[發明專利]一種CdTe薄膜太陽能電池及其制作方法

在審

• 申請號: 201711079818.7
• 申請日: 2017-11-06
• 公開（公告）號: CN107749432A
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 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: H01L31/073
• 分類號: H01L31/073;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CdTe薄膜太陽能電池及其制作方法，屬于薄膜太陽能電池技術領域。

背景技術

隨著社會經濟的快速發展，環境污染與能源短缺已是人類生存面臨的重大考驗，尋找可替代的、清潔能源成為了解決危機的重要手段。在眾多新能源中，太陽能以其潔凈無污染，儲量豐富等優勢，成為了新能源的領頭軍。

太陽能的利用主要是制備太陽能電池，其中化合物薄膜太陽能電池作為第二代太陽能電池，具有成本低，易大規模生產，物化性能穩定，轉換效率高等優勢，成為了研究重點，且受到很多研究構和公司的關注。

CdTe禁帶寬度約1.5eV，其與太陽光譜匹配較好，研究發現2μm厚的薄膜對紫外-可見區域的太陽光的吸收轉換可達99％，是很好的吸光材料，制備工藝多，完全具備作為太陽能電池光吸收材料的條件。目前，實驗室里制備的基于CdTe薄膜電池的效率已超過22％，成為了太陽能電池行業的“新寵兒”。傳統的CdTe薄膜電池主要由導電玻璃襯底、CdS窗口層、CdTe吸收層以及金屬背電極層構成，該電池結構簡單，制備工藝也較為成熟。但是，對于此結構的電池，存在較大的弊端：電子-空穴分離后，由于受到傳輸速度的限制，使得載流子復合概率增加，造成損失，影響電池效率的進一步提高。

發明內容

有鑒于此，針對現有技術的不足，本發明提供一種CdTe薄膜太陽能電池及其制作方法，它是在傳統的CdTe薄膜電池中加入一層CuI空穴傳輸層，CuI作為一種p-型半導體材料，具有很好的空穴傳輸能力，能加快電池內部空穴的傳輸，降低復合，提高光電流，最終達到提高CdTe薄膜電池光電轉換效率的目的。

為解決以上技術問題，本發明的技術方案采用了一種CdTe薄膜太陽能電池，其結構自下至上依次包括襯底玻璃層、CdS窗口層、CdTe光吸收層、背接觸層和背電極層，其特征在于：所述CdTe光吸收層與背接觸層之間設置CuI空穴傳輸層；所述襯底玻璃層為FTO導電玻璃襯底，其材料為摻雜F元素的SnO₂；背接觸層的材料為摻雜Cu的ZnTe；背電極層為Cu/Ni復合背電極層，其材料為Cu和Ni。

進一步的，所述FTO導電玻璃襯底上玻璃的厚度為2～2.5mm，導電膜的厚度為50～200nm。

進一步的，所述CdS窗口層的厚度為80～250nm，CdTe光吸收層的厚度為2.5～5μm。

進一步的，所述CuI空穴傳輸層的厚度為20～50nm。

進一步的，所述背接觸層的厚度為50～150nm，背電極層的厚度為200～400nm。

同時本發明還提供了一種CdTe薄膜太陽能電池的制作方法，它包括以下步驟：

(1)制備FTO導電玻璃：采用磁控濺射法在玻璃上沉積摻雜F的SnO₂，在玻璃表面形成導電膜，玻璃的厚度為2～2.5mm，導電膜的厚度為50～200nm；

(2)在步驟(1)制得的FTO導電玻璃上采用近空間升華法沉積CdS形成CdS窗口層，蒸發源與襯底間的距離2-4mm；采用兩段式鍍膜，第一段蒸發源溫度500-550℃，襯底溫度460-480℃，鍍膜5-10s時間；第二段蒸發源溫度550-600℃，襯底溫度480-500℃，鍍膜時間5-15s，最終獲得的薄膜厚度為80-250nm，薄膜致密且均勻；

(3)在CdS窗口層上采用近空間升華法沉積CdTe形成CdTe光吸收層，蒸發源與襯底間的距離2-4mm，采用三段式鍍膜，第一段蒸發源溫度500-550℃，襯底溫度460-480℃，鍍膜時間1-2min；第二段蒸發源溫度550-600℃，襯底溫度480-500℃，鍍膜時間1-2min；第三段蒸發源溫度600-650℃，襯底溫度500-550℃，鍍膜時間1-3min，薄膜厚度2.5-5μm；

(4)在CdTe光吸收層上涂覆CdCl₂甲醇溶液后進行退火處理，退火溫度380～450℃，退火時間15～30min；CdCl₂退火處理提高了CdS/CdTe薄膜的均勻性與再結晶性，達到P型增強效果；

(5)在退火后的CdTe光吸收層上涂覆CuI溶液制備CuI空穴傳輸層；CuI溶液的濃度為0.05-0.3mol/L，制備方法為：室溫條件下(25±2℃)，將二丙硫醚和氯苯按體積比vol＝1～5:5～35混合后，將CuI溶解在此混合液中配置而成；

CuI空穴傳輸層的制備可采用以下兩種方法：