CN109473503B - 一种宽光谱CdTe/Si化合物异质结太阳电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽光谱CdTe/Si化合物异质结太阳电池的新结构。通过选用厚度为50微米～300微米，导电类型为p‑型，电阻率为0.5Ωcm～50Ωcm的单晶硅片做衬底，然后分别在其正面依次沉积CdTe薄膜和透明导电氧化物（TCO）薄膜，在其背面依次沉积宽带隙Ⅱ‑Ⅵ族半导体背接触层薄膜和金属电极，形成基本结构为TCO/CdTe/Si/背接触层/金属的宽光谱CdTe/Si化合物异质结太阳电池。本发明提出的新结构太阳电池，具有制作简单、与太阳光谱匹配好且光谱响应范围宽300nm～1100nm、转换效率高、成本低廉的特点，特别适合于弱光下的应用。
Description
技术领域
本发明属于一种太阳电池结构的设计，特别涉及在单晶硅衬底两面分别沉积上碲化镉薄膜及其他Ⅱ-Ⅵ族半导体薄膜的异质结太阳电池。
背景技术
碲化镉薄膜太阳电池取得了很大的进展，小面积电池的转化效率超过22%。在短波响应上几乎达到了极致，外量子效率已接近90%。相比之下，长波响应的扩展进展不大，即使是美国第一太阳能公司研制的世界最好的碲化镉太阳电池，其长波响应还没有超过900nm。透过大气层的太阳光在短波即紫光部分很弱，再提高其外量子效率的实际意义不大。而在920nm至960nm之间有一个强吸收谷，更长的波段，例如在1110nm至1170nm之间也有一个强的吸收谷。如果能把碲化镉太阳电池的长波响应扩展到920nm，或扩展到1110nm，理论估算其短路电流可增加35-40%，这是一个很大的进展。为了实现这个目标，需要在碲化镉薄膜的背后引入能隙约为1.12 eV的半导体，对长波进行有效的响应。以往的思路或实践是用Ⅱ、Ⅵ族元素构成二元系、三元系化合物，通过改变组分，以调制其能隙～1.12 eV。但是，此类化合物的载流子寿命很短，虽然对长波有很强的吸收，然而这些吸收所产生的光生载流子很快复合，并不能到达电池的电极而成为光生电流，因此没能扩展其长波响应。因此，一个可行的新结构是碲化镉与能隙宽度为1.1 eV的单晶硅组成化合物异质结太阳电池。单晶硅虽然是间接带隙半导体，吸收系数较低，但制造工艺十分成熟，可以制造出不同电阻率的p-型、n-型硅片。单晶硅的电子和空穴都有较大的漂移迁移率，也有较长的寿命，因此，将CdTe和Si串联集成，可形成一种新的宽光谱高效率太阳电池。一个更突出的优点是，采用硅片直接作衬底制备薄膜太阳电池，能大大降低薄膜太阳电池制备的技术难度和设备的复杂系数。
本发明全面考虑了相关半导体的电子亲和势及能隙，以及掺杂效应和可能的费米能级位置，提出了一种基本结构为CdTe/Si异质结的太阳电池，并在所有功能层的界面，特别是硅和碲化镉半导体之间的界面以及硅和背接触层之间的界面，引入诸如钝化层、过渡层、阻挡层以及缓冲层等插入层，以优化器件结构，有效的拓展电池的长波响应。
发明内容
本发明的目的，是设计出一种能够改善长波响应的宽光谱太阳电池新结构，提高太阳电池的转换效率。
本发明通过如下技术方案予以实现：
一种宽光谱CdTe/Si化合物异质结太阳电池，其结构特征在于包括以下步骤：
A、采用厚度为50微米～300微米，导电类型为p-型，电阻率为0.5Ωcm～50Ωcm的单晶硅片做衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；
B、将步骤A获得的衬底放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如真空蒸发在衬底的一面沉积出厚度为0.1微米～10微米的碲化镉薄膜；
C、将步骤B获得的薄膜进行后处理，比如采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，在空气中处理15～60分钟，获得性能优良的碲化镉薄膜；
D、将步骤C获得的碲化镉薄膜进行表面改性，去除表面的氧化层，并降低表面粗糙度，比如采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对退火后的CdTe薄膜表面进行腐蚀，时间为1～10秒左右，再用甲醇冲洗干净；
E、将步骤D获得的薄膜放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如磁控溅射在碲化镉薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm的透明导电氧化物（TCO）薄膜,如SnO2：F；
F、采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸将单晶硅片另外一面的SiO2层去除，该SiO2层是在B、C、D、E步骤中产生，然后放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如共蒸发在该衬底面上沉积能隙宽度大于2.0eV的p-型Ⅱ-Ⅵ族半导体薄膜做背接触层，例如沉积出厚度为3纳米～100纳米以Cu作为掺杂剂的p-ZnTe或者p-ZnSe薄膜做背接触层，再在真空腔室内进行120℃～330℃、时间数分钟的后处理，确保背接触薄膜的费米能为0.01eV～0.2eV；
G、采用一定的技术，比如真空蒸发在步骤F获得的背接触层薄膜表面沉积背电极金属层，包括金，银，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，厚度为20nm～2000nm；
H、进一步的技术方案是，将步骤A获得的衬底放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如磁控溅射在衬底的一面沉积插入层Al2O3，SnO2，SiTe2，CdSiTe3或CdSe，然后再按照步骤B、C、D、E、F、G依次沉积薄膜，制作获得电池；
I、更进一步的技术方案是，在步骤E后，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸将单晶硅片另外一面的氧化层去除，然后放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如磁控溅射在该衬底面上沉积插入层Al2O3，SnO2，SiTe2，SiSe2，ZnSiTe3或ZnSiSe3，然后再采用一定的技术，比如共蒸发在插入层表面沉积能隙宽度大于2.0eV的p-型Ⅱ-Ⅵ族半导体薄膜做背接触层，例如沉积出厚度为3纳米～100纳米以Cu作为掺杂剂的p-ZnTe或者p-ZnSe薄膜做背接触层，再在真空腔室内进行120℃～330℃、时间数分钟的后处理，确保背接触薄膜的费米能为0.01eV～0.2eV，然后再按照步骤G沉积背电极金属层，制作获得电池。
本发明提出的宽光谱CdTe/Si化合物异质结太阳电池结构，立足成熟的薄膜沉积技术，简化了电池制作的复杂工艺，具有操作简单、工艺可控、结构可拓展的特点，基于该结构的太阳电池长波响应拓展明显，转换效率高，应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明的CdTe/Si太阳电池结构图，其中：1为TCO层，2为CdTe层，3为插入层，可以为Al2O3，SnO2，SiTe2，CdSiTe3或CdSe，4为Si衬底，5为插入层，可以为Al2O3，SnO2，SiTe2，SiSe2，ZnSiTe3或ZnSiSe3，6为能隙宽度大于2.0eV的p-型Ⅱ-Ⅵ族半导体背接触层，可以为p-ZnTe或p-ZnSe，7为金属背电极，可以为金，银，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜。
图2为本发明的CdTe/Si太阳电池具有的光谱响应示意图，其中灰色区域为在长波方向拓展了的量子效率。
具体实施方式
本发明采用厚度为50微米～300微米，导电类型为p-型，电阻率为0.5Ωcm～50Ωcm的单晶硅片做衬底，在衬底的一面依次沉积出厚度为0.1微米～10微米的碲化镉薄膜和厚度为50nm～500nm的透明导电薄膜，然后在单晶硅片衬底的另外一面依次沉积出厚度为3纳米～100纳米，费米能为0.01eV～0.2eV的宽带隙Ⅱ-Ⅵ族半导体背接触薄膜和厚度为20nm～2000nm的背电极金属层；为了优化该结构，可以在所有功能层的界面，特别是在硅和碲化镉层之间，在Si和ZnTe层之间，在Si和ZnSe层之间，引入插入层。为了使本发明的优点，技术方案及实施效果更加清楚可行，以下对本发明进行进一步的说明，所有薄膜的制备均采用常规的技术加以说明，但并不局限于该说明。应当理解，此处所提供的具体实施例仅仅用于更好说明本发明，并不限定本发明。
本发明具体实施例如下：
实施例1
采用厚度为50微米～300微米，导电类型为p-型，电阻率为0.5Ωcm～50Ωcm的单晶硅片做衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；将衬底放置在真空腔室内，采用真空蒸发技术在衬底的一面沉积出厚度为0.1微米～10微米的碲化镉薄膜，然后将碲化镉薄膜进行后处理，比如采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，在空气中处理15～60分钟，获得性能优良的碲化镉薄膜；采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对退火后的CdTe薄膜表面进行腐蚀，时间为1～10秒左右，再用甲醇冲洗干净；然后再将碲化镉薄膜放置在真空腔室内，采用磁控溅射技术在碲化镉薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm的SnO2:F薄膜；将样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸将单晶硅片另外一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内；采用共蒸发技术在该衬底面上沉积以Cu作为掺杂剂的p-ZnTe薄膜，厚度为3纳米～100纳米；然后在真空腔室内进行120℃～330℃，时间数分钟的后处理，确保p-ZnTe薄膜的费米能级在0.01eV～0.2eV之间；最后采用真空蒸发技术在p-ZnTe薄膜表面沉积厚度为20nm～2000nm背电极金，银，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，完成电池的制作。
实施例2
采用厚度为50微米～300微米，导电类型为p-型，电阻率为0.5Ωcm～50Ωcm的单晶硅片做衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；将衬底放置在真空腔室内，采用磁控溅射技术在衬底的一面先沉积出一层厚度为1nm～100nm的插入层Al2O3，然后采用真空蒸发技术在Al2O3薄膜表面沉积出厚度为0.1微米～10微米的碲化镉薄膜，并将碲化镉薄膜进行后处理，比如采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，在空气中处理15～60分钟，获得性能优良的碲化镉薄膜；采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对退火后的CdTe薄膜表面进行腐蚀，时间为1～10秒左右，再用甲醇冲洗干净；然后再将碲化镉薄膜放置在真空腔室内，采用磁控溅射技术在碲化镉薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm的SnO2:F薄膜；将样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸将单晶硅片另外一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内；采用共蒸发技术在该衬底面上沉积以Cu作为掺杂剂的p-ZnTe薄膜，厚度为3纳米～100纳米；然后在真空腔室内进行120℃～330℃，时间数分钟的后处理，确保p-ZnTe薄膜的费米能级在0.01eV～0.2eV之间；最后采用真空蒸发技术在p-ZnTe薄膜表面沉积厚度为20nm～2000nm背电极金，银，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，完成电池的制作。
实施例3
采用厚度为50微米～300微米，导电类型为p-型，电阻率为0.5Ωcm～50Ωcm的单晶硅片做衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；将衬底放置在真空腔室内，采用磁控溅射技术在衬底的一面先沉积出一层厚度为1nm～100nm的插入层SnO2，然后采用真空蒸发技术在SnO2薄膜表面沉积出厚度为0.1微米～10微米的碲化镉薄膜，并将碲化镉薄膜进行后处理，比如采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，在空气中处理15～60分钟，获得性能优良的碲化镉薄膜；采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对退火后的CdTe薄膜表面进行腐蚀，时间为1～10秒左右，再用甲醇冲洗干净；然后再将碲化镉薄膜放置在真空腔室内，采用磁控溅射技术在碲化镉薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm的SnO2:F薄膜；将样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸将单晶硅片另外一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内；采用共蒸发技术在该衬底面上沉积以Cu作为掺杂剂的p-ZnTe薄膜，厚度为3纳米～100纳米；然后在真空腔室内进行120℃～330℃，时间数分钟的后处理，确保p-ZnTe薄膜的费米能级在0.01eV～0.2eV之间；最后采用真空蒸发技术在p-ZnTe薄膜表面沉积厚度为20nm～2000nm背电极金，银，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，完成电池的制作。
实施例4
采用厚度为50微米～300微米，导电类型为p-型，电阻率为0.5Ωcm～50Ωcm的单晶硅片做衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；将衬底放置在真空腔室内，采用磁控溅射技术在衬底的一面先沉积出一层厚度为1nm～100nm的插入层SiTe2，然后采用真空蒸发技术在SiTe2薄膜表面沉积出厚度为0.1微米～10微米的碲化镉薄膜，并将碲化镉薄膜进行后处理，比如采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，在空气中处理15～60分钟，获得性能优良的碲化镉薄膜；采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对退火后的CdTe薄膜表面进行腐蚀，时间为1～10秒左右，再用甲醇冲洗干净；然后再将碲化镉薄膜放置在真空腔室内，采用磁控溅射技术在碲化镉薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm的SnO2:F薄膜；将样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸将单晶硅片另外一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内；采用共蒸发技术在该衬底面上沉积以Cu作为掺杂剂的p-ZnTe薄膜，厚度为3纳米～100纳米；然后在真空腔室内进行120℃～330℃，时间数分钟的后处理，确保p-ZnTe薄膜的费米能级在0.01eV～0.2eV之间；最后采用真空蒸发技术在p-ZnTe薄膜表面沉积厚度为20nm～2000nm背电极金，银，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，完成电池的制作。
实施例5
采用厚度为50微米～300微米，导电类型为p-型，电阻率为0.5Ωcm～50Ωcm的单晶硅片做衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；将衬底放置在真空腔室内，采用磁控溅射技术在衬底的一面先沉积出一层厚度为1nm～100nm的插入层CdSiTe3，然后采用真空蒸发技术在CdSiTe3薄膜表面沉积出厚度为0.1微米～10微米的碲化镉薄膜，并将碲化镉薄膜进行后处理，比如采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，在空气中处理15～60分钟，获得性能优良的碲化镉薄膜；采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对退火后的CdTe薄膜表面进行腐蚀，时间为1～10秒左右，再用甲醇冲洗干净；然后再将碲化镉薄膜放置在真空腔室内，采用磁控溅射技术在碲化镉薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm的SnO2:F薄膜；将样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸将单晶硅片另外一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内；采用共蒸发技术在该衬底面上沉积以Cu作为掺杂剂的p-ZnTe薄膜，厚度为3纳米～100纳米；然后在真空腔室内进行120℃～330℃，时间数分钟的后处理，确保p-ZnTe薄膜的费米能级在0.01eV～0.2eV之间；最后采用真空蒸发技术在p-ZnTe薄膜表面沉积厚度为20nm～2000nm背电极金，银，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，完成电池的制作。
实施例6
采用厚度为50微米～300微米，导电类型为p-型，电阻率为0.5Ωcm～50Ωcm的单晶硅片做衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；将衬底放置在真空腔室内，采用磁控溅射技术在衬底的一面先沉积出一层厚度为1nm～100nm的插入层CdSe，然后采用真空蒸发技术在CdSe薄膜表面沉积出厚度为0.1微米～10微米的碲化镉薄膜，并将碲化镉薄膜进行后处理，比如采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，在空气中处理15～60分钟，获得性能优良的碲化镉薄膜；采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对退火后的CdTe薄膜表面进行腐蚀，时间为1～10秒左右，再用甲醇冲洗干净；然后再将碲化镉薄膜放置在真空腔室内，采用磁控溅射技术在碲化镉薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm的SnO2:F薄膜；将样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸将单晶硅片另外一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内；采用共蒸发技术在该衬底面上沉积以Cu作为掺杂剂的p-ZnTe薄膜，厚度为3纳米～100纳米；然后在真空腔室内进行120℃～330℃，时间数分钟的后处理，确保p-ZnTe薄膜的费米能级在0.01eV～0.2eV之间；最后采用真空蒸发技术在p-ZnTe薄膜表面沉积厚度为20nm～2000nm背电极金，银，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，完成电池的制作。
实施例7
采用厚度为50微米～300微米，导电类型为p-型，电阻率为0.5Ωcm～50Ωcm的单晶硅片做衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；将衬底放置在真空腔室内，采用真空蒸发技术在衬底的一面沉积出厚度为0.1微米～10微米的碲化镉薄膜，然后将碲化镉薄膜进行后处理，比如采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，在空气中处理15～60分钟，获得性能优良的碲化镉薄膜；采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对退火后的CdTe薄膜表面进行腐蚀，时间为1～10秒左右，再用甲醇冲洗干净；然后再将碲化镉薄膜放置在真空腔室内，采用磁控溅射技术在碲化镉薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm的SnO2:F薄膜；将样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸将单晶硅片另外一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内；采用共蒸发技术在该衬底面上沉积以Cu作为掺杂剂的p-ZnSe薄膜，厚度为3纳米～100纳米；然后在真空腔室内进行120℃～330℃，时间数分钟的后处理，确保p-ZnSe薄膜的费米能级在0.01eV～0.2eV之间；最后采用真空蒸发技术在p-ZnSe薄膜表面沉积厚度为20nm～2000nm背电极金，银，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，完成电池的制作。
实施例8
采用厚度为50微米～300微米，导电类型为p-型，电阻率为0.5Ωcm～50Ωcm的单晶硅片做衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；将衬底放置在真空腔室内，采用真空蒸发技术在衬底的一面沉积出厚度为0.1微米～10微米的碲化镉薄膜，然后将碲化镉薄膜进行后处理，比如采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，在空气中处理15～60分钟，获得性能优良的碲化镉薄膜；采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对退火后的CdTe薄膜表面进行腐蚀，时间为1～10秒左右，再用甲醇冲洗干净；然后再将碲化镉薄膜放置在真空腔室内，采用磁控溅射技术在碲化镉薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm的SnO2:F薄膜；将样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸将单晶硅片另外一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内；采用磁控溅射技术在该衬底面上先沉积出一层厚度为1nm～100nm的插入层Al2O3，然后采用共蒸发技术在Al2O3薄膜表面沉积以Cu作为掺杂剂的p-ZnTe薄膜，厚度为3纳米～100纳米；然后在真空腔室内进行120℃～330℃，时间数分钟的后处理，确保p-ZnTe薄膜的费米能级在0.01eV～0.2eV之间；最后采用真空蒸发技术在p-ZnTe薄膜表面沉积厚度为20nm～2000nm背电极金，银，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，完成电池的制作。
实施例9
采用厚度为50微米～300微米，导电类型为p-型，电阻率为0.5Ωcm～50Ωcm的单晶硅片做衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；将衬底放置在真空腔室内，采用真空蒸发技术在衬底的一面沉积出厚度为0.1微米～10微米的碲化镉薄膜，然后将碲化镉薄膜进行后处理，比如采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，在空气中处理15～60分钟，获得性能优良的碲化镉薄膜；采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对退火后的CdTe薄膜表面进行腐蚀，时间为1～10秒左右，再用甲醇冲洗干净；然后再将碲化镉薄膜放置在真空腔室内，采用磁控溅射技术在碲化镉薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm的SnO2:F薄膜；将样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸将单晶硅片另外一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内；采用磁控溅射技术在该衬底面上先沉积出一层厚度为1nm～100nm的插入层SnO2，然后采用共蒸发技术在SnO2薄膜表面沉积以Cu作为掺杂剂的p-ZnTe薄膜，厚度为3纳米～100纳米；然后在真空腔室内进行120℃～330℃，时间数分钟的后处理，确保p-ZnTe薄膜的费米能级在0.01eV～0.2eV之间；最后采用真空蒸发技术在p-ZnTe薄膜表面沉积厚度为20nm～2000nm背电极金，银，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，完成电池的制作。
实施例10
采用厚度为50微米～300微米，导电类型为p-型，电阻率为0.5Ωcm～50Ωcm的单晶硅片做衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；将衬底放置在真空腔室内，采用真空蒸发技术在衬底的一面沉积出厚度为0.1微米～10微米的碲化镉薄膜，然后将碲化镉薄膜进行后处理，比如采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，在空气中处理15～60分钟，获得性能优良的碲化镉薄膜；采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对退火后的CdTe薄膜表面进行腐蚀，时间为1～10秒左右，再用甲醇冲洗干净；然后再将碲化镉薄膜放置在真空腔室内，采用磁控溅射技术在碲化镉薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm的SnO2:F薄膜；将样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸将单晶硅片另外一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内；采用磁控溅射技术在该衬底面上先沉积出一层厚度为1nm～100nm的插入层SiTe2，然后采用共蒸发技术在SiTe2薄膜表面沉积以Cu作为掺杂剂的p-ZnTe薄膜，厚度为3纳米～100纳米；然后在真空腔室内进行120℃～330℃，时间数分钟的后处理，确保p-ZnTe薄膜的费米能级在0.01eV～0.2eV之间；最后采用真空蒸发技术在p-ZnTe薄膜表面沉积厚度为20nm～2000nm背电极金，银，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，完成电池的制作。
实施例11
采用厚度为50微米～300微米，导电类型为p-型，电阻率为0.5Ωcm～50Ωcm的单晶硅片做衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；将衬底放置在真空腔室内，采用真空蒸发技术在衬底的一面沉积出厚度为0.1微米～10微米的碲化镉薄膜，然后将碲化镉薄膜进行后处理，比如采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，在空气中处理15～60分钟，获得性能优良的碲化镉薄膜；采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对退火后的CdTe薄膜表面进行腐蚀，时间为1～10秒左右，再用甲醇冲洗干净；然后再将碲化镉薄膜放置在真空腔室内，采用磁控溅射技术在碲化镉薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm的SnO2:F薄膜；将样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸将单晶硅片另外一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内；采用磁控溅射技术在该衬底面上先沉积出一层厚度为1nm～100nm的插入层SiSe2，然后采用共蒸发技术在SiSe2薄膜表面沉积以Cu作为掺杂剂的p-ZnTe薄膜，厚度为3纳米～100纳米；然后在真空腔室内进行120℃～330℃，时间数分钟的后处理，确保p-ZnTe薄膜的费米能级在0.01eV～0.2eV之间；最后采用真空蒸发技术在p-ZnTe薄膜表面沉积厚度为20nm～2000nm背电极金，银，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，完成电池的制作。
实施例12
采用厚度为50微米～300微米，导电类型为p-型，电阻率为0.5Ωcm～50Ωcm的单晶硅片做衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；将衬底放置在真空腔室内，采用真空蒸发技术在衬底的一面沉积出厚度为0.1微米～10微米的碲化镉薄膜，然后将碲化镉薄膜进行后处理，比如采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，在空气中处理15～60分钟，获得性能优良的碲化镉薄膜；采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对退火后的CdTe薄膜表面进行腐蚀，时间为1～10秒左右，再用甲醇冲洗干净；然后再将碲化镉薄膜放置在真空腔室内，采用磁控溅射技术在碲化镉薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm的SnO2:F薄膜；将样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸将单晶硅片另外一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内；采用磁控溅射技术在该衬底面上先沉积出一层厚度为1nm～100nm的插入层ZnSiTe3，然后采用共蒸发技术在ZnSiTe3薄膜表面沉积以Cu作为掺杂剂的p-ZnTe薄膜，厚度为3纳米～100纳米；然后在真空腔室内进行120℃～330℃，时间数分钟的后处理，确保p-ZnTe薄膜的费米能级在0.01eV～0.2eV之间；最后采用真空蒸发技术在p-ZnTe薄膜表面沉积厚度为20nm～2000nm背电极金，银，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，完成电池的制作。
实施例13
采用厚度为50微米～300微米，导电类型为p-型，电阻率为0.5Ωcm～50Ωcm的单晶硅片做衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；将衬底放置在真空腔室内，采用真空蒸发技术在衬底的一面沉积出厚度为0.1微米～10微米的碲化镉薄膜，然后将碲化镉薄膜进行后处理，比如采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，在空气中处理15～60分钟，获得性能优良的碲化镉薄膜；采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对退火后的CdTe薄膜表面进行腐蚀，时间为1～10秒左右，再用甲醇冲洗干净；然后再将碲化镉薄膜放置在真空腔室内，采用磁控溅射技术在碲化镉薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm的SnO2:F薄膜；将样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸将单晶硅片另外一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内；采用磁控溅射技术在该衬底面上先沉积出一层厚度为1nm～100nm的插入层ZnSiSe3，然后采用共蒸发技术在ZnSiSe3薄膜表面沉积以Cu作为掺杂剂的p-ZnTe薄膜，厚度为3纳米～100纳米；然后在真空腔室内进行120℃～330℃，时间数分钟的后处理，确保p-ZnTe薄膜的费米能级在0.01eV～0.2eV之间；最后采用真空蒸发技术在p-ZnTe薄膜表面沉积厚度为20nm～2000nm背电极金，银，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，完成电池的制作。
实施例14
采用厚度为50微米～300微米，导电类型为p-型，电阻率为0.5Ωcm～50Ωcm的单晶硅片做衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；将衬底放置在真空腔室内，采用磁控溅射技术在衬底的一面先沉积出一层厚度为1nm～100nm的插入层Al2O3，然后采用真空蒸发技术在Al2O3薄膜表面沉积出厚度为0.1微米～10微米的碲化镉薄膜，并将碲化镉薄膜进行后处理，比如采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，在空气中处理15～60分钟，获得性能优良的碲化镉薄膜；采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对退火后的CdTe薄膜表面进行腐蚀，时间为1～10秒左右，再用甲醇冲洗干净；然后再将碲化镉薄膜放置在真空腔室内，采用磁控溅射技术在碲化镉薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm的SnO2:F薄膜；将样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸将单晶硅片另外一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内；采用磁控溅射技术在该衬底面上先沉积出一层厚度为1nm～100nm的插入层Al2O3，然后采用共蒸发技术在Al2O3薄膜表面沉积以Cu作为掺杂剂的p-ZnTe薄膜，厚度为3纳米～100纳米；然后在真空腔室内进行120℃～330℃，时间数分钟的后处理，确保p-ZnTe薄膜的费米能级在0.01eV～0.2eV之间；最后采用真空蒸发技术在p-ZnTe薄膜表面沉积厚度为20nm～2000nm背电极金，银，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，完成电池的制作。
Claims (3)
1.一种宽光谱CdTe/Si化合物异质结太阳电池，其特征在于，包括以下结构：衬底为单晶硅片，所述单晶硅片的一面沉积有CdTe薄膜和透明导电氧化物薄膜，另外一面沉积背接触层和金属电极；
所述背接触层是能隙宽度大于2.0eV的p-型Ⅱ-Ⅵ族半导体薄膜；所述p-型Ⅱ-Ⅵ族半导体薄膜的材料包括p-ZnTe或者p-ZnSe；
单晶硅片的厚度为50微米～300微米，导电类型为p-型，电阻率在0.5Ω·cm至50Ω·cm之间；
单晶硅片的一面所沉积的CdTe薄膜，厚度为0.1微米～10微米，导电类型为n-型或p-型；
在Si和CdTe层之间，以及在Si和所述背接触层之间，引入插入层，插入层的材料包括Al2O3、SnO2、SiTe2、CdSiTe3、CdSe、SiSe2、ZnSiTe3或ZnSiSe3，以优化器件结构。
2.根据权利要求1所述的一种宽光谱CdTe/Si化合物异质结太阳电池，其特征在于，所述p-型Ⅱ-Ⅵ族半导体薄膜是以Cu作为掺杂剂，厚度为3纳米～100纳米，费米能为0.01eV～0.2eV的p-ZnTe薄膜或者p-ZnSe薄膜。
3.根据权利要求1所述的一种宽光谱CdTe/Si化合物异质结太阳电池，其特征在于，金属电极的材料为纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，所述纯金属包括金、银、铝或镍。
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Granted publication date: 20210122 Termination date: 20210929 |