CN109545881B - 一种基于单晶硅片衬底的CdS/CdTe太阳电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于单晶硅片衬底的CdS/CdTe太阳电池的结构。通过选用电阻率为0.2Ωcm～30Ωcm的p‑型单晶硅片做衬底，然后在其一面依次沉积CdTe薄膜、n‑型CdS窗口层薄膜以及透明导电氧化物（TCO）薄膜，在其另一面依次沉积p‑型ZnTe:Cu背接触层薄膜和金属电极，最终形成基本结构为TCO/CdS/CdTe/Si/ZnTe:Cu/金属的异质结薄膜太阳电池。本发明所提出的新结构太阳电池，具有转换效率高，成本低廉的特点，同时这种电池与太阳光谱匹配好且光谱响应范围宽300nm～1100nm，适合于紫外‑可见‑红外环境的应用。
Description
技术领域
本发明属于薄膜太阳电池的下层配置结构设计，特别涉及基于单晶硅片衬底的CdS/CdTe异质结薄膜太阳电池。
背景技术
CdTe薄膜太阳电池具有成本低廉，转换效率高，制作工艺简单的特点，目前小面积电池的转化效率已超过22%。进一步提高电池转换效率的途径是优化电池的结构，拓展太阳电池在长波和短波上的响应。CdS窗口层的禁带宽度为2.4eV，对波长小于500nm的太阳光有较大的吸收，会降低太阳电池在短波上的响应。根据朗伯-比尔定理，减少CdS窗口层的厚度能够降低对短波的吸收，从而让更多的太阳光到达电池的吸收层，改善电池的短波响应。但CdS减薄后会带来包括电池旁路电阻减少等诸多科学问题，需要使用更合适的透明导电膜作前电极，还得在CdS与前电极之间引入缓冲层，以避免这些负面的影响。受制于吸收层CdTe的禁带宽度1.5eV，目前CdTe薄膜太阳电池的长波响应均未超过900nm。根据太阳光的光谱分布，如果能够拓展长波响应到1110nm，电池的短路电流理论上可增加35～40%。因此，需要在CdTe薄膜的背后引入能隙约为1.12eV的半导体，对长波进行有效的响应。单晶硅的带隙为1.1eV，内部的电子与空穴寿命较长，且有较大的迁移率，如果能与CdTe组合，可以形成一种新的宽光谱响应的太阳电池；并且以单晶硅片做衬底，能够优化CdTe薄膜太阳电池的制作工艺，降低技术难度，适用于现成的太阳电池制造设备。
本发明基于以上的构想和技术背景，全面考察了相关半导体材料的电子学性质与结构性能匹配，在调研并分析了各种材料体系集成的可行性基础上，提出了一种结构为TCO/CdS/CdTe/Si/ZnTe：Cu/金属的异质结薄膜太阳电池，并在透明导电薄膜和CdS窗口层之间，CdS层与CdTe层之间以及CdTe层与单晶硅片之间引入各种缓冲层，以优化器件结构，拓展光谱响应范围，改善太阳电池的性能。
发明内容
本发明的目的，是设计出一种能够改善太阳光谱响应的太阳电池新结构，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：
一种基于单晶硅片衬底的CdS/CdTe太阳电池，其结构特征在于包括以下步骤：
A、采用厚度为80微米～240微米，电阻率为0.2Ωcm～30Ωcm的p-型单晶硅片做衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液清洗单晶硅片表面，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，比如近空间升华在衬底的一面沉积出厚度为0.5微米～5微米的CdTe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，获得导电类型为弱n-型至p-型，即费米能级与导带底的能量差大于0.5eV的性能优良的CdTe薄膜；
D、将步骤C获得的CdTe薄膜进行表面改性，以去除表面的氧化层，在薄膜表面形成富碲层，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CdTe薄膜表面沉积出厚度为1nm～150nm的n-型CdS窗口层；
F、采用一定的技术，比如磁控溅射在步骤E获得的CdS薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm，透过率大于90%的透明导电氧化物薄膜SnO2:F，ZnO:Al，ZnO:Mg，Cd2SnO4,Zn2SnO4或者In2O3:SnO2；
G、将步骤F获得的样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液将衬底单晶硅片另外一面的SiO2层去除，该SiO2层是在B、C、D、E及F步骤中产生的，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出能隙宽度大于2.0eV，厚度为1nm～100nm的p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜，然后在真空腔室内进行120℃～330℃、时间数分钟的后处理，以确保背接触层薄膜的费米能级位置为0.01eV～0.2eV；
H、采用一定的技术，比如真空蒸发在步骤G获得的背接触层薄膜表面沉积出厚度为20nm～400nm的金属电极，比如金，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，制作获得电池；
I、进一步的技术方案是，将步骤A获得的单晶硅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出厚度为1nm～50nm的缓冲层SiO2或者SiCd1-xTex薄膜，其中x从0到1进行调控，再采用一定的技术，比如近空间升华在该缓冲层薄膜表面沉积出厚度为0.5微米～5微米的CdTe薄膜；然后再按照步骤C、D、E、F、G及H依次沉积薄膜，制作获得电池；
J、再进一步的技术方案是，将步骤D获得的样品放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如磁控溅射在CdTe薄膜表面沉积出厚度为1nm～50nm的缓冲层CdSxTe1-x或者CdSexTe1-x薄膜，其中x从0到1进行调控；再采用一定的技术，比如磁控溅射在该缓冲层薄膜表面依次沉积出厚度为1nm～150nm的n-型CdS窗口层薄膜和厚度为50nm～500nm，透过率大于90%的透明导电氧化物薄膜；然后再按照步骤G及H依次沉积薄膜，制作获得电池；
K、更进一步的技术方案是，采用一定的技术，比如磁控溅射在步骤E获得的CdS窗口层薄膜表面沉积出厚度为1nm～50nm缓冲层Al2O3，SnO2，ZnSe，ZnS，CdS:O或者ZnMgO薄膜，再采用一定的技术，比如磁控溅射在该缓冲层薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm，透过率大于90%的透明导电氧化物薄膜；然后再按照步骤G、H依次沉积薄膜，制作获得电池。
本发明提出的基于单晶硅片衬底的CdS/CdTe太阳电池的结构，立足成熟的薄膜沉积技术，降低了电池制作的复杂程度，具有工艺可控、结构可拓展的特点，基于该结构的太阳电池光谱响应范围宽，转换效率高，应用前景好。
附图说明
图1为本发明的基于单晶硅片衬底的CdS/CdTe太阳电池的结构示意图，其中：1为TCO层，2为缓冲层，可以为Al2O3，SnO2，ZnSe，ZnS，CdS:O或者ZnMgO，3为CdS窗口层，4为缓冲层，可以为CdSxTe1-x或者CdSexTe1-x，其中x从0到1进行调控,5为CdTe层，6为缓冲层，可以为SiO2或者SiCd1-xTex，其中x从0到1进行调控，7为单晶硅片衬底，8为p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜，9为金属背电极，可以为金，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为本发明的基于单晶硅片衬底的CdS/CdTe太阳电池量子效率示意图，1为传统CdS/CdTe结构的太阳电池量子效率分布区域，2为本发明所涉结构的太阳电池在300nm～380nm范围短波响应提高区域，3为本发明所涉结构的太阳电池在875nm～1100nm范围长波响应拓展区域。
具体实施方式
本发明选用厚度为80微米～240微米，电阻率为0.2Ωcm～30Ωcm的p-型单晶硅片为衬底，在其一面依次沉积出厚度为0.5微米～5微米的CdTe薄膜、厚度为1nm～150nm的n-型CdS窗口层薄膜以及厚度为50nm～500nm，透过率大于90% 的透明导电薄膜；在其另外一面依次沉积出厚度为1nm～100nm的p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜和厚度为20nm～400nm的金属电极；为了优化结构，改善电池性能，在各半导体层之间，特别是在透明导电薄膜和CdS窗口层之间，CdS层与CdTe层之间以及CdTe层与单晶硅片之间引入了厚度为1nm～50nm的缓冲层。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80微米～240微米，电阻率为0.2Ωcm～30Ωcm的p-型单晶硅片为衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；将衬底放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如近空间升华在衬底的一面沉积出厚度为0.5微米～5微米的CdTe薄膜；采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，时间为15～60分钟，将CdTe薄膜进行后处理，获得导电类型为弱n-型至p-型，即费米能级与导带底的能量差大于0.5eV的性能优良的CdTe薄膜；采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对处理后的CdTe薄膜表面进行腐蚀改性，时间为1～10秒左右，去除表面的氧化层，同时在薄膜表面形成富碲层，再用甲醇冲洗干净；将CdTe薄膜放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如磁控溅射在CdTe薄膜表面沉积出厚度为1nm～150nm的n-型CdS窗口层；然后采用一定的技术，比如磁控溅射在CdS窗口层薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm，透过率大于90%的SnO2:F透明导电氧化物薄膜；将样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液将衬底单晶硅片另外一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如共蒸发在该衬底面上沉积出能隙宽度大于2.0eV，厚度为1nm～100nm的p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜，然后在真空腔室内进行120℃～330℃、时间数分钟的后处理，获得费米能级位置为0.01eV～0.2eV的背接触层薄膜；采用一定的技术，比如真空蒸发在p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜表面沉积出厚度为20nm～400nm的金属电极，比如金，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，制作获得电池。
实施例2
采用厚度为80微米～240微米，电阻率为0.2Ωcm～30Ωcm的p-型单晶硅片为衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；将衬底放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如近空间升华在衬底的一面沉积出厚度为0.5微米～5微米的CdTe薄膜；采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，时间为15～60分钟，将CdTe薄膜进行后处理，获得导电类型为弱n-型至p-型，即费米能级与导带底的能量差大于0.5eV的性能优良的CdTe薄膜；采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对处理后的CdTe薄膜表面进行腐蚀改性，时间为1～10秒左右，去除表面的氧化层，同时在薄膜表面形成富碲层，再用甲醇冲洗干净；将CdTe薄膜放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如磁控溅射在CdTe薄膜表面沉积出厚度为1nm～150nm的n-型CdS窗口层；然后采用一定的技术，比如磁控溅射在CdS窗口层薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm，透过率大于90%的ZnO:Al透明导电氧化物薄膜；将样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液将衬底单晶硅片另外一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如共蒸发在该衬底面上沉积出能隙宽度大于2.0eV，厚度为1nm～100nm的p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜，然后在真空腔室内进行120℃～330℃、时间数分钟的后处理，获得费米能级位置为0.01eV～0.2eV的背接触层薄膜；采用一定的技术，比如真空蒸发在p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜表面沉积出厚度为20nm～400nm的金属电极，比如金，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，制作获得电池。
实施例3
采用厚度为80微米～240微米，电阻率为0.2Ωcm～30Ωcm的p-型单晶硅片为衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；将衬底放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如近空间升华在衬底的一面沉积出厚度为0.5微米～5微米的CdTe薄膜；采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，时间为15～60分钟，将CdTe薄膜进行后处理，获得导电类型为弱n-型至p-型，即费米能级与导带底的能量差大于0.5eV的性能优良的CdTe薄膜；采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对处理后的CdTe薄膜表面进行腐蚀改性，时间为1～10秒左右，去除表面的氧化层，同时在薄膜表面形成富碲层，再用甲醇冲洗干净；将CdTe薄膜放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如磁控溅射在CdTe薄膜表面沉积出厚度为1nm～150nm的n-型CdS窗口层；然后采用一定的技术，比如磁控溅射在CdS窗口层薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm，透过率大于90%的ZnO:Mg透明导电氧化物薄膜；将样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液将衬底单晶硅片另外一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如共蒸发在该衬底面上沉积出能隙宽度大于2.0eV，厚度为1nm～100nm的p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜，然后在真空腔室内进行120℃～330℃、时间数分钟的后处理，获得费米能级位置为0.01eV～0.2eV的背接触层薄膜；采用一定的技术，比如真空蒸发在p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜表面沉积出厚度为20nm～400nm的金属电极，比如金，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，制作获得电池。
实施例4
采用厚度为80微米～240微米，电阻率为0.2Ωcm～30Ωcm的p-型单晶硅片为衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；将衬底放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如近空间升华在衬底的一面沉积出厚度为0.5微米～5微米的CdTe薄膜；采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，时间为15～60分钟，将CdTe薄膜进行后处理，获得导电类型为弱n-型至p-型，即费米能级与导带底的能量差大于0.5eV的性能优良的CdTe薄膜；采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对处理后的CdTe薄膜表面进行腐蚀改性，时间为1～10秒左右，去除表面的氧化层，同时在薄膜表面形成富碲层，再用甲醇冲洗干净；将CdTe薄膜放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如磁控溅射在CdTe薄膜表面沉积出厚度为1nm～150nm的n-型CdS窗口层；然后采用一定的技术，比如磁控溅射在CdS窗口层薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm，透过率大于90%的Cd2SnO4透明导电氧化物薄膜；将样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液将衬底单晶硅片另外一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如共蒸发在该衬底面上沉积出能隙宽度大于2.0eV，厚度为1nm～100nm的p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜，然后在真空腔室内进行120℃～330℃、时间数分钟的后处理，获得费米能级位置为0.01eV～0.2eV的背接触层薄膜；采用一定的技术，比如真空蒸发在p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜表面沉积出厚度为20nm～400nm的金属电极，比如金，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，制作获得电池。
实施例5
采用厚度为80微米～240微米，电阻率为0.2Ωcm～30Ωcm的p-型单晶硅片为衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；将衬底放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如近空间升华在衬底的一面沉积出厚度为0.5微米～5微米的CdTe薄膜；采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，时间为15～60分钟，将CdTe薄膜进行后处理，获得导电类型为弱n-型至p-型，即费米能级与导带底的能量差大于0.5eV的性能优良的CdTe薄膜；采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对处理后的CdTe薄膜表面进行腐蚀改性，时间为1～10秒左右，去除表面的氧化层，同时在薄膜表面形成富碲层，再用甲醇冲洗干净；将CdTe薄膜放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如磁控溅射在CdTe薄膜表面沉积出厚度为1nm～150nm的n-型CdS窗口层；然后采用一定的技术，比如磁控溅射在CdS窗口层薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm，透过率大于90%的Zn2SnO4透明导电氧化物薄膜；将样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液将衬底单晶硅片另外一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如共蒸发在该衬底面上沉积出能隙宽度大于2.0eV，厚度为1nm～100nm的p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜，然后在真空腔室内进行120℃～330℃、时间数分钟的后处理，获得费米能级位置为0.01eV～0.2eV的背接触层薄膜；采用一定的技术，比如真空蒸发在p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜表面沉积出厚度为20nm～400nm的金属电极，比如金，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，制作获得电池。
实施例6
采用厚度为80微米～240微米，电阻率为0.2Ωcm～30Ωcm的p-型单晶硅片为衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；将衬底放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如近空间升华在衬底的一面沉积出厚度为0.5微米～5微米的CdTe薄膜；采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，时间为15～60分钟，将CdTe薄膜进行后处理，获得导电类型为弱n-型至p-型，即费米能级与导带底的能量差大于0.5eV的性能优良的CdTe薄膜；采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对处理后的CdTe薄膜表面进行腐蚀改性，时间为1～10秒左右，去除表面的氧化层，同时在薄膜表面形成富碲层，再用甲醇冲洗干净；将CdTe薄膜放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如磁控溅射在CdTe薄膜表面沉积出厚度为1nm～150nm的n-型CdS窗口层；然后采用一定的技术，比如磁控溅射在CdS窗口层薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm，透过率大于90%的In2O3:SnO2透明导电氧化物薄膜；将样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液将衬底单晶硅片另外一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如共蒸发在该衬底面上沉积出能隙宽度大于2.0eV，厚度为1nm～100nm的p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜，然后在真空腔室内进行120℃～330℃、时间数分钟的后处理，获得费米能级位置为0.01eV～0.2eV的背接触层薄膜；采用一定的技术，比如真空蒸发在p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜表面沉积出厚度为20nm～400nm的金属电极，比如金，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，制作获得电池。
实施例7
采用厚度为80微米～240微米，电阻率为0.2Ωcm～30Ωcm的p-型单晶硅片为衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；将衬底放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如磁控溅射在衬底的一面沉积出厚度为1nm～50nm的缓冲层SiO2或者SiCd1-xTex薄膜，其中x从0到1进行调控；然后采用一定的技术，比如近空间升华在该缓冲层薄膜表面沉积出厚度为0.5微米～5微米的CdTe薄膜；采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，时间为15～60分钟，将CdTe薄膜进行后处理，获得导电类型为弱n-型至p-型，即费米能级与导带底的能量差大于0.5eV的性能优良的CdTe薄膜；采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对处理后的CdTe薄膜表面进行腐蚀改性，时间为1～10秒左右，去除表面的氧化层，同时在薄膜表面形成富碲层，再用甲醇冲洗干净；将CdTe薄膜放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如磁控溅射在CdTe薄膜表面沉积出厚度为1nm～150nm的n-型CdS窗口层；然后采用一定的技术，比如磁控溅射在CdS窗口层薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm，透过率大于90%的SnO2:F透明导电氧化物薄膜；将样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液将衬底单晶硅片另外一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如共蒸发在该衬底面上沉积出能隙宽度大于2.0eV，厚度为1nm～100nm的p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜，然后在真空腔室内进行120℃～330℃、时间数分钟的后处理，获得费米能级位置为0.01eV～0.2eV的背接触层薄膜；采用一定的技术，比如真空蒸发在p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜表面沉积出厚度为20nm～400nm的金属电极，比如金，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，制作获得电池。
实施例8
采用厚度为80微米～240微米，电阻率为0.2Ωcm～30Ωcm的p-型单晶硅片为衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；将衬底放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如近空间升华在衬底的一面沉积出厚度为0.5微米～5微米的CdTe薄膜；采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，时间为15～60分钟，将CdTe薄膜进行后处理，获得导电类型为弱n-型至p-型，即费米能级与导带底的能量差大于0.5eV的性能优良的CdTe薄膜；采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对处理后的CdTe薄膜表面进行腐蚀改性，时间为1～10秒左右，去除表面的氧化层，同时在薄膜表面形成富碲层，再用甲醇冲洗干净；将CdTe薄膜放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如磁控溅射在CdTe薄膜表面沉积出厚度为1nm～50nm的缓冲层CdSxTe1-x或者CdSexTe1-x薄膜，其中x从0到1进行调控；再采用一定的技术，比如磁控溅射在该缓冲层的表面沉积出厚度为1nm～150nm的n-型CdS窗口层；然后采用一定的技术，比如磁控溅射在CdS窗口层薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm，透过率大于90%的SnO2:F透明导电氧化物薄膜；将样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液将衬底单晶硅片另外一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如共蒸发在该衬底面上沉积出能隙宽度大于2.0eV，厚度为1nm～100nm的p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜，然后在真空腔室内进行120℃～330℃、时间数分钟的后处理，获得费米能级位置为0.01eV～0.2eV的背接触层薄膜；采用一定的技术，比如真空蒸发在p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜表面沉积出厚度为20nm～400nm的金属电极，比如金，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，制作获得电池。
实施例9
采用厚度为80微米～240微米，电阻率为0.2Ωcm～30Ωcm的p-型单晶硅片为衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；将衬底放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如近空间升华在衬底的一面沉积出厚度为0.5微米～5微米的CdTe薄膜；采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，时间为15～60分钟，将CdTe薄膜进行后处理，获得导电类型为弱n-型至p-型，即费米能级与导带底的能量差大于0.5eV的性能优良的CdTe薄膜；采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对处理后的CdTe薄膜表面进行腐蚀改性，时间为1～10秒左右，去除表面的氧化层，同时在薄膜表面形成富碲层，再用甲醇冲洗干净；将CdTe薄膜放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如磁控溅射在CdTe薄膜表面沉积出厚度为1nm～150nm的n-型CdS窗口层，再采用一定的技术，比如磁控溅射在CdS窗口层薄膜表面沉积出厚度为1nm～50nm的缓冲层Al2O3，SnO2，ZnSe，ZnS，CdS:O或者ZnMgO薄膜；然后采用一定的技术，比如磁控溅射在该缓冲层薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm，透过率大于90%的SnO2:F透明导电氧化物薄膜；将样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液将衬底单晶硅片另外一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如共蒸发在该衬底面上沉积出能隙宽度大于2.0eV，厚度为1nm～100nm的p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜，然后在真空腔室内进行120℃～330℃、时间数分钟的后处理，获得费米能级位置为0.01eV～0.2eV的背接触层薄膜；采用一定的技术，比如真空蒸发在p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜表面沉积出厚度为20nm～400nm的金属电极，比如金，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，制作获得电池。
实施例10
采用厚度为80微米～240微米，电阻率为0.2Ωcm～30Ωcm的p-型单晶硅片为衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；将衬底放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如磁控溅射在衬底的一面沉积出厚度为1nm～50nm的缓冲层SiO2或者SiCd1-xTex薄膜，其中x从0到1进行调控；然后采用一定的技术，比如近空间升华在该缓冲层薄膜表面沉积出厚度为0.5微米～5微米的CdTe薄膜；采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，时间为15～60分钟，将CdTe薄膜进行后处理，获得导电类型为弱n-型至p-型，即费米能级与导带底的能量差大于0.5eV的性能优良的CdTe薄膜；采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对处理后的CdTe薄膜表面进行腐蚀改性，时间为1～10秒左右，去除表面的氧化层，同时在薄膜表面形成富碲层，再用甲醇冲洗干净；将CdTe薄膜放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如磁控溅射在CdTe薄膜表面沉积出厚度为1nm～50nm的缓冲层CdSxTe1-x或者CdSexTe1-x薄膜，其中x从0到1进行调控；再采用一定的技术，比如磁控溅射在该缓冲层的表面沉积出厚度为1nm～150nm的n-型CdS窗口层；然后采用一定的技术，比如磁控溅射在CdS窗口层薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm，透过率大于90%的SnO2:F透明导电氧化物薄膜；将样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液将衬底单晶硅片另外一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如共蒸发在该衬底面上沉积出能隙宽度大于2.0eV，厚度为1nm～100nm的p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜，然后在真空腔室内进行120℃～330℃、时间数分钟的后处理，获得费米能级位置为0.01eV～0.2eV的背接触层薄膜；采用一定的技术，比如真空蒸发在p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜表面沉积出厚度为20nm～400nm的金属电极，比如金，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，制作获得电池。
实施例11
采用厚度为80微米～240微米，电阻率为0.2Ωcm～30Ωcm的p-型单晶硅片为衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；将衬底放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如磁控溅射在衬底的一面沉积出厚度为1nm～50nm的缓冲层SiO2或者SiCd1-xTex薄膜，其中x从0到1进行调控；然后采用一定的技术，比如近空间升华在该缓冲层薄膜表面沉积出厚度为0.5微米～5微米的CdTe薄膜；采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，时间为15～60分钟，将CdTe薄膜进行后处理，获得导电类型为弱n-型至p-型，即费米能级与导带底的能量差大于0.5eV的性能优良的CdTe薄膜；采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对处理后的CdTe薄膜表面进行腐蚀改性，时间为1～10秒左右，去除表面的氧化层，同时在薄膜表面形成富碲层，再用甲醇冲洗干净；将CdTe薄膜放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如磁控溅射在CdTe薄膜表面沉积出厚度为1nm～150nm的n-型CdS窗口层；再采用一定的技术，比如磁控溅射在CdS窗口层薄膜表面沉积出厚度为1nm～50nm的缓冲层Al2O3，SnO2，ZnSe，ZnS，CdS:O或者ZnMgO薄膜；然后采用一定的技术，比如磁控溅射在该缓冲层薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm，透过率大于90%的SnO2:F透明导电氧化物薄膜；将样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液将衬底单晶硅片另外一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如共蒸发在该衬底面上沉积出能隙宽度大于2.0eV，厚度为1nm～100nm的p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜，然后在真空腔室内进行120℃～330℃、时间数分钟的后处理，获得费米能级位置为0.01eV～0.2eV的背接触层薄膜；采用一定的技术，比如真空蒸发在p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜表面沉积出厚度为20nm～400nm的金属电极，比如金，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，制作获得电池。
实施例12
采用厚度为80微米～240微米， 电阻率为0.2Ωcm～30Ωcm的p-型单晶硅片为衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；将衬底放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如近空间升华在衬底的一面沉积出厚度为0.5微米～5微米的CdTe薄膜；采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，时间为15～60分钟，将CdTe薄膜进行后处理，获得导电类型为弱n-型至p-型，即费米能级与导带底的能量差大于0.5eV的性能优良的CdTe薄膜；采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对处理后的CdTe薄膜表面进行腐蚀改性，时间为1～10秒左右，去除表面的氧化层，同时在薄膜表面形成富碲层，再用甲醇冲洗干净；将CdTe薄膜放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如磁控溅射在CdTe薄膜表面沉积出厚度为1nm～50nm的缓冲层CdSxTe1-x或者CdSexTe1-x薄膜，其中x从0到1进行调控；再采用一定的技术，比如磁控溅射在该缓冲层的表面沉积出厚度为1nm～150nm的n-型CdS窗口层；再采用一定的技术，比如磁控溅射在CdS窗口层薄膜表面沉积出厚度为1nm～50nm的缓冲层Al2O3，SnO2，ZnSe，ZnS，CdS:O或者ZnMgO薄膜；然后采用一定的技术，比如磁控溅射在该缓冲层薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm，透过率大于90%的SnO2:F透明导电氧化物薄膜；将样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液将衬底单晶硅片另外一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如共蒸发在该衬底面上沉积出能隙宽度大于2.0eV，厚度为1nm～100nm的p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜，然后在真空腔室内进行120℃～330℃、时间数分钟的后处理，获得费米能级位置为0.01eV～0.2eV的背接触层薄膜；采用一定的技术，比如真空蒸发在p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜表面沉积出厚度为20nm～400nm的金属电极，比如金，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，制作获得电池。
实施例13
采用厚度为80微米～240微米，电阻率为0.2Ωcm～30Ωcm的p-型单晶硅片为衬底，使用前先用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液清洗单晶硅片表面，去除表面的SiO2层；将衬底放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如磁控溅射在衬底的一面沉积出厚度为1nm～50nm的缓冲层SiO2或者SiCd1-xTex薄膜，其中x从0到1进行调控；然后采用一定的技术，比如近空间升华在该缓冲层薄膜表面沉积出厚度为0.5微米～5微米的CdTe薄膜；采用Cl-气氛，温度为300℃～500℃，时间为15～60分钟，将CdTe薄膜进行后处理，获得导电类型为弱n-型至p-型，即费米能级与导带底的能量差大于0.5eV的性能优良的CdTe薄膜；采用溴甲醇溶液（溴0.01ml～0.5ml+甲醇100ml）在室温下对处理后的CdTe薄膜表面进行腐蚀改性，时间为1～10秒左右，去除表面的氧化层，同时在薄膜表面形成富碲层，再用甲醇冲洗干净；将CdTe薄膜放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如磁控溅射在CdTe薄膜表面沉积出厚度为1nm～50nm的缓冲层CdSxTe1-x或者CdSexTe1-x薄膜，其中x从0到1进行调控；再采用一定的技术，比如磁控溅射在该缓冲层的表面沉积出厚度为1nm～150nm的n-型CdS窗口层；再采用一定的技术，比如磁控溅射在CdS窗口层薄膜表面沉积出厚度为1nm～50nm的缓冲层Al2O3，SnO2，ZnSe，ZnS，CdS:O或者ZnMgO薄膜；然后采用一定的技术，比如磁控溅射在该缓冲层薄膜表面沉积出厚度为50nm～500nm，透过率大于90%的SnO2:F透明导电氧化物薄膜；将样品取出，采用浓度为1wt%～15wt%的氢氟酸溶液将衬底单晶硅片另外一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内，采用一定的技术，比如共蒸发在该衬底面上沉积出能隙宽度大于2.0eV，厚度为1nm～100nm的p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜，然后在真空腔室内进行120℃～330℃、时间数分钟的后处理，获得费米能级位置为0.01eV～0.2eV的背接触层薄膜；采用一定的技术，比如真空蒸发在p-型ZnTe：Cu背接触层薄膜表面沉积出厚度为20nm～400nm的金属电极，比如金，铝，镍等纯金属或者合金金属薄膜或者多层金属复合薄膜，制作获得电池。
Claims (2)
1.一种基于单晶硅片衬底的CdS/CdTe太阳电池，其特征在于包括以下结构：衬底为p-型单晶硅片，此衬底硅片的一面沉积有CdTe薄膜、CdS窗口层薄膜以及透明导电氧化物薄膜，另外一面沉积有p-型ZnTe:Cu背接触层薄膜和金属电极，从而形成基本结构为TCO/CdS/CdTe/Si/ZnTe:Cu/金属的太阳电池；
CdTe薄膜的厚度为0.5微米～5微米，导电类型为弱n-型至p-型，即费米能级与导带底的能量差大于0.5eV；
CdS窗口层的厚度为1nm～150nm，导电类型为n-型；
衬底硅片的另外一面依次沉积有p-型ZnTe:Cu背接触层薄膜和金属电极；
其制备过程包括：
A、采用单晶硅片做衬底，使用前先去除表面的SiO2层；
B、将步骤A获得的衬底放置在真空腔室内，衬底的表面沉积出CdTe薄膜；
C、将步骤B获得的薄膜进行后处理，获得性能优良的CdTe薄膜；
D、将步骤C获得的CdTe薄膜进行表面改性，以去除表面的氧化层，在薄膜表面形成富碲层；
E、将步骤D获得的薄膜放置在真空腔室内，在CdTe薄膜表面沉积出CdS窗口层；
F、在步骤E获得的CdS薄膜表面沉积出透过率大于90％的透明导电氧化物薄膜；
G、将步骤F获得的样品取出，将单晶硅片衬底另一面的SiO2层去除，然后放置在真空腔室内，在衬底另一面上沉积出背接触层薄膜；之后进行后处理，以确保背接触层薄膜的费米能级位置为0.01eV～0.2eV；
H、在步骤G获得的背接触层薄膜表面沉积出金属电极，制作获得电池。
2.根据权利要求1所述的一种基于单晶硅片衬底的CdS/CdTe太阳电池，其特征在于在透明导电薄膜和CdS层之间，CdS层与CdTe层之间以及CdTe层与单晶Si片之间，引入缓冲层，缓冲层厚度为1nm～50nm，为Al2O3，SnO2，ZnSe，ZnS，CdS:O，ZnMgO，CdSxTe1-x，CdSexTe1-x或者SiO2，SiCd1-xTex，其中，0<x≤1。
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