[发明专利]一种多结多叠层碲化镉薄膜太阳能电池及其制备方法

摘要

本发明公开了具有多结多叠层结构的碲化镉薄膜太阳能电池及其制备方法，所述多结多叠层结构可以从碲化镉相关的不同能隙材料的几种材料中选用并与硫化镉形成二结,三结，四结，五结，六结和七结碲化镉薄膜太阳能电池。该电池有较宽的能谱范围，能够分离和捕捉游离电子，有利于对太阳光的充分吸收，在太阳光的激发下，形成较大电压而提高薄膜太阳能电池的效率。该结构避免了晶粒的异常长大和孔洞和裂缝的形成，制备了致密的、晶粒尺寸大小均匀、能隙匹配的高质量的各类薄膜，提高了碲化镉薄膜太阳能电池的效率。

主权项

一种具有多结多叠层结构的碲化镉薄膜太阳能电池的制备方法，包括由CdTe相关材料吸收层和CdS窗口层所形成的至少两个pn结，一个pn结为一个电池单元结构，其特征是，所述多结多叠层结构的碲化镉薄膜太阳能电池包括至少两结不同能隙的电池单元结构，且所述电池单元结构的能隙大小由高到低从顶电池单元向底电池单元逐渐降低；所述电池单元结构的能隙通过改变pn结中CdTe相关材料吸收层的材料来实现，所述CdTe相关材料吸收层的材料选自以下三种材料中的一种或几种：(1)掺杂的碲化镉合金材料：所述掺杂的碲化镉合金材料选自：能隙在1.40 eV到1.62eV 之间的Cd1‑xCuxTe材料，其中0≤x≤1；能隙在1.40 eV到1.86eV 之间的Cd1‑xSexTe材料，其中0≤x≤1；能隙在1.40 eV到2.2 eV 之间的Cd1‑xZnxTe材料，其中0≤x≤1；能隙在1.40 eV到0 eV 之间的Hg1‑xCdxTe材料，其中0≤x≤1；能隙在1.40 eV到2.4 eV 之间的CdS1‑xTex材料，其中0≤x≤1；能隙在1.40 eV到3.49 eV之间的 Mg1‑xCdxTe 材料，其中0≤x≤1；(2)能隙在1.4eV到1.6eV 之间的CdxTey材料，其中0≤x≤1, 0≤y≤1；(3)能隙在1.6eV到1.48eV之间，晶粒尺寸在10nm到3微米之间的CdTe材料；具有多结多叠层结构的碲化镉薄膜太阳能电池的制备方法，其特征是，包括以下步骤：（1）对玻璃基板进行清洗；（2）在基板上制备TCO前电极；（3）将TCO前电极分割形成子电池的电极；（4）对划刻后的玻璃基板再次进行清洗；（5）在具有导电膜的玻璃基片上，用化学溶液反应法制备CdS薄膜；（6）碲化镉相关材料吸收层的制备：具体工艺控制参数包括：制备前先用浓盐酸除去基板背面的CdS层，再稀盐酸溶液水洗3‑5秒，然后用去离子水清洗和干燥；基板装载在沉积室后，在380℃‑420℃的温度下，在CO、CO2或H2的气氛下，预处理15‑20分钟；冷却到150℃‑200℃时，反应室的真空度抽到0.01 ‑0.03乇的压力，然后通入氦气，达到10 ‑20 乇的压力时，开始镀缓冲层薄膜，然后基板温度升到为600℃ ‑ 650℃，CdTe石墨舟蒸发源温度为650℃‑750℃，掺杂材料Hg，Se和S蒸发源温度为100℃‑400℃，掺杂材料Mg和Zn原料蒸发源温度500℃ ‑ 800℃，掺杂材料Cu原料蒸发源温度1100℃ ‑ 1400℃制备来碲化镉相关的吸收层材料，每镀完一层膜，用干燥的氮气去除松散附着的氧化物或CdTe微粒；按照最终电池结构的要求，重复工艺步骤（5）和（6）来制备二结到七结的碲化镉薄膜太阳能电池；(7) CdCl2退火处理：在完成CdTe沉积后，采用氯化镉进行退火处理，在退火处理处理之前，CdTe置于一个饱和氯化镉的70% ‑ 80%甲醇溶液，CdTe的衬底在50 ‑ 70 ℃被浸泡15分钟后，取出用干燥的N2吹干，放入烘烤炉中在100 sccm的氦气流和25 sccm的O2气流下和360℃‑ 450℃的温度下烘烤40‑45分钟，冷却到50℃及以下后，用去离子水漂洗去除任何过量的镉，（8）采用机械和激光技术划刻镀膜层，便于金属背电极作为导线连接子电池；（9）制备背接触电极；（10）采用机械和激光技术划刻碲化镉薄膜和金属背电极，形成单个的子电池。