揮最大的效果，此為使用電子反射鏡之最佳條件，典型的碲化鎘薄膜太陽能電池的載子生命周期約為數奈秒，所對應的擴散距離約為數微米。當吸收層和電子反射層接口的再結合速度與背接面的再結合速度相當時，背接面的再結合將會在該接口發生而導致電子反射鏡失效。

發明內容

本發明的目的在于，克服現有技術的不足，提供了一種碲化鎘薄膜太陽能電池的電子反射層及制造方法。本發明的技術方案中電子反射層沿著縱向的能隙變化是漸變的，就不會因為在熱膨脹系數和晶格常數上有較大的不匹配而造成再結合中心。