[发明专利]一种掺杂碲化镉薄膜电池及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能薄膜电池领域，具体涉及一种掺杂碲化镉薄膜电池及其制作方法。

背景技术

碲化镉(CdTe)是II-VI族化合物直接禁带半导体，禁带宽度为1.46eV，很接近太阳能电池需要的最优化禁带宽度，很高的太阳能吸收系数。目前CdTe电池大面积组件效率已经达到了17.0％以上，实验室电池的效率则更高。制备CdTe电池目前主流的就是两种方法，分别是低温法和高温法制备。低温法制备主要是磁控溅射为主，使用CdTe靶材。但是这种磁控溅射制备出来的CdTe薄膜致密性，薄膜均匀性，以及薄膜电池的电性能都不是很好，所以效率上很难做到较高；而且业界所使用的磁控溅射、电沉积和印刷技术仅仅实现了薄膜沉积过程中的低温，在薄膜沉积工艺后的热处理过程仍然需要将薄膜的温度加热到400度左右。目前较为典型的工艺是使用氯化镉涂敷在碲化镉薄膜表面，将其加热至400度左右，经过10-20分钟的保温热处理，使得碲化镉薄膜晶粒再生长，硫化镉薄膜和碲化镉薄膜之间实现互扩散，消除部分晶界，提高了载流子的寿命，最终提高电池的转化效率。这个热处理工艺基本上是目前碲化镉电池所必须的。该工艺的存在使得碲化镉电池在实现薄膜低温沉积后，仍然无法实现全工艺的低温制备。高温沉积工艺主要为近空间升华法(CSS)、蒸汽输运法(VTD)等，其特点在于沉积时衬底温度高于400度，多数在500度以上。目前业界最为常见和成熟的技术主要是高温沉积工艺，如美国First Solar使用的是VTD，德国Antech使用的是CSS。高温法制备的薄膜虽然膜的均匀性，致密性都很好，但是受到衬底(普通的钠钙玻璃)的限制，温度很难再有一个提升，所以对于薄膜电性能的提高有难度。因为温度过高，会导致衬底软化变形，所以目前高温基本控制在500-600度左右。目前很多CdTe电池采用的前电极为FTO，但是FTO的透光性一般在80-90％之间，很难再有提高；由于CdTe是自补偿型半导体，所以很难进行掺杂，即想提高电池的开路电压难度较高；由于CdS与CdTe有很好的晶格匹配，但是退火时CdS会扩散到CdTe中，这对电池的电性能影响较大，所以需要找到一种合适的窗口层替代材料；且CdTe的功函数比较高，导致电池背电极和CdTe膜层之间形成良好的欧姆接触很难，所以需要找到一种能够降低晶界势垒，形成良好接触的材料；综合来看目前CdTe面临的问题是：(1)开路电压的提升(2)窗口层的替代(3)背接触层的选择(4)掺杂问题(5)衬底的选择。当然制备CdTe还有很多方法，如化学水浴沉积(CBD)、丝网印刷、溅射、蒸发等，但是这些方法都存在很多的问题，所以目前仅是很多实验室在研究时使用的方法，CdTe是未来太阳能主导的能源之一，所以找到一种合适的制备高效的CdTe电池显得尤为重要。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种掺杂碲化镉薄膜电池及其制作方法，改进了碲化镉电池的光吸收层的掺杂，通过掺杂铷有效减少膜层缺陷，改善薄膜电导性能；选用高透过率且耐高温的衬底，并解决了背接触的问题；通过窗口层材料的选择及热处理的方式，实现了调节碲化镉禁带宽度的方法，提高了电池的开路电压；其操作工艺可控，适合掺杂碲化镉薄膜电池的大规模生产。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种掺杂碲化镉薄膜电池，所述薄膜电池以硼硅玻璃层为衬底，所述衬底上设置有外延叠层，所述外延叠层由下往上依次为前电极ITO层、窗口层、光吸收层、背接触层、背电极层，所述窗口层为硫化铟薄膜层，所述光吸收层为掺铷碲化镉复合薄膜层，所述背接触层为掺铜碲化锌复合薄膜层，所述背电极层为钼薄膜层。

优选的，所述窗口层的厚度为35-70nm。

更为优选的，所述窗口层的厚度为50nm。

本申请技术方案还提供一种掺杂碲化镉薄膜电池的制作方法，所述制作方法包括依次设置的以下步骤：以硼硅玻璃层为衬底，在所述衬底上沉积一层前电极ITO层；在酸溶液中浸泡；在所述前电极ITO层上沉积一层窗口层；在所述窗口层上沉积一层光吸收层；退火处理；在所述光吸收层上沉积一层背接触层；在所述背接触层上沉积一层背电极层；通过激光刻划形成电池串联；封装。

优选的，所述窗口层为硫化铟薄膜层，所述光吸收层为掺铷碲化镉复合薄膜层，所述背接触层为掺铜碲化锌复合薄膜层，所述背电极层为钼薄膜层。

优选的，所述窗口层的厚度为35-70nm。

更为优选的，所述窗口层的厚度为50nm。

优选的，所述在酸溶液中浸泡的时间为3-5min，所述酸溶液选自盐酸溶液、硫酸溶液、磷酸溶液中的任意一种。