[发明专利]一种碲化镉太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碲化镉太阳能电池，在衬底表面沉积有氧化钛薄膜缓冲层。本发明的碲化镉太阳能电池含有的致密的氧化钛(TiO₂)薄膜作为缓冲层解决了分流的问题并且提高了碲化镉/硫化镉光伏器件的良率和可重复性，有效提高硫化镉/碲化镉太阳能电池器件性能。本发明还公开了一种碲化镉太阳能电池的制备方法，通过化学浴沉积(CBD)和电化学沉积(ED)获得硫化镉和碲化镉，在没有任何背接触电阻优化条件下，通过FTO/CdS/CdTe/Au结构获得6.1％转化效率。

技术领域

本发明涉及薄膜光伏技术，尤其涉一种含有氧化钛薄膜缓冲层的碲化镉太阳能电池及其制备方法。

背景技术

多晶硫化镉/碲化镉(CdS/CdTe)是最重要的薄膜光伏材料体系之一。2014年，经过认证的碲化镉太阳能电池能量转换效率已经达到21.5％(第一太阳能公司)，这非常接近由铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池创下的单节太阳能电池21.7％的记录。此外，作为二元化合物，碲化镉薄膜具有制备更简单的和重复性更好的特点。这些事实均表明的碲化镉薄膜光伏技术的潜力。

目前，主流的碲化镉沉积方法需要高温和低真空设备，不仅提高了生产成本，同时与未来的柔性和纳米结构光伏器件工艺难以兼容。传统的器件结构，一般是玻璃/TCO(一种透明导电层)/硫化镉/碲化镉/背电极，大量的工作在探讨与p型碲化镉欧姆接触问题(详见J.Li，et.al.，″Rapid thermal processing of ZnTe：Cu contacted CdTe solar cells，″in Photovoltaic Specialist Conference(PVSC)，2014IEEE 40th，2014，pp.2360-2365.)。然而，硫化镉中孔洞造成的分流问题和TCO表面硫化镉的覆盖不完整的问题也急需解决，这些问题都很大程度地影响了器件的良率和可重复性。

一般来说，针对上述问题有两种解决方案：(1)使用高电阻率的TCO和低电阻率的TCO混合，例如未掺杂的氧化锡(TO)或者氧化锌加入氟掺杂氧化锡(FTO)；(2)使用厚的硫化镉均匀且完整地覆盖在TCO表面。然而这两种方法同时增加了硫化镉层中的光吸收损失。

发明内容

为克服上述技术缺陷，本发明公开了一种含有氧化钛薄膜缓冲层的碲化镉太阳能电池，可以利用氧化钛缓冲层提高碲化镉太阳能电池器件性能。

本发明还公开了上述碲化镉太阳能电池的制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种碲化镉太阳能电池，在衬底表面沉积有氧化钛薄膜缓冲层。

上述碲化镉太阳能电池依次含有衬底层、氧化钛薄膜缓冲层、硫化镉薄膜层和碲化镉薄膜层以及背电极。

所述衬底为钠钙玻璃。

所述衬底层表面具有氟掺杂氧化锡透明导电层。

本发明还公开了一种碲化镉太阳能电池的制备方法，包含如下步骤：

(1)通过直流磁控溅射在衬底层沉积氧化钛薄膜层；

(2)在氧化钛薄膜层表面利用化学浴法沉积硫化镉薄膜层；

(3)在硫化镉薄膜层利用电化学沉积法沉积碲化镉薄膜层；

(4)使用氯化铬对在硫化镉薄膜层进行处理并制作背电极。

所述步骤(1)中所述氧化钛薄膜层通过直流磁控溅射沉积，溅射后，对氧化钛薄膜层进行退火。

所述步骤(2)中化学浴沉积溶液为醋酸铬、硫脲、醋酸铵和氢氧化铵中的任意一种或几种，优选为醋酸铬、硫脲、醋酸铵和氢氧化铵的混合溶液。

所述步骤(3)中电化学沉积溶液为为硫酸、硫酸铬、氯化铬和二氧化碲混合而成。