[發明專利]基于SnTe作為背電極緩沖層的CdTe薄膜太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201711084201.4
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107946393B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 翁澤平;吳惠楨;沈其苗;周潔
• 申請（專利權）人: 浙江大學;龍焱能源科技（杭州）有限公司
• 主分類號: H01L31/0445
• 分類號: H01L31/0445;H01L31/072;H01L31/0336;H01L31/18
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 唐銀益;李亦慈

本發明公開了一種基于SnTe作為背電極緩沖層的CdTe太陽能電池及其制備方法，一種基于SnTe作為背電極緩沖層的CdTe薄膜太陽能電池，電池在CdTe薄膜太陽能電池的背電極處，在CdTe與金屬背電極之間生長了一層SnTe緩沖層或者ZnTe：Cu和SnTe構成的復合緩沖層，其中SnTe薄膜為P⁺型。SnTe薄膜具有非常高的載流子濃度，高的空穴遷移率以及極低的電阻率，以及其與CdTe形成的異質結能帶結構非常利于空穴的傳輸，這些都利于減小CdTe薄膜太陽能電池背電極處的勢壘。

技術領域

本發明專利涉及基于SnTe作為背電極緩沖層的CdTe太陽能電池及其制備方法。

背景技術

隨著人類社會進入21世紀，生活水平不斷的提高，對能源的需求也在不斷的增長。然而，當今主流的化石能源的儲量卻越來越少。同時這些化石能源的使用也造成了諸如“溫室效應”、“霧霾”等的環境問題，威脅著人類社會的可持續發展。因此大力發展可持續無污染的新型能源成是當今社會的發展方向。在眾多的綠色能源之中，太陽能因其龐大的儲量、廣泛的分布并且長期穩定的特點而成為了最理想的能量來源。其中，太陽能電池就是一種最直接地利用太陽能的器件，利用光生伏打效應，太陽能電池可以將光能直接轉變為電能。

CdTe薄膜太陽能電池是當前為數不多的可商業化的太陽能電池中的一員，其具有高效、低成本、可大規模工業化的特點，因此蘊含巨大的商業價值。美國光伏企業Firstsolar就是一家生產CdTe太陽能電池組件的公司，其組件出貨量雖然不是最大，可出貨量排在世界前列的中國在美國上市十一家光伏企業的市值加在一起卻不如Firstsolar一家。目前，中國能夠規模化生產CdTe薄膜太陽能電池組件的企業還只有龍焱能源科技有限公司一家，處于起步階段的有成都中建材光電材料有限公司。

CdTe是一種II-VI族直接帶隙化合物半導體，禁帶寬度約為1.45eV，正好處于太陽能光譜的理想的吸收波段。CdTe可見光吸收系數大于10⁵cm^-1，故僅需1-2微米厚的CdTe吸收層就可以吸收99％的光子。CdTe還具穩定的化學性質，優異的抗輻照性能，良好的弱光性能等，因此成為了制備太陽能電池的理想材料。

盡管如此，當前由Solar cell efficiency tables(version 49)收錄的小面積CdTe太陽能電池的最高效率僅有22.1％，與其理論最高轉換效率28％還具有較大的差距。其中面臨的主要問題是：1)CdTe是一種高功函數(約5.5eV)的P型半導體材料，一般金屬與其難以形成低勢壘的背接觸；2)CdTe的載流子較低，通常在10¹⁴cm^-3左右。這些因素都極大程度限制了電池開路電壓的提升，進而限制了轉化效率的進一步提升。

SnTe是一種IV-VI族窄禁帶半導體材料，禁帶寬度約為0.18eV。SnTe具有優異的電學性能——高的載流子濃度，高的空穴遷移率以及極低的電阻率。浙江大學物理系吳惠楨課題組擁有MBE生長技術，并且長期致力于II-VI族以及IV-VI半導體研究工作。吳惠楨課題組運用MBE生長技術獲得了CdTe/SnTe異質結結構，通過XPS分析得出了在CdTe/SnTe異質結界面，SnTe的價帶高度比CdTe高了0.76eV。這種能帶結構十分有利于空穴從CdTe向SnTe一側移動。而SnTe本身又十分容易和金屬形成歐姆接觸。因此在CdTe薄膜太陽能電池背電極處，于CdTe和金屬之間插入一層SnTe緩沖層，可以有效的解決由于CdTe過高的功函數而產生的與金屬之間存在過高的背接觸勢壘的問題。

本申請擬采用在CdTe薄膜太陽能電池背電極中引入基于SnTe緩沖層的結構，來克服現有CdTe薄膜太陽能電池制備技術中存在的不足，以使電池獲得更高的開路電壓和轉換效率。

發明內容