CN104638038A - 一种碲化镉薄膜太阳能电池的电子反射层及制造方法 - Google Patents
一种碲化镉薄膜太阳能电池的电子反射层及制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104638038A CN104638038A CN201310543399.3A CN201310543399A CN104638038A CN 104638038 A CN104638038 A CN 104638038A CN 201310543399 A CN201310543399 A CN 201310543399A CN 104638038 A CN104638038 A CN 104638038A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cadmium
- reflection layer
- electron reflection
- telluride
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明属于薄膜太阳能领域，尤其涉及一种碲化镉薄膜太阳能电池的电子反射层及制造方法。本发明的技术方案为：一种碲化镉薄膜太阳能电池的电子反射层，所述电子反射层的材料具碲和镉元素之三元(含)以上化合物材料Cd1-XAXTe，A为Zn、Mn、Mg和/或其他可以与镉和碲形成化合物之元素，其中x为介于0和1的数值，x从碲化镉端到靠近背金属电极端为线性增加。可以减小价电带位能差与晶格和热膨胀系数的不匹配。
Description
技术领域
本发明属于薄膜太阳能领域，尤其涉及一种碲化镉薄膜太阳能电池的电子反射层及制造方法。
背景技术
碲化镉薄膜太阳能电池是一种以p型碲化镉(CdTe)和n型硫化镉(CdS)的异质结为基础的薄膜太阳能电池，基于成本和效率的考虑下，近年来以成为最有潜力的太阳能电池之一，碲化镉的能隙大约1.5电子伏特(eV)，理论上是可以使p-n结太阳能电池在AM 1.5太阳光谱下产生近乎最高转换效能的能隙，碲化镉大能隙所产生较小的温度系数使得碲化镉薄膜太阳能电池的年发电量高于其他太阳能电池技术，此外，碲化镉极佳的光学吸收系数使得吸收层只需要数微米厚(是典型晶硅太阳能电池吸收层厚度的百分之一)，高效能碲化镉薄膜太阳能电池可以由多种不同的制程方法达成，主要是因为其电性和结构通常在制程后处理(post-deposition treatment)过程中达到优化，较经济的制成方法已经被用来大规模生产大尺寸的太阳能模块，目前19.6%的碲化镉太阳能电池转换效能和16.1%的碲化镉模块转换效能已经达成，此里程碑已展示了碲化镉薄膜太阳能电池之潜力。然而，碲化镉太阳电池的转换效能还是远低于其理论最大转换效能(约29%)，为了进一步的提升其转换效能，一种提升碲化镉太阳能电池之开路电压的能带结构在这里被说明。
典型的碲化镉薄膜太阳电池是一个长在透明玻璃基板上的多层膜光电组件，其典型组件结构为：玻璃基板/透明电极/n-CdS(硫化镉)/p-CdTe(碲化镉)/金属电极，太阳光由玻璃端射入，其太阳能电池结构如附图1和2所示，其中透明电极和n型硫化镉的光学能隙较大，可以让大部分的可见光穿透。主要的发电结构为碲化镉和硫化镉所形成的p-n异质结，入射光被碲化镉吸收层吸受后产生电子与电洞对(electron-hole pair)，在异质结中空阀区(depletion region)的内建电场可以有效的分开电子与电洞而减少其再结合的机会，载子(电子或电洞)有了内建电场的帮助可以有效的被电极收集，被分开的电洞由和碲化镉紧邻的金属电极收集，而电子经由和硫化镉紧邻的透明电极收集，最后电子经由外部回路传导而回到透明电极端和电洞再结合而形成电流回路，只要有入射光进入太阳能电池，此一机制就会运作而形成电流源。
对于碲化镉太阳能电池，往往有大量的能阶位于背电极接面(碲化镉和金属电极的接面，又称背接面)的能隙区，再结合会有效的透过这些能阶发生而降低开路电压，当载子的扩散距离和吸收层厚度相当时，背接面产生的再结合将成为限制转换效能的主因，当吸收层完全的被空乏下，内建电场可以有效的驱使电子远离背部电极以减少背接面再结合(back-surface recombination)，当太阳能电池在顺向偏压下运作，内建电场将被减小，当内建电场被减小到不足以驱使电子远离背接面时，将会有更多的电子可以扩散到背接面而产生再结合，如果在靠近背接面有一个传导带(conduction band)的位能障碍，这个障碍将可以驱使电子离开背电极，这个传导带障碍被定义为电子反射镜，此概念已被J. Sites和J. Pan在论文Thin Solid Films 515 (2007) 6099–6102提出。
最简单且有效形成电子反射镜的方法就是直接加一层电子反射层于吸收层和背金属电极之间，该电子反射层应具有比吸收层更高的能隙，且为两层的能隙差主要降落在传导带的最低能阶(conduction band minimum)，而价电带的最高能阶(valence band maximum)的位能差越小越好，如此所产生的电子反射层位能屏障高度大约就是两种材料的能隙差，可以藉由改变材料来调整位能屏障高度，屏障高度也是主要拿来定量电子反射镜的参数，位能屏障越高，电子能扩散到背接面的机会就越小，背接面再结合就会越少。当扩散距离相当于吸收层厚度时，背接面再结合会主宰开路电压的耗损，电子反射镜可以发挥最大的效果，此为使用电子反射镜之最佳条件，典型的碲化镉薄膜太阳能电池的载子生命周期约为数奈秒，所对应的扩散距离约为数微米。当吸收层和电子反射层接口的再结合速度与背接面的再结合速度相当时，背接面的再结合将会在该接口发生而导致电子反射镜失效。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供了一种碲化镉薄膜太阳能电池的电子反射层及制造方法。本发明的技术方案中电子反射层沿着纵向的能隙变化是渐变的，就不会因为在热膨胀系数和晶格常数上有较大的不匹配而造成再结合中心。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种碲化镉薄膜太阳能电池的电子反射层，所述电子反射层位于碲化镉层和背金属电极层之间，所述电子反射层的材料具碲和镉元素之三元(含)以上化合物材料Cd1-XAXTe，A为Zn、Mn、Mg和/或其他可以与镉和碲形成化合物之元素，其中x为介于0和1的数值， x从碲化镉端到靠近背金属电极端为线性增加。
一种制造碲化镉薄膜太阳能电池的电子反射层的方法，在碲化镉层上形成具碲和镉元素之三元(含)以上化合物材料Cd1-XAXTe电子反射层， A为Zn、Mn、Mg和/或其他可以与镉和碲形成化合物之元素，其中x为介于0和1的数值， x从碲化镉端到靠近背金属电极端为线性增加。
S1.在透明玻璃基板垂直方向上依次制备透明电极层、硫化镉层、和碲化镉层。
S2.将S1的碲化镉薄膜太阳能电池半成品制备渐变能隙之电子反射层。本发明没有详细说明的方法均为现有技术。
S3.将S2表面制备有电子反射层的碲化镉薄膜太阳能电池半成品在特殊气体下进行高温退火热处理。特殊气体包含氮、氧、氯化镉、或其他含氯气体，退火温度在摄氏370 – 440度，退火时间在2-20分钟。
碲化镉层厚度应小于或相当于扩散距离或空阀区宽度。
电子反射层的材料应具有比碲化镉更高的能隙。电子反射层的材料能隙差主要落在传导带的位能差而不是价电带的位能差。电子反射层的材料可以为碲化锌镉(CdZnTe, Eg = 1.5 – 2.4 eV)、碲化镁镉CdMgTe (Eg = 1.5 – 3.6 eV)、碲化锰镉CdMnTe (Eg = 1.5 – 3.2 eV)、或具碲和镉元素之三元(含)以上化合物材料，且能隙可以随元素成分比例而变化。
本发明的有益效果是：本发明提供一种碲化镉薄膜太阳能电池的电子反射层及制造方法。一种碲化镉薄膜太阳能电池提升开路电压之能带结构，当碲化镉层厚度小于或相当于扩散距离或空阀区宽度时，电子反射镜可以获得最佳的效果、并且对于微米级的碲化镉薄膜太阳电池可以有效的减少背接面再结合，进而提升太阳能电池之转换效能，甚至可以将吸收层厚度降到微米以下至数百奈米，以减少碲化镉的使用量。电子反射层材料采用具有碲和镉元素之三元(含)以上化合物，电子反射镜之位能屏障高度可以藉由调整化合物之成份比而改变，理论上0.2 eV之电子反射镜位能屏障搭配扩散距离相当的吸收层厚度和目前已达到的吸收层品质(1 ns 少数载子生命周期)已经可以提升开路电压0.2伏特，更大的开路电压需要更高的载子生命周期来配合。具碲和镉之三元(含)以上化合物和碲化镉间的成份渐变层可以减小价电带位能差与晶格和热膨胀系数的不匹配，因此可以减少吸收层和电子反射层间接口的晶格不匹配所造成的再结合，如果该接口的再结合速度与后接面的再结合速度相当时，背接面的再结合将会在该接口发生而导致电子反射镜失效。完成电子反射层沉积后，在特殊气体环境下将表面制备有电子反射层的碲化镉薄膜太阳能电池半成品进行高温退火热处理。
附图说明
图1是典型碲化镉薄膜太阳能电池的结构示意图,
图2是典型碲化镉薄膜太阳能电池的能带图，
图3是本发明具有渐层能隙的电子反射层之碲化镉薄膜太阳能电池的结构示意图，
图4是本发明具有渐层能隙的电子反射层之碲化镉薄膜太阳能电池的能带图，
图中：1-玻璃基板、2-透明电极、3-硫化镉、4-碲化镉、5-金属电极、6-电子反射层、7-电子反射镜位能屏障高度。
具体实施方式
根据图3和4所示，本实施例所述的一种碲化镉薄膜太阳能电池的结构包括玻璃透明基板和在所述玻璃透明基板上制备的透明电极层、硫化镉层、碲化镉层、电子反射层、和背金属电极，在制备背金属电极前，通常会做背接触处理，例如高浓度的p型参杂。
以上所述的透明电极层、硫化镉层、和碲化镉层的制备方法参照现有技术，电子反射层可以由具有碲和镉元素之三元(含)以上化合物形成，例如碲化锌镉、碲化镁镉、碲化锰镉，反射层位能屏障高度可以由化合物元素成分比例控制，化合物Cd1-xAxTe的能隙和x约成线性变化，其中A为Zn、Mg、Mn、或其他可以与镉和碲形成化合物之元素，x为介于0和1的数字，CdTe的能隙为1.5 eV，ZnTe为2.4 eV。
一种碲化镉薄膜太阳能电池的电子反射层，所述电子反射层位于碲化镉层和背金属电极层之间，所述电子反射层的材料具碲和镉元素之三元(含)以上化合物材料Cd1-XAXTe，A为Zn、Mn、Mg和/或其他可以与镉和碲形成化合物之元素，其中x为介于0和1的数值， x从碲化镉端到靠近背金属电极端为线性增加。
一种制造碲化镉薄膜太阳能电池的电子反射层的方法，在碲化镉层上形成具碲和镉元素之三元(含)以上化合物材料Cd1-XAXTe电子反射层， A为Zn、Mn、Mg和/或其他可以与镉和碲形成化合物之元素，其中x为介于0和1的数值， x从碲化镉端到靠近背金属电极端为线性增加。
实施例1
能隙渐变的电子反射层选用Cd1-XZnXTe的化合物形成，其中x由靠近碲化镉端为0线性渐变到靠近背金属电极端为0.22。位能屏障高度为0.2 eV之电子反射层能隙为1.7eV。
实施例2
能隙渐变的电子反射层选用Cd1-XMgXTe的化合物形成，其中x由靠近碲化镉端为0渐变到靠近背金属电极端为0.09。位能屏障高度为0.2 eV之电子反射层能隙为1.7eV。
实施例3
能隙渐变的电子反射层选用Cd1-XMnXTe的化合物形成，其中x由靠近碲化镉端为0渐变到靠近背金属电极端为0.12。位能屏障高度为0.2 eV之电子反射层能隙为1.7eV。
实施例4
能隙渐变的电子反射层选用Cd1-XZnXTe的化合物形成，其中x由靠近碲化镉端为0线性渐变到靠近背金属电极端为0.33。位能屏障高度为0.3 eV之电子反射层能隙为1.8eV。
实施例5
能隙渐变的电子反射层选用Cd1-XMgXTe的化合物形成，其中x由靠近碲化镉端为0渐变到靠近背金属电极端为0.14。位能屏障高度为0.3 eV之电子反射层能隙为1.8eV。
实施例6
能隙渐变的电子反射层选用Cd1-XMnXTe的化合物形成，其中x由靠近碲化镉端为0渐变到靠近背金属电极端为0.18。位能屏障高度为0.3 eV之电子反射层能隙为1.8eV。
Claims (2)
1.一种碲化镉薄膜太阳能电池的电子反射层，所述电子反射层位于碲化镉层和背金属电极层之间，其特征在于：所述电子反射层的材料具碲和镉元素之三元(含)以上化合物材料Cd1-XAXTe，A为Zn、Mn、Mg和/或其他可以与镉和碲形成化合物之元素，其中x为介于0和1的数值， x从碲化镉端到靠近背金属电极端为线性增加。
2.一种制造碲化镉薄膜太阳能电池的电子反射层的方法，其特征在于：在碲化镉层上形成具碲和镉元素之三元(含)以上化合物材料Cd1-XAXTe电子反射层， A为Zn、Mn、Mg和/或其他可以与镉和碲形成化合物之元素，其中x为介于0和1的数值， x从碲化镉端到靠近背金属电极端为线性增加。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310543399.3A CN104638038A (zh) | 2013-11-06 | 2013-11-06 | 一种碲化镉薄膜太阳能电池的电子反射层及制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310543399.3A CN104638038A (zh) | 2013-11-06 | 2013-11-06 | 一种碲化镉薄膜太阳能电池的电子反射层及制造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104638038A true CN104638038A (zh) | 2015-05-20 |
Family
ID=53216552
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310543399.3A Pending CN104638038A (zh) | 2013-11-06 | 2013-11-06 | 一种碲化镉薄膜太阳能电池的电子反射层及制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104638038A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106653946A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-05-10 | 成都中建材光电材料有限公司 | 一种碲化镉薄膜太阳能电池吸收层的沉积方法 |
| WO2018013641A1 (en) * | 2016-07-14 | 2018-01-18 | First Solar, Inc. | Solar cells and methods of making the same |
| CN114388642A (zh) * | 2020-10-22 | 2022-04-22 | 中国建材国际工程集团有限公司 | 一种碲化镉太阳能电池及其制作方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101075645A (zh) * | 2007-04-10 | 2007-11-21 | 湖南师范大学 | 碲化镉薄膜太阳能电池腐蚀液及腐蚀方法 |
-
2013
- 2013-11-06 CN CN201310543399.3A patent/CN104638038A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101075645A (zh) * | 2007-04-10 | 2007-11-21 | 湖南师范大学 | 碲化镉薄膜太阳能电池腐蚀液及腐蚀方法 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018013641A1 (en) * | 2016-07-14 | 2018-01-18 | First Solar, Inc. | Solar cells and methods of making the same |
| CN109716538A (zh) * | 2016-07-14 | 2019-05-03 | 第一阳光公司 | 太阳能电池及其制造方法 |
| US11367805B2 (en) | 2016-07-14 | 2022-06-21 | First Solar, Inc. | Solar cells and methods of making the same |
| CN109716538B (zh) * | 2016-07-14 | 2023-01-03 | 第一阳光公司 | 太阳能电池及其制造方法 |
| CN106653946A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-05-10 | 成都中建材光电材料有限公司 | 一种碲化镉薄膜太阳能电池吸收层的沉积方法 |
| CN114388642A (zh) * | 2020-10-22 | 2022-04-22 | 中国建材国际工程集团有限公司 | 一种碲化镉太阳能电池及其制作方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8563850B2 (en) | Tandem photovoltaic cell and method using three glass substrate configuration | |
| US20120204939A1 (en) | Structure and Method for High Efficiency CIS/CIGS-based Tandem Photovoltaic Module | |
| US9583655B2 (en) | Method of making photovoltaic device having high quantum efficiency | |
| US20100051090A1 (en) | Four terminal multi-junction thin film photovoltaic device and method | |
| US20130104985A1 (en) | Photovoltaic device with mangenese and tellurium interlayer | |
| US8044477B1 (en) | Photovoltaic device and method for making | |
| Saadat et al. | Optimization of (Zn, Sn) O buffer layer in Cu (In, Ga) Se2 based solar cells | |
| KR102350885B1 (ko) | 태양 전지 | |
| CN101097968A (zh) | 一种高效叠层太阳能电池及其制备方法 | |
| US20120192923A1 (en) | Photovoltaic device | |
| Lee et al. | Thin film solar technologies: a review | |
| KR20120035756A (ko) | 태양 전지 | |
| KR101848853B1 (ko) | 반투명 cigs 태양전지 및 이의 제조방법 및 이를 구비하는 건물일체형 태양광 발전 모듈 | |
| CN105009304B (zh) | 具有背面缓冲层的太阳能电池及其制造方法 | |
| KR101415251B1 (ko) | 다중 버퍼층 및 이를 포함하는 태양전지 및 그 생산방법 | |
| CN103194722B (zh) | 制造太阳能电池的方法 | |
| US20120285508A1 (en) | Four terminal multi-junction thin film photovoltaic device and method | |
| CN104638038A (zh) | 一种碲化镉薄膜太阳能电池的电子反射层及制造方法 | |
| US20160181456A1 (en) | Low-Cost and High-Efficiency Tandem Photovoltaic Cells | |
| JP2017059656A (ja) | 光電変換素子および太陽電池 | |
| KR101210110B1 (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| JP2011023520A (ja) | ｐ型半導体膜及び太陽電池 | |
| Muhamad et al. | Strategic Review: The CZTS Thin-Film Using Tandem and Multi-junction Solar Cell | |
| CN102856421A (zh) | 一种新型三结薄膜太阳能电池及其生产方法 | |
| KR20120043315A (ko) | 화합물 반도체 광 흡수층을 구비한 태양전지 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150520 |