CN201780976U - 一种CdTe太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于化合物太阳能电池领域，具体公开了一种CdTe太阳能电池。该CdTe太阳能电池包括，依次层叠的玻璃衬底、透明导电层、CdS层、CdTe层、过渡层以及背电极层；其中，所述过渡层包括第一过渡层ZnTe层以及第二过渡层Cu2Te层，所述第一过渡层与CdTe层接触，所述第二过渡层沉积在所述第一过渡层上。本实用新型所提供的CdTe太阳能电池的短路电流密度明显增加，提高了约25％，并且CdTe太阳能电池的转化效率可达12.5％。并且CdTe太阳能电池不衰减、性能稳定。
Description
技术领域
本实用新型属于化合物太阳能电池领域，尤其涉及一种CdTe太阳能电池。
背景技术
碲化镉是一种化合物半导体，其能隙宽度最适合于光电能量转换。用这种半导体做成的太阳电池是一种将光能直接转变为电能的器件，有很高的理论转换效率。碲化镉容易沉积成大面积的薄膜，沉积速率也高。因此，相比于硅太阳能电池，碲化镉薄膜太阳电池的制造成本低，是应用前景广阔的新型太阳电池。
CdTe太阳能电池的一般结构为：从上到下依次为玻璃衬底、透明导电膜、n-CdS、p-CdTe以及背电极。背电极常采用金属，但由于CdTe的功函数较高(5.5eV)，很难找到一种高功函数的金属与其形成良好的欧姆接触，从而极大的影响了CdTe太阳能电池的性能。
目前，在CdTe太阳能电池中在P-CdTe与背电极之间增加过渡层，以形成良好的欧姆接触。具体太阳能电池结构如图1所示。即从上到下依次为玻璃衬底1`、透明导电膜2`、n-CdS3`、p-CdTe4`、过渡层5`以及背电极6`。最先研究的过渡层为一层P-ZnTe层。虽然ZnTe过渡层在一定程度上提高欧姆接触性能，但是效果并不十分明显。后来又有文献提出ZnTe:Cu过渡层，即在ZnTe中掺杂Cu原子形成均匀的过渡层。该过渡层虽然大为改善了电池性能，但是由于掺杂原子的扩散作用会导致电池衰降。
又有人提出：在ZnTe先不掺杂沉积，沉积一段时间后再掺杂Cu沉积。此种结构在一定程度上改善了晶格匹配，提高电池性能，但是该过渡层中掺杂的物质仍以原子状态存在于过渡层中，存在扩散的可能性，长期使用仍会导致电池性能的衰减。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是，现有技术中CdTe太阳能电池的过渡层会导致电池性能衰减，欧姆接触性差，从而提供一种不会导致电池衰减、欧姆接触性好的CdTe太阳能电池。
一种CdTe太阳能电池，其包括：依次层叠的玻璃衬底、透明导电层、CdS层、CdTe层、过渡层以及背电极层；所述过渡层包括第一过渡层以及第二过渡层，所述第一过渡层与CdTe层接触，所述第二过渡层沉积在所述第一过渡层上；所述第一过渡层为ZnTe层；所述第二过渡层为Cu2Te层。
本实用新型所提供的CdTe太阳能电池的短路电流密度明显增加，提高了约25％，并且CdTe太阳能电池的转化效率可达12.5％。另一方面，CdTe太阳能电池不衰减、性能稳定。
附图说明
图1是现有技术提供的CdTe太阳能电池结构图。
图2是本实用新型所提供的CdTe太阳能电池结构图。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
参见图2，一种CdTe太阳能电池，其包括：依次层叠的玻璃衬底1、透明导电层2、CdS层3、CdTe层4、过渡层5以及背电极层6；所述过渡层5包括第一过渡层51以及第二过渡层52，所述第一过渡层51与CdTe层4接触，所述第二过渡层51沉积在所述第一过渡层52上；所述第一过渡层51为ZnTe层；所述第二过渡层52为Cu2Te层。
其中，玻璃衬底为本领域技术人员所公知的，其作用是提供透光性好，并且具有一定耐热性和强度的衬底。一般普通玻璃即可。
本实用新型的玻璃衬底优选采用超白玻璃。
玻璃衬底的厚度优选为1～5mm。
透明导电层亦为本领域技术人员所公知的，其作用为：提供良好的导电性能使电子容易导出。一般采用掺Sn的氧化铟薄膜In2O3:Sn(ITO)、ZnO:Al(ZAO)、In2O3:Mo(IMO)、SnO2:F(FTO)等
本实用新型的玻璃衬底优选采用FTO。
CdS层、CdTe层形成CdTe太阳能电池形成P-N结。
CdS层、CdTe层的纯度优选均在5N以上。
CdS层的厚度优选50～300nm，CdTe层的厚度优选1～10μm。
过渡层的主要作用是增强欧姆接触。
本实用新型的过渡层的厚度优选为15～100nm。
本实用新型的过渡层分为第一过渡层和第二过渡层，第一过渡层为ZnTe层，第二过渡层为Cu2Te层。
第一过渡层是指与CdTe层接触的那一层，第二过渡层沉积在第一过渡层上。
优选情况下，第一过渡层的厚度大于第二过渡层的厚度。
优选第一过渡层的厚度为10～50nm；第二过渡层的厚度为5～20nm。
更优选第一过渡层的厚度为20～30nm；第二过渡层的厚度为8～15nm。
过渡层的制备方法可以采用本领域技术人员所公知的沉积法来制备。例如可以采用射频溅射法沉积、真空蒸发法沉积等。在此不再赘述。
背电极主要起到导电作用，常采用导电性好、电阻小的金属物质，如Au、Ag、Ni、Cu、Mo等，本实用新型优选Ni、Mo。
背电极的厚度优选为80～500nm。
本实用新型中，一方面，第二过渡层中Cu是以化合物状态存在，不像直接掺杂Cu，Cu以原子状态存在，原子状态的Cu的扩散比较严重，而化合物状态相对较小。另一方面，第一过渡层ZnTe层位于CdTe层和第二过渡层Cu2Te层之间，这样第一过渡层ZnTe层可以有效阻挡第二过渡层中Cu向CdTe层中渗透，从而有效防止的电池性能的衰降，同时又能形成良好的Cu掺杂比例，使过渡层具有良好的欧姆接触作用。
并且本实用新型的过渡层的成本低廉，主要体现在以下两个方面：一方面，ZnTe市场价约为4500元/kg，Cu2Te市场价约为2800元/kg，具有材料成本低廉的优势。另一方面，Cu掺杂需要复杂精密的共沉淀工序，条件苛刻、成品率低。而本实用新型提供的过渡层无Cu掺杂，工序简单、易操作、成品率高；对设备以及工艺的投入较少，从而降低了工艺成本。所以本实用新型提供的CdTe太阳能电池过渡层的成本大大降低，进一步降低了CdTe太阳能电池的生产成本，对于CdTe太阳能电池扩大化生产具有重要的意义。
本实用新型所提供的CdTe太阳能电池的短路电流密度明显增加，提高了约25％，并且CdTe太阳能电池的转化效率可达12.5％。并且CdTe太阳能电池不衰减、性能稳定。
以下结合具体实施例对本实用新型作进一步的阐述。
实施例1
一种CdTe太阳能电池，其包括依次层叠的玻璃衬底、透明导电层、CdS层、CdTe层、过渡层以及背电极层；
其中玻璃衬底为超白玻璃，厚2mm；透明导电层为FTO，厚1um；CdS层的纯度为5N，厚200nm；CdTe层的纯度为5N，厚5um。
过渡层包括第一过渡层ZnTe层以及第二过渡层Cu2Te层，第一过渡层沉积在CdTe层上，第二过渡层沉积在第一过渡层上。第一过渡层的厚度为25nm；第二过渡层的厚度为10nm。
背电极层为Ni层，厚200nm。
实施例2
与实施例1所不同的是：第一过渡层的厚度为50nm；第二过渡层的厚度为20nm。其他部分同实施例1。
实施例3
与实施例1所不同的是：第一过渡层ZnTe层的厚度为13nm；第二过渡层Cu2Te的厚度为6nm。其他部分同实施例1。
实施例4
与实施例1所不同的是：第一过渡层ZnTe层的厚度为30nm；第二过渡层Cu2Te的厚度为15nm。其他部分同实施例1。
实施例5
与实施例1所不同的是：第一过渡层ZnTe层的厚度为20nm；第二过渡层Cu2Te的厚度为8nm。其他部分同实施例1。
对比例1
与实施例1所不同的是：过渡层为ZnTe:Cu，厚50nm。其他部分同实施例1。
性能测试：
采用博格单电池测试机进行测试。结果见表1。
表1
| 实施例 | 开路电压 | 短路电流 | 填充因子 | 光电转化效率 |
| 实施例1 | 830mV | 20.7mA | 76.80％ | 14.80％ |
| 实施例2 | 840mV | 20.5mA | 75.40％ | 13.90％ |
| 实施例3 | 795mV | 20.8mA | 73.18％ | 12.20％ |
| 实施例4 | 825mV | 20.6mA | 75.70％ | 14.10％ |
| 实施例5 | 835mV | 20.4mA | 76.20％ | 14.00％ |
| 对比例1 | 795mV | 20.8mA | 73.18％ | 12.00％ |
从表1可以看出，从实施例1-5相对于对比例1的开路电压，光电转化效率等都有了大幅的提高，这说明本发明的过渡层可以有效抑制电池性能衰减，并且保持良好的欧姆接触。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种CdTe太阳能电池，其包括：依次层叠的玻璃衬底、透明导电层、CdS层、CdTe层、过渡层以及背电极层；其特征在于：所述过渡层包括第一过渡层以及第二过渡层，所述第一过渡层与CdTe层接触，所述第二过渡层沉积在所述第一过渡层上；所述第一过渡层为ZnTe层；所述第二过渡层为Cu2Te层。
2.根据权利要求1所述的CdTe太阳能电池，其特征在于：所述过渡层的厚度为15～100nm。
3.根据权利要求2所述的CdTe太阳能电池，其特征在于：所述第一过渡层的厚度大于所述第二过渡层的厚度。
4.根据权利要求3所述的CdTe太阳能电池，其特征在于：所述第一过渡层的厚度为10～50nm；所述第二过渡层的厚度为5～20nm。
5.根据权利要求4所述的CdTe太阳能电池，其特征在于：所述第一过渡层的厚度为20～30nm；所述第二过渡层的厚度为8～15nm。
6.根据权利要求1所述的CdTe太阳能电池，其特征在于：所述玻璃衬底的厚度为1～5mm。
7.根据权利要求1所述的CdTe太阳能电池，其特征在于：所述透明导电层厚为1～10μm。
8.根据权利要求1所述的CdTe太阳能电池，其特征在于：所述CdS层厚50～300nm。
9.根据权利要求1所述的CdTe太阳能电池，其特征在于：所述CdTe层厚1～10μm。
10.根据权利要求1所述的CdTe太阳能电池，其特征在于：所述背电极的厚度为80～500nm。
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- 2011-07-28 WO PCT/CN2011/077766 patent/WO2012013155A1/en active Application Filing
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