CN116154033A - 一种激活薄膜太阳能电池吸收层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激活薄膜太阳能电池半成品的吸收层的方法。吸收层包括CdSexTe1‑x、CdSe、CdS或CdTe。所述激活薄膜太阳能电池半成品的吸收层的方法，其包括以下步骤：提供薄膜太阳能电池半成品，其具有包括CdSexTe1‑x层或包括选自CdS、CdTe、ZnTe、CdSe中的至少两层的吸收层；在所述吸收层的表面形成聚氯乙烯膜；对表面具有所述聚氯乙烯膜的所述薄膜太阳能电池半成品进行热处理，其中热处理温度在300℃至500℃之间。
Description
技术领域
本发明涉及一种在不使用CdCl2的情况下激活CdTe或CdSeTe薄膜太阳能电池的吸收层的方法。
背景技术
根据现有技术，生产具有吸收层的顶衬结构薄膜太阳能电池涉及在衬底(优选玻璃)上施涂透明前接触层(TCO，即透明导电氧化物)，所述吸收层包括CdSexTe1-x(0≤x≤4μm)。前接触层也可以是由几个不同层组成的层堆叠。在此前接触层上，可以沉积一层纯的或改性的CdS(硫化镉)。此后，改性CdS(硫化镉)被理解为具有掺杂、晶体形状变化或晶粒尺寸变化的CdS，或CdS与其他物质的混合物。然而，也可以省略此CdS层。在CdS层的顶部或透明前接触层的顶部，施加有CdTe(碲化镉)或CdSexTe1-x(硒碲镉)吸收层。在吸收层上依次沉积背接触层或背层序列。
在生产过程中，在施涂CdTe或CdSexTe1-x之后，在现有技术中，通常通过CdCl2和加热的方法来激活吸收层。为此，使用现有技术中的方法，例如湿化学法、化学气相沉积法(CVD)或物理气相沉积法(PVD)，将CdCl2层施涂到吸收层上。之后，使CdCl2在升高的温度下与吸收层反应，通常约为380℃至430℃。反应时间约为15分钟至45分钟。在这里，CdCl2充当助熔剂并支持CdTe或CdSexTe1-x层的再结晶。
激活后，用去离子水冲洗掉吸收层表面任何剩余的CdCl2。根据现有技术，激活过程产生的一个问题是CdCl2是一种易溶于水、有毒的化学物质，并且对环境高度危险。它被证明具有致癌性和致突变性，并对生殖有毒。这些特性要求在生产过程中处理CdCl2时特别小心。此外，产生的受污染的废水需要昂贵的清洁或废物处理。
因此，CdCl2的替代物质得到了研究，以活化包含CdSexTe1-x的吸收层，并实现所生产的薄膜太阳能电池的良好电气特性。
在US9,287,439B1中，研究了氯化钙、氯化锌水合物、氯化锌加合物、(特别是TMEDA·ZnCl2，其中TMEDA即四甲基乙二胺)、四氯合锌酸盐(特别是(NH4)2ZnCl4)，以及进一步的含锌离子和氯离子的复盐。这些化合物大多不适合替代CdCl2。只有四氯合锌酸钙被证明是合适的。
此外，在WO 2018/119679 A1中研究了钠、钙或其他碱金属或碱土金属的次氯酸盐，其中次氯酸钙(Ca(OCl)2)被证明是合适的。
WO 2011/045728A1描述了一种方法，其用由无氟氯代烃和无氯氟代烃形成的混合物处理吸收层。
EP 1176644 A1公开了一种使用氯化氢、氮和氧的气态混合物进行激活的方法。
然而，所有以前的尝试在处理过程都有缺点，例如使用气态氯化氢；或者在所获得的太阳能电池的电气性能方面有缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供进一步的替代方法，其中，用更安全和更容易处理的物质替代CdCl2。此外，生产CdTe或CdSeTe薄膜太阳能电池的总体方法应该保持不变。
根据本发明，使用根据权利要求1的方法来实现该目的。在相应的从属权利要求中公开了有利的实施例。
根据本发明，该方法包括以下步骤：提供薄膜太阳能电池半成品，形成聚氯乙烯膜，进行热处理。所述太阳能电池半成品包括吸收层，所述吸收层包括CdSexTe1-x，其中0≤x≤0.99，所述吸收层也可以是包括不同材料层的层堆叠。除其他材料外，所述层堆叠包括至少两个选自CdS、CdTe、ZnTe、CdSe的层。这是有益的，因为在激活过程中，这些堆叠的层可以相互混合，导致包括CdSexTe1-x的吸收层的形成，或不同合金状态和混合比例的层的再结晶。在一些实施例中，所述太阳能电池半成品因此还可以包括包含CdSe、CdS或CdTe的吸收层。所述吸收层与所述薄膜太阳能电池半成品的表面相邻，即所述吸收层的另一表面处于敞开状态并可进行处理。在所述吸收层的该表面上形成聚氯乙烯膜。当在所述吸收层上形成聚氯乙烯膜时进行热处理，其中，温度在300℃至500℃的范围内。由于温度处理，聚氯乙烯膜分解并且释放的氯化氢(H+Cl-)可能通过表面和/或晶界进入所述吸收层，引发激活过程。
尽管聚氯乙烯(PVC)在大约200℃的温度下就已经开始分解，但热处理步骤至少在300℃下进行，以便在可接受的时间内充分分解聚氯乙烯膜。此外，作为激活过程的一部分，所述吸收层内的再结晶过程在更高的温度下表现得更好。另一方面，在热处理过程中，温度不能升高到500℃以上，以避免对所述薄膜太阳能电池半成品中已经存在的其他膜(例如透明导电氧化物或玻璃衬底)产生负面影响。在实施例中，热处理期间的温度在380℃和450℃之间的范围内。热处理时间可以为5-30分钟。
由于聚氯乙烯对环境的毒性和危害性比CdCl2小，因此安全要求也较低。此外，由其分解产生的产物可以用用于制造CdSexTe1-x薄膜太阳能电池的工艺设备中已经存在的普通过滤器单元来处理。
在本发明方法的实施例中，聚氯乙烯膜是通过在所述吸收层的表面上施涂聚氯乙烯固体片而形成的。聚氯乙烯片可以由辊提供，并通过辊施涂到所述吸收层的表面。聚氯乙烯片的厚度范围为10μm至500μm。
在另一个实施例中，聚氯乙烯膜是通过施涂溶解了聚氯乙烯的溶剂，然后干燥液膜形成的。溶剂可以是有机溶剂，例如四氢呋喃或二甲基甲酰胺，或任何其他合适的溶剂。溶剂可以使用辊式涂布机、旋转涂布机、刮板或喷雾涂布机施涂。干燥可在高温下进行，例如100℃，或在室温下(18℃至30℃)进行，并通过蒸发或升华溶剂部分使液状或糊状溶剂膜转化为聚氯乙烯的固体膜或基本固体膜。干燥过程中的温度可低于200℃，以防止聚氯乙烯在此工艺阶段分解。
在任何情况下，吸收层的表面可以在其上形成聚氯乙烯膜之前进行清洗。可以使用现有技术中已知的清洗剂，例如异丙醇或等离子清洗工艺。
在实施例中，该方法还包括在热处理之后进行的清洗步骤，以便去除由聚氯乙烯膜分解产生的有机残留物。可使用包括水溶性无机酸、有机络合剂、有机络合酸、机械清洗装置、水射流或超声的组中的至少一种来清洗激活的吸收层的表面。水溶性无机酸可以是，例如盐酸、硝酸、磷酸、氢碘酸或这些酸的一些或全部的混合物。有机络合剂可以是，例如乙二胺或乙二胺四乙酸(EDTA)。有机络合酸可以是，例如柠檬酸或酒石酸。机械清洗装置可以包括，例如，软刷。此外，清洗步骤可以包括使用去离子水漂洗和干燥步骤。
之后，可以进一步处理所述薄膜太阳能电池半成品，以制造薄膜太阳能电池成品。可以进行结构性工艺、掺杂工艺、温度处理工艺和用于形成背接触层(或背接触层堆叠)的工艺。本领域技术人员已知这些过程。
附图说明
附图用于提供对本发明的进一步理解，并且附图被纳入说明书并构成其的一部分。附图示出了本发明的实施例，且连同描述内容一起用以阐释本发明的原理。在本发明的范围内，还可能有其他实施例。附图中的元件不一定是相对于彼此的比例。相似的附图标记表示相应的相似部分。
图1至5示意性地示出了工艺步骤的顺序，包括本发明中使用聚氯乙烯的激活步骤。
附图标记：
1 衬底
2 透明前接触层
3 吸收层
31 激活吸收层
4 聚氯乙烯膜
41 残留物
5 清洗液
6 背接触层
具体实施方式
图1示出了具有衬底(1)的薄膜太阳能电池半成品，其中透明前接触层(2)和位于透明前接触层(2)顶部的包括CdSexTe1-x的吸收层(3)已经施涂于衬底(1)上。
图2示意性地示出了在吸收层(3)上形成的聚氯乙烯膜(4)。聚氯乙烯膜(4)通过辊施涂厚度为500μm的聚氯乙烯片而形成。在这一阶段，薄膜太阳能电池半成品处于室温。
然后，将薄膜太阳能电池半成品加热到400℃的温度，并在此温度下保持25分钟以进行激活过程。
图3示例性示出了激活处理后保留的激活吸收层(31)。聚氯乙烯膜完全分解，但留下了一些残留物(41)。
将薄膜太阳能电池半成品冷却后，接着是清洗步骤。
图4示意性地示出了激活处理后的清洗步骤。这里，使用含有二甲基甲酰胺(DMF)的清洗液(5)去除聚氯乙烯膜的残留物(41)。清洗步骤在20℃的温度下进行30秒。为此，将薄膜太阳能电池半成品浸入清洗液(5)(DMF50％-100％)中。
图5示意性地示出了在将背接触层(6)施涂到激活吸收层(31)上之后太阳能电池成品的层顺序。
在上述描述中，本发明的实施例是以说明的方式给出的例子，并且本发明不限于此。任何修改、变化和等同设置以及实施例的组合都应被认为包括在本发明的范围内。
Claims (6)
1.一种激活薄膜太阳能电池半成品的吸收层的方法，所述吸收层包括CdSexTe1-x、CdSe、CdS或CdTe，所述方法包括以下步骤：
提供薄膜太阳能电池半成品，其具有包括CdSexTe1-x层或包括选自CdS、CdTe、ZnTe、CdSe中的至少两层的吸收层，
在所述吸收层的表面形成聚氯乙烯膜，并且，
对表面具有所述聚氯乙烯膜的所述薄膜太阳能电池半成品进行热处理，其中热处理温度在300℃至500℃之间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚氯乙烯膜是通过在所述吸收层的表面上施涂聚氯乙烯固体片而形成的。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚氯乙烯膜是通过施涂溶解了聚氯乙烯的溶剂，然后使所述溶剂结块而形成的。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述溶剂是有机溶剂。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括在所述热处理之后进行的清洗步骤，以去除由分解的聚氯乙烯膜产生的有机残留物。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述清洗步骤中使用包括水溶性无机酸、有机络合剂、有机络合酸、机械清洗装置、水射流、超声或等离子体清洗的组中的至少一种。
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