CN109830561B - 一种碲化镉薄膜太阳能电池组件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碲化镉薄膜太阳能电池组件及其制备方法，碲化镉薄膜太阳能电池组件包括从下到上依次设置的衬底玻璃层、TCO薄膜层、CdS薄膜层、CdTe薄膜层、扩散阻挡层、Mo电极层、背板玻璃层；所述扩散阻挡层为TiN层。采用TiN薄膜代替Cu作背电极缓冲层，由于TiN的功函数在4.7eV，并且通过调节Ti与N的配比还可以深化功函数，从而可以降低金属背电极与碲化镉薄膜的肖特基势垒，优化两者之间的接触，并且TiN层具有很好的稳定性，对玻璃中的Na扩散具有阻挡作用，从而使得碲化镉薄膜电池中碱金属Na的扩散可控，并且不会像铜掺杂那样后期向碲化镉与硫化镉界面扩散，破坏了p‑n结特性，出现效率大幅度衰减，从而延长了使用寿命。

Description

一种碲化镉薄膜太阳能电池组件及其制备方法
技术领域
本发明涉及薄膜太阳能电池领域，具体为一种碲化镉薄膜太阳能电池组件及其制备方法。
背景技术
多晶碲化镉因其具有1.48eV的带隙和高吸收率备受工业界和科学界的广泛关注，目前商业化的碲化镉薄膜太阳能电池背板采用玻璃，玻璃中的碱金属会通过金属电极扩散到吸收层中，并且随着每批次玻璃质量的波动或者碲化镉沉积参数的变化而变化，不受实际生产的控制。金属铜用于改善碲化镉吸收层与背电极之间的隧道接触势垒，尽管铜在高性能的碲化镉太阳能电池中所起作用非常重要，但是因其后期在碲化镉电池中快速扩散，使得碲化镉太阳能电池效率降解得非常快。目前主要采用铜的复合背接触层来抑制铜的扩散。但是复合层制备复杂，不易控制。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种导电性良好、化学性质稳定、有效降低碲化镉吸收层与金属电极之间的肖基特势垒的碲化镉薄膜太阳能电池组件及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种碲化镉薄膜太阳能电池组件，包括从下到上依次设置的衬底玻璃层、TCO薄膜层、CdS薄膜层、CdTe薄膜层、扩散阻挡层、Mo电极层、背板玻璃层；所述扩散阻挡层为TiN层。
同样的，本发明还提供如下优化方案：
优选的，所述TCO薄膜层采用磁控溅射法制备，厚度约300-400nm。
优选的，CdS薄膜层采用近空间升华法制备，厚度为50-120nm。
优选的，CdTe薄膜层采用近空间升华法制备，厚度为2-4um。
优选的，TiN层采用直流磁控溅射镀膜，厚度为50-150nm。
本发明还提供一种碲化镉薄膜太阳能电池组件的制备方法。
一种碲化镉薄膜太阳能电池组件的制备方法，包括如下步骤：
S1提供一衬底玻璃层，在所述衬底玻璃层上用磁控溅射法沉积TCO，得到TCO薄膜层；
S2在所述TCO薄膜层上用近空间升华法沉积CdS薄膜层；
S3在所述CdS薄膜层上用近空间升华法沉积CdTe薄膜层；
S4在所述CdTe薄膜层上用直流磁控溅射法沉积TiN层；
S5在所述TiN层上沉积Mo电极层；
S6在所述Mo电极层上设置背板玻璃。
优选的，所述S4步骤中，TiN层是采用150mm的圆形钛靶材，在氩气纯度99.99％与氮气纯度99.95％混合气氛下镀膜。
更优选的，氩气与氮气的混合气体的总压为0.8pa，氩气流量为20sccm，氮气流量为45sccm，功率为1000W，电流为2.2A，沉积速率为1.60nm/s。
本发明的有益效果是：
采用TiN薄膜代替Cu作背电极缓冲层，由于TiN的功函数在4.7eV，并且通过调节Ti与N的配比还可以深化功函数，从而可以降低金属背电极与碲化镉薄膜的肖特基势垒，优化两者之间的接触，并且TiN层具有很好的稳定性，对玻璃中的Na扩散具有阻挡作用，从而使得碲化镉薄膜电池中碱金属Na的扩散可控，并且不会像铜掺杂那样后期向碲化镉与硫化镉界面扩散，破坏了p-n结特性，出现效率大幅度衰减，从而延长了使用寿命。
附图说明
图1为本发明一种优选实施例的结构图；
图2为本发明一种优选实施例的流程图；
具体的附图标记为：
1衬底玻璃层；2TCO薄膜层；3CdS薄膜层；4CdTe薄膜层；5扩散阻挡层；6Mo电极层；7背板玻璃层。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明首先提供一种碲化镉薄膜太阳能电池组件，包括从下到上依次设置的衬底玻璃层1、TCO薄膜层2、CdS薄膜层3、CdTe薄膜层4、扩散阻挡层5、Mo电极层6、背板玻璃层7；所述扩散阻挡层5为TiN层。
所述TCO薄膜层2采用磁控溅射法制备，厚度约300-400nm。
所述CdS薄膜层3采用近空间升华法制备，厚度为50-120nm。
所述CdTe薄膜层4采用近空间升华法制备，厚度为2-4um。
所述TiN层采用直流磁控溅射镀膜，厚度为50-150nm。
本发明还提供一种碲化镉薄膜太阳能电池组件的制备方法。
一种碲化镉薄膜太阳能电池组件的制备方法，包括如下步骤：
S1提供一衬底玻璃层1，在所述衬底玻璃层1上用磁控溅射法沉积TCO，得到TCO薄膜层2；
S2在所述TCO薄膜层2上用近空间升华法沉积CdS薄膜层3；
S3在所述CdS薄膜层3上用近空间升华法沉积CdTe薄膜层4；
S4在所述CdTe薄膜层4上用直流磁控溅射法沉积TiN层；
S5在所述TiN层上沉积Mo电极层6；
S6在所述Mo电极层6上设置背板玻璃层7。
优选的，所述S4步骤中，TiN层是采用150mm的圆形钛靶材，在氩气纯度99.99％与氮气纯度99.95％混合气氛下镀膜。
更优选的，氩气与氮气的混合气体的总压为0.8pa，氩气流量为20sccm，氮气流量为45sccm，功率为1000W，电流为2.2A，沉积速率为1.60nm/s。TiN薄膜的厚度为50-150nm。
整个碲化镉薄膜太阳能电池组件采用激光刻线，POE封边。
实施例一
提供一衬底玻璃层1，在所述衬底玻璃层1上用磁控溅射法沉积TCO，得到厚度为300nm的TCO薄膜层2；在所述TCO薄膜层2上用近空间升华法沉积CdS，得到厚度为50nm的CdS薄膜层3；在所述CdS薄膜层3上用近空间升华法沉积CdTe，得到厚度为2um的CdTe薄膜层4；在所述CdTe薄膜层4上用直流磁控溅射法沉积TiN，得到厚度为50nm的TiN层；在所述TiN层上沉积Mo电极层6；在所述Mo电极层6上设置背板玻璃层7。
实施例二
提供一衬底玻璃层1，在所述衬底玻璃层1上用磁控溅射法沉积TCO，得到厚度为400nm的TCO薄膜层2；在所述TCO薄膜层2上用近空间升华法沉积CdS，得到厚度为120nm的CdS薄膜层3；在所述CdS薄膜层3上用近空间升华法沉积CdTe，得到厚度为4um的CdTe薄膜层4；在所述CdTe薄膜层4上用直流磁控溅射法沉积TiN，得到厚度为150nm的TiN层；在所述TiN层上沉积Mo电极层6；在所述Mo电极层6上设置背板玻璃层7。
对比例一
提供一衬底玻璃层1，在所述衬底玻璃层1上用磁控溅射法沉积TCO，得到厚度为300nm的TCO薄膜层2；在所述TCO薄膜层2上用近空间升华法沉积CdS，得到厚度为100nm的CdS薄膜层3；在所述CdS薄膜层3上用近空间升华法沉积CdTe，得到厚度为3um的CdTe薄膜层4；在所述CdTe薄膜层4上用直流磁控溅射法沉积Cu，得到厚度为50nm的Cu薄膜层；在Cu薄膜层上沉积Mo电极层6；在所述Mo电极层6上设置背板玻璃层7。
对比例二
提供一衬底玻璃层1，在所述衬底玻璃层1上用磁控溅射法沉积TCO，得到厚度为300nm的TCO薄膜层2；在所述TCO薄膜层2上用近空间升华法沉积CdS，得到厚度为80nm的CdS薄膜层3；在所述CdS薄膜层3上用近空间升华法沉积CdTe，得到厚度为3um的CdTe薄膜层4；在所述CdTe薄膜层4上用直流磁控溅射法沉积Cu，得到厚度为50nm的Cu薄膜层；在Cu薄膜层上沉积Mo电极层6；在所述Mo电极层6上设置背板玻璃层7。
现将本发明实施例一的碲化镉薄膜太阳能电池组件在AM1.5，100mW/cm2标准光强下进行表征，并以对比例一和对比例二的碲化镉薄膜太阳能电池作为对照组，其结果如表1所示：
表1电池性能测试表
Figure BDA0001973360470000051
本发明的碲化镉薄膜太阳能电池组件的性能比现有的太阳能电池开路电压，填充因子有一定幅度的提升，从而优化了电池的转换效率。
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 (1)

1.一种碲化镉薄膜太阳能电池组件，其特征在于：包括从下到上依次设置的衬底玻璃层、TCO薄膜层、CdS薄膜层、CdTe薄膜层、扩散阻挡层、Mo电极层、背板玻璃层；所述扩散阻挡层为TiN层；
所述TCO薄膜层采用磁控溅射法制备，厚度300-400nm；
CdS薄膜层采用近空间升华法制备，厚度为50-120nm；
CdTe薄膜层采用近空间升华法制备，厚度为2-4um；
TiN层采用直流磁控溅射镀膜，厚度为50-150nm；
碲化镉薄膜太阳能电池组件的制备方法包括如下步骤：
S1提供一衬底玻璃层，在所述衬底玻璃层上用磁控溅射法沉积TCO，得到TCO薄膜层；
S2在所述TCO薄膜层上用近空间升华法沉积CdS薄膜层；
S3在所述CdS薄膜层上用近空间升华法沉积CdTe薄膜层；
S4在所述CdTe薄膜层上用直流磁控溅射法沉积TiN层；
S5在所述TiN层上沉积Mo电极层；
S6在所述Mo电极层上设置背板玻璃；
所述S4步骤中，TiN层是采用150mm的圆形钛靶材，在氩气纯度99.99％与氮气纯度99.95％混合气氛下镀膜；
氩气与氮气的混合气体的总压为0.8pa，氩气流量为20sccm，氮气流量为45sccm，功率为1000W，电流为2.2A，沉积速率为1.60nm/s。
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