CN101950769B - 一种CdTe薄膜太阳能电池背电极的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的是一种CdTe薄膜太阳能电池欧姆接触背电极的制造方法，属于无机非金属材料器件制造工艺领域。该背电极为CuxO/Cu复合电极，电极结构如图所示；电极制备方法是：采用磁控溅射仪在CdTe薄膜上溅射电极，溅射靶材为高纯Cu电极；溅射时先通入氩气和氧气的混合气体，采用直流磁控法溅射Cu靶从而在CdTe薄膜表面形成CuxO电极；溅射一定时间后关闭氧气气源，继续溅射，从而形成CuxO/Cu复合电极；CuxO/Cu复合电极制备后，将薄膜真空高温退火。采用该复合电极及电极制备方法可以使CdTe薄膜太阳能电池的效率得到提高，促进其应用。

Description

一种CdTe薄膜太阳能电池背电极的制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种CdTe薄膜太阳能电池欧姆接触背电极的制造方法，属于太阳能电池制造工艺技术领域。
背景技术
由于化石能源的日渐枯竭及化石燃料引起的污染问题，许多国家都加大了对新能源技术发展的支持强度。太阳能电池作为新能源中最有潜力的一种近年来得到了得到飞速的发展。为了提高太阳能电池相对于化石能源的竞争力，成本低、大面积、高效率的薄膜太阳电池成为太阳能光伏电池的发展方向。目前所有薄膜太阳能电池中碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池是最重要发展最快的一种。2009年全球CdTe薄膜太阳能电池的产量达到近1.1GW，占到全球太阳能电池总产量的12％左右。CdTe薄膜太阳能电池的理论效率高达28％，目前实验室中CdTe薄膜电池的最高效率达到16.5％，实际生产中效率超过10％。碲化镉电池效率的进一步提高依赖于透明导电电极性能、电池材料性能、背电极接触性能及电池结构等的改进，其中背电极接触性能是CdTe薄膜电池效率提高的主要瓶颈之一。由于CdTe材料的电阻率大、掺杂困难、功函数高，要降低电极与CdTe的接触势垒，实现欧姆接触，需要选用功函数很高的金属作为电极，而高功函数的金属一般为贵金属和稀有金属如金、铂金等，因成本问题这些电极材料很难应用于实际的电池生产中。因此寻找合适的电极材料和电极制备工艺，实现电极与CdTe的良好接触性能，是提高CdTe薄膜电池效率急需解决的问题。本发明就是提供了一种CdTe薄膜太阳能电池欧姆接触背电极的制造方法，有利于促进CdTe薄膜电池性能的提高。
发明内容
本发明的目的是在CdTe薄膜表面制备CuxO/Cu复合电极，该复合电极与CdTe薄膜可实现较好的欧姆接触，为提高薄膜太阳能电池的效率提供一种方法。
本发明的主要特征在于通过本方法获得的CuxO/Cu复合电极与CdTe薄膜的接触电阻低，电极制备工艺简单，成本低且随时间增加电极接触性能衰减小。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案及步骤：
一、CuxO/Cu复合电极的制备
将已制备好的玻璃/透明电极/CdS/CdTe电池结构放入磁控溅射仪的样品台上，在CdTe一侧溅射电极。溅射靶材为高纯铜(Cu)电极；先用真空泵对溅射室抽真空至5～20Pa，然后用分子泵对反应室抽真空至10-3Pa以下；通入氩气和氧气的混合气体，氩气和氧气流量比为50/1～1/10；然后采用直流磁控法溅射Cu靶从而在CdTe薄膜表面形成CuxO电极，溅射功率10～500W，溅射气压0.1～10Pa；溅射10～60分钟后关闭氧气气源，继续溅射5～60分钟，从而形成CuxO/Cu复合电极，电极结构如图1所示。
二、CuxO/Cu复合电极的热处理
CuxO/Cu复合电极制备后，将薄膜放入真空退火设备中进行高温退火或直接在磁控溅射仪中真空原位退火，退火温度300～600℃，退火时间10～360分钟，得到的CuxO/Cu复合电极即为CdTe薄膜太阳能电池背电极。
本发明同现有技术相比，具有如下显著优点：
(1)本发明的CuxO/Cu复合电极与CdTe薄膜接触电阻小，接触性能好。与金电极、铜/金复合电极、镍电极、ZnTe：Cu电极等相比，CuxO/Cu复合电极与CdTe薄膜接触电阻降低10～500％。
(2)本发明的CuxO/Cu复合电极可以有效的提高电池的填充因子、短路电流和开路电压，尤其是对电池填充因子改善很明显。
(3)本发明的CuxO/Cu复合电极工艺简单且成本低。相对于高功函数的贵金属及其它复合电极，Cu电极具有成本优势，有利于低成本高效率电池的制备。
附图说明
图1为本发明的CuxO/Cu复合电极太阳能电池基本结构示意图
具体实施方式
现将本发明的实例具体叙述于后。
实施例1
一、CuxO/Cu复合电极的制备
将已制备好的玻璃/透明电极/CdS/CdTe电池结构放入磁控溅射仪的样品台上，溅射靶材为高纯铜(Cu)电极(纯度99.999％)；先用真空泵对溅射室抽真空至15Pa，然后用分子泵对反应室抽真空至7×10-4Pa；通入氩气和氧气的混合气体，氩气和氧气流量比为2∶1，溅射气压为0.5Pa，直流溅射功率100W，溅射时间20分钟；关闭氧气气源，保持溅射气压0.5Pa，直流溅射功率100W，再溅射10分钟。
二、CuxO/Cu复合电极的热处理
CuxO/Cu复合电极制备后，将薄膜在磁控溅射仪中原位真空退火：关闭磁控溅射氩气气源，抽真空至7×10-4Pa，加热薄膜衬底温度至350℃，保持30分钟，然后将温至室温。
通过对以上制备的CuxO/Cu复合电极及电池性能进行测试，结果表明采用CuxO/Cu复合电极的电池，相比金电极、镍/铜电极电池(电池制备方法和工艺条件相同)，填充因子分别提高11％和16％，短路电流提高5％和8％，开路电压提高2％和4％。

Claims (1)

1.一种CdTe薄膜太阳能电池背电极的制备方法，其特征在于该方法具有以下工艺步骤：
a.采用溅射法在CdTe薄膜表面溅射电极，溅射靶材为高纯铜电极；先用真空泵对溅射室抽真空至5～20Pa，然后用分子泵对反应室抽真空至10-3Pa以下；通入氩气和氧气的混合气体，氩气和氧气流量比为50/1～1/10；然后采用直流磁控法溅射Cu靶从而在CdTe薄膜表面形成CuxO电极，溅射功率10～500W，溅射气压0.1～10Pa；溅射10～60分钟后关闭氧气气源，继续溅射5～60分钟，从而形成CuxO/Cu复合电极；
b.CuxO/Cu复合电极制备后，将薄膜放入真空退火设备中进行高温退火或直接在磁控溅射仪中真空原位退火，退火温度300～600℃，退火时间10～360分钟。
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