CN108513683A - 用于生产CdTe薄膜太阳能电池的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明描述一种用于生产CdTe薄膜太阳能电池的方法，其中不同加工步骤的特殊参数和特殊的加工步骤顺序引起改进所生产的CdTe太阳能电池的特性。
Description
技术领域
本申请的主题是一种用于生产CdTe薄膜太阳能电池的方法，所述方法具有具有特殊工艺参数的特殊加工步骤顺序。
背景技术
在现有技术中，使用助以下工艺顺序生产CdTe太阳能电池：在玻璃衬底上，沉积透明导电氧化物层(TCO)作为前接触。TCO层可包括有助于最小化太阳能电池中的分流效应的高阻缓冲层。关于这一点，在TCO层顶部上，沉积一层硫化镉(CdS)和一层碲化镉(CdTe)。CdTe层然后借助活化剂例如CdCl2和温度处理步骤活化。最后，施加例如钼、镍钒、钽、钛、钨、金的金属层或包含这些元素之一的任何组合物或化合物作为背接触以收集电荷载流子。这个过程称为覆板(superstrate)配置。
为了实现太阳能电池的高效率，应在CdTe层和金属层之间建立良好欧姆接触。为此，可将铜引入到CdTe层与金属层的界面处的区域中。铜可作为仅包含铜的元素层或作为包含在另一材料中的掺杂物或作为离子或作为化学化合物的一部分提供到CdTe层。铜可例如从气体(例如通过溅射)或从例如氯化铜或另一种铜盐的水溶液施加在CdTe层上。在将铜施加在CdTe层上之后，可执行温度处理。在现有技术中，用于将铜引入到CdTe层中的任何工艺称为铜处理步骤，其通常在活化步骤之后且在施加金属层作为背接触之前执行。
然而，铜容易在CdTe内迁移，并且因此随时间推移可使CdTe太阳能电池的特性劣化。因此，准确控制引入到CdTe层中的铜的量和位置，以便实现良好欧姆接触并且同时降低铜迁移的风险，是非常重要的。这可通过控制例如水溶液中铜浓度或向CdTe层提供水溶液的时间或由该步骤的温度和持续时间限定的温度处理步骤的热预算来进行。遗憾的是，这些参数中的一些可能不能如所必需的那样精确地控制。
此外，还存在其它参数，如不同层的材料或厚度，或另外步骤，如包括在施加太阳能电池的所有层之后的照射或电偏置的人工老化步骤，这些参数或另外的步骤可实施或被包括其以便改进所生产的CdTe太阳能电池的电特性。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于生产CdTe薄膜太阳能电池的方法，所述方法进一步改进所生产的太阳能电池的电特性。
根据本发明，使用根据权利要求1所述的方法实现所述目标。在对应的从属子权利要求中公开有利实施例。
根据本申请的方法包含以下步骤：
提供透明衬底，其上具有作为前接触的透明导电层，
使用封闭空间升华(CSS)技术，将CdS层施加在透明传导层上，其中CdS层的厚度范围为20nm到40nm，
使用CSS技术，将CdTe层施加在CdS层上，其中CdTe层的厚度范围为3μm到5μm之间，
以在50nm到100nm范围内的厚度将CdCl2的晶体层施加在CdTe层的第一表面上，
在施加CdCl2之后，在大气条件下在380℃到430℃范围内的温度下，执行第一温度处理步骤，持续时间为在15分钟到45分钟，
在第一温度处理步骤之后，执行第一清洁步骤，其中将由先前加工步骤所得的叠层浸渍到浓度在0.1％到50％范围内的柠檬酸氢二铵溶液中，持续时间为15秒到5分钟，
在第一清洁步骤之后，将背接触层施加在CdTe层的第一表面上，其中背接触层的厚度范围为200nm到400nm，
通过将由先前工艺步骤所得的叠层浸渍到浓度在0.05mmol/L到1mmol/L范围内的CuCl2溶液中，持续时间为30秒到2分钟，以向背接触层的第一表面提供铜离子，
在从CuCl2溶液中取出叠层之后，在大气条件下在180℃到250℃范围内的温度下，执行第二温度处理步骤，持续时间在10分钟到45分钟之间，
在第二清洁步骤之后，执行人工老化步骤，其中人工老化步骤包括在大气条件下在70℃到80℃范围内的温度下，以在5000lx到200000lx范围内的照度照射由先前工艺步骤所得的叠层，持续时间在1分钟到48小时范围内，和
在人工老化步骤之后，执行第二清洁步骤，其中通过将叠层浸渍到浓度在50％到100％范围内的二甲基甲酰胺溶液中，持续时间为1分钟到10分钟，随后用水和异丙醇冲洗来清洁由先前加工步骤所得的叠层。
本发明人出乎意料地发现，提及的各个步骤的特殊参数和特殊加工顺序(特别是提及的薄CdS层、在施加背接触层之后向CdTe层提供铜、在温度处理步骤之后执行人工老化步骤随后提供铜和尤其是提及的清洁步骤)可以产生具有对于CdTe电池非常高效率(η高于17％)和其它非常良好的电特性例如开路电压(Voc)、填充因数(FF)和短路电流(Jsc)的太阳能电池，这些特性借助仅具有所描述步骤的一部分的工艺顺序或以另一顺序或其它步骤参数(如层厚度、溶液浓度、温度和时间)是不可能实现的。
透明导电层、CdS层、CdTe层以及背接触层可使用现有技术已知的技术施加或提供。透明导电层和背接触层可为包含由不同材料制成的不同层的叠层。例如，透明导电层可含有透明传导氧化物例如氧化铟锡(ITO)或锡酸镉(CTO、Cd2SnO4)的层和例如锡酸锌(ZTO、Zn2SnO4)的高阻缓冲层。透明导电层或背接触层可使用蒸发、溅射、化学气相沉积或热解施加，而背接触层可通过溅射、蒸发或化学气相沉积形成。
CdS层优选地以30nm的厚度施加，而CdTe层优选地以4μm的厚度施加。
CdCl2优选地作为盐水溶液通过辊涂施加，其中，在水蒸发之后，产生优选地厚度为80nm的结晶CdCl2层。水溶液优选地浓度在20％到30％范围内，特别是25％。CdCl2还可作为甲醇盐溶液或作为混合的水溶液和甲醇盐溶液施加。在施加CdCl2溶液期间，包含透明衬底、透明导电层、CdS层和CdTe层的半成品CdTe太阳能电池优选地保持在约60℃的温度下。
第一温度处理步骤优选地在410℃的温度下执行25分钟。
优选地，柠檬酸氢二铵(DAHC)的1％溶液用于第一清洁步骤，其执行1分钟的时间。
背接触层优选地由钼制成并且优选地以300nm的厚度施加。
CuCl2的0.1mmol/L溶液优选地用于向第一表面提供铜离子，其中将叠层浸渍到该溶液中持续1分钟。
第二温度处理步骤优选地在200℃的温度下执行15分钟。
在一个优选的实施例中，在第二温度处理步骤之后且在人工老化步骤之前执行另外的清洁步骤，其中通过将叠层浸渍到浓度在50％到100％范围内的二甲基甲酰胺(DMF)溶液中持续在1分钟到10分钟范围内的时间来清洁由先前加工步骤所得的叠层。另外的清洁步骤优选地借助二甲基甲酰胺的100％溶液执行5分钟。
在人工老化步骤期间，叠层优选地保持在75℃的温度下，同时以约35000lx的照度照射48小时。该照度由例如光通量为约8500lm的卤素灯产生，其中灯以距叠层30cm的距离布置并且照射约100cm2的叠层面积。执行人工老化步骤的时间取决于所用的照度，其中较高照度允许较短的照射时间。
优选地，第二清洁步骤借助二甲基甲酰胺(DMF)的100％溶液执行5分钟。
清洁步骤和温度处理步骤在大气条件下执行，所述大气条件意指在这些步骤期间提供在正常压力(大约101.325kPa)下的正常空气，而非例如特殊气体气氛或真空。
附图说明
包括附图以提供对本发明的进一步理解并且将附图并入本说明书且构成本说明书的一部分。图式示出本发明的实施例并且与描述一起用于解释原理。本发明的其它实施例是可能的并且在本发明的范围内。图式的元件相对于彼此未必是成比例的。相似的参考标号指示对应的类似部件。
图1示意性地示出根据本申请的方法的一个实施例的工艺步骤的顺序。
图2A到2D示出通过根据本申请的方法生产的CdTe太阳能电池对通过根据现有技术的方法生产的CdTe太阳能电池的归一化性能参数。
具体实施方式
图1所示的根据本申请的方法的示例性实施例以提供由玻璃制成的透明衬底，其上具有由ITO制成的透明传导层开始(S10)，其中透明传导层充当将生产的CdTe太阳能电池的前接触。
在透明传导层上，使用封闭空间升华技术(CSS)，施加30nm厚CdS(S20)。CdS层的低厚度对于实现所生产的CdTe太阳能电池的良好特性非常重要。然而，由于其它工艺步骤，特别是活化步骤和温度处理步骤，以及由于必须防止CdS层内的微孔或针孔，以任何顺序厚度都不能降低。因此，本发明人发现30nm是最佳选择。
在CdS层上，使用CSS技术，施加4μm厚CdTe层(S30)。
其后，使用25％的CdCl2水溶液，通过辊涂，在CdTe层的第一表面上施加80nm厚CdCl2结晶层，其中包括在透明衬底上的先前提及的层的半成品CdTe太阳能电池保持在60℃的温度下(S40)。应非常精确地控制CdCl2层的厚度，因为氯离子的量应足以活化CdTe层的重结晶但又足够小以限制CdS层的劣化，例如CdS层的分层。CdTe层的第一表面是自由的表面，即不与CdS层邻接的表面。在室温下施加CdCl2层，所述室温为15℃和30℃之间的范围，通常为大约20℃。
在施加CdCl2层之后，执行第一温度处理步骤(S50)。由先前步骤所得的叠层，即其顶部上具有CdCl2层，在大气条件下保持在410℃的温度下持续25分钟的时间。与在步骤S40中所施加的CdCl2的量相关的该温度和时间足以实现CdTe层的良好重结晶而不使CdS层大量溶解或劣化。
随后，执行第一清洁步骤，其中将由先前加工步骤所得的叠层浸渍到柠檬酸氢二铵的1％溶液中持续1分钟的时间(S60)。该步骤用于从CdTe层的第一表面除去CdCl2层的残余物，其中本发明人发现，柠檬酸氢二铵和所用的参数是最合适的并且得到最佳结果。
在第一清洁步骤后，根据现有技术使用溅射，在CdTe层的第一表面上施加300nm厚的由钼制成的背接触层(S70)。
在终止施加背接触层的步骤之后，将由先前工艺步骤所得的叠层浸渍到0.1mmol/L的CuCl2水溶液中持续1分钟的时间(S80)。叠层和溶液保持在室温下。在该步骤期间，存在于CuCl2溶液中的铜离子附着到背接触层的表面。
在从溶液CuCl2溶液中取出叠层之后，执行第二温度处理步骤(S90)。在大气条件下，叠层在200℃的温度下保持15分钟。该步骤引起铜离子从背接触层的表面迁移到背接触层与CdTe层的界面并且少量迁移到CdTe层中。由于在施加背接触层之后提供铜离子，而非直接将铜离子提供到CdTe层的表面上，以及由于在第二温度处理步骤期间施加到叠层的低热预算，铜迁移和并入到CdTe层中的铜的量可比现有技术中得到更好的控制。
在第二温度处理步骤之后，执行另外的清洁步骤(S100)。在该步骤中，通过将由先前加工步骤所得的叠层浸渍到二甲基甲酰胺的100％溶液中持续5分钟的时间来清洁叠层。二甲基甲酰胺溶液冲洗掉在第二温度处理步骤期间未扩散到背接触层中的铜离子并且同时溶解任何残余物，如铜和钼、氯和钼的化合物或在先前工艺步骤期间在背接触层的表面上产生的其它化合物。
在第二清洁步骤之后，执行人工老化步骤，也称为开路光浸泡OCLS(Open-CircuitLight Soak)(S110)。该步骤包括在大气条件下在75℃的温度下，以约35000lx的照度照射由先前工艺步骤所得的叠层，照射时间为48小时。由于另外的清洁步骤(S100)，仅已经迁移到背接触层或CdTe层中的铜离子由于在CdTe太阳能电池内部由照射引起的电场，现在可进一步迁移。该步骤的参数，即低温度和低照度，引起良好控制在CdTe太阳能电池内的铜迁移并且降低CdTe太阳能电池内任何层劣化的风险。
在人工老化步骤后，执行第二清洁步骤(S120)。同样，100％二甲基甲酰胺溶液用于清洁由先前加工步骤所得的叠层，其中将叠层浸渍到二甲基甲酰胺溶液中持续5分钟的时间，随后第一次用水冲洗，第二次用异丙醇冲洗。
如果没有另外提及，所有清洁步骤在室温下执行。
图2A到2D示出通过如上相对于图1所描述的根据本申请的方法生产的太阳能电池对通过根据现有技术的方法生产的CdTe太阳能电池的归一化性能参数。即，性能参数归一化的基准为通过根据现有技术生产的CdTe太阳能电池的性能参数，根据现有技术的方法包含以所提及顺序的以下步骤：提供透明衬底，其顶部上具有透明导电层；在透明传导层上施加80nm厚CdS层；在CdS层上施加4μm厚CdTe层；在CdTe层的表面上施加结晶CdCl2层；在400℃下执行第一温度处理步骤持续25分钟；通过将由先前步骤所得的叠层浸渍到1mmol/LCuCl2水溶液中持续1分钟的时间，向CdTe层的表面提供铜；在CdTe层的表面上施加钼的背接触层；和在200℃下执行第二温度处理步骤持续25分钟。在该处理之后，对所生产的CdTe太阳能电池进行电表征，其中所获得的参数值是所有其它测量的基准值。
图2A示出以根据本申请的方法加工的CdTe太阳能电池(矩形点的实线)和以上文提及的现有技术方法加工的CdTe太阳能电池(菱形点虚线)的归一化效率(η)，图2B示出归一化开路电压(Voc)，图2C示出归一化填充因数(FF)并且图2D示出归一化短路电流(Jsc)。对于每种参数，给出三个不同值：第一是在相应工艺流程的最后的温度处理步骤之后测量的(归一化)值，第二是在开路条件下在75℃下，以约35000lx的照度执行人工老化步骤(OCLS)持续48小时之后直接测量的(归一化)值，以及第三是在黑暗劣化之后测量的(归一化)值。黑暗劣化描述在黑暗(即无任何照明)中并且在开路条件下存储CdTe太阳能电池7天。对于以根据本申请的方法加工的CdTe太阳能电池，在该最后的测量之前执行根据本申请的第三清洁步骤。如通过比较每种参数的第三值可看出，如根据本申请的方法中所给出的所有步骤和相对于现有技术方法的改变的组合引起大大改进CdTe太阳能电池的特性。
Claims (13)
1.一种用于生产CdTe薄膜太阳能电池的方法，所述方法包含以下步骤：
提供透明衬底，其上具有作为前接触的透明导电层，
使用封闭空间升华技术，将CdS层施加在所述透明传导层上，其中所述CdS层的厚度范围为20nm到40nm，
使用封闭空间升华技术，将CdTe层施加在所述CdS层上，其中所述CdTe层的厚度范围为3μm到5μm，
以在50nm到100nm范围内的厚度，将CdCl2的结晶层施加在所述CdTe层的第一表面上，在施加所述CdCl2层之后，在大气条件下在380℃到430℃范围内的温度下，执行第一温度处理步骤，持续时间为15分钟到45分钟，
在所述第一温度处理步骤之后，执行第一清洁步骤，其中将由所述先前加工步骤所得的所述叠层浸渍到浓度在0.1％到50％范围内的柠檬酸氢二铵溶液中，持续时间为15秒到5分钟，
在所述第一清洁步骤之后，将背接触层施加在所述第一表面上，其中所述背接触层的厚度范围为200nm到400nm并且包含钼，
通过将由所述先前工艺步骤所得的叠层浸渍到浓度在0.05mmol/L到1mmol/L范围内的CuCl2溶液中，持续时间为30秒到2分钟，以向所述背接触层的第一表面提供铜离子，
在从所述CuCl2溶液中取出所述叠层之后，在大气条件下在180℃到250℃范围内的温度下，执行第二温度处理步骤，持续时间为10分钟到45分钟，
在所述第二清洁步骤之后，执行人工老化步骤，其中所述人工老化步骤包括在大气条件下在70℃到80℃范围内的温度下，以在5000lx到200000lx范围内的照度照射由所述先前工艺步骤所得的所述叠层，持续时间为1分钟到48小时，和
在所述人工老化步骤之后，执行第二清洁步骤，其中通过将所述叠层浸渍到浓度在50％到100％范围内的二甲基甲酰胺溶液中，持续时间为1分钟到10分钟，随后用水和异丙醇冲洗来清洁由所述先前加工步骤所得的所述叠层。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述第二温度处理步骤之后且在所述人工老化步骤之前，执行另外的清洁步骤，其中通过将所述叠层浸渍到浓度在50％到100％范围内的二甲基甲酰胺溶液中，持续时间为1分钟到10分钟，来清洁由所述先前加工步骤所得的所述叠层。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于在所述第二清洁步骤中或在所述另外的清洁步骤中，将所述叠层浸渍到二甲基甲酰胺的100％溶液中持续5分钟。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述CdS层以30nm的厚度施加。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述CdTe层以4μm的厚度施加。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述结晶CdCl2层以80nm的厚度施加。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述CdCl2优选地作为盐水溶液通过辊涂施加。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一温度处理步骤在410℃的温度下执行25分钟。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一清洁步骤借助柠檬酸氢二铵的1％溶液执行1分钟。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述背接触层由钼制成并且以300nm的厚度施加。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于通过将所述叠层浸渍到0.1mmol/l CuCl2溶液中持续1分钟来提供铜离子。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述第二温度处理步骤在200℃的温度下执行15分钟。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述人工老化步骤期间，所述叠层保持在75℃的温度下，同时以约35000lx的照度照射48小时。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111969084A (zh) * | 2020-09-24 | 2020-11-20 | 成都中建材光电材料有限公司 | 一种提升碲化镉电池稳定性的方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11710799B2 (en) * | 2018-03-22 | 2023-07-25 | Alliance For Sustainable Energy, Llc | Controlled thermomechanical delamination of thin films |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020034837A1 (en) * | 2000-07-26 | 2002-03-21 | Campo Manuel D. | Method of activating CdTe thin-film solar cells |
| CN101609860A (zh) * | 2009-07-16 | 2009-12-23 | 上海联孚新能源科技有限公司 | CdTe薄膜太阳能电池制备方法 |
| CN102544189A (zh) * | 2010-12-14 | 2012-07-04 | 无锡尚德太阳能电力有限公司 | 一种薄膜太阳电池及其制备方法 |
| CN102723384A (zh) * | 2011-03-29 | 2012-10-10 | 比亚迪股份有限公司 | 一种CdTe太阳能电池及其制作方法 |
| US20140273407A1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-09-18 | First Solar, Inc. | Formulations And Methods For Surface Cleaning And Passivation of CdTe Substrates |
| CN104377261A (zh) * | 2014-10-18 | 2015-02-25 | 中山市创科科研技术服务有限公司 | 一种CdTe薄膜太阳能电池板及制备方法 |
| KR20160055315A (ko) * | 2014-11-07 | 2016-05-18 | 재단법인대구경북과학기술원 | 태양전지 광흡수층 제조방법 및 이에 따라 제조되는 태양전지 광흡수층 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009012346A1 (en) * | 2007-07-16 | 2009-01-22 | Ascent Solar Technologies, Inc. | Methods for fabricating p-type cadmium selenide |
| US20100212731A1 (en) | 2009-02-25 | 2010-08-26 | First Solar, Inc. | Photovoltaic Devices Including Controlled Copper Uptake |
| US8829342B2 (en) * | 2009-10-19 | 2014-09-09 | The University Of Toledo | Back contact buffer layer for thin-film solar cells |
| CN110828587A (zh) * | 2013-06-27 | 2020-02-21 | 第一太阳能有限公司 | 制造光伏器件的方法 |
| US9159864B2 (en) | 2013-07-25 | 2015-10-13 | First Solar, Inc. | Back contact paste with Te enrichment and copper doping control in thin film photovoltaic devices |
| US9722111B2 (en) * | 2014-02-06 | 2017-08-01 | Alliance For Sustainable Energy, Llc | Surface passivation for CdTe devices |
-
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020034837A1 (en) * | 2000-07-26 | 2002-03-21 | Campo Manuel D. | Method of activating CdTe thin-film solar cells |
| CN101609860A (zh) * | 2009-07-16 | 2009-12-23 | 上海联孚新能源科技有限公司 | CdTe薄膜太阳能电池制备方法 |
| CN102544189A (zh) * | 2010-12-14 | 2012-07-04 | 无锡尚德太阳能电力有限公司 | 一种薄膜太阳电池及其制备方法 |
| CN102723384A (zh) * | 2011-03-29 | 2012-10-10 | 比亚迪股份有限公司 | 一种CdTe太阳能电池及其制作方法 |
| US20140273407A1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-09-18 | First Solar, Inc. | Formulations And Methods For Surface Cleaning And Passivation of CdTe Substrates |
| CN104377261A (zh) * | 2014-10-18 | 2015-02-25 | 中山市创科科研技术服务有限公司 | 一种CdTe薄膜太阳能电池板及制备方法 |
| KR20160055315A (ko) * | 2014-11-07 | 2016-05-18 | 재단법인대구경북과학기술원 | 태양전지 광흡수층 제조방법 및 이에 따라 제조되는 태양전지 광흡수층 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111969084A (zh) * | 2020-09-24 | 2020-11-20 | 成都中建材光电材料有限公司 | 一种提升碲化镉电池稳定性的方法 |
| CN111969084B (zh) * | 2020-09-24 | 2022-07-19 | 成都中建材光电材料有限公司 | 一种提升碲化镉电池稳定性的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| WO2018119682A1 (en) | 2018-07-05 |
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