CN101222000A

CN101222000A - 双层石墨导电膏作为CdTe电池的背电极过渡层结构

Info

Publication number: CN101222000A
Application number: CNA2008100451284A
Authority: CN
Inventors: 雷智; 冯良桓; 张静全; 蔡亚平; 李卫; 黎兵; 武莉莉; 郑家贵
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2008-01-07
Filing date: 2008-01-07
Publication date: 2008-07-16

Abstract

双层石墨导电膏作为CdTe电池的背电极过渡层结构，本项发明所属域为太阳电池。为了解决CdTe薄膜与背电极金属层有良好的欧姆接触，需要在CdTe与背电极金属材料之间加入一层过渡层薄膜。本发明主要是采用对石墨粉添加Te粉和添加Te粉、Cu粉，配成两种不同成份的石墨导电膏，在CdTe表面涂敷第一层石墨粉添加Te粉的石墨导电膏，再涂敷第二层石墨封添加Te粉、Cu粉的导电膏。通过添加Te、Cu金属，改善了石墨导电膏中p型载流子传输特性，显著提高CdTe电池的填充因子，使得CdTe电池的转换效率达到较高水平。采用二层涂敷层，可以有效避免在高温固化中，由于Cu原子扩散作用，给CdTe电池结特性造成的破坏作用。

Description

双层石墨导电膏作为CdTe电池的背电极过渡层结构

一所属技术领域

本项发明所属领域为太阳能电池。

二背景技术

全球范围的能源危机，促使各个国家投入巨大人力、物力开发新型可再生能源。光伏电池能够直接将太阳能转化为电能，而受到人们的特别重视。为了大幅度降低太阳电池的成本，新一代太阳电池的发展方向是以CdTe、铜铟硒为代表的薄膜太阳电池。CdTe是II-VI族化合物半导体材料，CdTe的电子亲和势为4.28eV，功函数一般在～5.5eV以上，比通常可用作背电极的金、铝、铜、镍等金属的功函数高。按照p型半导体与金属接触理论，如果希望获得欧姆接触，则金属功函数必须比半导体功函数大。常用的金属背电极材料为Au、Ag、Cu、Al、Ni等，这些金属材料的功函数都小于5eV，不能够与CdTe电池形成良好欧姆接触。另外，CdTe半导体材料与多数II-VI族化合物一样，呈现自补偿效应，常规技术难以实现重掺杂。因此，要获得CdTe电池与金属背电极之间的良好欧姆接触，是CdTe基太阳电池研究中的难点之一。

在CdTe和金属背电极之间采取加入过渡层的方法，是减小CdTe与金属接触势垒，获得欧姆接触的有效方法。对过渡层材料的要求为：1)价带顶位置低于或者与CdTe的价带顶基本在同一位置，使得半导体与金属的接触界面区域不出现阻碍空穴向背电极输运的价带尖峰；2)能够实现重掺杂。

P.W.Meyers首先使用重掺杂P-ZnTe作为CdTe基层和金属电极间的过度层。此后，一些研究者，使用不同的方法，如蒸发法、溅射法、电化学沉积法等对多晶ZnTe薄膜的制备进行了研究。R.G.Born等人研究了溅射法制备的ZnTe薄膜，实现了用Cu和N掺杂，使之成为P型半导体。T.A.Gerssert等人用溅射法制备了掺Cu的ZnTe薄膜，研究了电导率与衬底温度的关系，发现衬底温度高于260℃左右时，电导率大幅度地降低。L.Feng等人研究了共蒸发法制备的Cu掺杂ZnTe多晶薄膜，发现随温度增加，薄膜存在反常电导温度关系，即1nσ-1000/T曲线存在与常规半导体不同的负温度系数区域，电导率极值对应的温度与铜浓度有关。但是反常电导行为的内在成因尚不清楚。

上述背接触过渡层：首先，是在真空条件下完成，这个过程需要投资较大的真空设备；其次，需要高纯的半导体化合物材料，使得CdTe太阳电池的成本大幅上升。

另外一种加入背接触过渡层的方法是，将HgTe、CuTe等化合物半导体粉混入石墨膏中，通过涂敷方法加在CdTe表面，然后再蒸发沉积金属Ni背电极，也获得较高CdTe电池转换效率。这种方法的不足之处是需要高纯化合物半导体HgTe或CuTe粉。生产HgTe粉有一定危险性，Hg对生产环境有特别高的要求，对人员危害很大。CuTe的稳定性差，容易导致铜元素向CdS层扩散，破坏CdTe电池的pn结特性。HgTe和CuTe的成本较高，难以满足太阳电池的低成本要求。

三发明内容

本发明的目的，是寻找一种新的CdTe太阳电池背电极过渡层结构，使得CdTe层与后面的金属电极具有良好的欧姆接触特性，提高CdTe电池转换效率，降低CdTe电池成本。

本发明是采用成本较低的单质碲(Te)和高纯铜(Cu)粉按比例与石墨粉混合均匀，配成两种不同的石墨导电膏。一种是石墨粉加Te粉；另一种是石墨粉加Te粉和Cu粉。两种配比的粉混合均匀后，分别用丙二醇调和均匀，作为过渡层涂敷材料。

本发明的显著特点是：1)在大气环境中进行背接触过渡层涂敷方式，减少真空系统，降低工艺对设备要求；2)采用石墨粉掺Te和石墨粉掺Te、Cu的双层结构，避免在高温固化过程中，由于Cu扩散而破坏CdTe电池的结特性；3)采用单质半导体材料Te和金属Cu粉，而不是半导体化合物，降低原料成本。

采用该方法可以大幅度提高CdTe电池的填充因子(FF)和转换效率(η)。表1是在同一块CdTe电池上，1/2作无背接触层电池，1/2作双层石墨导电膏背接触过渡层太阳电池。从表中可以看出，添加双层石墨导电膏作为CdTe电池的背接触过渡层后，开路电压提高了43％，短路电流提高15.6％，填充因子提高60％，转换效率由3.82％提高到10.17％。

	Voc(V)	Jsc(A/cm²)	η	FF
	Voc(V)	Jsc(A/cm²)	η	FF	无掺杂石墨浆	0.5198	0.0183	0.0382	0.4023
有掺杂石墨浆	0.7449	0.0212	0.1217	0.6443	无掺杂石墨浆	0.5198	0.0183	0.0382	0.4023

表1对同一块CdTe电池作有无石墨导电膏背接触层的对比

四具体实施方式

实施例：首先对CdTe电池表面进行腐蚀，腐蚀液配方为H₃PO₄+H₂O+HNO₃(100∶40∶1.25)。腐蚀时间30秒，去离子水清洗，氮气吹干。在高纯石墨粉中添加高纯Te粉，Te粉在石墨粉中的重量百分比为3～9％，用丙二醇调成糊。在高纯石墨粉中添加高纯Te粉和Cu粉，Te粉和Cu粉分别占石墨粉体重量的3～9％与0.3～1.8％。用丙二醇调成糊状。

CdTe表面经过腐蚀吹干后，首先涂敷一层石墨添加碲粉导电膏，厚度0.5～3μm；然后，再涂敷一层墨导粉添加碲粉与铜粉，厚度0.5～3μm，形成碳粉添加Te粉和碳粉添加Te、Cu粉的双层结构。涂敷完石墨导电膏的样品需放入惰性气氛中高温固化。惰性气氛可以是氮气、氩气和氦气之一种，或三种气体的混合气体。固化温度200℃～310℃，固化时间25～45分钟。样品自然冷却至室温，镀Ni电极。

经过本方法制备的CdTe电池背接触过渡层，能够在CdTe层与Ni层之间获得良好的欧姆接触特性：很好的解决Cu离子扩散破坏CdTe电池结特性问题，改善电池二极管效应；显著提高CdTe电池的填充因子，可以获得12％转换效率的CdTe电池，达到提高CdTe电池转换效率的目的。同时，由于本发明的方法，不需要在真空条件下实施背接触层的沉积，减少设备投资，降低了CdTe电池的生产成本。

Claims

1.双层石墨导电膏作为CdTe电池的背电极过渡层结构，包括：

在纯石墨粉中添加Te粉，添加Te粉和Cu粉，用丙二醇调配成两种不同成分石墨导电膏；

对CdTe表面分两次涂敷石墨导电膏；

对涂敷石墨导电膏后的CdTe样品，在惰性气氛中高温固化；

最后蒸发沉积金属Ni。

2.如权利要求1所述的结构，其中在石墨粉中添加Te粉的比例为3～9％重量百分比。

3.如权利要求1所述的结构，其中在石墨粉中添加Te粉和Cu粉的比例为，Te粉3～9％重量百分比，Cu粉0.3～1.8％重量百分比。

4.如权利要求1所述的结构，其中在CdTe表面首先涂敷石墨粉加Te粉导电膏，然后再涂敷石墨粉加Te粉、Cu粉导电膏。