CN103165695B - 一种CdTe薄膜太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CdTe薄膜太阳能电池，包括CdTe吸收层、CdS窗口层及透明导电膜，所述CdS窗口层与所述透明导电膜之间复合有高电阻缓冲层，且所述透明导电膜与所述高电阻缓冲层相复合的一面具有绒面结构。如此设置，本发明提供了的CdTe薄膜太阳能电池，其具有较高的光电转换效率。

Description

一种CdTe薄膜太阳能电池

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，更具体的涉及一种CdTe薄膜太阳能电池。

背景技术

在传统能源逐渐枯竭，环境问题逐年加剧之际，新能源已逐渐成为各国能源战略的主流，其中，光伏产业在新能源中占据着重要地位。太阳能电池以半导体材料为媒介实现光和电的直接转换，当阳光照射到太阳能电池时，在没有机械传动和污染性副产物的情况下，将太阳光能直接转换成电能。

世界光伏行业正以年均40％的增速快速崛起，但是太阳能电池大规模商业化应用的核心问题在于，提高电池的光电转换效率。其中基于CdS(硫化镉)和CdTe(碲化镉)的异质结薄膜太阳能电池(以下简称CdTe薄膜太阳能电池)，由于其在已商业化和正在商业化的光伏组件中的制造成本较低且能量回收时间短，而获得了人们广泛的接受和关注。

CdTe薄膜太阳能电池是以n型半导体CdS和p型半导体CdTe形成P-N结来实现光电转换。CdTe是II-VI族化合物半导体，禁带宽度1.45eV，与太阳光谱实现最理想的匹配，具有很高的理论光电转换效率(28％)。另外，CdTe为直接带隙材料，因而具有高的吸收系数，是单晶硅电池吸收层的1/100，理论上1m厚的CdTe吸收层可吸收99％的可见光。制备CdTe多晶薄膜的多种工艺和技术已经成熟，易沉积成大面积的薄膜，沉积速率较高。上述优点使得CdTe薄膜太阳能电池成为光伏技术上发展较快的一种电池。

现有技术中，CdTe薄膜太阳能电池的CdS(硫化镉)层为窗口层，CdTe(碲化镉)层为吸收层。阳光透过CdS窗口层，被CdTe吸收层吸收，进而转化为电能。其中，CdS窗口层的表面附着有透明导电膜，该透明导电膜用于连接CdS窗口层和太阳能电池的玻璃基板，同时，透明导电膜具有电流导体的作用。

为了提高CdTe薄膜太阳能电池的光电转换率，本领域技术人员设想将上述透明导电膜作为具有绒面结构的导电膜，由于具有绒面结构的透明导电膜具有较大的表面粗糙度，入射光照射到透明导电膜的粗糙表面，必然发生的折射和散射，进而将照射到薄膜中的阳光分散到各个角度，有效延长了入射光在电池中的光程。因此，CdTe吸收层可捕获并吸收更多的太阳光能，从而产生更多的电子空穴对，使太阳能电池具有更高的电流密度。所以绒面结构也称陷光结构，是一种有效提高电池性能的技术路线。

然而，由于CdS窗口层较薄，通常为50～150nm之间，若CdS窗口层存在针孔缺陷，将会导致CdTe吸收层与透明导电膜形成弱的pn结。因此，若采用具有绒面结构的透明导电膜，当CdS窗口层存在针孔缺陷时，不仅不能提高太阳能电池的光电转换率，反而降低了太阳能电池的光电转换效率。

因此，如何提高CdTe薄膜太阳能电池的光电转换效率，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种CdTe薄膜太阳能电池，其具有较高的光电转换效率。

本发明提供的一种CdTe薄膜太阳能电池，包括CdTe吸收层、CdS窗口层及透明导电膜，所述CdS窗口层与所述透明导电膜之间复合有高电阻缓冲层，且所述透明导电膜与所述高电阻缓冲层相复合的一面具有绒面结构。

优选地，所述透明导电膜由SnO₂、ZnO、In₂O₃、CdO、Cd₂SnO₄、Cd₂InO₄、FTO、AZO、GZO、BZO、ITO或IGO加工而成。

优选地，所述透明导电膜的制备采用溅射沉积法、化学气相沉积法、热喷涂分解法或溶胶凝胶法。

优选地，所述高电阻缓冲层由TiO2、SnO2、ZnO、Ga2O3，Zn2SnO4或ZTO加工而成。

优选地，所述高电阻缓冲层的制备采用溅射沉积法、化学气相沉积法、热喷涂分解法或溶胶凝胶法。

优选地，还包括复合于所述CdTe吸收层的内侧的金属背电极层。

优选地，所述金属背电极层通过蒸镀法或溅射法复合于所述CdTe吸收层。

本发明提供的一种CdTe薄膜太阳能电池，包括CdTe吸收层、CdS窗口层及透明导电膜，所述CdS窗口层与所述透明导电膜之间复合有高电阻缓冲层，且所述透明导电膜与所述高电阻缓冲层相复合的一面具有绒面结构。如此设置，透明导电膜具有绒面结构。应当理解，透明导电膜的绒面结构系指透明导电膜与高电阻缓冲层相接触的一面为具有体积较小且形状不同的凸起或凹槽的粗糙面，入射光照射于透明导电膜上，发生漫反射，被反射出太阳能电池的入射光相应减少，相应地，CdTe吸收层捕获吸收的光能增加，从而产生更多的电子空穴对，使太阳能电池具有更高的电流密度。若CdS窗口层存在针孔的缺陷，由于高电阻缓冲层具有较高的电阻，其可有效阻止CdTe吸收层与透明导电膜形成pn结，因此，即使CdS窗口层存在针孔缺陷，也不会对CdTe薄膜太阳能电池的光电转换效率带来不利影响。因此，本发明提供的CdTe薄膜太阳能电池，其具有较高的光电转换效率。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中CdTe薄膜太阳能电池结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种CdTe薄膜太阳能电池，其具有较高的光电转换效率。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明具体实施方式中CdTe薄膜太阳能电池结构示意图。

本具体实施方式所提供的一种CdTe薄膜太阳能电池，包括CdTe吸收层11、CdS窗口层12及透明导电膜13。

需要说明的是，本具体实施方式所提供的CdTe薄膜太阳能电池，其CdS窗口层与透明导电膜之间复合有高电阻缓冲层14，且透明导电膜13与高电阻缓冲层14相复合的一面具有绒面结构(图中未示出)。

应当理解，透明导电膜13的绒面结构系指透明导电膜13与高电阻缓冲层14相接触的一面为具有体积较小且形状各异的凸起或凹槽的粗糙面。

如此设置，透明导电膜13具有绒面结构。入射光照射于透明导电膜13上，发生漫反射，被反射出太阳能电池的入射光相应减少，相应地，CdTe吸收层11捕获吸收的光能增加，从而产生更多的电子空穴对，使太阳能电池具有更高的电流密度。

若CdS窗口层12存在针孔的缺陷，由于高电阻缓冲层14具有较高的电阻，其可有效阻止CdTe吸收层11与透明导电膜13形成pn结，因此，即使CdS窗口层12存在针孔缺陷，也不会对CdTe薄膜太阳能电池的光电转换效率带来不利影响。因此，本发明提供的CdTe薄膜太阳能电池，其具有较高的光电转换效率。

本具体实施方式所提供的CdTe薄膜太阳能电池，其透明导电膜13可由SnO₂、ZnO、In₂O₃、CdO、Cd₂SnO₄、Cd₂InO₄、FTO、AZO、GZO、BZO、ITO或IGO加工而成。

本领域人员可以理解的是，FTO系指SnO₂和F的混合物，AZO系ZnO和Al的混合物，GZO系ZnO和Ga的混合物，BZO系ZnO和B的混合物，ITO系In₂O₃和Sn的混合物，IGO系In₂O₃和Ga的混合物。当然，本具体实施方式所提供的透明导电膜13还可为其它材料加工而成，只需其具有较好的导电率、透光率即可。

另外，本具体实施方式所提供的透明导电膜13的制备可采用溅射沉积法、化学气相沉积法、热喷涂分解法或溶胶凝胶法。

另外，透明导电膜13的绒面结构可通过如下两种方法制得。第一种，可通过晶粒生长法，绒面结构可在薄膜生长过程中由晶粒长大聚集形成。第二种，蚀刻法，该种方法是在透明导电膜13上涂覆化学药品，通过化学药品的腐蚀，使得透明导电膜13具有粗糙的表面形貌，即具有绒面结构。

另外，本具体实施方式所提供的高电阻缓冲层14可由TiO2、SnO2、ZnO、Ga2O3，Zn2SnO4或ZTO加工而成。其具体制备方法可采用溅射沉积法、化学气相沉积法、热喷涂分解法或溶胶凝胶法。

需要说明的是，本具体实施方式所提供的CdTe薄膜太阳能电池，还包括复合于CdTe吸收层11的内侧的金属背电极层15。应当理解，本具体实施方式上述复合于CdTe吸收层11的内侧，系指沿入射光的入射方向，金属背电极层15位于CdTe吸收层11的内侧。

金属背电极层15具有导出CdTe吸收层11产生的电流的作用，该金属背电极层15可通过蒸镀法或溅射法复合于CdTe吸收层11。

应当理解，金属背电极层15与CdTe吸收层11之间需具有较小的接触电阻，以降低电流导出能耗。本具体实施方式可利用氧化性溶液对CdTe吸收层11的表面进行一定的蚀刻工艺，使接触表面形成一层富Te层。常规的蚀刻工艺有溴甲醇腐蚀、硝酸磷酸腐蚀等。一定富Te层的产生，有利于降低CdTe吸收层11与金属背电极层15的接触电阻。

另外，需要说明的是，现有技术中由于CdTe吸收层11在制备过程中，晶格不完整可能导致薄膜针孔缺陷的出现，进而在后续化学工艺处理中很容易在针孔处形成电子流通通道，使金属背电极层15与透明导电膜13之间的产生短路，造成漏电流的问题，从而降低薄膜电池效率。

由于本具体实施方式中高电阻缓冲层14具有高电阻隔离作用，即使在吸收层有针孔的情况下，也金属背电极层15与透明导电膜13的直接接触，有效降低了漏电流产生的可能。

以上对本发明所提供的一种CdTe薄膜太阳能电池进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种CdTe薄膜太阳能电池，包括CdTe吸收层、CdS窗口层及透明导电膜，其特征在于，所述CdS窗口层与所述透明导电膜之间复合有高电阻缓冲层，且所述透明导电膜与所述高电阻缓冲层相复合的一面具有绒面结构；所述透明导电膜由In₂O₃、CdO、Cd₂InO₄、FTO、AZO、GZO、BZO、ITO或IGO加工而成；所述透明导电膜的制备采用溶胶凝胶法；所述高电阻缓冲层由TiO2、Ga2O3或ZTO加工而成；所述高电阻缓冲层的制备采用溶胶凝胶法。

2.如权利要求1所述的一种CdTe薄膜太阳能电池，其特征在于，还包括复合于所述CdTe吸收层的内侧的金属背电极层。

3.如权利要求2所述的一种CdTe薄膜太阳能电池，其特征在于，所述金属背电极层通过蒸镀法或溅射法复合于所述CdTe吸收层。