CN109768096A

CN109768096A - 一种碲化镉太阳电池背接触结构

Info

Publication number: CN109768096A
Application number: CN201910119811.6A
Authority: CN
Inventors: 高超; 周浪; 黄海宾; 曾庆国
Original assignee: Nanchang University
Current assignee: Nanchang University
Priority date: 2019-02-18
Filing date: 2019-02-18
Publication date: 2019-05-17

Abstract

一种碲化镉太阳电池背接触结构，包含一层与碲化镉接触的Mo(O,S)_x（2<x<3）背接触层以及与Mo(O,S)_x层接触的背电极层。本发明在碲化镉与背电极之间插入一层氧硫化钼（Mo(O,S)_x）层，既能抑制背接触处空穴势垒的形成，又能保证光生电流在整个背接触结构中的良好传输，从而提高碲化镉太阳电池的光电转换效率。该背接触结构所涉及的制备工艺均为成熟的制备工艺，可与碲化镉太阳电池现有的制备工艺兼容。本发明为高效且低成本的碲化镉太阳电池制备提供了一种技术方案。

Description

一种碲化镉太阳电池背接触结构

技术领域

本发明属于太阳电池领域，也属于半导体器件领域，涉及碲化镉太阳电池的结构设计。

背景技术

碲化镉太阳电池是一类比较成熟的太阳电池。其理论光电转换效率高，制备成本低，在各类太阳电池中具有较高的竞争力。然而碲化镉太阳电池当前实际最高转换效率（~22%）较其理论转换效率（~30%）仍然偏低。其原因除了实际制备的碲化镉材料电学质量（少子寿命低，载流子迁移率低等）偏低外，还包括碲化镉吸收层与背电极之间的欧姆接触问题。当前应用于太阳电池中的碲化镉半导体材料多为p型，其功函数较高（~5.7eV）。若希望碲化镉与背电极之间形成良好的欧姆接触，则要求背电极材料的功函数必须大于碲化镉材料的功函数。然而实际上常见的金属或导电氧化物的功函数均小于实际制备的碲化镉材料的功函数。因此，若在碲化镉半导体材料上直接沉积功函数较低的金属或导电氧化物，则会导致碲化镉半导体在靠近背电极处能带向下弯曲，从而形成对空穴电流的势垒，影响碲化镉太阳电池的光电转换性能。

目前常见的碲化镉太阳电池，其结构是在透光衬底上依次制备透明导电电极、窗口层或缓冲层、碲化镉吸光层以及背接触结构。在以上结构的碲化镉太阳电池制备过程中，常通过对碲化镉表面进行化学刻蚀形成一层富碲层，随后沉积电极材料。使用这种工艺可以得到性能相对较好的背接触，但无法完全消除背接触处形成的对空穴电流的势垒。另外，也可在碲化镉表面先沉积一层高功函数的氧化钼（MoO_x，2<x<3）背接触层，随后沉积背电极来形成碲化镉电池背接触。氧化钼材料的高功函数可使与之接触的碲化镉材料能带向上弯曲，从而避免了碲化镉太阳电池背接触处空穴势垒的产生。同时由于氧化钼为n型半导体，氧化钼可与常见的金属电极或导电氧化物电极形成良好的欧姆接触。然而，若要得到优异的背接触特性，必须要求氧化钼背接触层本身能够很好地传输电池中因光照而产生的光生电流。在碲化镉太阳电池中，受碲化镉与氧化钼能带位置等因素影响，背接触处电流在氧化钼接触层中的传输依赖于氧化钼材料中氧空位所形成的电学缺陷。若增加氧化钼中氧空位的浓度，则可增强光生电流在氧化钼层中的传输。但氧空位浓度的增加会减小氧化钼材料的功函数，使碲化镉背部重新形成对空穴的势垒。反之，若减小氧化钼中氧空位的浓度，则氧化钼材料的功函数提高，抑制背面空穴势垒的形成，但光生电流在氧化钼层中的传输变差。因此，单纯使用氧化钼材料作为碲化镉太阳电池背接触层，很难得到优异的背接触特性。

发明内容

本发明的目的是针对采用以上结构的碲化镉太阳电池提出一种碲化镉太阳电池背接触结构。

本发明是是通过以下技术方案实现的。

本发明所述的一种碲化镉太阳电池背接触结构，包含一层与碲化镉接触的Mo(O,S)_x（2<x<3）背接触层以及与Mo(O,S)_x层接触的背电极层。

所述的Mo(O,S)_x（2<x<3）背接触层，是以MoS₂材料为靶材，以氩气和氧气的混合气体为工作气体，使用反应溅射的方法制备得到的。

所述的背电极层，可使用金属电极或透明导电氧化物电极。

所述的Mo(O,S)_x（2<x<3）背接触层，其厚度为1-50nm。

所述的背电极层，其厚度为50-1000nm。

本发明在氧化钼背接触层技术的基础上，使用Mo(O,S)_x（2<x<3）替代氧化钼（MoO_x，2<x<3）作为碲化镉太阳电池的背接触层。本发明所使用的Mo(O,S)_x背接触层，应用在碲化镉太阳电池背接触结构中其性能优于氧化钼背接触层。相较于氧化钼材料，Mo(O,S)_x材料中含有一定比例的硫元素。硫元素的引入可以调节Mo(O,S)_x材料中电学缺陷的形成以及半导体功函数的大小。因此，Mo(O,S)_x材料中电学缺陷和半导体功函数的调节范围较氧化钼材料更大。在合适的制备条件下，所制备的Mo(O,S)_x可具有合适的性能。将其用作碲化镉太阳电池背接触层时，既能抑制背接触处空穴势垒的形成，又能保证光生电流在Mo(O,S)_x层中有很好的传输。附图2为分别使用Mo(O,S)_x和氧化钼背接触层制备的碲化镉太阳电池的电流-电压曲线（实线为使用Mo(O,S)_x背接触层的电池结果，虚线为使用氧化钼背接触层的电池结果。除背接触层外，电池其它制备工艺完全相同）。分析电流-电压曲线得出的太阳电池性能参数列于表1。对比表中数据可以看出，以Mo(O,S)_x为背接触层的碲化镉太阳电池的开路电压、短路电流密度、填充因子均优于以氧化钼为背接触层的碲化镉太阳电池对应参数。

表1. 以Mo(O,S)_x和MoO_x为背接触层的碲化镉太阳电池性能参数对比

附图说明

图1为本发明所述的碲化镉太阳电池背接触结构。其中，1为碲化镉吸收层，2为Mo(O,S)_x背接触层，3为背电极层。

图2为分别使用Mo(O,S)_x和氧化钼的碲化镉太阳电池电流-电压曲线。图中，实线为使用Mo(O,S)_x背接触层的碲化镉太阳电池电流-电压曲线，虚线为使用氧化钼背接触层的碲化镉太阳电池电流-电压曲线。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做详细描述，但所描述的实施例并非本发明所有的实施例，不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1。

（1）使用化学溶剂对碲化镉表面进行清洗，去除表面杂质并调整表面成分。

（2）以MoS₂为靶材，氩气和氧气流量分别为35sccm和5sccm，溅射气压设定1Pa，溅射功率设定100W，在200℃衬底温度下制备5nm厚的Mo(O,S)_x薄膜。

（3）使用ITO（掺铟氧化锡）靶材，氩气流量设定40sccm，溅射气压设定0.3Pa，溅射功率设定200W，在150℃衬底温度下制备200nm厚的ITO透明导电层。

实施例2。

（2）以MoS₂为靶材，氩气和氧气流量分别为38sccm和2sccm，溅射气压设定0.7Pa，溅射功率设定80W，在100℃衬底温度下制备15nm厚的Mo(O,S)_x薄膜。

（3）以金颗粒为蒸发材料，在钨舟上施加120安培电流，使用热蒸发方法制备100nm厚的金电极。

Claims

1.一种碲化镉太阳电池背接触结构，其特征是包含一层与碲化镉接触的Mo(O,S)_x背接触层以及与Mo(O,S)_x层接触的背电极层，其中2<x<3。

2.根据权利要求1所述的一种碲化镉太阳电池背接触结构，其特征是所述的背电极层，为金属电极或透明导电氧化物电极。

3.根据权利要求1所述的一种碲化镉太阳电池背接触结构，其特征是所述的Mo(O,S)_x背接触层，其厚度为1-50nm。

4.根据权利要求1所述的一种碲化镉太阳电池背接触结构，其特征是所述的背电极层，其厚度为50-1000nm。