專(zhuān)利名稱：一種n-p-p⁺結(jié)構(gòu)的CdTe薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及I1- VI簇半導(dǎo)體薄膜太陽(yáng)能電池，具體是指一種n-CdS/p-CdTe/P+-CdTe結(jié)構(gòu)的CdTe薄膜太陽(yáng)能電池。
背景技術(shù)：
理論研究表明，CdTe薄膜太陽(yáng)能電池采用n-1-p型的電池結(jié)構(gòu)可以有效提高開(kāi)路電壓，因此n-1-p型的CdTe薄膜太陽(yáng)能電池成為研究的熱點(diǎn)。目前形成n-1-p型的CdTe電池結(jié)構(gòu)有兩種方案:一種方案是在CMTe薄膜與金屬背電極之間加入一層p-ZnTe寬帶隙的半導(dǎo)體，形成n-CdS/1-CdTe/p-ZnTe結(jié)構(gòu),但是CdTe/ZnTe異質(zhì)結(jié)能帶突變不利于背電極對(duì)P-型載流子空穴的收集，并且CdTe和ZnTe異質(zhì)界面的晶格失配產(chǎn)生了大量的載流子復(fù)合中心。另一種方案是在n-CdS薄膜與p-CdTe薄膜之間加入FeSx,但是FeSx退火后形成的FeS2是在富S氣氛和400°C 500°C溫度下進(jìn)行，導(dǎo)致背電極金屬雜質(zhì)的擴(kuò)散和Fe元素?cái)U(kuò)散進(jìn)入WTe材料,從而降低電池性能，同時(shí)(MS/FeS2, FeS2/CdTe均為異質(zhì)結(jié)，存在著能帶突變和晶格失陪的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述CdTe薄膜太陽(yáng)能電池存在的問(wèn)題，特別是為了進(jìn)一步提高CdTe薄膜太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率，本實(shí)用新型提出了一種n-CdS/p-CdTe/p+-CdTe結(jié)構(gòu)的CdTe薄膜太陽(yáng)能電池。本實(shí)用新型的一種n-CdS/p_CdTe/p+-CdTe結(jié)構(gòu)的CdTe薄膜太陽(yáng)能電池,包括:襯底，在襯底上依次置有金屬M(fèi)o背電極、重?fù)诫sP+ -CdTe層、弱P-型或中性CdTe層、n-CdS層、前電極透明導(dǎo)電氧化物薄膜。所說(shuō)的襯底為·是玻璃、柔性無(wú)應(yīng)力鋼、耐高溫聚合物薄膜中的一種。所說(shuō)的重?fù)诫sP + -CdTe層，其P-型載流子濃度彡1015cm_3，厚度為300nm lOOOnm。所說(shuō)的p-CdTe層，其載流子濃度〈IO12CnT3的弱p_型或中性CdTe層，厚度為IOOOnm 3000nm。所說(shuō)的n-CdS層，其η-型載流子濃度彡IO15CnT3,厚度為80nm 200nm。所說(shuō)的前電極透明導(dǎo)電氧化物薄膜為Zn0:Al/1-Zn0雙層薄膜。本實(shí)用新型的顯著優(yōu)點(diǎn)在于:p-CdTe / P + -CdTe同質(zhì)結(jié)避免了界面的晶格失配和能帶的不連續(xù)；重?fù)诫sP+ -CdTe改善了 P-CdTe層的內(nèi)建電場(chǎng)，提高了載流子的收集率，顯著降低了金屬背電極和CdTe層間的接觸勢(shì)壘，提高了電池的開(kāi)路電壓；調(diào)節(jié)p-CdTe層的厚度可以實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光輻射的最大吸收和轉(zhuǎn)化。

圖1為本實(shí)用新型的n-ρ-ρ+結(jié)構(gòu)的CdTe薄膜太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說(shuō)明:如附圖1所示，本實(shí)用新型的n-ρ-ρ+結(jié)構(gòu)的CdTe薄膜太陽(yáng)能電池，包括:襯底6，在襯底6上依次生長(zhǎng)金屬M(fèi)o背電極5、p + -CdTe層4、中性或弱p-型CdTe層3、n + -CdS層
2、前電極氧化物透明導(dǎo)電膜I。本實(shí)用新型的制備工藝過(guò)程如下:1.襯底6選取為玻璃、無(wú)應(yīng)力鋼或者耐高溫(400°C)聚合物中的一種，在襯底上首先采用磁控濺射或者真空熱蒸發(fā)制備SOOnm厚的金屬M(fèi)o背電極5。2.對(duì)上述樣品加熱到250°C 300°C，磁控濺射制備IOOOnm厚的CdTe薄膜，然后對(duì)CdTe薄膜進(jìn)行熱處理。熱處理工藝如下:a.采用干法退火工藝,在石墨舟中以CdCl2為蒸發(fā)源，CdTe薄膜和CdCl2蒸發(fā)源面的距離為2 3mm, 350 °C 400 °C退火30 40min ；b.隨后取出樣品，在60 80°C溫水中沖洗，干燥氮?dú)獯蹈伞?.再放入濺射腔，室溫濺射或者真空熱蒸發(fā)制備3nm厚的金屬Cu薄膜，在250°C 300°C下退火 20 30min。4.用濃鹽酸與去離子水按1:6混合配制成的稀鹽酸沖洗上述樣品，去除樣品表面殘留的Cu和氧化膜，再用去離子水沖洗，干燥氮?dú)獯蹈桑诮饘費(fèi)o復(fù)合背電極上構(gòu)成P + -CdTe 層 4。5.低溫150°C 250°C下，磁控濺射制備2000nm厚的CdTe薄膜。工作氣體為Ar和O2混合氣體，O2的流量比〈5%。6.磁控濺射或者化學(xué)水浴法制備IOOnm厚的n_CdS薄膜，然后在溫度為200°C 220°C，Ar+02氣氛，流量比為:Ar:02=8: 1，氣壓為0.75 Iatm的氣氛中退火7.磁控濺射制備Zn02:Al/1-Zn0前電極氧化物透明導(dǎo)電膜I。ZnO2 = Al薄膜的厚度為700nm, 1-ZnO薄膜的厚度為80nm。本實(shí)用新 型的n-ρ-ρ+結(jié)構(gòu)的CdTe薄膜太陽(yáng)能電池,其P + -CdTe層4、p-CdTe層
3、n-CdS層2的厚度和載流子濃度值可以調(diào)節(jié)，通過(guò)協(xié)調(diào)可以實(shí)現(xiàn)n-CdS和p+ -CdTe間有最優(yōu)的內(nèi)建電勢(shì)和p-CMTe層對(duì)入射光福射的最大吸收。
權(quán)利要求1.一種n-p-p+結(jié)構(gòu)的CdTe薄膜太陽(yáng)能電池,包括:襯底(6),其特征在于:在襯底上依次置有金屬M(fèi)o背電極(5)、重?fù)诫sP+-CdTe層(4)、弱p-型CdTe層(3)、n_CdS層(2)、前電極透明導(dǎo)電氧化物薄膜(I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種n-ρ-ρ+結(jié)構(gòu)的CdTe薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于:所說(shuō)的重?fù)诫sP+-CdTe層，其薄膜厚度為300nm lOOOnm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的一種n-p-p+結(jié)構(gòu)的CdTe薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于:所說(shuō)的弱P型CdTe層，其薄膜厚度為IOOOnm 3000nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的一種n-ρ-ρ+結(jié)構(gòu)的CdTe薄膜太陽(yáng)能電池,其特征在于:所說(shuō)的n-CdS層，其薄膜厚度為80nm 200nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的一種n-ρ-ρ+結(jié)構(gòu)的CdTe薄膜太陽(yáng)能電池,其特征在于:所說(shuō)的襯底(I)為是玻璃、柔性 無(wú)應(yīng)力鋼、耐高溫聚合物薄膜中的一種。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種n-p-p+結(jié)構(gòu)的CdTe薄膜太陽(yáng)能電池，包括襯底，在襯底上依次置有金屬M(fèi)o背電極、重?fù)诫sp＋-CdTe層、弱p型CdTe層、n-CdS層、前電極透明導(dǎo)電氧化物薄膜。其優(yōu)點(diǎn)是p-CdTe／p＋-CdTe同質(zhì)結(jié)避免了界面的晶格失配和能帶的不連續(xù)；重?fù)诫sp＋-CdTe改善了p-CdTe層的內(nèi)建電場(chǎng)，提高了載流子的收集率，顯著降低了金屬背電極和p＋-CdTe層間的接觸勢(shì)壘，提高了電池的開(kāi)路電壓；調(diào)節(jié)p-CdTe層的厚度可以實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光輻射的最大吸收和轉(zhuǎn)化，整個(gè)制備工藝可以在低于400℃的溫度下進(jìn)行。
文檔編號(hào)H01L31/068GK203103315SQ201220530509
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者張傳軍, 鄔云華, 王善力, 褚君浩 申請(qǐng)人:上海太陽(yáng)能電池研究與發(fā)展中心