[发明专利]一种碲化镉薄膜太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能光伏器件和半导体器件制备技术领域，尤其涉及一种碲化镉薄膜太阳电池及其制备方法。

背景技术

碲化镉(CdTe)是一种重要的II-VI族化合物半导体材料，它的禁带宽度为1.45eV，与地面太阳光谱十分匹配，且碲化镉在可见光范围内的吸收系数高达10⁵cm^-1，高于硅材料的100倍，因此，碲化镉多晶薄膜太阳电池具有转换效率高、所需材料成本低等优势，从而备受关注。碲化镉多晶薄膜太阳电池的基本结构从下到上依次为：衬底、透明导电薄膜、窗口层n-CdS、吸收层p-CdTe、金属背电极。目前，碲化镉薄膜太阳电池的转换效率可做到超过多晶硅太阳电池的最高转换效率。

然而，继续提升碲化镉薄膜太阳电池的转换效率遇到了瓶颈，严重影响碲化镉薄膜太阳电池的大规模产业化。目前，碲化镉薄膜太阳电池的开路电压与理想值比只有75％，远低于晶硅、砷化镓和铜铟镓硒太阳电池。可见，开路电压低是提升碲化镉薄膜太阳电池转换效率的主要瓶颈。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种碲化镉薄膜太阳电池及其制备方法，本发明提供的碲化镉薄膜太阳电池具有较高的开路电压和转换效率。

本发明提供一种碲化镉薄膜太阳电池，其从下到上依次包括：

衬底；

复合在所述衬底上的透明导电薄膜；

复合在所述透明导电薄膜上的n型硫化镉层；

复合在所述n型硫化镉层上的p型碲化镉层；

复合在所述p型碲化镉层上的氧化镍薄膜；

复合在所述氧化镍薄膜上的金属背电极。

优选地，所述衬底为玻璃衬底或聚酰亚胺衬底。

优选地，所述透明导电薄膜为掺氟氧化锡薄膜。

优选地，所述金属背电极的材质选自Au、Ni、Mo和W中的一种或多种。

优选地，所述金属背电极的厚度为100～300nm。

优选地，所述氧化镍薄膜的厚度为5～35nm。

优选地，所述p型碲化镉层的厚度为4～5μm。

优选地，在p型碲化镉层和氧化镍薄膜之间，还包括铜薄膜；其厚度优选为2～5nm。

本发明提供一种碲化镉薄膜太阳电池的制备方法，包括以下步骤：

在复合有透明导电薄膜的衬底上依次复合n型硫化镉层和p型碲化镉层；

对复合在所述n型硫化镉层上的p型碲化镉层表面进行化学刻蚀；

在化学刻蚀后的p型碲化镉层上复合氧化镍薄膜；

在所述氧化镍薄膜上复合金属背电极，然后经退火，使金属背电极与p型碲化镉层形成欧姆接触，得到碲化镉薄膜太阳电池。

优选地，所述化学刻蚀具体为：将p型碲化镉层经过CdCl₂热处理后，采用磷硝酸刻蚀液刻蚀。

优选地，利用电子束蒸发法或热蒸发法，在所述氧化镍薄膜上复合金属背电极，使金属背电极的厚度为100～300nm。

碲化镉薄膜太阳电池在背电极接触表面存在严重的界面复合，这是导致碲化镉太阳电池开路电压低的一个重要原因。由于碲化镉具有强烈的自补偿效应，很难像硅材料等半导体在表面形成重掺杂，以便形成低电阻欧姆接触。其次，碲化镉功函数高达5.7eV，高于常规金属电极的功函数，导致碲化镉与背电极难以形成欧姆接触，进而导致光生载流子在背表面处的复合，降低电池的开路电压。

与现有技术相比，本发明在碲化镉薄膜和金属背电极之间加入一层氧化镍薄膜，其可作为背场缓冲层材料。在本发明中，碲化镉与氧化镍界面处，价带偏移量为0.52eV，氧化镍的价带高于碲化镉的价带，空穴在背表面传输的过程中不存在势垒，空穴传输顺利；导带偏移量为2.68eV，氧化镍的导带高于碲化镉的导带，对背表面处的电子形成能量势垒。因此，本发明氧化镍薄膜在碲化镉电池中起到背场缓冲层的作用，将碲化镉中背表面处的光生电子反射到PN结处，大大降低电子在背表面处的复合，提高电池的载流子收集效率，从而提高电池的开路电压和转换效率。实验表明，本发明加入NiO背接触缓冲层，碲化镉电池开路电压由724mV提高到789mV，转换效率由10.7％提高到12.2％，NiO背场作用对电池性能的提升效果极为明显。

此外，本发明碲化镉电池的稳定性方面有所提高，并且其制备方法简便，成本低，适合大规模工业化生产。

附图说明

图1为本发明实施例提供的碲化镉薄膜太阳电池截面结构示意图；

图2为本发明碲化镉薄膜太阳电池背接触处的能带排列示意图；