[发明专利]一种柔性CdTe薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性CdTe多晶薄膜电池及其制备方法。

背景技术

近年来，随着世界经济的发展和人口的增长，对清洁能源的需要越来越强烈。太阳能是一种清洁、无污染、取之不尽、用之不竭的可再生能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用当中，大阳能光电利用是近些年来发展最快、最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。为此，人们研制和开发了太阳能电池。制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是，利用光电材料吸收光能后发生光电转换效应。以光伏效应为基础的太阳能电池就是将太阳能转化为电能，有效利用太阳能的一种重要、实用的技术，因此受到广泛的关注。太阳能电池工作的原理如下：太阳光照在由半导体光伏材料组成的半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，光生空穴由n区流向p区，光生电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。

太阳能电池种类很多，目前，效率最高、技术最成熟的是单晶硅太阳能电池，电池转化效率超过23%，最大值可达23.3%，大面积（225cm²）单晶硅太阳能电池转换效率为19.44%。太阳能电池要想得到大规模的利用，就需要提高光电转换效率和降低成本。硅材料的成本占单晶硅电池总成本的70%，由于受单晶硅材料价格及相应繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，因此，要想大幅度降低单晶硅太阳能电池的成本是非常困难的。

为了节省成本，现在发展了：多晶硅薄膜太阳能电池、非晶硅薄膜太阳能电池、CdTe薄膜电池、CuInGaSe太阳能电池。其中，CdTe是一种化合物半导体材料，制备方法简单、很容易得到化学计量比的材料，被认为是很有前景的薄膜太阳能电池材料。

CdTe具有直接能带结构，带隙宽度为1.5eV，与太阳光谱很好的吻合，光吸收系数高达10^-5cm^-1。其成本低，只需要2μm就可以吸收90%的光。CdTe理论效率达到29%，实验室小面积效率达到了17.3%，大面积组件效率达到11%。CdTe太阳能电池性能稳定、抗辐射性能好、寿命长，批量生产的大面积商用CdTe薄膜太阳能电池组件的制造成本降到了0.75美元/峰瓦，是现在各种太阳能电池组件中制作成本最低的，已经成为光伏产业中的主要研究对象。

目前，传统的CdTe太阳能电池通常加工成坚硬的板块状电池板，这就限制了它的许多日常用途。因此，需要发展柔性CdTe太阳能电池。柔性太阳能电池重量轻、可以折叠、弯曲、甚至黏贴在其它物体的表面例如汽车玻璃和衣服等，在建筑一体化光伏应用上也有很大的应用潜力。中国专利201010109118.X提出了一种CdTe柔性电池的制备方法，以不锈钢为基底做成了柔性CdTe太阳能电池。但是，受不锈钢基底的影响，这种柔性CdTe太阳能电池只能做成下电池结构，在这种结构下，CdCl₂的处理不能有效的进行，导致CdTe晶粒内部缺陷不能有效的减少，CdTe/CdS界面扩散不能有效的控制，界面缺陷增多。二是CdTe的背接触无法有效制备。从而，下电池结构严重降低了电池的光电转化效率。2011年，杜邦卡普顿（DuPontKapton）以无色聚酰亚胺薄膜作为柔性基底，制作了柔性CdTe薄膜太阳能电池。但是，聚酰亚胺长期使用温度范围在300℃以下。而高效CdTe/CdS电池制备过程必须的CdCl₂处理一般都需要到300℃，因此，采用聚酰亚胺作为柔性基底限制了电池的效率。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不锈钢基底上只能做成下电池结构和聚酰亚胺长期使用温度范围在300℃以下的缺点，提供一种制备柔性CdTe多晶薄膜太阳能电池的结构和制备方法。

本发明太阳能电池的结构如下：以云母为基底，云母的基底上为透明导电薄膜，透明导电薄膜上面为CdS薄膜，CdS薄膜上面为CdTe薄膜，CdTe薄膜上为导电背电极。

本发明提出的柔性CdTe太阳能电池具有耐高温、耐强酸、强碱、耐宇宙射线辐射的优点。而且，本发明制备工艺简单，易大规模生产，在工业、航空及民用发电领域中都具有很大的应用潜力。

本发明以云母作为柔性CdTe太阳电池的基底，做成上电池结构，很容易得到高效的CdTe薄膜太阳能电池，而且最高能耐1100℃的高温，有效扩展了CdTe薄膜太阳能电池的应用。

本发明的方法步骤如下：

1、清洗云母基底；

2、在云母基底上生长透明导电薄膜；