[發(fā)明專利]一種碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池的低溫制作方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611223311.X
• 申請(qǐng)日: 2016-12-27
• 公開（公告）號(hào): CN106784111A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬立云;彭壽;潘錦功;殷新建;蔣猛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都中建材光電材料有限公司
• 主分類號(hào): H01L31/073
• 分類號(hào): H01L31/073;H01L31/0445;H01L31/18
• 代理公司: 成都市集智匯華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)51237
• 代理人: 李華,溫黎娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池的低溫制作方法，屬于碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

碲化鎘(CdTe)薄膜太陽(yáng)能電池是以CdTe為吸收層的一種化合物半導(dǎo)體薄膜太陽(yáng)能電池，因其轉(zhuǎn)化效率高、成本低廉的特點(diǎn)，受到很多研究機(jī)構(gòu)和公司的關(guān)注，目前該電池的最高轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)超過了22％，大面積組件(1.2×0.6m²)的轉(zhuǎn)化效率達(dá)18.6％。

CdTe薄膜太陽(yáng)能電池的典型基本結(jié)構(gòu)為：玻璃襯底101/透明導(dǎo)電膜層(TCO)102/硫化鎘層(CdS)103/碲化鎘層(CdTe)104/背接觸-背電極層105/封裝材料106/背板玻璃107，如圖1所示。其典型的制備工藝見圖2所示，它是在玻璃襯底上依次沉積TCO/CdS/CdTe層后，在CdTe層涂敷氯化鎘進(jìn)行熱處理，然后沉積背接觸層和背電極層，最后使用封裝材料和背板玻璃進(jìn)行封裝。

上述工藝中，沉積CdS/CdTe層是碲化鎘電池最為重要的生產(chǎn)工藝。目前CdS/CdTe層的沉積工藝主要分為低溫沉積工藝和高溫沉積工藝。較有代表性的低溫沉積工藝如磁控濺射、電沉積等，其特點(diǎn)在于沉積時(shí)襯底所需要的溫度在400度以下；高溫沉積工藝主要為近空間升華法(CSS)、蒸汽輸運(yùn)法(VTD)等，其特點(diǎn)在于沉積時(shí)襯底溫度高于400度，多數(shù)在500度以上。目前業(yè)界最為常見和成熟的技術(shù)主要是高溫沉積工藝，如美國(guó)First Solar使用的是VTD，德國(guó)Antech使用的是CSS。

對(duì)于高溫沉積工藝來說，500度以上的溫度限制了很多襯底的使用，比如聚酰亞胺等高分子襯底。而且500多度也接近普通鈉鈣玻璃的軟化溫度，玻璃變型問題也是碲化鎘沉積工藝中一個(gè)難以解決的問題。除了襯底問題，由于沉積的溫度較高，蒸發(fā)的原材料均處于高溫氣化狀態(tài)，能源消耗大，EHS風(fēng)險(xiǎn)也較大。

對(duì)于低溫沉積工藝來說，目前業(yè)界所使用的磁控濺射、電沉積和印刷技術(shù)僅僅實(shí)現(xiàn)了薄膜沉積過程中的低溫。在薄膜沉積工藝后的熱處理過程中仍然需要將薄膜的溫度加熱到400度左右。目前較為典型的工藝是使用氯化鎘涂敷在碲化鎘薄膜表面，將其加熱至400度左右，經(jīng)過10-20分鐘的保溫?zé)崽幚?，使得碲化鎘薄膜晶粒再生長(zhǎng)，硫化鎘薄膜和碲化鎘薄膜之間實(shí)現(xiàn)互擴(kuò)散，消除部分晶界，提高了載流子的壽命，最終提高電池的轉(zhuǎn)化效率。這個(gè)熱處理工藝基本上是目前碲化鎘電池所必須的。該工藝的存在使得碲化鎘電池在實(shí)現(xiàn)薄膜低溫沉積后，仍然無法實(shí)現(xiàn)全工藝的低溫制備。

除了沉積工藝對(duì)溫度的需求外，碲化鎘電池材料的物理特性也是碲化鎘電池需要解決的問題之一。碲化鎘的功函數(shù)較高，達(dá)到5.5eV，很難找到一種合適的具有更高功函數(shù)的金屬來與之形成歐姆接觸，這就降低了碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池的開路電壓和填充因子，最終導(dǎo)致碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池性能提升困難。目前較為常用的解決方法有兩種：1、氯化鎘熱處理工藝后在碲化鎘層上沉積一層緩沖層即背接觸層，比如ZnTe、Sb₂Te₃等；2、對(duì)碲化鎘膜表面進(jìn)行改性，如進(jìn)行酸腐蝕、擴(kuò)散Cu等金屬離子。但這些都使碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法更加復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池的低溫制作方法，它能簡(jiǎn)化碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池的制備工藝流程，并且在保證薄膜太陽(yáng)能電池性能的前提下實(shí)現(xiàn)碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池的全低溫制備。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案提供了一種碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池的低溫制作方法，它包括以下步驟：

(1)在玻璃襯底上沉積透明導(dǎo)電膜層和高阻層，沉積溫度條件為低于400℃；

(2)在高阻層上沉積硫化鎘層，沉積溫度條件為低于250℃；

(3)在硫化鎘層上沉積碲化鎘層，沉積溫度條件為低于300℃；

(4)將0.025～0.125mol/L的氯化銅+氯化銨水溶液或氯化鋅+氯化銨水溶液通過噴涂或滾涂的方法涂覆在碲化鎘層上，干燥后置于250～300℃的溫度條件下加熱3～25min后，用去離子水清洗掉表面殘留物，然后沉積背電極層，沉積溫度條件為低于280℃；其中氯化銅+氯化銨水溶液中氯化銅的含量為0.005～0.1mol/L，氯化鋅+氯化銨水溶液中氯化鋅的含量為0.005～0.1mol/L；

(5)背電極層退火處理：180～250℃溫度下加熱3～15min；

(6)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求，在上述制備過程中利用本領(lǐng)域所公知的子電池刻劃工藝對(duì)需要的膜層進(jìn)行激光或機(jī)械刻劃，實(shí)現(xiàn)電池串聯(lián)，最后使用封裝材料和背板玻璃進(jìn)行封裝完成碲化鎘薄膜電池的制備。