一种CdTe电池过渡层及其制备方法及CdTe电池

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一种CdTe电池过渡层及其制备方法及CdTe电池\n技术领域\n[0001] 本发明属于化合物太阳能电池技术领域，尤其涉及一种CdTe电池过渡层及其制备方法及CdTe电池。\n背景技术\n[0002] CdTe是一种化合物半导体，其能隙宽度最适合于光电能量转换。用这种半导体做成的太阳电池是一种将光能直接转变为电能的器件，有很高的理论转换效率。碲化镉容易沉积成大面积的薄膜，沉积速率也高。因此，相比于硅太阳能电池，碲化镉薄膜太阳电池的制造成本低，是应用前景广阔的新型太阳电池。\n[0003] 如图1所示，CdTe太阳能电池的一般结构为：从上到下依次为玻璃衬底1`、透明导电膜2`、n-CdS层3`、p-CdTe层4`、过渡层5`以及背电极6`。由于CdTe的功函数较高(5.5eV)，过渡层可以改善CdTe与背电极的欧姆接触，从而极大的提高了CdTe太阳能电池的性能。\n[0004] 过渡层一般采用ZnTe:Cu过渡层。即Cu掺杂在ZnTe层中。但是ZnTe:Cu过渡层中Cu原子很容易进入到CdTe层中，从而导致电池性能急剧衰减。\n[0005] 并且现有制备ZnTe:Cu过渡层的方法为共沉积法：采用两个沉积源，即ZnTe沉积源和Cu沉积源，同时在CdTe上沉积。但是，共沉积法目前只适用于实验室研究，不适合于大规模的工业化流水线生产。并且共吃呢机设备复杂昂贵，操作程序复杂且难以控制。其次，共蒸镀法难以控制最后过渡层中Cu的掺杂比例。\n发明内容\n[0006] 本发明所要解决的技术问题是，现有技术中CdTe电池的过渡层，导致电池性能衰减快，并且过渡层制备复杂，不适宜大规模工业生产；从而提供一种电池衰减慢、制备简单、适宜大规模生产的CdTe电池过渡层。\n[0007] 一种CdTe电池过渡层，包括ZnTe层和Cu层交替堆积的多层结构；多层结构中与CdTe层接触的为第一层，所述第一层为ZnTe层；所述多层结构中ZnTe层的厚度范围为10～40nm，所述多层结构中Cu层的厚度为1～10nm；所述多层结构的总厚度为25～\n120nm。\n[0008] 本发明的第二目的是提供了一种CdTe电池过渡层的制备方法。\n[0009] 一种CdTe电池过渡层的制备方法，其包括：先在CdTe层上沉积一层ZnTe层，然后交替沉积Cu层和ZnTe层；控制Cu层的厚度在1～10nm范围之内，ZnTe层在10～40nm范围之内，沉积的总厚度为25～120nm。\n[0010] 本发明的第三个目的是提供一种CdTe电池。\n[0011] 一种CdTe电池，其包括：依次层叠的玻璃衬底、透明导电层、CdS层、CdTe层、过渡层以及背电极层；其中，所述过渡层为本发明所提供的过渡层。\n[0012] 本发明所提供的CdTe电池的过渡层，可以有效抑制Cu原子扩散所带来的电池性能衰减的问题，电池性能稳定。并且，过渡层的制备方法简单，可以大规模流水线生产。并且条件参数易于控制。\n附图说明\n[0013] 图1是现有技术的CdTe太阳能电池结构示意图。\n[0014] 图2是本发明所提供的CdTe电池过渡层的结构示意图。\n具体实施方式\n[0015] 为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。\n[0016] 一种CdTe电池过渡层，包括ZnTe层和Cu层交替堆积的多层结构；多层结构中与CdTe层接触的为第一层，所述第一层为ZnTe层；所述多层结构中ZnTe层的厚度范围为\n10～40nm，所述多层结构中Cu层的厚度为1～10nm所述多层结构的总厚度为25～120nm。\n[0017] 多层结构具体参见图2，其中1代表ZnTe层，2代表Cu层。\n[0018] 优选情况下，本发明的多层结构的总层数优选为4～8层。这样既能保证形成良好的欧姆接触，又利于简化工序，实施以及操作相对简单。\n[0019] 本发明优选第一层ZnTe的厚度大于其他ZnTe层的厚度。\n[0020] 优选第一层的厚度为20～40nm。\n[0021] 这样可以更有效抑制Cu原子的扩散对CdTe电池性能的影响。\n[0022] 本发明优选在多层结构中，沿远离第一层的方向，即从CdTe到背电极的方向，ZnTe层的厚度依次递减。\n[0023] 或者本发明优选在多层结构中，沿远离第一层的方向，即从CdTe到背电极的方向，Cu层的厚度依次递增。\n[0024] 以上两种优选方式，可以使沿远离第一层的方法(即从CdTe到背电极的方向)的Cu的浓度变高，过渡层的电阻率逐渐变小，更有利于电子的导出，使过渡层的效果更好。\n[0025] 当然最好可以是在ZnTe层的厚度依次递减，同时Cu层的厚度依次递增。这样效果更佳。\n[0026] 本发明优选Cu层的厚度均小于与其相邻的两层ZnTe层的厚度。即两层ZnTe中间夹的Cu层均薄于这两层ZnTe层。这样有利于形成Cu原子在后期使用过程中均匀更扩散。\n[0027] 本发明的过渡层，Cu层与CdTe层之间间隔着第一层ZnTe层，ZnTe层可以有效防止Cu层中Cu原子扩散到CdTe层，从而避免了因Cu扩散引起的电池性能衰减。在后期的使用过程中，Cu原子随着光电作用而扩散，从而实现Cu和ZnTe的掺杂。并且其制备方法简单，可以用交替沉积来替代复杂的同时沉积形成掺杂的过程。Cu的原子比可以通过Cu层厚度来控制。\n[0028] 一种CdTe电池过渡层的制备方法，其包括：先在CdTe层上沉积一层ZnTe层，然后交替沉积Cu层和ZnTe层；控制Cu层的厚度在1～10nm范围之内，ZnTe层在10～40nm范围之内，沉积的总厚度为25～120nm。\n[0029] 其中，沉积可以采用本领域技术常采用的溅射、电子束蒸发和蒸镀来实现。\n[0030] 本发明的方法，采用的是单源沉积，设备简单、造价便宜。同时产物原子比可通过沉积膜厚控制，比较稳定，Cu层位于ZnTe膜层之后，通过控制ZnTe膜层厚度可控制Cu的扩散深度，使其不容易扩散进入其他膜层而形成楔形掺铜过渡层，有利于提高电池的短路电流，长时间使用也不会导致电池的衰降。\n[0031] 一种CdTe电池，其包括：依次层叠的玻璃衬底、透明导电层、CdS层、CdTe层、过渡层以及背电极层；其中，所述过渡层为本发明所提供的过渡层。\n[0032] 其中，玻璃衬底为本领域技术人员所公知的，其作用是提供透光性好，并且具有一定耐热性和强度的衬底。一般普通玻璃即可。\n[0033] 本发明的玻璃衬底优选采用超白玻璃。玻璃衬底的厚度优选为1～5mm。\n[0034] 透明导电层亦为本领域技术人员所公知的，其作用为：提供良好的导电性能使电子容易导出。一般采用掺Sn的氧化铟薄膜In2O3:Sn(ITO)、ZnO:Al(ZAO)、In2O3:Mo(IMO)、SnO2:F(FTO)等。本发明的玻璃衬底优选采用FTO。\n[0035] 透明导电层的厚度优选为1～10μm。\n[0036] CdS层、CdTe层亦为本领域技术人员所公知的，其作用是形成CdTe太阳能电池形成P-N结。CdS层、CdTe层的纯度优选均在5N以上。\n[0037] CdS层的厚度优选50～300nm，CdTe层的厚度优选1～10μm。\n[0038] 背电极主要起到导电作用，常采用导电性好、电阻小的金属物质，如Au、Ag、Ni、Cu、Mo等，本发明优选Ni、Mo。背电极的厚度优选为80～500nm。\n[0039] 以下结合具体实施例对本发明作进一步的阐述。\n[0040] 实施例1\n[0041] 一种CdTe太阳能电池，其包括依次层叠的玻璃衬底、透明导电层、CdS层、CdTe层、过渡层以及背电极层；\n[0042] 其中玻璃衬底为超白玻璃，厚2mm；透明导电层为FTO，厚1um；CdS层的纯度为5N，厚200nm；CdTe层的纯度为5N，厚5um。\n[0043] 过渡层是在CdTe层依次沉积30nm ZnTe层、4nm Cu层、25nm ZnTe层、5nm Cu层。\n[0044] 背电极层为Ni层，厚200nm。\n[0045] 电池记作A1。\n[0046] 实施例2\n[0047] 与实施例1所不同的是：过渡层是在CdTe层依次沉积25nm ZnTe层、3nmCu层、\n20nm ZnTe层、4nm Cu层、15nm ZnTe层、5nm Cu层。\n[0048] 其他部分同实施例1。\n[0049] 电池记作A2。\n[0050] 实施例3\n[0051] 与实施例1所不同的是：过渡层是在CdTe层依次沉积25nm ZnTe层、2nmCu层、\n20nm ZnTe层、3nm Cu层、15nm ZnTe层、4nm Cu层、10nm ZnTe层、5nm Cu层。\n[0052] 其他部分同实施例1。\n[0053] 电池记作A3。\n[0054] 实施例4\n[0055] 与实施例1所不同的是：过渡层是在CdTe层依次沉积20nm ZnTe层、5nmCu层、\n15nm ZnTe层、7nm Cu层、15nm ZnTe层、7nm Cu层。\n[0056] 其他部分同实施例1。\n[0057] 电池记作A4。\n[0058] 实施例5\n[0059] 与实施例1所不同的是：过渡层是在CdTe层依次沉积40nm ZnTe层、3nmCu层、\n10nm ZnTe层、4nm Cu层、10nm ZnTe层、4nm Cu层。\n[0060] 电池记作A5。\n[0061] 对比例1\n[0062] 与实施例1所不同的是：过渡层为共蒸发沉积的ZnTe:Cu，厚50nm。其他部分同实施例1。\n[0063] 性能测试：\n[0064] 对上述CdTe电池用芬兰endeas太阳模拟测试系统Quick Sun 120CA进行I-V测试，得出其填充子，开路电压，短路电流以及光电转化效率。将以上电池片晴天放在室外曝晒十五天以上(光强60KW/h)，之后对比其输出功率变化值。结果见表1。\n[0065] 表1\n[0066] \n[0067] 从表1可以看出，从实施例1-5相对于对比例1的光电转化效率等都有了大幅的提高，这说明本发明的过渡层可以具有良好的欧姆接触。暴晒后的功率变化值，可以看出实施例1-5相对于对比例1的光电转化效率下降幅度都相对较低，这说明本发明的过渡层可以有效的减缓CdTe太阳能电池转换效率的衰减。\n[0068] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。