[发明专利]一种碲化镉薄膜电池及其制备方法

权利要求书

1.一种碲化镉薄膜电池，其中包括衬底：其特征在于：所述衬底为玻璃或者聚酰亚胺聚合物薄膜,所述衬底上生长有外延叠层，外延叠层由下往上依次为导电层、窗口层、吸光层、背阻挡层与背电极；窗口层为织构化硫化镉薄膜层，所述吸光层为碲化镉薄膜层，所述背阻挡层为碲化锌/掺铜碲化锌复合薄膜层或碲化汞/掺铜碲化汞复合薄膜层；所述背电极为石墨浆或石墨烯浆薄膜层或铜薄膜层、镍薄膜层、铜镍合金薄膜层、钼薄膜层中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的碲化镉薄膜电池，其特征在于：在所述衬底上沉积掺锡氧化铟（ITO）、掺铝氧化锌（AZO）、掺铌氧化钛（NTO）、掺氟氧化锡玻璃（FTO）、石墨烯和/或银纳米线作为导电层；所述导电层的厚度为1nm ~ 3μm。

3.根据权利要求1所述的碲化镉薄膜电池，其特征在于：所述衬底与窗口层之间设有阻挡层，所述阻挡层为氧化铟、氧化铝、氧化锡和/或氧化锌薄膜，所述阻挡层的厚度为20nm ~ 100nm；也可以选择不用阻挡层。

4.根据权利要求1所述的碲化镉薄膜电池，其特征在于：所述窗口层的厚度为20nm ~ 300nm；所述吸光层的厚度为600nm ~ 10μm。

5.根据权利要求1所述的碲化镉薄膜电池，其特征在于：所述背阻挡层的厚度为5nm ~ 500nm；所述背电极的厚度为100nm ~ 1mm。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的碲化镉薄膜电池的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1）透明导电层制备：衬底清洗后，在衬底表面通过物理溅射法、蒸镀法、溶胶凝胶法、电化学沉积或者化学气相法沉积导电层；

2）窗口层制备：采用化学水浴沉积在覆盖了导电层的衬底上制备硫化镉薄膜；再将硫化镉薄膜浸泡于氯化镉溶于甲醇的溶液；接着，在氮气，氩气和/或氢气的气氛下，在硫化镉薄膜表面蒸镀氯化镉层；然后，进行退火，退火温度为300^oC ~ 450^oC，退火时间为10 ~ 30分钟；最后，获得高雾度的织构化硫化镉薄膜层，该织构化硫化镉薄膜层即为窗口层；

3）吸光层制备：采用近真空升华、电化学沉积、物理溅射法或化学气相沉积法在上述织构化硫化镉薄膜层上表面制备碲化镉薄膜层，该碲化镉薄膜层即为吸光层；

4）吸光层热处理：采用氯化镉的甲醇溶液涂抹于上述碲化镉薄膜层表面或者蒸镀氯化镉于碲化镉薄膜表面，然后在氮气和/或者氩气惰性气氛下进行退火，退火温度为300^oC~450^oC；退火时间为1 ~ 30分钟；

5）背级阻挡层制备：采用物理溅射法、蒸镀或者化学气相沉积法在上述热处理后的碲化镉薄膜层上表面制备碲化锌与掺铜碲化锌复合薄膜层或碲化汞与掺铜碲化汞复合薄膜层，此碲化锌/掺铜碲化锌复合薄膜层或碲化汞/掺铜碲化汞复合薄膜层即为背级阻挡层；在氮气、氩气和/或氢气气氛下进行退火，退火条件为150^oC ~ 40^oC, 10 ~ 30分钟；

6）背电极制备：在背级阻挡层上表面制备石墨浆或石墨烯浆背电极，即通过在石墨浆或石墨烯中掺杂铜粉或铜纳米线，采用印刷、旋涂或者提拉法在碲化镉电池背面形成石墨浆或石墨烯薄膜；然后，在空气、氮气、氩气和/或氢气的气氛下，对石墨浆或石墨烯薄膜进行加热，加热温度为150^oC ~ 300^oC，加热时间为10 ~ 50分钟；最后，获得固态的石墨浆或者石墨烯浆背电极；或者采用物理溅射法或者蒸镀法沉积铜、镍、铜镍合金和/或钼在背阻挡层上作为背电极；

7）正面陷光结构：通过压印法或纳米加工法在电池正面制备二氧化硅微球陷光层。

7.根据权利要求6所述的碲化镉薄膜电池的制备方法，其特征在于：在窗口层制备之前，先制备阻挡层，即采用物理溅射法、蒸镀法或化学气相法制备高阻层。