CN108878546A - 一种碲化镉薄膜太阳电池及制备方法 - Google Patents

一种碲化镉薄膜太阳电池及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108878546A
CN108878546A CN201810665289.7A CN201810665289A CN108878546A CN 108878546 A CN108878546 A CN 108878546A CN 201810665289 A CN201810665289 A CN 201810665289A CN 108878546 A CN108878546 A CN 108878546A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
cadmium telluride
back contact
solar cells
film
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.)
Granted
Application number
CN201810665289.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108878546B (zh
Inventor
彭寿
马立云
潘锦功
殷新建
蒋猛
钱双
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CNBM (CHENGDU) OPTOELECTRONIC MATERIAL Co Ltd
Original Assignee
CNBM (CHENGDU) OPTOELECTRONIC MATERIAL Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CNBM (CHENGDU) OPTOELECTRONIC MATERIAL Co Ltd filed Critical CNBM (CHENGDU) OPTOELECTRONIC MATERIAL Co Ltd
Priority to CN201810665289.7A priority Critical patent/CN108878546B/zh
Publication of CN108878546A publication Critical patent/CN108878546A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108878546B publication Critical patent/CN108878546B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H01L31/022441—Electrode arrangements specially adapted for back-contact solar cells
    • H01L31/02245—Electrode arrangements specially adapted for back-contact solar cells for metallisation wrap-through [MWT] type solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/073—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising only AIIBVI compound semiconductors, e.g. CdS/CdTe solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1828—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, CdTe
    • H01L31/1836—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, CdTe comprising a growth substrate not being an AIIBVI compound
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/543—Solar cells from Group II-VI materials
    • 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

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明公开一种碲化镉薄膜太阳电池及制备方法，所述碲化镉薄膜太阳电池由下至上依次包括衬底层、透明导电层、窗口层、光吸收层、第一背接触层、第二背电极层，所述窗口层的材料为硫化镉薄膜，所述光吸收层的材料为碲化镉薄膜，所述背接触层的材料为氮化铜薄膜，背电极层的材料为镍钒合金。本申请的技术方案可以克服传统碲化镉电池铜掺杂过程铜元素扩散造成的衰减降低及生产成本高的问题，所述背接触结构能降低与碲化镉的接触势垒，形成欧姆接触，双层背接触结构进一步提高载流子电导率，从而提高碲化镉薄膜太阳电池的性能。

Description

一种碲化镉薄膜太阳电池及制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种的碲化镉电池及制备方法。
背景技术
碲化镉(CdTe)薄膜太阳电池是以CdTe为吸收层的一种化合物半导体薄膜太阳电池，具有很高的光吸收系数，因其转化效率高、成本低廉的特点，受到很多研究构和公司的关注，目前该电池的最高转化效率已经超过了22％，大面积组件(1.2×0.6m2)的转化效率达18.6％。CdTe薄膜太阳能电池的典型基本结构为：导电玻璃层/CdS窗口层/CdTe吸收层/背接触-背电极层/封装材料/背板玻璃。CdTe吸收层使用的p型CdTe的电子亲和势～4.3eV，禁带宽度～1.5eV，功函数高达5.8eV，由于p型CdTe具有较高的功函数，高于大多数金属材料的功函数，很难使其与金属背电极之间形成稳定的欧姆接触。如果将金属材料直接与CdTe薄膜表面接触作为背电极，碲化镉与金属界面形成肖特基势垒，阻碍空穴的传输，降低电池性能。
现有技术通常采用对碲化镉进行p型重掺杂和在CdTe和背电极之间引入半导体背接触层的方案来降低接触势垒。p型重掺杂的技术方法主要是在碲化镉背部进行铜扩散掺杂，主要的制备方法有湿化学法、蒸镀等。铜元素是目前发现对碲化镉掺杂效果最好的元素，可以很有效的提高电池的性能，但是由于铜在碲化镉中的扩散较快，当铜在碲化镉和硫化界面出现富集时，会形成大量缺陷能级，很容易造成电池的衰减。背接触层的技术方案通常采用在CdTe和背电极之间引入半导体背接触层，来减小接触势垒对空穴传输的阻碍。主要有使用磁控溅射制备碲化锌(ZnTe)、碲化汞(HgTe)、碲化锑(Sb2Te3)等半导体材料。这些材料多为化合物半导体材料，价格较为昂贵，工艺步骤繁杂。同时，单一氮化物背接触层无法兼顾空穴传输效率和较高的电导率，使得碲化镉薄膜太阳电池的不仅成本较高，且转化效率不高。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种氮化物背接触碲化镉电池结构及制备方法，解决了其他半导体背接触制备成本高、普通铜扩散容易出现电池衰减、背传输层电导率差的技术问题。
为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种碲化镉薄膜太阳电池，所述碲化镉薄膜太阳电池由下至上依次包括衬底层、透明导电层、窗口层、光吸收层、第一背接触层、第二背接触层、背电极层，所述窗口层的材料为硫化镉薄膜，所述光吸收层的材料为碲化镉薄膜，所述第一背接触层的材料为氮化铜薄膜或金属掺杂氮化铜薄膜，所述第二背接触层为氮化钼薄膜，所述背电极层的材料为镍钒合金。
优选的，所述金属掺杂氮化铜薄膜为钼掺杂氮化铜薄膜或铝掺杂氮化铜薄膜。
优选的，所述钼掺杂氮化铜薄膜中钼∶氮化铜的摩尔比为1∶20-1∶10。
优选的，所述铝掺杂氮化铜薄膜中铝∶氮化铜的摩尔比为1∶20-1∶10。
优选的，所述光吸收层的厚度为2-3μm。
优选的，所述第一背接触层的厚度为5-20nm。
优选的，所述第二背接触层的厚度为20-30nm。
优选的，所述背电极层的厚度为300-500nm。
本发明还提供了一种碲化镉薄膜太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)提供衬底层，在所述衬底层上沉积透明导电膜，得透明导电层；
(2)在所述透明导电层上沉积硫化镉，得窗口层；
(3)在所述窗口层上沉积碲化镉，得光吸收层；
(4)在所述光吸收层上磁控溅射氮化铜或金属掺杂氮化铜，得第一背接触层
(5)在所述第一背接触层上磁控溅射氮化钼，得第二背接触层；
(6)在所述背接触层上磁控溅射镍钒合金，得背电极层；
(7)对所述背接触层和所述背电极层进行退火处理。
优选的，所述退火处理的温度为150-250℃，所述退火处理的时间为10-30min。
本申请与现有技术相比，其详细说明如下：
本申请提供了一种具有背接触结构的碲化镉薄膜太阳电池，所述背接触结构能降低与碲化镉的接触势垒，形成欧姆接触，从而提高碲化镉薄膜太阳电池的性能。
氮化铜不仅可以实现掺铜的效果，而且可以克服传统碲化镉电池铜掺杂过程铜元素扩散造成的衰减降低，而且氮化铜相比于碲化锌、碲化汞、碲化锑等半导体材料价格更便宜，生产成本更低，适用于大规模的量产。铝或钼掺杂氮化铜可以改善氮化铜的电导率。
金属氮化物具有功函数可调，电子传输速度快等优点，但是在没有铜参与的情况下，转化效率很难进一步提升。本发明选用特定的氮化物——氮化铜作为背接触层，比其他氮化物转化性能更高，氮化铜可以与碲化镉光吸收层形成良好的欧姆接触，降低界面损失，提高界面电流的收集与传输效率。氮化钼具有比氮化铜更优的电导率，与氮化铜协同作用，进一步提升载流子电导率，减小太阳电池的串联电阻。
Ni-V作为一种具有高功函数且耐腐蚀的金属材料，既可以降低其与碲化镉半导体之间的接触电阻，又可以对碲化镉电池进行保护，提高背电极的耐水汽能力。
附图说明
图1为本发明提供的一种碲化镉薄膜太阳电池示意图。
其中，1-衬底层；2-透明导电层；3-窗口层；4-光吸收层；5-第一背接触层；6-第二背接触层；7-背电极层；8-封装材料层；9-背板层。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。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。
本发明提供了一种碲化镉薄膜太阳电池，所述碲化镉薄膜太阳电池由下至上依次包括衬底层、透明导电层、窗口层、光吸收层、第一背接触层、第二背接触层、背电极层、封装材料层和背板层，所述窗口层的材料为硫化镉薄膜，所述光吸收层的材料为碲化镉薄膜，所述第一背接触层的材料为氮化铜薄膜或金属掺杂氮化铜薄膜，所述第二背接触层为氮化钼薄膜，所述背电极层的材料为镍钒合金。
所述衬底层的材料为钠钙玻璃。
所述透明导电层的材料为选自FTO透明导电膜、ITO透明导电膜或AZO透明导电膜中的任意一种。
所述窗口层的厚度为30nm-50nm，在本发明的实施例中，所述窗口层的厚度优选为50nm，所述光吸收层的厚度为2-3μm。
所述第一背接触层的厚度为5-20nm，本申请使用氮化铜薄膜作为第一背接触层，不仅可以实现掺铜的效果，且可以避免传统碲化镉吸光层铜掺杂过程中出现的铜的扩散过程。氮化铜背接触层可以碲化镉光吸收层形成欧姆接触，比传统的氮化物的转化效率更高。
本申请也可使用金属掺杂氮化铜薄膜作为第一背接触层，金属掺杂氮化铜薄膜为钼掺杂氮化铜薄膜或铝掺杂氮化铜薄膜，所述钼掺杂氮化铜薄膜中钼∶氮化铜的摩尔比为1∶20-1∶10，所述铝掺杂氮化铜薄膜中铝∶氮化铜的摩尔比为1∶20-1∶10，钼掺杂氮化铜薄膜或铝掺杂氮化铜薄膜可以提高氮化铜薄膜的电导率。
所述第二背接触层的厚度为20-30nm，所述第二背接触层为电导率良好的氮化钼薄膜。
所述镍钒合金中镍∶钒的摩尔比为1∶5-5∶1，所述背电极层的厚度为300-500nm，镍钒合金具有优异的抗水汽作用。
所述封装材料层的材料为POE胶膜。
所述背板层的材料为钠钙玻璃。
本发明还提供了一种碲化镉薄膜太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)提供衬底层，在所述衬底层上采用APCVD法沉积透明导电膜，得透明导电层；
(2)在所述透明导电层上沉积硫化镉，得窗口层；
(3)在所述窗口层上沉积碲化镉，得光吸收层；
(4)在所述光吸收层上磁控溅射氮化铜或金属掺杂氮化铜，得第一背接触层
(5)在所述第一背接触层上磁控溅射氮化钼，得第二背接触层；
(6)在所述第二背接触层上磁控溅射镍钒合金，得背电极层；
(7)对所述背接触层和所述背电极层进行退火处理；
(8)采用POE胶膜和钠钙玻璃进行封装。
优选的，所述退火处理的温度为150-250℃，所述退火处理的时间为10-30min。
实施例1
如图1所示，一种碲化镉薄膜太阳电池，所述碲化镉薄膜太阳电池由下至上依次包括衬底层1、透明导电层2、窗口层3、光吸收层4、第一背接触层5、第二背接触层6、背电极层7、封装材料层8和背板层9，所述窗口层的材料为硫化镉薄膜，所述光吸收层的材料为碲化镉薄膜，所述第一背接触层的材料为氮化铜薄膜，所述第二背接触层为氮化钼薄膜，所述背电极层的材料为镍钒合金。
所述衬底层的材料为钠钙玻璃；
所述透明导电层的材料为选自FTO透明导电膜；
所述窗口层的厚度为50nm；
所述光吸收层的厚度为3μm；
所述第一背接触层的厚度为5nm；
所述第二背接触层的厚度为20nm；
所述镍钒合金中镍∶钒的摩尔比为1∶5；
所述背电极层的厚度为300nm；
所述封装材料层的材料为POE胶膜；
所述背板层的材料为钠钙玻璃。
碲化镉薄膜太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)提供钠钙玻璃作为玻璃衬底层，在所述玻璃衬底层上采用APCVD沉积FTO透明导电膜，得透明导电层；
(2)在所述透明导电层上采用磁控溅射法沉积硫化镉，得窗口层；
(3)在所述窗口层上采用近空间升华法沉积碲化镉，沉积温度为500℃，得光吸收层；
(4)在Ar和N2混合气体的环境下，在所述光吸收层上磁控溅射氮化铜，得第一背接触层；
(5)在Ar和N2混合气体的环境下，在所述第一背接触层上磁控溅射氮化钼，得第二背接触层；
(6)在纯Ar环境下，在所述第二背接触层上磁控溅射镍钒合金，得背电极层；
(7)对所述第一背接触层、第二背接触层和所述背电极层进行退火处理，所述退火处理的温度为150℃，所述退火处理的时间为10min；
(8)采用POE胶膜和钠钙玻璃进行封装。
实施例2
一种碲化镉薄膜太阳电池，所述碲化镉薄膜太阳电池由下至上依次包括衬底层1、透明导电层2、窗口层3、光吸收层4、第一背接触层5、第二背接触层6、背电极层7、封装材料层8和背板层9，所述窗口层的材料为硫化镉薄膜，所述光吸收层的材料为碲化镉薄膜，所述第一背接触层的材料为金属掺杂氮化铜薄膜，所述第二背接触层为氮化钼薄膜，所述背电极层的材料为镍钒合金。
所述金属掺杂氮化铜薄膜为钼掺杂氮化铜薄膜；
所述衬底层的材料为钠钙玻璃；
所述透明导电层的材料为选自FTO透明导电膜；
所述窗口层的厚度为50nm；
所述光吸收层的厚度为2μm；
所述钼掺杂氮化铜薄膜中钼∶氮化铜的摩尔比为1∶20。
所述第一背接触层的厚度为20nm；
所述第二背接触层的厚度为20nm；
所述镍钒合金中镍∶钒的摩尔比为1∶5；
所述背电极层的厚度为300nm；
所述封装材料层的材料为POE胶膜；
所述背板层的材料为钠钙玻璃。
碲化镉薄膜太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)提供钠钙玻璃作为玻璃衬底层，在所述玻璃衬底层上采用APCVD沉积FTO透明导电膜，得透明导电层；
(2)在所述透明导电层上采用磁控溅射法沉积硫化镉，得窗口层；
(3)在所述窗口层上采用近空间升华法沉积碲化镉，沉积温度为500℃，得光吸收层；
(4)在Ar和N2混合气体的环境下，在所述光吸收层上磁控溅射钼掺杂氮化铜，得第一背接触层；
(5)在Ar和N2混合气体的环境下，在所述第一背接触层上磁控溅射氮化钼，得第二背接触层；
(6)在纯Ar环境下，在所述第二背接触层上磁控溅射镍钒合金，得背电极层；
(7)对所述第一背接触层、第二背接触层和所述背电极层进行退火处理，所述退火处理的温度为150℃，所述退火处理的时间为10min；
(8)采用POE胶膜和钠钙玻璃进行封装。
实施例3
一种碲化镉薄膜太阳电池，所述碲化镉薄膜太阳电池由下至上依次包括衬底层1、透明导电层2、窗口层3、光吸收层4、第一背接触层5、第二背接触层6、背电极层7、封装材料层8和背板层9，所述窗口层的材料为硫化镉薄膜，所述光吸收层的材料为碲化镉薄膜，所述第一背接触层的材料为金属掺杂氮化铜薄膜，所述第二背接触层为氮化钼薄膜，所述背电极层的材料为镍钒合金。
所述金属掺杂氮化铜薄膜为钼掺杂氮化铜薄膜；
所述衬底层的材料为钠钙玻璃；
所述透明导电层的材料为选自FTO透明导电膜；
所述窗口层的厚度为50nm；
所述光吸收层的厚度为2.5μm；
所述钼掺杂氮化铜薄膜中钼∶氮化铜的摩尔比为1∶10。
所述第一背接触层的厚度为15nm；
所述第二背接触层的厚度为30nm；
所述镍钒合金中镍∶钒的摩尔比为5∶1；
所述背电极层的厚度为300nm；
所述封装材料层的材料为POE胶膜；
所述背板层的材料为钠钙玻璃。
碲化镉薄膜太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)提供钠钙玻璃作为玻璃衬底层，在所述玻璃衬底层上采用APCVD沉积FTO透明导电膜，得透明导电层；
(2)在所述透明导电层上采用磁控溅射法沉积硫化镉，得窗口层；
(3)在所述窗口层上采用近空间升华法沉积碲化镉，沉积温度为500℃，得光吸收层；
(4)在Ar和N2混合气体的环境下，在所述光吸收层上磁控溅射钼掺杂氮化铜，得第一背接触层；
(5)在Ar和N2混合气体的环境下，在所述第一背接触层上磁控溅射氮化钼，得第二背接触层；
(6)在纯Ar环境下，在所述第二背接触层上磁控溅射镍钒合金，得背电极层；
(7)对所述第一背接触层、第二背接触层和所述背电极层进行退火处理，所述退火处理的温度为250℃，所述退火处理的时间为30min；
(8)采用POE胶膜和钠钙玻璃进行封装。
实施例4
一种碲化镉薄膜太阳电池，所述碲化镉薄膜太阳电池由下至上依次包括衬底层1、透明导电层2、窗口层3、光吸收层4、第一背接触层5、第二背接触层6、背电极层7、封装材料层8和背板层9，所述窗口层的材料为硫化镉薄膜，所述光吸收层的材料为碲化镉薄膜，所述第一背接触层的材料为金属掺杂氮化铜薄膜，所述第二背接触层为氮化钼薄膜，所述背电极层的材料为镍钒合金。
所述金属掺杂氮化铜薄膜为铝掺杂氮化铜薄膜；
所述衬底层的材料为钠钙玻璃；
所述透明导电层的材料为选自FTO透明导电膜；
所述窗口层的厚度为50nm；
所述光吸收层的厚度为3μm；
所述铝掺杂氮化铜薄膜中铝∶氮化铜的摩尔比为1∶20；
所述第一背接触层的厚度为15nm；
所述第二背接触层的厚度为30nm；
所述镍钒合金中镍∶钒的摩尔比为1∶5；
所述背电极层的厚度为300nm；
所述封装材料层的材料为POE胶膜；
所述背板层的材料为钠钙玻璃。
碲化镉薄膜太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)提供钠钙玻璃作为玻璃衬底层，在所述玻璃衬底层上采用APCVD沉积FTO透明导电膜，得透明导电层；
(2)在所述透明导电层上采用磁控溅射法沉积硫化镉，得窗口层；
(3)在所述窗口层上采用近空间升华法沉积碲化镉，沉积温度为500℃，得光吸收层；
(4)在Ar和N2混合气体的环境下，在所述光吸收层上磁控溅射铝掺杂氮化铜，得第一背接触层；
(5)在Ar和N2混合气体的环境下，在所述第一背接触层上磁控溅射氮化钼，得第二背接触层；
(6)在纯Ar环境下，在所述第二背接触层上磁控溅射镍钒合金，得背电极层；
(7)对所述第一背接触层、第二背接触层和所述背电极层进行退火处理，所述退火处理的温度为150℃，所述退火处理的时间为10min；
(8)采用POE胶膜和钠钙玻璃进行封装。
实施例5
一种碲化镉薄膜太阳电池，所述碲化镉薄膜太阳电池由下至上依次包括衬底层1、透明导电层2、窗口层3、光吸收层4、第一背接触层5、第二背接触层6、背电极层7、封装材料层8和背板层9，所述窗口层的材料为硫化镉薄膜，所述光吸收层的材料为碲化镉薄膜，所述第一背接触层的材料为金属掺杂氮化铜薄膜，所述第二背接触层为氮化钼薄膜，所述背电极层的材料为镍钒合金。
所述金属掺杂氮化铜薄膜为铝掺杂氮化铜薄膜；
所述衬底层的材料为钠钙玻璃；
所述透明导电层的材料为选自FTO透明导电膜；
所述窗口层的厚度为50nm；
所述光吸收层的厚度为3μm；
所述铝掺杂氮化铜薄膜中铝∶氮化铜的摩尔比为1∶10。
所述第一背接触层的厚度为15nm；
所述第二背接触层的厚度为30nm；
所述镍钒合金中镍∶钒的摩尔比为5∶1；
所述背电极层的厚度为500nm；
所述封装材料层的材料为POE胶膜；
所述背板层的材料为钠钙玻璃。
碲化镉薄膜太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)提供钠钙玻璃作为玻璃衬底层，在所述玻璃衬底层上采用APCVD沉积FTO透明导电膜，得透明导电层；
(2)在所述透明导电层上采用磁控溅射法沉积硫化镉，得窗口层；
(3)在所述窗口层上采用近空间升华法沉积碲化镉，沉积温度为500℃，得光吸收层；
(4)在Ar和N2混合气体的环境下，在所述光吸收层上磁控溅射铝掺杂氮化铜，得第一背接触层；
(5)在Ar和N2混合气体的环境下，在所述第一背接触层上磁控溅射氮化钼，得第二背接触层；
(6)在纯Ar环境下，在所述第二背接触层上磁控溅射镍钒合金，得背电极层；
(7)对所述第一背接触层、第二背接触层和所述背电极层进行退火处理，所述退火处理的温度为250℃，所述退火处理的时间为30min；
(8)采用POE胶膜和钠钙玻璃进行封装。
对照例1
一种碲化镉薄膜太阳电池，所述碲化镉薄膜太阳电池由下至上依次包括衬底层、透明导电层、窗口层、光吸收层、背接触层、背电极层、封装材料层和背板层，所述窗口层的材料为硫化镉薄膜，所述光吸收层的材料为碲化镉薄膜，所述背接触层的材料为氮化铜薄膜，所述背电极层的材料为镍钒合金。
所述衬底层的材料为钠钙玻璃；
所述透明导电层的材料为选自FTO透明导电膜；
所述窗口层的厚度为50nm；
所述光吸收层的厚度为3μm；
所述背接触层的厚度为5nm；
所述镍钒合金中镍∶钒的摩尔比为1∶5；
所述背电极层的厚度为300nm；
所述封装材料层的材料为POE胶膜；
所述背板层的材料为钠钙玻璃。
碲化镉薄膜太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)提供钠钙玻璃作为玻璃衬底层，在所述玻璃衬底层上采用APCVD沉积FTO透明导电膜，得透明导电层；
(2)在所述透明导电层上采用磁控溅射法沉积硫化镉，得窗口层；
(3)在所述窗口层上采用近空间升华法沉积碲化镉，沉积温度为500℃，得光吸收层；
(4)在Ar和N2混合气体的环境下，在所述光吸收层上磁控溅射氮化铜，得背接触层；
(5)在纯Ar环境下，在所述背接触层上磁控溅射镍钒合金，得背电极层；
(6)对所述背接触层和所述背电极层进行退火处理，所述退火处理的温度为150℃，所述退火处理的时间为10min；
(7)采用POE胶膜和钠钙玻璃进行封装。
对照例2
一种碲化镉薄膜太阳电池，所述碲化镉薄膜太阳电池由下至上依次包括衬底层、透明导电层、窗口层、光吸收层、背接触层、背电极层、封装材料层和背板层，所述窗口层的材料为硫化镉薄膜，所述光吸收层的材料为碲化镉薄膜，所述背接触层的材料为氮化钼薄膜，所述背电极层的材料为镍钒合金。
所述衬底层的材料为钠钙玻璃；
所述透明导电层的材料为选自FTO透明导电膜；
所述窗口层的厚度为50nm；
所述光吸收层的厚度为3μm；
所述背接触层的厚度为30nm；
所述镍钒合金中镍∶钒的摩尔比为1∶5；
所述背电极层的厚度为300nm；
所述封装材料层的材料为POE胶膜；
所述背板层的材料为钠钙玻璃。
碲化镉薄膜太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)提供钠钙玻璃作为玻璃衬底层，在所述玻璃衬底层上采用APCVD沉积FTO透明导电膜，得透明导电层；
(2)在所述透明导电层上采用磁控溅射法沉积硫化镉，得窗口层；
(3)在所述窗口层上采用近空间升华法沉积碲化镉，沉积温度为500℃，得光吸收层；
(4)在Ar和N2混合气体的环境下，在所述光吸收层上磁控溅射氮化钼，得背接触层；
(5)在纯Ar环境下，在所述背接触层上磁控溅射镍积合金，得背电极层；
(6)对所述背接触层和所述背电极层进行退火处理，所述退火处理的温度为150℃，所述退火处理的时间为10min；
(7)采用POE胶膜和钠钙玻璃进行封装。
实施例6
背接触层对碲化镉薄膜电池的性能影响
实验样品：实施例1-5得到的含有第一背接触层和第二背接触层结构的碲化镉薄膜电池样品，对照例1-2得到的单一背接触层的碲化镉薄膜电池样品。
实验方法：采用GB/T6495.1-1996中所述方法进行性能测试。
实验结果：见表1-背接触层对碲化镉薄膜电池的性能影响。
表1背接触层对碲化镉薄膜电池的性能影响
材料 转换效率(％) 开路电压(V) 短路电流(mA/cm2) 填充因子(％)
实施例1 15.14 0.85 26.20 71
实施例2 15.24 0.86 26.35 71.5
实施例3 15.29 0.85 26.55 72
实施例4 15.18 0.84 26.34 71.2
实施例5 15.22 0.86 26.38 71.3
对照例1 14.15 0.81 25.05 69.2
对照例2 12.26 0.79 23.6 66.3
由表1可以看出，本申请具有含有第一背接触层和第二背接触层结构的碲化镉薄膜电池样品比具有单一背接触层的碲化镉薄膜电池样品具有更优的载流子传输性能，具有全面提升的转换效率、开路电压，短路电流，填充因子，铝或钼掺杂可以进一步改善背接触层的载流子传输性能。本申请的背接触层与碲化镉吸光层形成欧姆接触，克服了碲化镉与金属直接接触形成的接触势垒。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种碲化镉薄膜太阳电池，其特征在于，所述碲化镉薄膜太阳电池由下至上依次包括衬底层、透明导电层、窗口层、光吸收层、第一背接触层、第二背接触层、背电极层，所述窗口层的材料为硫化镉薄膜，所述光吸收层的材料为碲化镉薄膜，所述第一背接触层的材料为氮化铜薄膜或金属掺杂氮化铜薄膜，所述第二背接触层为氮化钼薄膜，所述背电极层的材料为镍钒合金。
2.根据权利要求1所述的碲化镉薄膜太阳电池，所述金属掺杂氮化铜薄膜为钼掺杂氮化铜薄膜或铝掺杂氮化铜薄膜。
3.根据权利要求2所述的碲化镉薄膜太阳电池，所述钼掺杂氮化铜薄膜中钼：氮化铜的摩尔比为1∶20-1∶10。
4.根据权利要求2所述的碲化镉薄膜太阳电池，所述铝掺杂氮化铜薄膜中铝：氮化铜的摩尔比为1∶20-1∶10。
5.根据权利要求1-4任一项所述的碲化镉薄膜太阳电池，其特征在于，所述光吸收层的厚度为2-3μm。
6.根据权利要求1-4任一项所述的碲化镉薄膜太阳电池，其特征在于，所述第一背接触层的厚度为5-20nm。
7.根据权利要求1-4任一项所述的碲化镉薄膜太阳电池，其特征在于，所述第二背接触层的厚度为20-30nm。
8.根据权利要求1-4任一项所述的碲化镉薄膜太阳电池，其特征在于，所述背电极层的厚度为300-500nm。
9.根据权利要求1-8任一项所述的碲化镉薄膜太阳电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)提供衬底层，在所述衬底层上沉积透明导电膜，得透明导电层；
(2)在所述透明导电层上沉积硫化镉，得窗口层；
(3)在所述窗口层上沉积碲化镉，得光吸收层；
(4)在所述光吸收层上磁控溅射氮化铜或金属掺杂氮化铜，得第一背接触层；
(5)在所述第一背接触层上磁控溅射氮化钼，得第二背接触层；
(6)在所述第二背接触层上磁控溅射镍钒合金，得背电极层；
(7)对所述背接触层和所述背电极层进行退火处理。
10.根据权利要求9所述的碲化镉薄膜太阳电池的制备方法，其特征在于，所述退火处理的温度为150-250℃，所述退火处理的时间为10-30min。
CN201810665289.7A 2018-06-25 2018-06-25 一种碲化镉薄膜太阳电池及制备方法 Active CN108878546B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810665289.7A CN108878546B (zh) 2018-06-25 2018-06-25 一种碲化镉薄膜太阳电池及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810665289.7A CN108878546B (zh) 2018-06-25 2018-06-25 一种碲化镉薄膜太阳电池及制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108878546A true CN108878546A (zh) 2018-11-23
CN108878546B CN108878546B (zh) 2022-02-01

Family

ID=64294588

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810665289.7A Active CN108878546B (zh) 2018-06-25 2018-06-25 一种碲化镉薄膜太阳电池及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108878546B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113903828A (zh) * 2021-09-16 2022-01-07 Oppo广东移动通信有限公司 电子设备、电子设备壳体及其制备方法
CN114050188A (zh) * 2021-10-09 2022-02-15 中国建材国际工程集团有限公司 一种基于多层膜电极的碲化镉太阳能电池及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102779860A (zh) * 2012-07-11 2012-11-14 中国科学技术大学 背接触层结构及其制备方法、包括其的CdTe薄膜太阳能电池
US20140261688A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 First Solar, Inc High efficiency photovoltaic device employing cadmium sulfide telluride and method of manufacture
US9159850B2 (en) * 2012-04-25 2015-10-13 Guardian Industries Corp. Back contact having selenium blocking layer for photovoltaic devices such as copper—indium-diselenide solar cells
US20160147125A1 (en) * 2014-11-24 2016-05-26 Freescale Semiconductor, Inc. Electronic devices wth transparent conducting electrodes, and methods of manufacture thereof
CN106784046A (zh) * 2016-12-28 2017-05-31 成都中建材光电材料有限公司 一种背接触结构、制备方法及碲化镉薄膜太阳电池
CN107768453A (zh) * 2017-08-31 2018-03-06 成都中建材光电材料有限公司 一种具有复合背电极的碲化镉薄膜电池及其制备方法
CN108183141A (zh) * 2017-12-28 2018-06-19 成都中建材光电材料有限公司 一种新型结构的碲化镉薄膜电池及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9159850B2 (en) * 2012-04-25 2015-10-13 Guardian Industries Corp. Back contact having selenium blocking layer for photovoltaic devices such as copper—indium-diselenide solar cells
CN102779860A (zh) * 2012-07-11 2012-11-14 中国科学技术大学 背接触层结构及其制备方法、包括其的CdTe薄膜太阳能电池
US20140261688A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 First Solar, Inc High efficiency photovoltaic device employing cadmium sulfide telluride and method of manufacture
US20160147125A1 (en) * 2014-11-24 2016-05-26 Freescale Semiconductor, Inc. Electronic devices wth transparent conducting electrodes, and methods of manufacture thereof
CN106784046A (zh) * 2016-12-28 2017-05-31 成都中建材光电材料有限公司 一种背接触结构、制备方法及碲化镉薄膜太阳电池
CN107768453A (zh) * 2017-08-31 2018-03-06 成都中建材光电材料有限公司 一种具有复合背电极的碲化镉薄膜电池及其制备方法
CN108183141A (zh) * 2017-12-28 2018-06-19 成都中建材光电材料有限公司 一种新型结构的碲化镉薄膜电池及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113903828A (zh) * 2021-09-16 2022-01-07 Oppo广东移动通信有限公司 电子设备、电子设备壳体及其制备方法
CN114050188A (zh) * 2021-10-09 2022-02-15 中国建材国际工程集团有限公司 一种基于多层膜电极的碲化镉太阳能电池及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108878546B (zh) 2022-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sun et al. Toward efficiency limits of crystalline silicon solar cells: recent progress in high‐efficiency silicon heterojunction solar cells
Morales-Acevedo Thin film CdS/CdTe solar cells: research perspectives
Chu et al. 14.6% efficient thin-film cadmium telluride heterojunction solar cells
CN101276854B (zh) 碲锌镉薄膜太阳能电池
US8829342B2 (en) Back contact buffer layer for thin-film solar cells
CN103329277B (zh) 用于光伏电池的导电基材
CN101853888A (zh) 用于薄膜光伏器件的层和由其制成的太阳能电池
CN103855232B (zh) 光伏器件及其制造方法
CN107706308A (zh) 一种钙钛矿太阳能电池及制备方法
CN102244110B (zh) 硒化钒薄膜作背接触层的CdTe太阳电池
CN110429145A (zh) 一种硒化锑薄膜太阳电池及其制备方法
CN112103392A (zh) 一种复合空穴传输层及包含其的钙钛矿太阳能电池
Zhang et al. Thickness-modulated passivation properties of PEDOT: PSS layers over crystalline silicon wafers in back junction organic/silicon solar cells
CN102810581B (zh) 基于碲化镉的薄膜光伏器件的多层n型堆栈及其制造方法
Gao et al. Fabrication of cadmium sulfide/p type silicon heterojunction solar cells under 300° C with more than 10% efficiency
CN108878546A (zh) 一种碲化镉薄膜太阳电池及制备方法
CN108172640A (zh) 一种双面发电的碲化镉薄膜太阳能电池及其制备方法
CN102237418B (zh) 基于碲化镉的薄膜光伏器件使用的硫化镉层及其制造方法
CN109004045B (zh) 一种碲化镉太阳能电池及其制备方法
CN107039554A (zh) 一种碲化镉薄膜太阳能电池和制备方法
CN102842647A (zh) 制造光伏器件的方法和光伏器件
CN202025785U (zh) Cigs太阳能光电池
CN102810593B (zh) 基于碲化镉的薄膜光伏器件的多层n型堆栈及其制造方法
CN107611196A (zh) 一种碲化镉薄膜太阳能电池及其制备方法
CN108878551A (zh) 一种碲化镉薄膜电池及制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant