CN205881920U - 一种碲化镉薄膜太阳能电池及其模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及太阳能电池领域，特别地涉及一种碲化镉薄膜太阳能电池及其模块。本实用新型公开了一种碲化镉薄膜太阳能电池，包括前基板，以及沿远离前基板的方向依次设置在前基板上的阻挡层、透明导电层、缓冲层、n型半导体层、p型半导体层、本征硫化镉层或p型硫化镉层、接触层和背电极层。本实用新型还公开了一种碲化镉薄膜太阳能电池模块。本实用新型通过在前基板上设置阻挡层，在透明导电层与n型半导体层之间插入一缓冲层，在p型半导体层上设置本征或p型硫化镉层，在本征或p型硫化镉层上形成接触层，提高了薄膜电池的开路电压，改善背电极层与吸收层之间的欧姆接触，提升了薄膜电池的性能。

Description

一种碲化镉薄膜太阳能电池及其模块

技术领域

本实用新型属于太阳能电池领域，具体地涉及一种碲化镉薄膜太阳能电池及其模块。

背景技术

随着全球气候变暖、生态环境恶化和常规能源的短缺，越来越多的国家开始大力发展太阳能利用技术。太阳能光伏发电是零排放的清洁能源，具有安全可靠、无噪音、无污染、资源取之不尽、建设周期短、使用寿命长等优势，因而备受关注。碲化镉是一种直接带隙的P型半导体材料，其吸收系数高。碲化镉薄膜太阳电池作为新一代的薄膜电池具有成本低、性能稳定、抗辐射能力强、弱光也能发电等优点，其转换效率在薄膜太阳能电池中是很高的，目前实验室的转化率已超过22%。

传统的碲化镉薄膜太阳能电池结构依次为：基底、透明导电层、硫化镉窗口层、碲化镉光吸收层、背电极层。这种结构在透明导电层之上直接形成硫化镉窗口层会造成硫化镉窗口层对透明导电层的覆盖不完全，这会造成电池的内部泄漏，因为透明导电层形成后其表面的粗糙度比较大，而较薄的硫化镉窗口层是很难对其表面进行完全的覆盖；若要使硫化镉窗口层对透明导电层表面的全覆盖就需要较厚的硫化镉窗口层，但是较厚的硫化镉窗口层会造成其对入射光的吸收量增大，导致较少的入射光被吸收层吸收，这会造成电池的短路电流的下降，这将使电池的转换效率降低。

由于碲化镉具有5.5eV如此高的功函数，很难找到一种这么高功函数的金属与它形成欧姆接触。因此传统的碲化镉薄膜太阳能电池直接在碲化镉光吸收层表面形成金属背电极层，使得碲化镉光吸收层与背电极层之间不能形成良好的欧姆接触，这将对薄膜电池的性能造成不利的影响。

发明内容

本实用新型目的在于为解决上述问题而提供一种提高了薄膜电池的开路电压，改善了背电极层与吸收层之间的欧姆接触，提升了薄膜电池的性能的碲化镉薄膜太阳能电池及其模块。

为此，本实用新型公开了一种碲化镉薄膜太阳能电池，包括前基板，以及沿远离前基板的方向依次设置在前基板上的阻挡层、透明导电层、缓冲层、n型半导体层、p型半导体层、p型硫化镉层、接触层和背电极层。

进一步的，所述缓冲层为氧化锡膜层、氧化锌膜层、氧化锌锡膜层或者氧化锌镁膜层。

进一步的，所述p型半导体层为p型碲化镉膜层、p型碲化镉锌膜层或p型碲化锌膜层。

进一步的，所述p型硫化镉层被本征硫化镉层所取代。

进一步的，所述接触层为铜掺杂碲化镉膜层、铜掺杂碲化锌膜层、铜掺杂碲化镉锌膜层、氮掺杂碲化锌膜层、氮掺杂碲化镉膜层或氮掺杂碲化镉锌膜层。

进一步的，所述背电极层为钼层、铝层、铜层、银层、金层、钛层或碳层之一，或者为包含钼、铝、铜、银、金、钛、碳之中的至少两种的金属组合层。

进一步的，所述阻挡层为氮化硅层、氧化硅层、铝掺杂氧化硅层、硼掺杂氮化硅层、磷掺杂氮化硅层或氮氧化硅层之一，或者包含为氮化硅、氧化硅、铝掺杂氧化硅、硼掺杂氮化硅、磷掺杂氮化硅、氮氧化硅之中的至少两种的组合阻挡层。

进一步的，所述n型半导体层为n型硫化镉层或n型硫化镉锌层。

进一步的，所述透明导电层为锡酸镉层、氧化镉锡层、掺氟氧化锡层、掺碘氧化锡层、掺锡氧化铟层或掺铝氧化锌层之一，或者为包含锡酸镉、氧化镉锡、掺氟氧化锡、掺碘氧化锡、掺锡氧化铟、掺铝氧化锌之中的至少两种的透明导电组合层。

进一步的，所述前基板为硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、浮法玻璃或聚酰亚胺。

本实用新型还公开了一种碲化镉薄膜太阳能电池模块，包括上述的碲化镉薄膜太阳能电池、粘结层和背面基板，所述背面基板通过粘结层设置在背电极层上。

进一步的，所述背面基板为硼硅酸盐玻璃、浮法玻璃、钠钙玻璃、碳纤维或由聚碳酸酯的基底形成。

本实用新型的有益技术效果：

本实用新型在前基板上形成阻挡层，以阻挡前基板中的元素扩散进入到薄膜电池的各个膜层中，从而避免造成电池器件性能下降；在透明导电层与n型半导体层之间插入一层缓冲层，这有利于防止电池的内部泄漏和获得质量更佳的n型半导体膜层；在p型半导体层上形成本征或p型硫化镉层可以使p型半导体层的表面钝化，以减少载流子在此界面处复合，可以提高薄膜电池的开路电压；在形成背电极层之前形成接触层，这有利于背电极层与p型半导体层之间形成良好的欧姆接触，有利于背电极层对空穴载流子的收集。

附图说明

图1为本实用新型的碲化镉薄膜太阳能电池结构示意图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1所示，一种碲化镉薄膜太阳能电池，包括前基板1，以及沿远离前基板1的方向依次设置在前基板1上的阻挡层2、透明导电层3、缓冲层4、n型半导体层5、p型半导体层6、p型硫化镉层7、接触层8和背电极层9。

具体的，所述缓冲层4为氧化锡膜层、氧化锌膜层、氧化锌锡膜层或者氧化锌镁膜层，所述p型半导体层6为p型碲化镉膜层、p型碲化镉锌膜层或p型碲化锌膜层，所述接触层8为铜掺杂碲化镉膜层、铜掺杂碲化锌膜层、铜掺杂碲化镉锌膜层、氮掺杂碲化锌膜层、氮掺杂碲化镉膜层或氮掺杂碲化镉锌膜层，所述背电极层9为钼层、铝层、铜层、银层、金层、钛层或碳层之一，或者为包含钼、铝、铜、银、金、钛、碳之中的至少两种的金属组合层，所述阻挡层2为氮化硅层、氧化硅层、铝掺杂氧化硅层、硼掺杂氮化硅层、磷掺杂氮化硅层或氮氧化硅层之一，或者包含为氮化硅、氧化硅、铝掺杂氧化硅、硼掺杂氮化硅、磷掺杂氮化硅、氮氧化硅之中的至少两种的组合阻挡层，所述n型半导体层5为n型硫化镉层或n型硫化镉锌层，所述透明导电层3为锡酸镉层、氧化镉锡层、掺氟氧化锡层、掺碘氧化锡层、掺锡氧化铟层或掺铝氧化锌层之一，或者为包含锡酸镉、氧化镉锡、掺氟氧化锡、掺碘氧化锡、掺锡氧化铟、掺铝氧化锌之中的至少两种的透明导电组合层，所述前基板1为硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、浮法玻璃或聚酰亚胺。

进一步的，所述p型硫化镉层7取代为本征硫化镉层。

本实用新型还公开了一种碲化镉薄膜太阳能电池模块，包括上述的碲化镉薄膜太阳能电池、粘结层和背面基板，所述背面基板通过粘结层设置在背电极层9上。具体的，所述背面基板为硼硅酸盐玻璃、浮法玻璃、钠钙玻璃、碳纤维或由聚碳酸酯的基底形成。

以下各实施例都是在干净的前基板表面形成各膜层。

实施例1

如图1所示，以钠钙玻璃作为前基板1，并在前基板1上形成100nm的氧化硅层作为阻挡层2；接着在氧化硅层2上形成400nm的锡酸镉膜层作为透明导电层3；接着在锡酸镉膜层3上形成30nm的氧化锡膜层作为缓冲层4；接着在氧化锡膜层4上形成80nm硫化镉膜层作为n型半导体层5；接着在硫化镉膜层5上形成厚度为2um的碲化镉膜层作为p型半导体层6；接着在氯化镉的环境下对这些已形成的膜层进行热处理，热处理温度为450℃，热处理时间为20min；接着在碲化镉膜层6上形成30nm的p型硫化镉层7；接着在p型硫化镉层7上形成80nm的铜掺杂碲化镉膜层作为接触层8；接着在铜掺杂碲化镉膜层8上形成300nm的金属钼层作为背电极层9。经测试，所得的碲化镉薄膜太阳能电池的开路电压为781mV。

实施例2

以钠钙玻璃作为前基板1，并在前基板1上形成100nm的铝掺杂氧化硅层作为阻挡层2；接着在铝掺杂氧化硅层2上形成400nm的锡酸镉膜层作为透明导电层3；接着在锡酸镉膜层3上形成30nm的氧化锡膜层作为缓冲层4；接着在氧化锡膜层4上形成60nm硫化镉锌膜层作为n型半导体层5；接着在硫化镉锌膜层5上形成厚度为2um的碲化镉膜层作为p型半导体层6；接着在氯化镉的环境下对这些已形成的膜层进行热处理，热处理温度为390℃，热处理时间为30min；接着在碲化镉膜层6上形成40nm的p型硫化镉层7；接着在p型硫化镉层7上形成90nm的铜掺杂碲化镉膜层作为接触层8；接着在铜掺杂碲化镉膜层8上形成300nm的金属钼层作为背电极层9。经测试，所得的碲化镉薄膜太阳能电池的开路电压为793mV。

实施例3

以硼硅酸盐玻璃作为前基板1，并在前基板1上形成80nm的氮氧化硅层作为阻挡层2；接着在氮氧化硅层2上形成400nm的铝掺杂氧化锌膜层作为透明导电层3；接着在铝掺杂氧化锌膜层3上形成50nm的氧化锌膜层作为缓冲层4；接着在氧化锌膜层4上形成100nm硫化镉膜层作为n型半导体层5；接着在硫化镉膜层5上形成厚度为2.1um的碲化镉膜层作为p型半导体层6；接着在碲化镉膜层6上形成45nm的p型硫化镉层7；接着在氯化镉的环境下对这些已形成的膜层进行热处理，热处理温度为400℃，热处理时间为25min；接着在p型硫化镉层7上形成100nm的铜掺杂碲化镉膜层作为接触层8；接着在铜掺杂碲化镉膜层8上形成200nm的金属铜层作为背电极层9。经测试，所得的碲化镉薄膜太阳能电池的开路电压为804mV。

实施例4

以硼硅酸盐玻璃作为前基板1，并在前基板1上形成80nm的氮氧化硅层作为阻挡层2；接着在氮氧化硅层2上形成400nm的铝掺杂氧化锌膜层作为透明导电层3；接着在铝掺杂氧化锌膜层3上形成50nm的氧化锌膜层作为缓冲层4；接着在氧化锌膜层4上形成100nm硫化镉膜层作为n型半导体层5；接着在硫化镉膜层5上形成厚度为2.1um的碲化镉膜层作为p型半导体层6；接着在碲化镉膜层6上形成50nm的p型硫化镉层7；接着在氯化镉的环境下对这些已形成的膜层进行热处理，热处理温度为400℃，热处理时间为25min；接着在p型硫化镉层7上形成85nm的铜掺杂碲化镉膜层作为接触层8；接着在铜掺杂碲化镉膜层8上形成200nm的金属铜层作为背电极层9；接着在其上覆盖一层EVA胶膜（粘结层）和钠钙玻璃（背面基板），然后进行层压工艺处理，从而获得碲化镉薄膜太阳能电池模块。经测试，所得的碲化镉薄膜太阳能电池的开路电压为796mV。

从上述实施例可以看出，本实用新型的碲化镉薄膜太阳能电池的开路电压较高，因而可提高碲化镉薄膜太阳能电池的性能。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种碲化镉薄膜太阳能电池，其特征在于：包括前基板，以及沿远离前基板的方向依次设置在前基板上的阻挡层、透明导电层、缓冲层、n型半导体层、p型半导体层、p型硫化镉层、接触层和背电极层。

2.根据权利要求1所述的碲化镉薄膜太阳能电池，其特征在于：所述缓冲层为氧化锡膜层、氧化锌膜层、氧化锌锡膜层或者氧化锌镁膜层。

3.根据权利要求1所述的碲化镉薄膜太阳能电池，其特征在于：所述p型半导体层为p型碲化镉膜层、p型碲化镉锌膜层或p型碲化锌膜层。

4.根据权利要求1所述的碲化镉薄膜太阳能电池，其特征在于：所述p型硫化镉层被本征硫化镉层所取代。

5.根据权利要求1所述的碲化镉薄膜太阳能电池，其特征在于：所述接触层为铜掺杂碲化镉膜层、铜掺杂碲化锌膜层、铜掺杂碲化镉锌膜层、氮掺杂碲化锌膜层、氮掺杂碲化镉膜层或氮掺杂碲化镉锌膜层。

6.根据权利要求1所述的碲化镉薄膜太阳能电池，其特征在于：所述背电极层为钼层、铝层、铜层、银层、金层、钛层或碳层。

7.根据权利要求1所述的碲化镉薄膜太阳能电池，其特征在于：所述阻挡层为氮化硅层、氧化硅层、铝掺杂氧化硅层、硼掺杂氮化硅层、磷掺杂氮化硅层或氮氧化硅层。

8.根据权利要求1所述的碲化镉薄膜太阳能电池，其特征在于：所述n型半导体层为n型硫化镉层或n型硫化镉锌层。

9.根据权利要求1所述的碲化镉薄膜太阳能电池，其特征在于：所述透明导电层为锡酸镉层、氧化镉锡层、掺氟氧化锡层、掺碘氧化锡层、掺锡氧化铟层或掺铝氧化锌层。

10.一种碲化镉薄膜太阳能电池模块，其特征在于：包括权利要求1-9任意一项所述的碲化镉薄膜太阳能电池、粘结层和背面基板，所述背面基板通过粘结层设置在背电极层上。