CN101807622A - 一种制备碲化镉薄膜太阳电池组件的方法 - Google Patents

一种制备碲化镉薄膜太阳电池组件的方法 Download PDF

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冯良桓
雷智
蔡亚平
武莉莉
李卫
黎兵
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Abstract

碲化镉薄膜太阳电池组件，属于新能源材料与器件领域。本发明首先在未经激光刻划的透明导电薄膜玻璃上，沉积硫化镉薄膜、碲化镉薄膜，获得“玻璃/透明导电薄膜/硫化镉/碲化镉”结构，对其进行热处理，然后进行激光刻划，刻掉“透明导电薄膜/硫化镉/碲化镉”，然后进行化学腐蚀，然后在“透明导电薄膜/硫化镉/碲化镉”刻线位置填注低温固化聚酰亚胺，然后沉积背接触层并进行后处理，然后使用激光刻划掉在“透明导电薄膜/硫化镉/碲化镉”刻痕附近刻划掉“硫化镉/碲化镉/背接触层”，沉积金属背电极层，然后使用激光刻划掉“透明导电薄膜/硫化镉/碲化镉”刻痕和“硫化镉/碲化镉/背接触层”刻痕附近的“硫化镉/碲化镉/背接触层/金属背电极”，获得串联集成的碲化镉薄膜太阳电池组件。该方法保证了全干法制备碲化镉薄膜太阳电池组件的工艺中，沉积硫化镉、碲化镉薄膜时可获得质量均匀一致的薄膜，保证了后续含氯化镉气氛中热处理均匀性，同时又不影响单元电池的形成及其串联集成的实现，从而提高了组件的转换效率。

Description

一种制备碲化镉薄膜太阳电池组件的方法
一、所属技术领域
本发明属于新能源材料与器件领域。
二、背景技术
传统化石能源开采、使用带来了极大的环境问题，其资源的不可再生性不能保证人类文明可持续发展。现在，发展清洁可再生能源成为了世界各国的共同目标。
各种清洁能源中，太阳能不受地域制约，其可使用时间仅仅受太阳发光寿命的限制，是最有前景的。使用太阳电池进行光伏发电是批量规模使用太阳能的最为有效的途径。但是，由于光伏发电成本高，迄今未能大规模使用。
提高太阳电池组件的转换效率，降低其制备成本，可有效降低光伏发电的成本。但是，目前占据光伏市场主体地位的体硅太阳电池，成本降低空间有限。因为从石英砂到适合制备体硅太阳电池的高纯材料，使用成本高昂的高耗能工艺，寿命周期内考察，硅太阳电池的能量回收时间长达3～5年以上。而且，体硅太阳电池只能做成刚性衬底的组件，质量比功率不到100瓦/公斤，不能充分满足建筑物集成应用、便携式电源的需求。很多研究小组指出，成本可以做到低于0.5美元/瓦的只有薄膜太阳电池。
在目前已经商业化或者正在商业化的薄膜太阳电池中，碲化镉薄膜太阳电池的成本是最低的，为1.12美元/瓦(美国First Solar Inc数据)。寿命周期考察能量回收时间仅1年左右。但为了显著降低碲化镉薄膜太阳电池发电的成本，还需要进一步降低组件的生产成本、提高转换效率，达到0.5美元/瓦或更低。
常规碲化镉薄膜太阳电池组件的制备工艺中，通常是先将透明导电薄膜玻璃上的透明导电薄膜用激光刻划成1cm宽的并列长条，长条和长条之间的绝缘电阻在2兆欧以上，然后依次沉积CdS、CdTe薄膜和金属背电极，期间使用激光在透明导电薄膜刻痕的位置附近刻划CdS/CdTe薄膜和金属背电极，实现组件串联集成。这种工艺中，衬底上存在刻划掉透明导电薄膜和没有刻划掉透明导电薄膜的两种区域。对于连续生产的全干法制备工艺而言，这两种区域的粗糙度不同，CdS和CdTe在其上形核生长所需的激活能也不同。因此，适合“玻璃/透明导电不薄膜”未刻划区域生长高质量CdS、CdTe薄膜的干法沉积工艺，在刻划掉透明导薄膜的“玻璃”刻痕区域难以生长同样质量的CdS、CdTe薄膜。而刻划区域和非刻划区域制备的薄膜质量的差异，也影响了后续的含氧气氛下CdCl2热处理工艺的优化。
三、发明内容
本发明的目的：就是设计一种制备碲化镉薄膜太阳电池组件的方法，该方法可以保证全干法制备碲化镉薄膜太阳电池组件的工艺中，沉积CdS、CdTe薄膜时可获得质量均匀一致的薄膜，同时又不影响单元电池的形成及其串联集成的实现，从而提高了组件的转换效率。
发明的内容为：
一种制备碲化镉薄膜太阳电池组件的方法，该方法的细节为：
在透明导电薄膜玻璃(TCO)上沉积CdS薄膜获得“glass/TCO/CdS”；
然后在“glass/TCO/CdS”上沉积碲化镉薄膜获得“glass/TCO/CdS/CdTe”；
对“glass/TCO/CdS/CdTe”进行含CdCl2气氛下的热处理；
然后使用激光刻划热处理后的“glass/TCO/CdS/CdTe”，刻划掉TCO/CdS/CdTe，刻痕宽度50～200微米，将整块“glass/TCO/CdS/CdTe”分割成宽度～1cm的并列长条，刻痕两侧绝缘电阻大于两兆欧；
然后对使用激光刻划了TCO/CdS/CdTe的样品，进行化学腐蚀使碲化镉表面富碲；
然后使用喷墨印刷技术在“glass/TCO/CdS/CdTe”上的刻划掉TCO/CdS/CdTe的刻痕上填注低温固化胶；
然后沉积背接触层；
然后进行背接触层后处理，温度150～250℃；
然后使用激光在“TCO/CdS/CdTe”刻痕附近刻划掉“CdS/CdTe/背接触层”；
然后沉积金属背电极层；
然后使用激光刻划掉“TCO/CdS/CdTe”刻痕和“CdS/CdTe/背接触层”刻痕附近的“CdS/CdTe/背接触层/金属背电极”。
从而获得实现了串联集成的碲化镉薄膜太阳电池组件。
和常规的碲化镉薄膜太阳电池组件的制备方法相比，该发明的关键在于将TCO层的激光刻划分割工艺步骤放在沉积了CdS薄膜和CdTe薄膜的步骤之后，保证了在物理干法沉积CdS薄膜和碲化镉薄膜时整块衬底是均匀一致的表面，因而获得可以获得整体均匀一致的薄膜。该发明的另一关键在于以低温固化胶“TCO/CdS/CdTe”刻痕，与背接触层的后处理工艺有机结合实现低温固化胶的固化。这避免了相邻单元电池的金属背电极与透明导电薄膜前电极的可能接触而引起的短路，保证了组件串联集成结构的高效实现。可以调节低温固化胶的稠度，控制注入工艺，保证注入低温固化胶填入刻痕又不对刻痕附近膜面造成面积较大的覆盖。
四、具体实施方式
实施例：
1、在1mm～4mm厚的透明导电薄膜玻璃(TCO)上沉积CdS薄膜获得“glass/TCO/CdS”，该透明导电薄膜可以是SnO2:F、SnO2:Sb、ZnO:Al、ITO。沉积CdS的方法是物理干法，可以是近空间升华、溅射、真空蒸发。然后在“glass/TCO/CdS”上沉积碲化镉薄膜获得“glass/TCO/CdS/CdTe”，沉积CdTe的方法是物理干法，可以是近空间升华、溅射、真空蒸发。然后使用激光刻划“glass/TCO/CdS/CdTe”，刻划掉TCO/CdS/CdTe，所使用激光为YAG激光，波长1064nm，刻痕宽度50～200微米。将整块“glass/TCO/CdS/CdTe”分割成宽度～1cm的并列长条，刻痕两侧绝缘电阻大于两兆欧。然后对使用激光刻划了TCO/CdS/CdTe的样品，进行含CdCl2气氛下的热处理。然后进行化学腐蚀使碲化镉表面富碲，化学腐蚀溶液可以是硝酸磷酸混合液、乙酸硝酸混合液。然后使用喷墨印刷技术在“glass/TCO/CdS/CdTe”上刻划掉TCO/CdS/CdTe的刻痕上填注低温固化胶，该胶可以是聚酰亚胺、环氧树脂。然后沉积背接触层，背接触层可以是ZnTe:Cu、CuXTe、掺铜石墨膏、Sb2Te3。然后进行背接触层后处理，温度150～250℃。然后使用激光在“TCO/CdS/CdTe”刻痕附近刻划掉“CdS/CdTe/背接触层”，所使用激光为倍频YAG激光，波长532nm，刻痕宽度50～200微米。然后沉积金属背电极层，金属材料可以是Ni、W、Ti、Au、Cu，沉积技术可以是溅射、真空蒸发、电子束蒸发。然后使用激光刻划掉“TCO/CdS/CdTe”刻痕和“CdS/CdTe/背接触层”刻痕附近的“CdS/CdTe/背接触层/金属背电极”，所使用激光为倍频YAG激光，波长532nm，刻痕宽度50～200微米。

Claims (2)

1.一种制备碲化镉薄膜太阳电池组件的方法：其特征是首先在透明导电薄膜玻璃(TCO)上沉积CdS薄膜获得“glass/TCO/CdS”，然后在“glass/TCO/CdS”上沉积碲化镉薄膜获得“glass/TCO/CdS/CdTe”，然后对“glass/TCO/CdS/CdTe”进行含CdCl2气氛下的热处理，然后使用激光刻划热处理后的“glass/TCO/CdS/CdTe”，刻划掉“TCO/CdS/CdTe”，然后进行化学腐蚀使碲化镉表面富碲，然后在“glass/TCO/CdS/CdTe”上的刻划掉TCO/CdS/CdTe的刻痕上填注低温固化胶，然后沉积背接触层，然后进行背接触层热处理，然后使用激光在“TCO/CdS/CdTe”刻痕附近刻划掉“CdS/CdTe/背接触层”然后沉积金属背电极层，然后使用激光刻划掉“TCO/CdS/CdTe”刻痕和“CdS/CdTe/背接触层”刻痕附近的“CdS/CdTe/背接触层/金属背电极”。
2.如权利要求1所述的制备碲化镉薄膜太阳电池组件的方法，其特征是填注的低温固化胶为低温聚酰亚胺或环氧树脂。
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