CN203103315U - 一种n-p-p+结构的CdTe薄膜太阳能电池 - Google Patents

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张传军
邬云华
王善力
褚君浩
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Abstract

本实用新型公开了一种n-p-p+结构的CdTe薄膜太阳能电池，包括：衬底，在衬底上依次置有金属Mo背电极、重掺杂p＋-CdTe层、弱p型CdTe层、n-CdS层、前电极透明导电氧化物薄膜。其优点是：p-CdTe／p＋-CdTe同质结避免了界面的晶格失配和能带的不连续；重掺杂p＋-CdTe改善了p-CdTe层的内建电场，提高了载流子的收集率，显著降低了金属背电极和p＋-CdTe层间的接触势垒，提高了电池的开路电压；调节p-CdTe层的厚度可以实现对入射光辐射的最大吸收和转化，整个制备工艺可以在低于400℃的温度下进行。

Description

一种n-p-p+结构的CdTe薄膜太阳能电池
技术领域
本实用新型涉及Ⅱ-Ⅵ簇半导体薄膜太阳能电池，具体是指一种n-CdS/p-CdTe/p+-CdTe结构的CdTe薄膜太阳能电池。
背景技术
理论研究表明，CdTe薄膜太阳能电池采用n-i-p型的电池结构可以有效提高开路电压，因此n-i-p型的CdTe薄膜太阳能电池成为研究的热点。目前形成n-i-p型的CdTe电池结构有两种方案：一种方案是在CdTe薄膜与金属背电极之间加入一层p-ZnTe宽带隙的半导体，形成n-CdS/i-CdTe/p-ZnTe结构，但是CdTe/ZnTe异质结能带突变不利于背电极对p-型载流子空穴的收集，并且CdTe和ZnTe异质界面的晶格失配产生了大量的载流子复合中心。另一种方案是在n-CdS薄膜与p-CdTe薄膜之间加入FeSx，但是FeSx退火后形成的FeS2是在富S气氛和400℃～500℃温度下进行，导致背电极金属杂质的扩散和Fe元素扩散进入CdTe材料，从而降低电池性能，同时CdS/FeS2，FeS2/CdTe均为异质结，存在着能带突变和晶格失陪的问题。
发明内容
针对上述CdTe薄膜太阳能电池存在的问题，特别是为了进一步提高CdTe薄膜太阳能电池的转换效率，本实用新型提出了一种n-CdS/p-CdTe/p+-CdTe结构的CdTe薄膜太阳能电池。
本实用新型的一种n-CdS/p-CdTe/p+-CdTe结构的CdTe薄膜太阳能电池，包括：衬底，在衬底上依次置有金属Mo背电极、重掺杂p＋-CdTe层、弱p-型或中性CdTe层、n-CdS层、前电极透明导电氧化物薄膜。
所说的衬底为是玻璃、柔性无应力钢、耐高温聚合物薄膜中的一种。
所说的重掺杂p＋-CdTe层，其p-型载流子浓度≥1015cm-3，厚度为300nm～1000nm。
所说的p-CdTe层，其载流子浓度<1012cm-3的弱p-型或中性CdTe层，厚度为1000nm～3000nm。
所说的n-CdS层，其n-型载流子浓度≥1015cm-3，厚度为80nm～200nm。
所说的前电极透明导电氧化物薄膜为ZnO:Al/i-ZnO双层薄膜。
本实用新型的显著优点在于：p-CdTe／p＋-CdTe同质结避免了界面的晶格失配和能带的不连续；重掺杂p＋-CdTe改善了p-CdTe层的内建电场，提高了载流子的收集率，显著降低了金属背电极和CdTe层间的接触势垒，提高了电池的开路电压；调节p-CdTe层的厚度可以实现对入射光辐射的最大吸收和转化。
附图说明
图1为本实用新型的n-p-p+结构的CdTe薄膜太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型的具体实施方式作详细说明：
如附图1所示，本实用新型的n-p-p+结构的CdTe薄膜太阳能电池，包括：衬底6，在衬底6上依次生长金属Mo背电极5、p＋-CdTe层4、中性或弱p-型CdTe层3、n＋-CdS层2、前电极氧化物透明导电膜1。
本实用新型的制备工艺过程如下：
1．衬底6选取为玻璃、无应力钢或者耐高温（400℃）聚合物中的一种，在衬底上首先采用磁控溅射或者真空热蒸发制备800nm厚的金属Mo背电极5。
2．对上述样品加热到250℃～300℃，磁控溅射制备1000nm厚的CdTe薄膜，然后对CdTe薄膜进行热处理。热处理工艺如下：
a．采用干法退火工艺，在石墨舟中以CdCl2为蒸发源，CdTe薄膜和CdCl2蒸发源面的距离为2～3mm，350℃～400℃退火30～40min；
b．随后取出样品，在60～80℃温水中冲洗，干燥氮气吹干。
3.再放入溅射腔，室温溅射或者真空热蒸发制备3nm厚的金属Cu薄膜，在250℃～300℃下退火20～30min。
4．用浓盐酸与去离子水按1:6混合配制成的稀盐酸冲洗上述样品，去除样品表面残留的Cu和氧化膜，再用去离子水冲洗，干燥氮气吹干，在金属Mo复合背电极上构成p＋-CdTe层4。
5．低温150℃～250℃下，磁控溅射制备2000nm厚的CdTe薄膜。工作气体为Ar和O2混合气体，O2的流量比<5%。
6．磁控溅射或者化学水浴法制备100nm厚的n-CdS薄膜，然后在温度为200℃～220℃，Ar+O2气氛，流量比为：Ar:O2=8:1，气压为0.75～1atm的气氛中退火
7．磁控溅射制备ZnO2:Al/i-ZnO前电极氧化物透明导电膜1。ZnO2:Al薄膜的厚度为700nm，i-ZnO薄膜的厚度为80nm。
本实用新型的n-p-p+结构的CdTe薄膜太阳能电池，其p＋-CdTe层4、p-CdTe层3、n-CdS层2的厚度和载流子浓度值可以调节，通过协调可以实现n-CdS和p＋-CdTe间有最优的内建电势和p-CdTe层对入射光辐射的最大吸收。

Claims (5)

1.一种n-p-p+结构的CdTe薄膜太阳能电池，包括：衬底(6)，其特征在于：在衬底上依次置有金属Mo背电极(5)、重掺杂p+-CdTe层(4)、弱p-型CdTe层(3)、n-CdS层(2)、前电极透明导电氧化物薄膜(1)。 
2.根据权利要求1的一种n-p-p+结构的CdTe薄膜太阳能电池，其特征在于：所说的重掺杂p+-CdTe层，其薄膜厚度为300nm～1000nm。 
3.根据权利要求1的一种n-p-p+结构的CdTe薄膜太阳能电池，其特征在于：所说的弱p型CdTe层，其薄膜厚度为1000nm～3000nm。 
4.根据权利要求1的一种n-p-p+结构的CdTe薄膜太阳能电池，其特征在于：所说的n-CdS层，其薄膜厚度为80nm～200nm。 
5.根据权利要求1的一种n-p-p+结构的CdTe薄膜太阳能电池，其特征在于：所说的衬底(1)为是玻璃、柔性无应力钢、耐高温聚合物薄膜中的一种。 
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105977320A (zh) * 2016-06-28 2016-09-28 郑州大学 一种薄膜光伏电池
CN109545881A (zh) * 2018-10-29 2019-03-29 四川大学 一种基于单晶硅片衬底的CdS/CdTe太阳电池

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