[發明專利]一種復合窗口層的碲化鎘薄膜太陽能電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201710773093.5
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107742652A
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 彭壽;馬立云;潘錦功;殷新建;文秋香
• 申請（專利權）人: 成都中建材光電材料有限公司
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/0352;H01L31/068;H01L31/18
• 代理公司: 成都市集智匯華知識產權代理事務所(普通合伙)51237
• 代理人: 李華,溫黎娟

技術領域

本發明涉及一種薄膜太陽能電池領域，具體涉及一種復合窗口層的碲化鎘薄膜太陽能電池及其制備方法。

背景技術

隨著太陽能電池的發展，第二代化合物薄膜太陽能電池早已成為了研究熱點，并且認為薄膜太陽能電池技術可以降低制造成本和延長電池的使用壽命。作為典型代表之一，碲化鎘薄膜電池吸引了眾多企業和研究機構的興趣。碲化鎘薄膜電池具有很多優勢：理想的禁帶寬度(1.45eV)，且其光譜響應范圍和太陽能光譜非常匹配；高的光吸收率，1μm厚的吸收層可吸收99％的光子；高的光電轉換效率，理論上電池的轉換效率可達30％左右；電池性能穩定，使用壽命為20年；電池結構相對簡單，制造成本低，容易實現規模化生產等，這些優勢均讓該薄膜電池成為了研究與開發熱點。

傳統的碲化鎘薄膜電池結構主要由透明導電襯底，硫化鎘窗口層，碲化鎘吸收層，背接觸以及背電極層構成，是一種十分穩定的電池結構，眾多的電池結構的優化與創新也是基于此結構而開發完成的。但是目前的碲化鎘薄膜電池存在的一個主要的問題就是硫化鎘窗口層與襯底的截面會產生電子或載流子的流失，進而影響其電流密度，使其光電轉化的效率降低。

發明內容

有鑒于此，本申請提供一種復合窗口層的碲化鎘薄膜太陽能電池及其制備方法，該電池以摻鋁氧化鋅的AZO玻璃為襯底，以摻銦氧化鋅作為窗口過渡層，來增強硫化鎘窗口層與摻鋁氧化鋅襯底間的結合，減少界面載流子損失，獲得高的電流密度，并降低硫化鎘層的厚度與用量，增強透光率，提升光的捕獲效率。

為解決以上技術問題，本發明提供的技術方案是一種復合窗口層的碲化鎘薄膜太陽能電池，其特征在于，所述太陽能電池依次設置有襯底層、復合窗口層、光吸收層、背接觸層、背電極層，所述復合窗口層包括摻銦氧化鋅窗口過渡層和硫化鎘窗口層。

優選的，所述襯底層為摻鋁氧化鋅的AZO玻璃，所述光吸收層為碲化鎘薄膜層，所述背接觸層為碲化鋅與摻銅碲化鋅復合薄膜層，所述背電極層為鎳鉬薄膜層。

優選的，所述襯底層的厚度為50～300nm，所述摻銦氧化鋅過渡層的厚度為50～200nm，所述硫化鎘層的厚度為100～300nm，所述碲化鎘薄膜層的厚度為2～5μm，所述背接觸層的厚度為20～100nm，所述背電極層的厚度為100～400nm。

更優選的，所述襯底層的厚度為50～300nm，所述摻銦氧化鋅過渡層的厚度為100～200nm，所述硫化鎘層的厚度為150～250nm，所述碲化鎘薄膜層的厚度為2～5μm，所述背接觸層的厚度為50～100nm，所述背電極層的厚度為200～400nm

本發明還提供了一種復合窗口層的碲化鎘薄膜太陽能電池的制備方法，所述制備方法包括依次設置的以下步驟：(1)以摻鋁氧化鋅的AZO玻璃為襯底層，在所述襯底層上沉積一層摻銦氧化鋅作為窗口過渡層，然后進行退火處理；(2)在所述窗口過渡層上沉積硫化鎘窗口層；(3)在所述硫化鎘窗口層上沉積碲化鎘光吸收層，進行活化處理，然后退火處理；(4)在所述碲化鎘光吸收層上沉積背接觸層；(5)在所述背接觸層上沉積背電極層。

其中，襯底層的材料選擇摻鋁氧化鋅的AZO玻璃，襯底尺寸可根據實際需求進行調整或裁剪。襯底的清洗選用無水乙醇溶液、丙酮溶液或蒸餾水進行清洗，清洗方法為超聲、滾刷或噴淋中的任意一種；清洗完成后在烘箱中進行烘干，烘干溫度為50-80℃，烘干完成后可直接用于后續工藝操作或保存在無塵空間以備用。

優選的，所述窗口過渡層的沉積方法選自磁控濺射法或溶膠-凝膠法中的任意一種。

優選的，所述磁控濺射法具體為以氧化鋅和氧化銦為蒸發源，充分研磨混合后作為蒸發源在襯底層上進行鍍膜，鍍膜時襯底層溫度為100～300℃，濺射壓強為0.5～3.5Pa。

更優選的，所述磁控濺射法沉積窗口過渡層具體為以純度為4N的氧化鋅粉末和純度為5N的氧化銦粉末為蒸發源，充分研磨混合后作為蒸發源進行鍍膜，鍍膜時襯底玻璃溫度100℃～300℃，濺射壓強0.5-3.5Pa，，其中銦原子與鋅原子的原子質量比例控制在In/(In+Zn)＝1at.％-10at.％范圍內。

優選的，所述溶膠-凝膠法具體為以醋酸鋅、氯化銦、乙二醇甲醚、二乙醇胺及甲酰胺為原料，按一定比例配置成溶膠靜置后，采用旋涂法制備薄膜，通過調節旋涂次數控制薄膜厚度。