[發(fā)明專利]一種硒化鎘／晶硅串聯(lián)集成太陽(yáng)能電池及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210746781.3
• 申請(qǐng)日: 2022-06-28
• 公開（公告）號(hào): CN115188838A
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐江;李康華;陳超;薛家有;楊許可;盧岳;包曉慶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/0224
• 分類號(hào): H01L31/0224;C23C14/06;C23C14/08;C23C14/24;C23C14/35;H01L31/0725;H01L31/18
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒

本發(fā)明屬于太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，公開了一種硒化鎘/晶硅串聯(lián)集成太陽(yáng)能電池及其制備方法，該串聯(lián)集成太陽(yáng)能電池包括硒化鎘太陽(yáng)能電池頂電池和晶硅太陽(yáng)能電池底電池，頂電池和底電池通過中間隧穿層串聯(lián)連接；該中間隧穿層為低功函的透明導(dǎo)電氧化物層(TCO)，厚度不超過100nm。本發(fā)明通過利用中間隧穿層將硒化鎘頂電池和晶硅底電池串聯(lián)集成，相應(yīng)得到的串聯(lián)集成太陽(yáng)能電池理論光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)～45％，能夠更高效的利用太陽(yáng)光譜，減少能量損失。并且，本發(fā)明中的串聯(lián)集成太陽(yáng)能電池能夠兼容現(xiàn)有成熟的技術(shù)工藝，發(fā)電成本低，有利于生產(chǎn)技術(shù)的推廣應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，更具體地，涉及一種硒化鎘/晶硅串聯(lián)集成太陽(yáng)能電池及其制備方法。

背景技術(shù)

光伏發(fā)電是目前應(yīng)用最廣泛的可再生能源之一，是實(shí)現(xiàn)我國(guó)“碳中和”目標(biāo)的有效途徑之一。目前，晶硅太陽(yáng)能電池占據(jù)了超過90％的光伏市場(chǎng)，然而其成本仍然高于傳統(tǒng)火力發(fā)電。提高晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率是進(jìn)一步降低光伏發(fā)電成本的最有潛力的途徑。通過利用寬帶隙的光伏電池與晶硅實(shí)現(xiàn)集成化，能夠更高效的利用太陽(yáng)光譜，減少能量損失。研究表明，雙結(jié)硅基串聯(lián)集成電池中，寬帶隙頂電池材料的最佳禁帶寬度～1.7eV，理論上可實(shí)現(xiàn)～45％的光電轉(zhuǎn)換效率。

硒化鎘(CdSe)的禁帶寬度為1.74eV，并且具有優(yōu)異的光電性質(zhì)，如高吸收系數(shù)(10⁴cm^-1)和高遷移率(～500cm² V^-1s^-1)，與晶硅串聯(lián)集成能夠?qū)崿F(xiàn)～45％的理論光電轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)，硒化鎘的化學(xué)組成簡(jiǎn)單，其制備工藝能夠與商用碲化鎘太陽(yáng)能電池，能夠在商用的同質(zhì)結(jié)晶硅太陽(yáng)能底電池上制備，具有低成本制備優(yōu)勢(shì)，對(duì)于技術(shù)推廣具有優(yōu)勢(shì)。然而，當(dāng)前僅有硒化鎘和晶硅單結(jié)太陽(yáng)能電池的報(bào)道，尚未有硒化鎘/晶硅串聯(lián)集成的研究報(bào)道。

以現(xiàn)有技術(shù)中國(guó)專利CN106409961A為例，它所公開的n-Si/CdSSe疊層太陽(yáng)電池雖然能夠在一定程度上提升太陽(yáng)光的整體利用效率，但它所使用的CdSSe材料其禁帶寬度偏離了最佳的1.7eV，其電池與晶硅電池構(gòu)成的疊層太陽(yáng)能電池不匹配，導(dǎo)致輸出電流損失嚴(yán)重，理論轉(zhuǎn)換效率45％。同時(shí)，CdSSe為三元化合物，采用的是CdS后硒化或者是雙源共蒸發(fā)技術(shù)，其制備工藝復(fù)雜，且需要精細(xì)平衡S和Se的組分，才能實(shí)現(xiàn)期望禁帶寬度的CdSSe材料。這樣復(fù)雜的技術(shù)工藝大大增加了制備難度和生產(chǎn)成本，仍存在較大的改進(jìn)空間。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種硒化鎘/晶硅串聯(lián)集成太陽(yáng)能電池及其制備方法，通過利用中間隧穿層將硒化鎘頂電池和晶硅底電池串聯(lián)集成，相應(yīng)得到的串聯(lián)集成太陽(yáng)能電池理論光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)～45％，能夠更高效的利用太陽(yáng)光譜，減少能量損失；同時(shí)，本發(fā)明中的硒化鎘化學(xué)組分簡(jiǎn)單，易于制備，使得本發(fā)明中的串聯(lián)集成太陽(yáng)能電池能夠兼容現(xiàn)有成熟的技術(shù)工藝，發(fā)電成本低，有利于生產(chǎn)技術(shù)的推廣應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種硒化鎘/晶硅串聯(lián)集成太陽(yáng)能電池，其特征在于，包括硒化鎘太陽(yáng)能電池頂電池和晶硅太陽(yáng)能電池底電池，所述硒化鎘太陽(yáng)能電池頂電池和所述晶硅太陽(yáng)能電池底電池通過中間隧穿層串聯(lián)連接；該中間隧穿層為功函數(shù)滿足4.2eV-4.6eV的低功函透明導(dǎo)電氧化物層(TCO)，并且透明導(dǎo)電氧化物層(TCO)的耐受溫度400℃，厚度不超過100nm。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述晶硅太陽(yáng)能電池底電池為單晶硅太陽(yáng)能電池或多晶硅太陽(yáng)能電池，由n型硅吸收層和p型硅傳輸層構(gòu)成。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述透明導(dǎo)電氧化物層具體為錫摻雜的氧化銦(ITO)或鎢摻雜的氧化銦(IWO)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述硒化鎘太陽(yáng)能電池頂電池從上至下依次包括窗口層、p型傳輸層、硒化鎘吸收層；