[發明專利]一種碲化鎘薄膜太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 202010166441.4
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111341859B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 楊德仁;胡安紅;周潔;吳選之
• 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: H01L31/0296
• 分類號: H01L31/0296;H01L31/073;H01L31/18
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張雪嬌

本發明提供了一種碲化鎘薄膜太陽能電池，包括依次設置的襯底層、透明導電氧化物薄膜層、高阻緩沖層、電池窗口層、電池層、背接觸層與背電極；所述電池窗口層包括摻氧的CdSe層；所述摻氧的CdSe層中氧原子的含量為氧原子與Se原子總含量的0.1％～75％。與現有技術相比，本發明提供的碲化鎘薄膜太陽能電池的窗口層包含摻氧的CdSe層，既提高了窗口層的均勻性，并通過摻氧提高了太陽能電池的電池效率。

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，尤其涉及一種碲化鎘薄膜太陽能電池及其制備方法。

背景技術

碲化鎘薄膜(CdTe)太陽能電池具有發電效率高、制造成本低、應用廣泛且對環境的影響小的優點，是未來發展前景好的太陽能電池技術之一。在傳統的碲化鎘薄膜太陽能電池工藝中，采用硫化鎘(CdS)作為窗口層材料。但由于CdS的光學帶隙在2.4eV附近，對太陽光的短波段(300～600nm)有明顯的吸收，造成短波吸收損失，從而限制了太陽能電池短路電流(Jsc)的提高，并進一步影響電池發電效率。

美國Toledo大學的Yan Yanfa研究團隊最早采用硒化鎘(CdSe)薄膜替代CdS作為電池的窗口層材料，發現CdSe能夠與CdTe互擴散形成CdSeTe合金，同時改善了電池的短波響應和長波響應，電池的短路電流(Jsc)大幅提升。但實驗同時發現，采用CdSe窗口層的電池開路電壓(Voc)和填充因子(FF)明顯降低，電池的整體發電效率(Eff.)沒有改善。對CdSe窗口層電池的進一步研究結果表明，CdSe擴散及分布存在不均勻性，以及CdSe窗口層對沉積在其上的CdTe薄膜質量存在影響。這一問題目前尚未得到很好的解決，因此CdSe窗口層在碲化鎘薄膜電池的產業化工藝中未能得到好的應用。

與CdSe窗口層材料相似，CdS窗口層材料一開始也存在擴散和分布不均勻性的問題。龍焱能源科技(杭州)有限公司的吳選之團隊采用摻氧的CdS(CdS：O)工藝改善了CdS的非均勻擴散和消耗。四川大學借鑒了CdS:O工藝，采用脈沖激光沉積法(PLD)初步嘗試了CdSe:O窗口層材料的制備和應用；實驗結果表明CdSe:O能夠相對改善電池Voc，FF和Jsc，但是整體電池效率偏低(＜9％，與目前正常的13％～15％左右的電池效率相比表現異常)；PLD沉積法不適合制備高效率碲化鎘薄膜太陽能電池，而且PLD設備昂貴、實驗的樣品尺寸小，不適合大規模產業化生產。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種碲化鎘薄膜太陽能電池及其制備方法，該碲化鎘薄膜太陽能電池效率較高且制備方法簡單。

本發明提供了一種碲化鎘薄膜太陽能電池，包括依次設置的襯底層、透明導電氧化物薄膜層、高阻緩沖層、電池窗口層、電池層、背接觸層與背電極；

所述電池窗口層包括摻氧的CdSe層；

所述摻氧的CdSe層中氧原子的含量為氧原子與Se原子總含量的0.1％～75％。

優選的，所述摻氧的CdSe層的厚度為10～400nm。

優選的，所述電池窗口層還包括CdS層和/或摻氧的CdS層；所述摻氧的CdS層中氧原子的含量為氧原子與S原子總含量的0.1％～75％。

優選的，所述摻氧的CdSe層與電池層相接觸。

優選的，所述CdS層和/或摻氧的CdS層的厚度為1～100nm；所述摻氧的CdSe層的厚度為10～400nm。

優選的，所述襯底層選自鈉鈣玻璃層或硼硅玻璃層；

所述透明導電氧化物薄膜層選自摻F-氧化錫層、摻In-氧化鋅層、摻Al-氧化鋅層、摻Ga-氧化鋅層與摻Cd-氧化鋅層中的一種或多種；

所述高阻緩沖層選自氧化錫層、氧化鋅層、摻Zn-氧化錫層、摻Mg-氧化鋅層、摻F-氧化錫層與摻Cd-氧化錫層中的一種或多種；