一種摻雜碲化鎘薄膜電池及其制作方法技術

本發明專利技術公開一種摻雜碲化鎘薄膜電池以及制作方法，所述薄膜電池以硼硅玻璃層為襯底，所述襯底上設置有外延疊層，所述外延疊層由下往上依次為前電極ITO層、窗口層、光吸收層、背接觸層、背電極層，所述窗口層為硫化銦薄膜層，所述光吸收層為摻銣碲化鎘復合薄膜層，所述背接觸層為摻銅碲化鋅復合薄膜層，所述背電極層為鉬薄膜層。本申請技術方案改進了碲化鎘電池光吸收層的摻雜，通過摻雜銣有效改善薄膜電導性能；選用高透過率且耐高溫的襯底，并解決了背接觸的問題；同時通過窗口層材料的選擇及熱處理的方式，實現了調節碲化鎘禁帶寬度的方法，提高了電池的開路電壓；此外，本申請所述制作方法操作工藝可控，適合摻雜碲化鎘薄膜電池的大規模生產。

Doped cadmium telluride film battery and manufacturing method thereof

The invention discloses a doped CdTe thin film solar cell and the method of making the thin film battery to borosilicate glass layer as a substrate, the substrate is arranged on the epitaxial lamination, the epitaxial layer from bottom to top in front electrode layer, ITO window layer, a light absorbing layer, back contact layer, the back electrode layer, the window layer of indium sulfide thin film layer, wherein the light absorption layer of neodymium doped CdTe composite film layer, wherein the back contact layer of copper doped zinc telluride thin film composite layer, the back electrode layer is a thin layer of molybdenum. The application technology of improved CdTe doped light absorbing layer, effectively improve the conductivity of thin films by doping the substrate rubidium; high transmittance and high temperature resistance, and solves the problem of back contact; at the same time through the window layer material selection and heat treatment method, the method of regulating cadmium telluride the width of band gap, improve the open circuit voltage of the battery; in addition, the application of the method of making operation process control, suitable for mass production of doped CdTe thin film solar cell.

【技術實現步驟摘要】
一種摻雜碲化鎘薄膜電池及其制作方法
本專利技術涉及太陽能薄膜電池領域，具體涉及一種摻雜碲化鎘薄膜電池及其制作方法。
技術介紹
碲化鎘(CdTe)是II-VI族化合物直接禁帶半導體，禁帶寬度為1.46eV，很接近太陽能電池需要的最優化禁帶寬度，很高的太陽能吸收系數。目前CdTe電池大面積組件效率已經達到了17.0％以上，實驗室電池的效率則更高。制備CdTe電池目前主流的就是兩種方法，分別是低溫法和高溫法制備。低溫法制備主要是磁控濺射為主，使用CdTe靶材。但是這種磁控濺射制備出來的CdTe薄膜致密性，薄膜均勻性，以及薄膜電池的電性能都不是很好，所以效率上很難做到較高；而且業界所使用的磁控濺射、電沉積和印刷技術僅僅實現了薄膜沉積過程中的低溫，在薄膜沉積工藝后的熱處理過程仍然需要將薄膜的溫度加熱到400度左右。目前較為典型的工藝是使用氯化鎘涂敷在碲化鎘薄膜表面，將其加熱至400度左右，經過10-20分鐘的保溫熱處理，使得碲化鎘薄膜晶粒再生長，硫化鎘薄膜和碲化鎘薄膜之間實現互擴散，消除部分晶界，提高了載流子的壽命，最終提高電池的轉化效率。這個熱處理工藝基本上是目前碲化鎘電池所必須的。該工藝的存在使得碲化鎘電池在實現薄膜低溫沉積后，仍然無法實現全工藝的低溫制備。高溫沉積工藝主要為近空間升華法(CSS)、蒸汽輸運法(VTD)等，其特點在于沉積時襯底溫度高于400度，多數在500度以上。目前業界最為常見和成熟的技術主要是高溫沉積工藝，如美國FirstSolar使用的是VTD，德國Antech使用的是CSS。高溫法制備的薄膜雖然膜的均勻性，致密性都很好，但是受到襯底(普通的鈉鈣玻璃)的限制，溫度很難再有一個提升，所以對于薄膜電性能的提高有難度。因為溫度過高，會導致襯底軟化變形，所以目前高溫基本控制在500-600度左右。目前很多CdTe電池采用的前電極為FTO，但是FTO的透光性一般在80-90％之間，很難再有提高；由于CdTe是自補償型半導體，所以很難進行摻雜，即想提高電池的開路電壓難度較高；由于CdS與CdTe有很好的晶格匹配，但是退火時CdS會擴散到CdTe中，這對電池的電性能影響較大，所以需要找到一種合適的窗口層替代材料；且CdTe的功函數比較高，導致電池背電極和CdTe膜層之間形成良好的歐姆接觸很難，所以需要找到一種能夠降低晶界勢壘，形成良好接觸的材料；綜合來看目前CdTe面臨的問題是：(1)開路電壓的提升(2)窗口層的替代(3)背接觸層的選擇(4)摻雜問題(5)襯底的選擇。當然制備CdTe還有很多方法，如化學水浴沉積(CBD)、絲網印刷、濺射、蒸發等，但是這些方法都存在很多的問題，所以目前僅是很多實驗室在研究時使用的方法，CdTe是未來太陽能主導的能源之一，所以找到一種合適的制備高效的CdTe電池顯得尤為重要。
技術實現思路
有鑒于此，本申請提供一種摻雜碲化鎘薄膜電池及其制作方法，改進了碲化鎘電池的光吸收層的摻雜，通過摻雜銣有效減少膜層缺陷，改善薄膜電導性能；選用高透過率且耐高溫的襯底，并解決了背接觸的問題；通過窗口層材料的選擇及熱處理的方式，實現了調節碲化鎘禁帶寬度的方法，提高了電池的開路電壓；其操作工藝可控，適合摻雜碲化鎘薄膜電池的大規模生產。為解決以上技術問題，本專利技術提供的技術方案是一種摻雜碲化鎘薄膜電池，所述薄膜電池以硼硅玻璃層為襯底，所述襯底上設置有外延疊層，所述外延疊層由下往上依次為前電極ITO層、窗口層、光吸收層、背接觸層、背電極層，所述窗口層為硫化銦薄膜層，所述光吸收層為摻銣碲化鎘復合薄膜層，所述背接觸層為摻銅碲化鋅復合薄膜層，所述背電極層為鉬薄膜層。優選的，所述窗口層的厚度為35-70nm。更為優選的，所述窗口層的厚度為50nm。本申請技術方案還提供一種摻雜碲化鎘薄膜電池的制作方法，所述制作方法包括依次設置的以下步驟：以硼硅玻璃層為襯底，在所述襯底上沉積一層前電極ITO層；在酸溶液中浸泡；在所述前電極ITO層上沉積一層窗口層；在所述窗口層上沉積一層光吸收層；退火處理；在所述光吸收層上沉積一層背接觸層；在所述背接觸層上沉積一層背電極層；通過激光刻劃形成電池串聯；封裝。優選的，所述窗口層為硫化銦薄膜層，所述光吸收層為摻銣碲化鎘復合薄膜層，所述背接觸層為摻銅碲化鋅復合薄膜層，所述背電極層為鉬薄膜層。優選的，所述窗口層的厚度為35-70nm。更為優選的，所述窗口層的厚度為50nm。優選的，所述在酸溶液中浸泡的時間為3-5min，所述酸溶液選自鹽酸溶液、硫酸溶液、磷酸溶液中的任意一種。更為優選的，所述酸溶液為鹽酸溶液。優選的，所述前電極ITO層、窗口層、背接觸層、背電極層的沉積方式為磁控濺射法。優選的，所述光吸收層的沉積方式為近空間升華法，沉積溫度為650-700℃。優選的，所述退火處理具體為：在350-400℃的氯化鎘中退火。優選的，所述封裝步驟中采用的封裝層為鈉鈣玻璃層。在本申請技術方案中，所述的摻雜碲化鎘薄膜電池是以硼硅玻璃層為襯底，該硼硅玻璃層具有低膨脹率、耐高溫、高強度、高硬度、高透光率和高化學穩定性的特點；襯底上沉積一層前電極ITO層，即摻錫氧化銦復合薄膜層，其具有高透光率以及高導電性能；沉積之后在酸溶液中浸泡后能夠使前電極ITO層具有更高的透光率且不影響電導率，其透光率可以達到90％以上；之后在前電極ITO層上沉積一層窗口層采用硫化銦薄膜層，能夠很好的替代CdS，更加環保，同時增加電池的禁帶寬度，提高電池的開路電壓；再在窗口層上沉積一層光吸收層，所述的光吸收層為摻銣碲化鎘復合薄膜層，摻銣可以促進碲化鎘晶格增長，減少膜層缺陷，改善薄膜電導性能，此外，采用近空間升華法(CSS)沉積，溫度控制在650-700℃，比普通的襯底沉積溫度提高了100℃以上，能夠制備更好的光吸收層；再經過退火處理，促進晶粒的生長和再結晶，同時通過退火，窗口層中的銦可以擴散到碲化鎘薄膜里，可以提高碲化鎘電池的禁帶寬度；再在光吸收層上沉積一層背接觸層，背接觸層為摻銅碲化鋅復合薄膜層，能夠降低晶界勢壘，形成良好的歐姆接觸；再在背接觸層上沉積一層背電極層，背電極層為鉬薄膜層，具有良好的導電性。最后通過激光刻劃形成電池串聯；再采用鈉鈣玻璃封裝即得本申請所述的摻雜碲化鎘薄膜電池。與現有技術相比，本申請技術方案的有益效果在于：本申請技術方案改進了碲化鎘電池的光吸收層的摻雜，通過摻雜銣有效促進碲化鎘晶格增長，減少膜層缺陷，改善薄膜電導性能；而且選用了較高的透過率且耐高溫的襯底，以及解決了背接觸的問題；同時通過窗口層材料的選擇及熱處理等方式，實現了調節碲化鎘禁帶寬度的方法，從而提高了電池的開路電壓；此外，本申請技術方案采用磁控濺射和近空間升華法相結合的沉積方式，操作工藝可控，適合摻雜碲化鎘薄膜電池的大規模生產。附圖說明圖1是本申請所述一種摻雜碲化鎘薄膜電池的結構示意圖；圖2是本申請所述摻雜碲化鎘薄膜電池與市售碲化鎘薄膜電池的性能比較曲線圖。具體實施方式為了使本領域的技術人員更好地理解本專利技術的技術方案，下面結合具體實施例對本專利技術作進一步的詳細說明。實施例1如圖1所示，一種摻雜碲化鎘薄膜電池，所述薄膜電池以硼硅玻璃層為襯底1，所述襯底1上設置有外延疊層，所述外延疊層由下往上依次為前電極ITO層2、窗口層3、光吸收層4、背接觸層5本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種摻雜碲化鎘薄膜電池，其特征在于：所述薄膜電池以硼硅玻璃層為襯底，所述襯底上設置有外延疊層，所述外延疊層由下往上依次為前電極ITO層、窗口層、光吸收層、背接觸層、背電極層，所述窗口層為硫化銦薄膜層，所述光吸收層為摻銣碲化鎘復合薄膜層，所述背接觸層為摻銅碲化鋅復合薄膜層，所述背電極層為鉬薄膜層。

【技術特征摘要】
1.一種摻雜碲化鎘薄膜電池，其特征在于：所述薄膜電池以硼硅玻璃層為襯底，所述襯底上設置有外延疊層，所述外延疊層由下往上依次為前電極ITO層、窗口層、光吸收層、背接觸層、背電極層，所述窗口層為硫化銦薄膜層，所述光吸收層為摻銣碲化鎘復合薄膜層，所述背接觸層為摻銅碲化鋅復合薄膜層，所述背電極層為鉬薄膜層。2.根據權利要求1所述的一種摻雜碲化鎘薄膜電池，其特征在于：所述窗口層的厚度為35-70nm。3.一種摻雜碲化鎘薄膜電池的制作方法，其特征在于：所述制作方法包括依次設置的以下步驟：以硼硅玻璃層為襯底，在所述襯底上沉積一層前電極ITO層；在酸溶液中浸泡；在所述前電極ITO層上沉積一層窗口層；在所述窗口層上沉積一層光吸收層；退火處理；在所述光吸收層上沉積一層背接觸層；在所述背接觸層上沉積一層背電極層；通過激光刻劃形成電池串聯；封裝。4.根據權利要求3所述的一種摻雜碲化鎘薄膜電池的制作方法，其特征在于：所述窗口層為硫化銦薄膜層，所述光吸收層為摻銣碲化鎘...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬立云，彭壽，潘錦功，殷新建，蔣猛，
申請(專利權)人：成都中建材光電材料有限公司，
類型：發明
國別省市：四川,51