CN102386244B - 一种CdTe电池过渡层及其制备方法及CdTe电池 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化合物太阳能电池技术领域，具体公开了一种CdTe太阳能电池过渡层。其包括ZnTe层和Cu层交替堆积的多层结构；多层结构中与CdTe层接触的为第一层，第一层为ZnTe层；多层结构中ZnTe层的厚度范围为10～40nm，多层结构中Cu层的厚度为1～10nm；多层结构的总厚度为25～120nm。本发明还公开了该CdTe电池过渡层的其制备方法及使用该过渡层的CdTe电池。本发明所提供的CdTe电池的过渡层，可以有效抑制Cu原子扩散所带来的电池性能衰减的问题，电池性能稳定。并且过渡层的制备方法简单，可以大规模流水线生产。并且条件参数易于控制。
Description
技术领域
本发明属于化合物太阳能电池技术领域，尤其涉及一种CdTe电池过渡层及其制备方法及CdTe电池。
背景技术
CdTe是一种化合物半导体，其能隙宽度最适合于光电能量转换。用这种半导体做成的太阳电池是一种将光能直接转变为电能的器件，有很高的理论转换效率。碲化镉容易沉积成大面积的薄膜，沉积速率也高。因此，相比于硅太阳能电池，碲化镉薄膜太阳电池的制造成本低，是应用前景广阔的新型太阳电池。
如图1所示，CdTe太阳能电池的一般结构为：从上到下依次为玻璃衬底1`、透明导电膜2`、n-CdS层3`、p-CdTe层4`、过渡层5`以及背电极6`。由于CdTe的功函数较高(5.5eV)，过渡层可以改善CdTe与背电极的欧姆接触，从而极大的提高了CdTe太阳能电池的性能。
过渡层一般采用ZnTe:Cu过渡层。即Cu掺杂在ZnTe层中。但是ZnTe:Cu过渡层中Cu原子很容易进入到CdTe层中，从而导致电池性能急剧衰减。
并且现有制备ZnTe:Cu过渡层的方法为共沉积法：采用两个沉积源，即ZnTe沉积源和Cu沉积源，同时在CdTe上沉积。但是，共沉积法目前只适用于实验室研究，不适合于大规模的工业化流水线生产。并且共吃呢机设备复杂昂贵，操作程序复杂且难以控制。其次，共蒸镀法难以控制最后过渡层中Cu的掺杂比例。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，现有技术中CdTe电池的过渡层，导致电池性能衰减快，并且过渡层制备复杂，不适宜大规模工业生产；从而提供一种电池衰减慢、制备简单、适宜大规模生产的CdTe电池过渡层。
一种CdTe电池过渡层，包括ZnTe层和Cu层交替堆积的多层结构；多层结构中与CdTe层接触的为第一层，所述第一层为ZnTe层；所述多层结构中ZnTe层的厚度范围为10～40nm，所述多层结构中Cu层的厚度为1～10nm；所述多层结构的总厚度为25～120nm。
本发明的第二目的是提供了一种CdTe电池过渡层的制备方法。
一种CdTe电池过渡层的制备方法，其包括：先在CdTe层上沉积一层ZnTe层，然后交替沉积Cu层和ZnTe层；控制Cu层的厚度在1～10nm范围之内，ZnTe层在10～40nm范围之内，沉积的总厚度为25～120nm。
本发明的第三个目的是提供一种CdTe电池。
一种CdTe电池，其包括：依次层叠的玻璃衬底、透明导电层、CdS层、CdTe层、过渡层以及背电极层；其中，所述过渡层为本发明所提供的过渡层。
本发明所提供的CdTe电池的过渡层，可以有效抑制Cu原子扩散所带来的电池性能衰减的问题，电池性能稳定。并且，过渡层的制备方法简单，可以大规模流水线生产。并且条件参数易于控制。
附图说明
图1是现有技术的CdTe太阳能电池结构示意图。
图2是本发明所提供的CdTe电池过渡层的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种CdTe电池过渡层，包括ZnTe层和Cu层交替堆积的多层结构；多层结构中与CdTe层接触的为第一层，所述第一层为ZnTe层；所述多层结构中ZnTe层的厚度范围为10～40nm，所述多层结构中Cu层的厚度为1～10nm所述多层结构的总厚度为25～120nm。
多层结构具体参见图2，其中1代表ZnTe层，2代表Cu层。
优选情况下，本发明的多层结构的总层数优选为4～8层。这样既能保证形成良好的欧姆接触，又利于简化工序，实施以及操作相对简单。
本发明优选第一层ZnTe的厚度大于其他ZnTe层的厚度。
优选第一层的厚度为20～40nm。
这样可以更有效抑制Cu原子的扩散对CdTe电池性能的影响。
本发明优选在多层结构中，沿远离第一层的方向，即从CdTe到背电极的方向，ZnTe层的厚度依次递减。
或者本发明优选在多层结构中，沿远离第一层的方向，即从CdTe到背电极的方向，Cu层的厚度依次递增。
以上两种优选方式，可以使沿远离第一层的方法(即从CdTe到背电极的方向)的Cu的浓度变高，过渡层的电阻率逐渐变小，更有利于电子的导出，使过渡层的效果更好。
当然最好可以是在ZnTe层的厚度依次递减，同时Cu层的厚度依次递增。这样效果更佳。
本发明优选Cu层的厚度均小于与其相邻的两层ZnTe层的厚度。即两层ZnTe中间夹的Cu层均薄于这两层ZnTe层。这样有利于形成Cu原子在后期使用过程中均匀更扩散。
本发明的过渡层，Cu层与CdTe层之间间隔着第一层ZnTe层，ZnTe层可以有效防止Cu层中Cu原子扩散到CdTe层，从而避免了因Cu扩散引起的电池性能衰减。在后期的使用过程中，Cu原子随着光电作用而扩散，从而实现Cu和ZnTe的掺杂。并且其制备方法简单，可以用交替沉积来替代复杂的同时沉积形成掺杂的过程。Cu的原子比可以通过Cu层厚度来控制。
一种CdTe电池过渡层的制备方法，其包括：先在CdTe层上沉积一层ZnTe层，然后交替沉积Cu层和ZnTe层；控制Cu层的厚度在1～10nm范围之内，ZnTe层在10～40nm范围之内，沉积的总厚度为25～120nm。
其中，沉积可以采用本领域技术常采用的溅射、电子束蒸发和蒸镀来实现。
本发明的方法，采用的是单源沉积，设备简单、造价便宜。同时产物原子比可通过沉积膜厚控制，比较稳定，Cu层位于ZnTe膜层之后，通过控制ZnTe膜层厚度可控制Cu的扩散深度，使其不容易扩散进入其他膜层而形成楔形掺铜过渡层，有利于提高电池的短路电流，长时间使用也不会导致电池的衰降。
一种CdTe电池，其包括：依次层叠的玻璃衬底、透明导电层、CdS层、CdTe层、过渡层以及背电极层；其中，所述过渡层为本发明所提供的过渡层。
其中，玻璃衬底为本领域技术人员所公知的，其作用是提供透光性好，并且具有一定耐热性和强度的衬底。一般普通玻璃即可。
本发明的玻璃衬底优选采用超白玻璃。玻璃衬底的厚度优选为1～5mm。
透明导电层亦为本领域技术人员所公知的，其作用为：提供良好的导电性能使电子容易导出。一般采用掺Sn的氧化铟薄膜In2O3:Sn(ITO)、ZnO:Al(ZAO)、In2O3:Mo(IMO)、SnO2:F(FTO)等。本发明的玻璃衬底优选采用FTO。
透明导电层的厚度优选为1～10μm。
CdS层、CdTe层亦为本领域技术人员所公知的，其作用是形成CdTe太阳能电池形成P-N结。CdS层、CdTe层的纯度优选均在5N以上。
CdS层的厚度优选50～300nm，CdTe层的厚度优选1～10μm。
背电极主要起到导电作用，常采用导电性好、电阻小的金属物质，如Au、Ag、Ni、Cu、Mo等，本发明优选Ni、Mo。背电极的厚度优选为80～500nm。
以下结合具体实施例对本发明作进一步的阐述。
实施例1
一种CdTe太阳能电池，其包括依次层叠的玻璃衬底、透明导电层、CdS层、CdTe层、过渡层以及背电极层；
其中玻璃衬底为超白玻璃，厚2mm；透明导电层为FTO，厚1um；CdS层的纯度为5N，厚200nm；CdTe层的纯度为5N，厚5um。
过渡层是在CdTe层依次沉积30nm ZnTe层、4nm Cu层、25nm ZnTe层、5nm Cu层。
背电极层为Ni层，厚200nm。
电池记作A1。
实施例2
与实施例1所不同的是：过渡层是在CdTe层依次沉积25nm ZnTe层、3nmCu层、20nm ZnTe层、4nm Cu层、15nm ZnTe层、5nm Cu层。
其他部分同实施例1。
电池记作A2。
实施例3
与实施例1所不同的是：过渡层是在CdTe层依次沉积25nm ZnTe层、2nmCu层、20nm ZnTe层、3nm Cu层、15nm ZnTe层、4nm Cu层、10nm ZnTe层、5nm Cu层。
其他部分同实施例1。
电池记作A3。
实施例4
与实施例1所不同的是：过渡层是在CdTe层依次沉积20nm ZnTe层、5nmCu层、15nm ZnTe层、7nm Cu层、15nm ZnTe层、7nm Cu层。
其他部分同实施例1。
电池记作A4。
实施例5
与实施例1所不同的是：过渡层是在CdTe层依次沉积40nm ZnTe层、3nmCu层、10nm ZnTe层、4nm Cu层、10nm ZnTe层、4nm Cu层。
电池记作A5。
对比例1
与实施例1所不同的是：过渡层为共蒸发沉积的ZnTe:Cu，厚50nm。其他部分同实施例1。
性能测试：
对上述CdTe电池用芬兰endeas太阳模拟测试系统Quick Sun 120CA进行I-V测试，得出其填充子，开路电压，短路电流以及光电转化效率。将以上电池片晴天放在室外曝晒十五天以上(光强60KW/h)，之后对比其输出功率变化值。结果见表1。
表1
从表1可以看出，从实施例1-5相对于对比例1的光电转化效率等都有了大幅的提高，这说明本发明的过渡层可以具有良好的欧姆接触。暴晒后的功率变化值，可以看出实施例1-5相对于对比例1的光电转化效率下降幅度都相对较低，这说明本发明的过渡层可以有效的减缓CdTe太阳能电池转换效率的衰减。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种CdTe电池过渡层，包括ZnTe层和Cu层交替堆积的多层结构；多层结构中与CdTe层接触的为第一层，所述第一层为ZnTe层；所述多层结构中ZnTe层的厚度范围为10~40nm，所述多层结构中Cu层的厚度为1 ~10nm；所述多层结构的总厚度为25~120nm；
在所述多层结构中，沿远离第一层的方向，ZnTe层的厚度依次递减。
2.根据权利要求1所述的CdTe电池过渡层，其特征在于：所述多层结构的总层数为4~8层。
3.根据权利要求1所述的CdTe电池过渡层，其特征在于：在所述多层结构中，第一层的厚度大于其他ZnTe层的厚度。
4.根据权利要求3所述的CdTe电池过渡层，其特征在于：所述第一层的厚度为20~40nm。
5.根据权利要求3所述的CdTe电池过渡层，其特征在于：在所述多层结构中，沿远离第一层的方向，Cu层的厚度依次递增。
6.一种权利要求1所述的CdTe电池过渡层的制备方法，其包括：先在CdTe层上沉积一层ZnTe层，然后交替沉积Cu层和ZnTe层；控制Cu层的厚度在1~10nm范围之内，ZnTe层在10~40nm范围之内，沉积的总厚度为25~120nm。
7.根据权利要求6所述的CdTe电池过渡层的制备方法，其特征在于：所述沉积为溅射或者蒸镀。
8.一种CdTe电池，其包括：依次层叠的玻璃衬底、透明导电层、CdS层、CdTe层、过渡层以及背电极层；其特征在于：所述过渡层为权利要求1所述的CdTe电池过渡层。
9.根据权利要求8所述的CdTe电池，其特征在于：所述玻璃衬底的厚度为1~5mm，所述透明导电层的厚度为1~10μm，所述CdS层的厚度为50~300nm，所述CdTe层的厚度为1~10μm，所述背电极的厚度为80~500nm。
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Non-Patent Citations (1)
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| 李卫，冯良桓等.CdTe太阳电池组件的关键技术研究.《中国科学 E辑：技术科学》.2007,第37卷(第7期),876. * |
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