CN109216482A - 用于太阳能电池的窗口层、太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于太阳能电池的窗口层、太阳能电池及其制备方法，如下步骤：1)提供一基底；2)于所述基底的表面形成增透吸收层，所述增透吸收层用于增加太阳能电池对太阳光的透过率并增加所述太阳能电池对短波光的吸收；3)于所述增透吸收层远离所述基底的表面形成保护层；4)于所述保护层远离所述增透吸收层的表面形成缓冲层。本发明制备的窗口层用于太阳能电池时，可以增加太阳能电池对太阳光的透过率，提高对短波光的吸收，从而提高太阳能电池的性能；且本发明的窗口层的制备方法操作简单，工艺简单，容易控制。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，特别是涉及一种用于太阳能电池的窗口层、太阳能电池及其制备方法。
背景技术
碲化镉太阳能电池，较单晶硅太阳能电池有制作方便，成本低廉和重量较轻等优点。碲化镉薄膜太阳能电池简称CdTe电池，它是一种以p型CdTe和n型CdS的异质结为基础的薄膜太阳能电池。一般标准的碲化镉薄膜太阳能电池由五层结构组成:背电极、背接触层、CdTe吸收层、CdTe窗口层、TCO层。碲化镉薄膜太阳能电池的生产成本大大低于晶体硅和其他材料的太阳能电池技术，其次它和太阳光谱很一致，可吸收95％以上的阳光。在广泛深入的应用研究基础上，国际上许多国家的CdTe电池已由实验室研究阶段开始走向规模工业化生产。传统的碲化镉工艺是窗口层采用硫化镉(CdS)，采用硫化镉第一会使短波的吸收降低，从而降低电池的性能，第二采用的硫化镉是有毒的物质，对环境和工作的人员都是不利的，而且传统的硫化镉的制备方法大多采用化学水浴法(CBD)，这种工艺还会产生很多废液，工艺控制难，有的工艺直接采用氧化锌掺氧化镁(MZO)作为窗口层，这种结构虽然在短波的QE相应增加，但是会引起FF和Voc的降低，主要是因为MZO/CdTe异质结结构的内建电场较弱，所以尽管QE相应好，但是电池的整体性能仍是下降的。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于太阳能电池的窗口层、太阳能电池及其制备方法，用于解决现有技术中采用硫化镉作为窗口层存在的使短波光的吸收降低，从而降低电池的性能的问题，硫化镉是有毒物质，对环境和工作人员不利的问题以及硫化镉的制备工艺存在的会产生很多废液，工艺控制难的问题，以及现有技术中采用氧化锌掺氧化镁作为窗口层存在的会引起FF和Voc的降低，从而使得电池整体性能下降的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于太阳能电池的窗口层的制备方法，所述用于太阳能电池的窗口的制备方法包括如下步骤：
1)提供一基底；
2)于所述基底的表面形成增透吸收层，所述增透吸收层用于增加太阳能电池对太阳光的透过率并增加所述太阳能电池对短波光的吸收；
3)于所述增透吸收层远离所述基底的表面形成保护层；
4)于所述保护层远离所述增透吸收层的表面形成缓冲层。
优选地，步骤2)中，采用蒸镀工艺于所述基底的表面形成氧化镉层作为所述增透吸收层；步骤3)中，采用蒸镀工艺于所述增透吸收层远离所述基底的表面形成硒化锌层作为所述保护层；步骤4)中，采用蒸镀工艺于所述保护层远离所述增透吸收层的表面形成碲锌镉层作为所述缓冲层。
优选地，步骤4)之后还包括将步骤4)得到的结构进行活化退火处理的步骤。
优选地，将步骤4)得到的结构置于湿度介于25％～80％之间的环境中进行活化退火处理。
优选地，所述活化退火处理的活化退火温度介于395℃～400℃之间，所述活化退火处理的活化退火时间介于30min～40min之间。
优选地，步骤4)之后，还包括去除所述基底的步骤。
本发还明提供一种用于太阳能电池的窗口层，所述窗口层包括：
增透吸收层，包括相对的第一表面及第二表面，用于增加太阳能电池对太阳光的透过率并增加所述太阳能电池对短波光的吸收；
保护层，位于所述增透吸收层的第一表面上；
缓冲层，位于所述保护层远离所述增透吸收层的表面上。
优选地，所述窗口层的厚度介于40nm～70nm之间。
优选地，所述增透吸收层包括氧化镉层，所述保护层包括硒化锌层，所述缓冲层包括碲锌镉层。
优选地，所述窗口层还包括：
第一扩散层，位于所述增透吸收层与所述保护层之间，所述第一扩散层的材料包括Zn1-xCdxSe，其中，0＜x＜1；
第二扩散层，包括Zn1-xCdxSe层及Zn1-yCdyTe层，所述Zn1-xCdxSe层位于所述保护层与所述Zn1-yCdyTe层之间，所述Zn1-yCdyTe层位于所述Zn1-xCdxSe层与所述缓冲层之间，其中，0＜y＜1。
本发明还提供一种太阳能电池的制备方法，所述太阳能电池的制备方法包括如下步骤：
1)提供一衬底层，所述衬底层包括相对的第一表面及第二表面；
2)于所述衬底层的第一表面形成窗口层，所述窗口层包括增透吸收层、保护层及缓冲层，形成所述窗口层的具体方法为：于所述衬底层的第一表面形成增透吸收层；于所述增透吸收层远离所述衬底层的表面形成保护层；于所述保护层远离所述增透吸收层的表面形成缓冲层；
3)于所述缓冲层远离所述保护层的表面形成光吸收层；
4)于所述光吸收层远离所述窗口层的表面形成背电极层。
优选地，步骤2)中，采用蒸镀工艺于所述基底的表面形成氧化镉层作为所述增透吸收层，采用蒸镀工艺于所述增透吸收层远离所述基底的表面形成硒化锌层作为所述保护层，采用蒸镀工艺于所述保护层远离所述增透吸收层的表面形成碲锌镉层作为所述缓冲层；步骤3)中，采用近空间升华法于所述缓冲层远离所述保护层的表面形成碲化镉层作为所述光吸收层；步骤4)中，采用磁控溅射法于所述光吸收层远离所述窗口层的表面形成钼层作为所述背电极层。
优选地，步骤2)中形成的所述窗口层的厚度介于40nm～70nm之间。
优选地，步骤3)与步骤4)之间还包括将步骤3)得到的结构进行活化退火处理的步骤。
优选地，将步骤3)得到的结构置于湿度介于25％～80％之间的环境中进行活化退火处理。
优选地，所述活化退火处理的活化退火温度介于395℃～400℃之间，所述活化退火处理的活化退火时间介于30min～40min之间。
本发明还提供一种太阳能电池，所述太阳能电池包括：
衬底层，包括相对的第一表面及第二表面；
如上述任一方案中所述的窗口层，位于所述衬底层的第一表面上，且所述增透吸收层的第二表面与所述衬底层的第一表面相接触；
光吸收层，位于所述窗口层远离所述衬底层的表面上；
背电极层，位于所述光吸收层远离所述窗口层的表面上。
优选地，所述衬底层包括含氟氧化锡透明导电玻璃。
优选地，所述衬底层包括玻璃层及透明导电层，其中，所述透明导电层位于所述玻璃层与所述窗口层之间。
优选地，所述光吸收层的厚度介于2.5μm～3.5μm之间，所述背电极层的厚度介于220nm～250nm之间。
优选地，所述吸收层的材料包括碲化镉，所述背电极层的材料包括钼。
如上所述，本发明的用于太阳能电池的窗口层、太阳能电池及其制备方法，具有以下有益效果：
本发明的窗口层用于太阳能电池时，可以增加太阳能电池对太阳光的透过率，提高对短波光的吸收，从而提高太阳能电池的性能；且本发明的窗口层的制备方法操作简单，工艺简单，容易控制；
本发明的太阳能电池采用增透吸收层、保护层及缓冲层作为窗口层，可以增加对太阳光的透过率，提高对短波光的吸收，从而提高太阳能电池的性能；本发明的太阳能电池初始性能、长期稳定性优异，转换效率高，且本发明的太阳能电池的制备方法操作简单，工艺简单，容易控制。
附图说明
图1显示为本发明实施例一中提供的用于太阳能电池的窗口层的制备方法的流程图。
图2至图7显示为本发明实施例一中提供的用于太阳能电池的窗口层的制备方法各步骤所得结构的截面结构示意图，其中，图6及图7显示为本发明不同示例中的用于太阳能电池的窗口层的截面结构示意图。
图8显示为本发明实施例三中提供的太阳能电池的制备方法的流程图。
图9至图13显示本发明实施例三中提供的太阳能电池的制备方法各步骤所得结构的截面结构示意图，其中，图13显示为本发明一示例中的太阳能电池的截面结构示意图。
元件标号说明
1 窗口层
10 增透吸收层
11 保护层
12 缓冲层
13 第一扩散层
14 第二扩散层
141 Zn1-xCdxSe层
142 Zn1-yCdyTe
2 基底
3 衬底层
31 玻璃层
32 透明导电层
4 光吸收层
5 背电极层
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1～图13。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
实施例一
请参阅图1，本发明提供一种用于太阳能电池的窗口层的制备方法，所述用于太阳能电池的窗口的制备方法包括如下步骤：
1)提供一基底；
2)于所述基底的表面形成增透吸收层，所述增透吸收层用于增加太阳能电池对太阳光的透过率并增加所述太阳能电池对短波光的吸收；
3)于所述增透吸收层远离所述基底的表面形成保护层；
4)于所述保护层远离所述增透吸收层的表面形成缓冲层。
在步骤1)中，请参阅图1中的S11步骤及图2，提供一基底2。
作为示例，所述基底2可以为任意一种具有一定硬度以可以起到支撑作用的基底，譬如，所述基底2可以为玻璃或陶瓷等等。
在步骤2)中，请参阅图1中的S12及图3，于所述基底2的表面形成增透吸收层10，所述增透吸收层10用于增加太阳能电池对太阳光的透过率并增加所述太阳能电池对短波光的吸收。
作为示例，可以采用但不仅限于蒸镀工艺于所述基底2的表面形成氧化镉(Cd：O)层作为所述增透吸收层10。采用所述氧化镉层作为所述增透吸收层10，所述增透吸收层10可以在所述窗口层1用于太阳能电池(尤其是碲化镉电池)时，增加所述太阳能电池对太阳光的透过率，同时所述增透吸收层10可以对所述太阳能电池中的光吸收层起到类似催化或激励的作用，增加所述太阳能电池中的所述光吸收层对短波光(譬如，波长为390nm～470nm的光)的吸收，从而提高太阳能电池的性能(譬如光电转换效率)。
在步骤3)中，请参阅图1中的S13步骤及图4，于所述增透吸收层10远离所述基底2的表面形成保护层11。
作为示例，可以采用但不仅限于蒸镀工艺于所述增透吸收层10远离所述基底2的表面形成硒化锌(ZnSe)层作为所述保护层11。在所述窗口层1用于所述太阳能电池时，需要在所述窗口层1的表面形成一层光吸收层，现有技术中一般采用近空间升华法(CSS)形成所述光吸收层；然而，若直接在所述增透吸收层10的表面采用进空间升华法形成所述光吸收层，近空间升华法会对所述增透吸收层10产生不良影响，因此，在所述增透吸收层10的表面形成一层保护层11可以有效避免后续采用近空间升华法形成所述光吸收层时对所述增透吸收层10的不良影响。同时，本发明中的保护层11及增透吸收层10会增加所述太阳能电池对长波波段光线(譬如，波长为640nm～1200nm的光线)的响应，从而增加了太阳能电池的FF(填充因子)和Voc(开路电压)，进而提高了所述太阳能电池的性能。
在步骤4)中，请参阅图1中的S14步骤及图5，于所述保护层11远离所述增透吸收层10的表面形成缓冲层12。
作为示例，可以采用但不仅限于蒸镀工艺于所述保护层11远离所述增透吸收层10的表面形成碲锌镉(ZnCdTe)层作为所述缓冲层12。在所述增透吸收层10的表面形成所述保护层11虽然可以对所述增透吸收层10起到保护作用，若直接在所述保护层11的表面形成所述光吸收层，尤其是所述保护层11为硒化锌层，所述光吸收层为碲化镉(CdTe)时，所述硒化锌与所述碲化镉形成的结构缺陷比较多，性能不稳定，会使得载流子的复合增加，从而影响所述太阳能电池的性能。通过在所述保护层11上形成所述碲锌镉层作为所述缓冲层12，可以减小缺陷的数量，使得所述太阳能电池的性能更加稳定。
作为示例，步骤4)所得的所述窗口层1的厚度可以根据实际需要进行设定，优选地，所述窗口层1的厚度可以介于40nm～70nm之间，更为优选地，本实施例中，所述窗口层1的厚度为50nm。在其他条件相同的前提下，所述太阳能电池中的所述窗口层1的厚度为50nm时，所述太阳能电池的充放电效率、开路电压、短路电流及填充因子均达到最大值，此时，所述太阳能电池的光电转化效率达到最高。
作为示例，步骤4)之后还包括去除所述基底2的步骤，如图6所示。
作为示例，步骤4)之后还包括将步骤4)得到的结构进行活化退火处理的步骤。具体的，可以将步骤4)得到的结构置于湿度介于25％～80％之间的环境中进行活化退火处理。
作为示例，所述活化退火处理的活化退火温度介于395℃～400℃之间，优选地，本实施例中，所述活化退火温度为395℃，在其他条件相同的前提下，所述活化退火温度为395℃时，所述太阳能电池的充放电效率、开路电压、短路电流及填充因子均达到最大值，此时，所述太阳能电池的光电转化效率达到最高；所述活化退火处理的活化退火时间介于30min～40min之间，优选地，本实施例中，所述活化退火时间为35min，在其他条件相同的前提下，所述活化退火时间为35min时，所述太阳能电池的充放电效率、开路电压、短路电流及填充因子均达到最大值，此时，所述太阳能电池的光电转化效率达到最高。
在对所述窗口层1进行活化退火的过程中，所述增透吸收层10、所述保护层11及所述缓冲层12之间会发生扩散。具体的，如图7所示，在活化退火处理后，所述窗口层1还包括：第一扩散层13及第二扩散层14，所述第一扩散层13由所述增透吸收层10与所述保护层11相互扩散而形成，所述第一扩散层13位于所述增透吸收层10与所述保护层11之间，所述第一扩散层13的材料包括Zn1-xCdxSe，其中，0＜x＜1；所述第二扩散层14由所述保护层11与所述缓冲层12相互扩散而形成，所述第二扩散层14包括Zn1-xCdxSe层141及Zn1-yCdyTe层142，所述Zn1-xCdxSe层141位于所述保护层11与所述Zn1-yCdyTe层142之间，所述Zn1-yCdyTe层142位于所述Zn1-xCdxSe层141与所述缓冲层12之间，其中，0＜y＜1。在所述窗口层1活化退火处理后，所述窗口层1中的各层会发生相互扩散，所述窗口层1中会存在包括Zn1-xCdxSe/Zn1- yCdyTe结构，这种结构的形成能够提高所述太阳能电池对长波波段光线的吸收，而且使得所述窗口层1内及所述窗口层1在其上形成的所述光吸收层之间的缺陷少，可以提高所述太阳能电池的开路电压。
本实施例中的所述用于太阳能电池的窗口层的制备方法具有操作简单，工艺简单，容易控制等优点。
实施例二
请继续参阅图6，本发明还提供一种用于太阳能电池的窗口层1，所述窗口层1包括：增透吸收层10，所述增透吸收层10包括相对的第一表面及第二表面，所述增透吸收层10用于增加太阳能电池对太阳光的透过率并增加所述太阳能电池对短波光的吸收；保护层11，所述保护层11位于所述增透吸收层10的第一表面上；缓冲层12，所述缓冲层12位于所述保护层11远离所述增透吸收层10的表面上。
作为示例，所述窗口层1的厚度可以根据实际需要进行设定，优选地，所述窗口层1的厚度可以介于40nm～70nm之间，更为优选地，本实施例中，所述窗口层1的厚度为50nm。在其他条件相同的前提下，所述窗口层1用于太阳能电池时，所述太阳能电池中的所述窗口层1的厚度为50nm时，所述太阳能电池的充放电效率、开路电压、短路电流及填充因子均达到最大值，此时，所述太阳能电池的光电转化效率达到最高。
作为示例，所述增透吸收层10包括氧化镉层，所述保护层11包括硒化锌层，所述缓冲层12包括碲锌镉层。采用所述氧化镉层作为所述增透吸收层10，所述增透吸收层10可以在所述窗口层1用于太阳能电池(尤其是碲化镉电池)时，增加所述太阳能电池对太阳光的透过率，同时增加所述太阳能电池对短波光的吸收，从而提高太阳能电池的性能(譬如光电转换效率)。又在所述窗口层1用于所述太阳能电池时，需要在所述窗口层1的表面形成一层光吸收层，现有技术中一般采用近空间升华法(CSS)形成所述光吸收层；然而，若直接在所述增透吸收层10的表面采用进空间升华法形成所述光吸收层，近空间升华法会对所述增透吸收层10产生不良影响，因此，在所述增透吸收层10的表面形成一层保护层11可以有效避免后续采用近空间升华法形成所述光吸收层时对所述增透吸收层10的不良影响。同时，本发明中的保护层11及增透吸收层10会增加所述太阳能电池对长波波段光线的相应，从而增加了太阳能电池的FF(填充因子)和Voc(开路电压)，进而提高了所述太阳能电池的性能。在所述增透吸收层10的表面形成所述保护层11虽然可以对所述增透吸收层10起到保护作用，若直接在所述保护层11的表面形成所述光吸收层，尤其是所述保护层11为硒化锌层，所述光吸收层为碲化镉(CdTe)时，所述硒化锌与所述碲化镉形成的结构缺陷比较多，性能不稳定，会使得载流子的复合增加，从而影响所述太阳能电池的性能。通过在所述保护层11上形成所述碲锌镉层作为所述缓冲层12，可以减小缺陷的数量，使得所述太阳能电池的性能更加稳定。
在一示例中，如图7所示，所述窗口层还包括：第一扩散层13及第二扩散层14，所述第一扩散层13可以由所述增透吸收层10与所述保护层11经活化退火后相互扩散而形成，所述第一扩散层13位于所述增透吸收层10与所述保护层11之间，所述第一扩散层13的材料包括Zn1-xCdxSe，其中，0＜x＜1；所述第二扩散层14由所述保护层11与所述缓冲层12相互扩散而形成，所述第二扩散层14包括Zn1-xCdxSe层141及Zn1-yCdyTe层142，所述Zn1-xCdxSe层141位于所述保护层11与所述Zn1-yCdyTe层142之间，所述Zn1-yCdyTe层142位于所述Zn1-xCdxSe层141与所述缓冲层12之间，其中，0＜y＜1。在所述窗口层1活化退火处理后，所述窗口层1中的各层会发生相互扩散，所述窗口层1中会存在包括Zn1-yCdySe/Zn1-xCdxTe结构，这种结构的形成能够提高所述太阳能电池对长波波段光线的吸收，而且使得所述窗口层1内及所述窗口层1在其上形成的所述光吸收层之间的缺陷少，可以提高所述太阳能电池的开路电压。
实施例三
请参阅图8，本发明还提供一种太阳能电池的制备方法，所述太阳能电池的制备方法包括如下步骤：
1)提供一衬底层，所述衬底层包括相对的第一表面及第二表面；
2)于所述衬底层的第一表面形成窗口层，所述窗口层包括增透吸收层、保护层及缓冲层，形成所述窗口层的具体方法为：于所述衬底层的第一表面形成增透吸收层；于所述增透吸收层远离所述衬底层的表面形成保护层；于所述保护层远离所述增透吸收层的表面形成缓冲层；
3)于所述缓冲层远离所述保护层的表面形成光吸收层；
4)于所述光吸收层远离所述窗口层的表面形成背电极层。
在步骤1)中，请参阅图8中的S21步骤及图9，提供一衬底层3，所述衬底层3包括相对的第一表面及第二表面。
在一示例中，所述衬底层3可以包括含氟氧化锡透明导电玻璃(FTO)。
在另一示例中，所述衬底层3可以包括玻璃层31及透明导电层(TCO)32，所述透明导电层32位于所述玻璃层31的表面，且所述透明导电层32远离所述玻璃层31的表面即为所述衬底层3的第一表面。所述玻璃层31可以为任意一种玻璃层，优选地，所述玻璃层31可以包括含氟氧化锡透明导电玻璃层。
在步骤2)中，请参阅图8中的S22步骤及图10，于所述衬底层3的第一表面形成窗口层1，所述窗口层1包括增透吸收层10、保护层11及缓冲层12，形成所述窗口层1的具体方法为：于所述衬底层3的第一表面形成增透吸收层10；于所述增透吸收层10远离所述衬底层3的表面形成保护层11；于所述保护层11远离所述增透吸收层10的表面形成缓冲层12。
作为示例，可以采用但不仅限于蒸镀工艺于所述衬底层3的第一表面形成氧化镉(Cd：O)层作为所述增透吸收层10。采用所述氧化镉层作为所述增透吸收层10，所述增透吸收层10可以增加所述太阳能电池对太阳光的透过率，同时所述增透吸收层10可以对所述太阳能电池中的所述光吸收层起到类似催化或激励的作用，增加所述太阳能电池中的所述光吸收层对短波光(譬如，波长为390nm～470nm的光)的吸收，从而提高太阳能电池的性能(譬如光电转换效率)。
作为示例，可以采用但不仅限于蒸镀工艺于所述增透吸收层10远离所述衬底层3的表面形成硒化锌(ZnSe)层作为所述保护层11。由于在所述太阳能电池的制备过程的后续步骤中需要在所述窗口层1的表面形成一层光吸收层4，现有技术中一般采用近空间升华法(CSS)形成所述光吸收层4；然而，若直接在所述增透吸收层10的表面采用进空间升华法形成所述光吸收层4，近空间升华法会对所述增透吸收层10产生不良影响，因此，在所述增透吸收层10的表面形成一层保护层11可以有效避免后续采用近空间升华法形成所述光吸收层4时对所述增透吸收层10的不良影响。同时，本发明中的保护层11及增透吸收层10会增加所述太阳能电池对长波波段光线的相应，从而增加了太阳能电池的FF(填充因子)和Voc(开路电压)，进而提高了所述太阳能电池的性能。
作为示例，可以采用但不仅限于蒸镀工艺于所述保护层11远离所述增透吸收层10的表面形成碲锌镉(ZnCdTe)层作为所述缓冲层12。在所述增透吸收层10的表面形成所述保护层11虽然可以对所述增透吸收层10起到保护作用，若直接在所述保护层11的表面形成所述光吸收层4，尤其是所述保护层11为硒化锌层，所述光吸收层4为碲化镉(CdTe)时，所述硒化锌与所述碲化镉形成的结构缺陷比较多，性能不稳定，会使得载流子的复合增加，从而影响所述太阳能电池的性能。通过在所述保护层11上形成所述碲锌镉层作为所述缓冲层12，可以减小缺陷的数量，使得所述太阳能电池的性能更加稳定。
作为示例，所述窗口层1的厚度可以根据实际需要进行设定，优选地，所述窗口层1的厚度可以介于40nm～70nm之间，更为优选地，本实施例中，所述窗口层1的厚度为50nm。在其他条件相同的前提下，所述太阳能电池中的所述窗口层1的厚度为50nm时，所述太阳能电池的充放电效率、开路电压、短路电流及填充因子均达到最大值，此时，所述太阳能电池的光电转化效率达到最高。
在步骤3)中，请参阅图8中的S23步骤及图11，于所述缓冲层12远离所述保护层11的表面形成光吸收层4。
作为示例，可以采用近空间升华法于所述缓冲层12远离所述保护层11的表面形成碲化镉层作为所述光吸收层4。
作为示例，所述光吸收层4的厚度可以根据实际需要进行设定，优选地，本实施例中，所述光吸收层4的厚度介于2.5μm～3.5μm之间。
作为示例，步骤3)之后还包括将步骤3)得到的结构进行活化退火处理的步骤。具体的，可以将步骤3)得到的结构置于湿度介于25％～80％之间的环境中进行活化退火处理。
作为示例，所述活化退火处理的活化退火温度介于395℃～400℃之间，优选地，本实施例中，所述活化退火温度为395℃，在其他条件相同的前提下，所述活化退火温度为395℃时，所述太阳能电池的充放电效率、开路电压、短路电流及填充因子均达到最大值，此时，所述太阳能电池的光电转化效率达到最高；所述活化退火处理的活化退火时间介于30min～40min之间，优选地，本实施例中，所述活化退火时间为35min，在其他条件相同的前提下，所述活化退火时间为35min时，所述太阳能电池的充放电效率、开路电压、短路电流及填充因子均达到最大值，此时，所述太阳能电池的光电转化效率达到最高。
在对所述窗口层1进行活化退火的过程中，所述增透吸收层10、所述保护层11及所述缓冲层12之间会发生扩散。具体的，如图12所示，在活化退火处理后，所述窗口层1还包括：第一扩散层13及第二扩散层14，所述第一扩散层13由所述增透吸收层10与所述保护层11相互扩散而形成，所述第一扩散层13位于所述增透吸收层10与所述保护层11之间，所述第一扩散层13的材料包括Zn1-xCdxSe，其中，0＜x＜1；所述第二扩散层14由所述保护层11与所述缓冲层12相互扩散而形成，所述第二扩散层14包括Zn1-xCdxSe层141及Zn1-yCdyTe层142，所述Zn1-xCdxSe层141位于所述保护层11与所述Zn1-yCdyTe层142之间，所述Zn1-yCdyTe层142位于所述Zn1-xCdxSe层141与所述缓冲层12之间，其中，0＜y＜1。在所述窗口层1活化退火处理后，所述窗口层1中的各层会发生相互扩散，所述窗口层1中会存在包括Zn1-xCdxSe/Zn1- yCdyTe结构，这种结构的形成能够提高所述太阳能电池对长波波段光线的吸收，而且使得所述窗口层1内及所述窗口层1在其上形成的所述光吸收层之间的缺陷少，可以提高所述太阳能电池的开路电压。
在步骤4)中，请参阅图8中的S24步骤及图13，于所述光吸收层4远离所述窗口层1的表面形成背电极层5。
作为示例，采用磁控溅射法于所述光吸收层4远离所述窗口层1的表面形成钼层作为所述背电极层5。
作为示例，所述背电极层5的厚度可以根据实际需要进行设定，优选地，本实施例中，所述背电极层5的厚度介于220nm～250nm之间。
本发明的太阳能电池的制备方法具有操作简单，工艺简单，容易控制等优点。
实施例四
请继续参阅图9至图13，本发明还提供一种太阳能电池，所述太阳能电池包括：衬底层3，所述衬底层3包括相对的第一表面及第二表面；如实施例二中所述的窗口层1，所述窗口层1位于所述衬底层3的第一表面上，且所述增透吸收层10的第二表面与所述衬底层3的第一表面相接触；光吸收层4，所述光吸收层4位于所述窗口层1远离所述衬底层3的表面上；背电极层5，所述背电极层5位于所述光吸收层4远离所述窗口层1的表面上。
需要说明的是，所述窗口层1的具体结构请参阅实施例一，此处不再累述。
在一示例中，所述衬底层3可以包括含氟氧化锡透明导电玻璃(FTO)。
在另一示例中，所述衬底层3可以包括玻璃层31及透明导电层(TCO)32，所述透明导电层32位于所述玻璃层31的表面，且所述透明导电层32远离所述玻璃层31的表面即为所述衬底层3的第一表面。所述玻璃层31可以为任意一种玻璃层，优选地，所述玻璃层31可以包括含氟氧化锡透明导电玻璃层。
作为示例，所述吸收层4的材料包括碲化镉。
作为示例，所述光吸收层4的厚度可以根据实际需要进行设定，优选地，本实施例中，所述光吸收层4的厚度介于2.5μm～3.5μm之间。
作为示例，所述背电极层5的材料可以包括钼。
作为示例，所述背电极层5的厚度可以根据实际需要进行设定，优选地，本实施例中，所述背电极层5的厚度介于220nm～250nm之间。
为了便于理解本发明的太阳能电池技术方案，下面以几个具体对比示例进行详细介绍：示例一
提供样品1-1至样品1-6共计六个太阳能电池样品，各所述太阳能电池样品的结构大致相同，各所述太阳能电池样品的区别在于所述窗口层1的具体结构不同，具体为：样品1-1中，所述窗口层1为硫化镉(CdS)层；样品1-2中，所述窗口层1为氧化锌掺氧化镁(MZO)层；样品1-3中，所述窗口层1为氧化镉(CdO)层；样品1-4中，所述窗口层1为氧化锌(ZnO)层；样品1-5中，所述窗口层1为氧化镉层/硒化锌层/碲锌镉层(即样品1-5为本发明所述的太阳能电池)；样品1-6中，所述窗口层1为硒化锌(ZnSe)层。将上述各样品进行性能测试后，测试结果如表1所示。
表1窗口层材料对太阳能电池的性能影响
| 样品编号/性能 | Eff(％) | Voc(V) | Jsc(mA/cm2) | FF(％) |
| 样品1-1 | 10.97 | 0.803 | 22.08 | 61.89 |
| 样品1-2 | 9.63 | 0.757 | 21.29 | 59.74 |
| 样品1-3 | 10.24 | 0.784 | 21.19 | 61.62 |
| 样品1-4 | 9.22 | 0.764 | 20.64 | 58.47 |
| 样品1-5 | 12.26 | 0.833 | 23.14 | 63.59 |
| 样品1-6 | 6.74 | 0.758 | 18.31 | 48.58 |
其中，Eff为充放电效率，Voc为开路电压，Jsc为短路电流密度，FF为填充因子。
由表1可知，相较于其他样品，所述窗口层1包括氧化镉层/硒化锌层/碲锌镉层的所述太阳能电池(即本发明的太阳能电池)的充放电效率、开路电压、短路电流密度及填充因子均有明显的提高。
示例二
提供样品2-1至样品2-8共计八个太阳能电池样品，各所述太阳能电池样品的制备方法及结构大致相同，均为本发明所述的太阳能电池，即所述太阳能电池中的所述窗口层1均包括氧化镉层/硒化锌层/碲锌镉层，各所述太阳能电池样品的区别在于所述窗口层1的厚度不同，具体为：样品2-1中，所述窗口层1的厚度为35nm；样品2-2中，所述窗口层1的厚度为40nm；样品2-3中，所述窗口层1的厚度为45nm；样品2-4中，所述窗口层1的厚度为50nm；样品2-5中，所述窗口层1的厚度为55nm；样品2-6中，所述窗口层1的厚度为60nm；样品2-7中，所述窗口层1的厚度为65nm；在样品2-8中，所述窗口层1的厚度为70nm。将上述各样品采用GB/T6495.1-1996中的方法进行性能测试，测试结果如表2所示。
表2窗口层的厚度对太阳能电池的性能影响
| 样品编号/性能 | Eff(％) | Voc(V) | Jsc(mA/cm2) | FF(％) |
| 样品2-1 | 10.14 | 0.779 | 21.56 | 60.37 |
| 样品2-2 | 10.75 | 0.797 | 22.37 | 60.28 |
| 样品2-3 | 10.07 | 0.753 | 22.15 | 60.38 |
| 样品2-4 | 12.13 | 0.835 | 23.16 | 62.72 |
| 样品2-5 | 11.19 | 0.821 | 22.52 | 60.53 |
| 样品2-6 | 10.26 | 0.814 | 21.23 | 59.36 |
| 样品2-7 | 10.11 | 0.808 | 20.95 | 59.74 |
| 样品2-8 | 9.83 | 0.846 | 19.61 | 59.25 |
由表2可以看出，所述窗口层1的厚度为50nm时，该太阳能电池的充放电效率，开路电压，短路电流和填充因子均达到最大值，此时太阳能电池的光电转化效率最高。
示例三
提供样品3-1至样品3-6共计六个太阳能电池样品，各所述太阳能电池样品的制备方法及结构大致相同，均为本发明所述的太阳能电池，即所述太阳能电池中的所述窗口层1均包括氧化镉层/硒化锌层/碲锌镉层，各所述太阳能电池样品的区别在于所述窗口层1的活化退火时间不同，具体为：样品3-1中，所述窗口层1的活化退火时间为15min；样品3-2中，所述窗口层1的活化退火时间为25min；样品3-3中，所述窗口层1的活化退火时间为35min；样品3-4中，所述窗口层1的活化退火时间为45min；样品3-5中，所述窗口层1的活化退火时间为55min；样品3-6中，所述窗口层1的活化退火时间为65min。将上述各样品采用GB/T6495.1-1996中的方法进行性能测试，测试结果如表3所示。
表3活化退火时间对太阳能电池的性能影响
| 样品编号/性能 | Eff(％) | Voc(V) | Jsc(mA/cm2) | FF(％) |
| 样品3-1 | 9.39 | 0.798 | 20.19 | 58.27 |
| 样品3-2 | 10.23 | 0.806 | 21.04 | 60.35 |
| 样品3-3 | 11.99 | 0.827 | 23.14 | 62.65 |
| 样品3-4 | 11.10 | 0.815 | 22.63 | 60.16 |
| 样品3-5 | 9.82 | 0.802 | 20.47 | 59.81 |
| 样品3-6 | 9.55 | 0.795 | 20.35 | 59.03 |
由表3可以看出，活化退火时间为35分钟，该太阳能电池的充放电效率，开路电压，短路电流和填充因子均达到最大值，此时太阳能电池的光电转化效率最高。
示例四
提供样品4-1至样品4-8共计八个太阳能电池样品，各所述太阳能电池样品的制备方法及结构大致相同，均为本发明所述的太阳能电池，即所述太阳能电池中的所述窗口层1均包括氧化镉层/硒化锌层/碲锌镉层，各所述太阳能电池样品的区别在于所述窗口层1的活化退火温度不同，具体为：样品4-1中，所述窗口层1的活化退火温度为380℃；样品4-2中，所述窗口层1的活化退火时间为385℃；样品4-3中，所述窗口层1的活化退火时间为390℃；样品4-4中，所述窗口层1的活化退火时间为395℃；样品4-5中，所述窗口层1的厚度活化退火时间为400℃；样品4-6中，所述窗口层1的活化退火时间为405℃；样品4-7中，所述窗口层1的活化退火时间为410℃；在样品4-8中，所述窗口层1的活化退火时间为420℃。将上述各样品采用GB/T6495.1-1996中的方法进行性能测试，测试结果如表4所示。
表4活化退火温度对碲化镉薄膜电池的性能影响
| 样品编号/性能 | Eff(％) | Voc(V) | Jsc(mA/cm2) | FF(％) |
| 样品4-1 | 8.12 | 0.761 | 18.45 | 57.82 |
| 样品4-2 | 9.35 | 0.785 | 19.87 | 59.95 |
| 样品4-3 | 10.10 | 0.816 | 20.36 | 60.79 |
| 样品4-4 | 11.91 | 0.827 | 23.09 | 62.38 |
| 样品4-5 | 10.58 | 0.807 | 22.11 | 59.29 |
| 样品4-6 | 9.72 | 0.798 | 20.87 | 58.38 |
| 样品4-7 | 8.99 | 0.785 | 19.69 | 58.15 |
| 样品4-8 | 8.23 | 0.774 | 18.84 | 56.45 |
由表4可以看出，活化退火温度为395℃时，该太阳能电池的充放电效率，开路电压，短路电流和填充因子均达到最大值，此时太阳能电池的光电转化效率最高。
综上所述，本发明的用于太阳能电池的窗口层、太阳能电池及其制备方法，所述用于太阳能电池的窗口的制备方法包括如下步骤：1)提供一基底；2)于所述基底的表面形成增透吸收层，所述增透吸收层用于增加太阳能电池对太阳光的透过率并增加所述太阳能电池对短波光的吸收；3)于所述增透吸收层远离所述基底的表面形成保护层；4)于所述保护层远离所述增透吸收层的表面形成缓冲层。本发明制备的窗口层用于太阳能电池时，可以增加太阳能电池对太阳光的透过率，提高对短波光的吸收，从而提高太阳能电池的性能；且本发明的窗口层的制备方法操作简单，工艺简单，容易控制；本发明的太阳能电池采用增透吸收层、保护层及缓冲层作为窗口层，可以增加对太阳光的透过率，提高对短波光的吸收，从而提高太阳能电池的性能；本发明的太阳能电池初始性能、长期稳定性优异，转换效率高，且本发明的太阳能电池的制备方法操作简单，工艺简单，容易控制。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (21)
1.一种太阳能电池窗口层的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
1)提供一基底；
2)于所述基底的表面形成增透吸收层，所述增透吸收层用于增加太阳能电池对太阳光的透过率并增加所述太阳能电池对短波光的吸收；
3)于所述增透吸收层远离所述基底的表面形成保护层；
4)于所述保护层远离所述增透吸收层的表面形成缓冲层。
2.根据权利要求1所述的用于太阳能电池的窗口层的制备方法，其特征在于，步骤2)中，采用蒸镀工艺于所述基底的表面形成氧化镉层作为所述增透吸收层；步骤3)中，采用蒸镀工艺于所述增透吸收层远离所述基底的表面形成硒化锌层作为所述保护层；步骤4)中，采用蒸镀工艺于所述保护层远离所述增透吸收层的表面形成碲锌镉层作为所述缓冲层。
3.根据权利要求1或2所述的用于太阳能电池的窗口层的制备方法，其特征在于，步骤4)之后还包括将步骤4)得到的结构进行活化退火处理的步骤。
4.根据权利要求3所述的用于太阳能电池的窗口层的制备方法，其特征在于，将步骤4)得到的结构置于湿度介于25％～80％之间的环境中进行活化退火处理。
5.根据权利要求3所述的用于太阳能电池的窗口层的制备方法，其特征在于，所述活化退火处理的活化退火温度介于395℃～400℃之间，所述活化退火处理的活化退火时间介于30min～40min之间。
6.根据权利要求3所述的用于太阳能电池的窗口层的制备方法，其特征在于，步骤4)之后，还包括去除所述基底的步骤。
7.一种太阳能电池的窗口层，其特征在于，所述窗口层包括：
增透吸收层，包括相对的第一表面及第二表面，用于增加太阳能电池对太阳光的透过率并增加所述太阳能电池对短波光的吸收；
保护层，位于所述增透吸收层的第一表面上；
缓冲层，位于所述保护层远离所述增透吸收层的表面上。
8.根据权利要求7所述的用于太阳能电池的窗口层，其特征在于，所述窗口层的厚度介于40nm～70nm之间。
9.根据权利要求7或8所述的用于太阳能电池的窗口层，其特征在于，所述增透吸收层包括氧化镉层，所述保护层包括硒化锌层，所述缓冲层包括碲锌镉层。
10.根据权利要求9所述的用于太阳能电池的窗口层，其特征在于，所述窗口层还包括：
第一扩散层，位于所述增透吸收层与所述保护层之间，所述第一扩散层的材料包括Zn1-xCdxSe，其中，0＜x＜1；
第二扩散层，包括Zn1-xCdxSe层及Zn1-yCdyTe层，所述Zn1-xCdxSe层位于所述保护层与所述Zn1-yCdyTe层之间，所述Zn1-yCdyTe层位于所述Zn1-xCdxSe层与所述缓冲层之间，其中，0＜y＜1。
11.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述太阳能电池的制备方法包括如下步骤：
1)提供一衬底层，所述衬底层包括相对的第一表面及第二表面；
2)于所述衬底层的第一表面形成窗口层，所述窗口层包括增透吸收层、保护层及缓冲层，形成所述窗口层的具体方法为：于所述衬底层的第一表面形成增透吸收层；于所述增透吸收层远离所述衬底层的表面形成保护层；于所述保护层远离所述增透吸收层的表面形成缓冲层；
3)于所述缓冲层远离所述保护层的表面形成光吸收层；
4)于所述光吸收层远离所述窗口层的表面形成背电极层。
12.根据权利要求11所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤2)中，采用蒸镀工艺于所述基底的表面形成氧化镉层作为所述增透吸收层，采用蒸镀工艺于所述增透吸收层远离所述基底的表面形成硒化锌层作为所述保护层，采用蒸镀工艺于所述保护层远离所述增透吸收层的表面形成碲锌镉层作为所述缓冲层；步骤3)中，采用近空间升华法于所述缓冲层远离所述保护层的表面形成碲化镉层作为所述光吸收层；步骤4)中，采用磁控溅射法于所述光吸收层远离所述窗口层的表面形成钼层作为所述背电极层。
13.根据权利要求11所述的用于太阳能电池的窗口层，其特征在于，步骤2)中形成的所述窗口层的厚度介于40nm～70nm之间。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的用于太阳能电池的窗口层的制备方法，其特征在于，步骤3)与步骤4)之间还包括将步骤3)得到的结构进行活化退火处理的步骤。
15.根据权利要求14所述的用于太阳能电池的窗口层的制备方法，其特征在于，将步骤3)得到的结构置于湿度介于25％～80％之间的环境中进行活化退火处理。
16.根据权利要求14所述的用于太阳能电池的窗口层的制备方法，其特征在于，所述活化退火处理的活化退火温度介于395℃～400℃之间，所述活化退火处理的活化退火时间介于30min～40min之间。
17.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池包括：
衬底层，包括相对的第一表面及第二表面；
如权利要求7至10中任一项所述的窗口层，位于所述衬底层的第一表面上，且所述增透吸收层的第二表面与所述衬底层的第一表面相接触；
光吸收层，位于所述窗口层远离所述衬底层的表面上；
背电极层，位于所述光吸收层远离所述窗口层的表面上。
18.根据权利要求17所述的用于太阳能电池，其特征在于，所述衬底层包括含氟氧化锡透明导电玻璃。
19.根据权利要求17所述的用于太阳能电池，其特征在于，所述衬底层包括玻璃层及透明导电层，其中，所述透明导电层位于所述玻璃层与所述窗口层之间。
20.根据权利要求17所述的用于太阳能电池，其特征在于，所述光吸收层的厚度介于2.5μm～3.5μm之间，所述背电极层的厚度介于220nm～250nm之间。
21.根据权利要求17所述的用于太阳能电池，其特征在于，所述吸收层的材料包括碲化镉，所述背电极层的材料包括钼。
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