一种碲化镉薄膜太阳能电池的低温制作方法技术

本发明专利技术公开了一种碲化镉薄膜太阳能电池的低温制作方法，它是使用低温沉积工艺在含有透明导电膜层和高阻层的玻璃衬底上依次沉积出CdS和CdTe薄膜，然后使用氯化铜、氯化铵或氯化锌、氯化铵的混合溶液涂覆至碲化镉表面，在250～300℃条件下加热3～25分钟，然后清洗掉多余的残留物，最后使用磁控溅射制备上背电极层，并且根据背电极层的需求进行低温退火处理。本发明专利技术在保证薄膜太阳能电池性能的前提下实现了碲化镉薄膜太阳能电池的全低温制备，简化了碲化镉薄膜太阳能电池的制备工艺流程。

Low temperature manufacturing method of cadmium telluride thin film solar cell

The invention discloses a manufacturing method of a CdTe thin film solar cells at low temperature, it is on a glass substrate with transparent conductive film and high resistance layer are sequentially deposited on CdS and CdTe films using low temperature deposition process, and then using copper chloride, zinc chloride, ammonium chloride or ammonium chloride mixed solution coated cadmium telluride the surface, at 250 to 300 DEG C under the condition of heat for 3 to 25 minutes, then washed off the excess residue, and finally the use of magnetron sputtering on the back electrode layer, low temperature annealing treatment is carried out according to the demand and the back electrode layer. The invention realizes the low temperature preparation of cadmium telluride thin film solar cells under the premise of ensuring the performance of the thin film solar cell, and simplifies the preparation process of the cadmium telluride thin film solar cell.

【技术实现步骤摘要】
一种碲化镉薄膜太阳能电池的低温制作方法
本专利技术涉及一种碲化镉薄膜太阳能电池的低温制作方法，属于碲化镉薄膜太阳能电池

技术介绍
碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池是以CdTe为吸收层的一种化合物半导体薄膜太阳能电池，因其转化效率高、成本低廉的特点，受到很多研究机构和公司的关注，目前该电池的最高转化效率已经超过了22％，大面积组件(1.2×0.6m2)的转化效率达18.6％。CdTe薄膜太阳能电池的典型基本结构为：玻璃衬底101/透明导电膜层(TCO)102/硫化镉层(CdS)103/碲化镉层(CdTe)104/背接触-背电极层105/封装材料106/背板玻璃107，如图1所示。其典型的制备工艺见图2所示，它是在玻璃衬底上依次沉积TCO/CdS/CdTe层后，在CdTe层涂敷氯化镉进行热处理，然后沉积背接触层和背电极层，最后使用封装材料和背板玻璃进行封装。上述工艺中，沉积CdS/CdTe层是碲化镉电池最为重要的生产工艺。目前CdS/CdTe层的沉积工艺主要分为低温沉积工艺和高温沉积工艺。较有代表性的低温沉积工艺如磁控溅射、电沉积等，其特点在于沉积时衬底所需要的温度在400度以下；高温沉积工艺主要为近空间升华法(CSS)、蒸汽输运法(VTD)等，其特点在于沉积时衬底温度高于400度，多数在500度以上。目前业界最为常见和成熟的技术主要是高温沉积工艺，如美国FirstSolar使用的是VTD，德国Antech使用的是CSS。对于高温沉积工艺来说，500度以上的温度限制了很多衬底的使用，比如聚酰亚胺等高分子衬底。而且500多度也接近普通钠钙玻璃的软化温度，玻璃变型问题也是碲化镉沉积工艺中一个难以解决的问题。除了衬底问题，由于沉积的温度较高，蒸发的原材料均处于高温气化状态，能源消耗大，EHS风险也较大。对于低温沉积工艺来说，目前业界所使用的磁控溅射、电沉积和印刷技术仅仅实现了薄膜沉积过程中的低温。在薄膜沉积工艺后的热处理过程中仍然需要将薄膜的温度加热到400度左右。目前较为典型的工艺是使用氯化镉涂敷在碲化镉薄膜表面，将其加热至400度左右，经过10-20分钟的保温热处理，使得碲化镉薄膜晶粒再生长，硫化镉薄膜和碲化镉薄膜之间实现互扩散，消除部分晶界，提高了载流子的寿命，最终提高电池的转化效率。这个热处理工艺基本上是目前碲化镉电池所必须的。该工艺的存在使得碲化镉电池在实现薄膜低温沉积后，仍然无法实现全工艺的低温制备。除了沉积工艺对温度的需求外，碲化镉电池材料的物理特性也是碲化镉电池需要解决的问题之一。碲化镉的功函数较高，达到5.5eV，很难找到一种合适的具有更高功函数的金属来与之形成欧姆接触，这就降低了碲化镉薄膜太阳能电池的开路电压和填充因子，最终导致碲化镉薄膜太阳能电池性能提升困难。目前较为常用的解决方法有两种：1、氯化镉热处理工艺后在碲化镉层上沉积一层缓冲层即背接触层，比如ZnTe、Sb2Te3等；2、对碲化镉膜表面进行改性，如进行酸腐蚀、扩散Cu等金属离子。但这些都使碲化镉薄膜太阳能电池的制作方法更加复杂。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种碲化镉薄膜太阳能电池的低温制作方法，它能简化碲化镉薄膜太阳能电池的制备工艺流程，并且在保证薄膜太阳能电池性能的前提下实现碲化镉薄膜太阳能电池的全低温制备。为解决以上技术问题，本专利技术的技术方案提供了一种碲化镉薄膜太阳能电池的低温制作方法，它包括以下步骤：(1)在玻璃衬底上沉积透明导电膜层和高阻层，沉积温度条件为低于400℃；(2)在高阻层上沉积硫化镉层，沉积温度条件为低于250℃；(3)在硫化镉层上沉积碲化镉层，沉积温度条件为低于300℃；(4)将0.025～0.125mol/L的氯化铜+氯化铵水溶液或氯化锌+氯化铵水溶液通过喷涂或滚涂的方法涂覆在碲化镉层上，干燥后置于250～300℃的温度条件下加热3～25min后，用去离子水清洗掉表面残留物，然后沉积背电极层，沉积温度条件为低于280℃；其中氯化铜+氯化铵水溶液中氯化铜的含量为0.005～0.1mol/L，氯化锌+氯化铵水溶液中氯化锌的含量为0.005～0.1mol/L；(5)背电极层退火处理：180～250℃温度下加热3～15min；(6)根据实际应用要求，在上述制备过程中利用本领域所公知的子电池刻划工艺对需要的膜层进行激光或机械刻划，实现电池串联，最后使用封装材料和背板玻璃进行封装完成碲化镉薄膜电池的制备。上述透明导电膜层的材料包括但不限于氟掺杂的氧化锡，也可为铝掺杂的氧化锌等透明导电物。上述高阻层的材料包括但不限于本征氧化锡，也可为本征氧化锌。根据本专利技术的目的要求，上述本专利技术沉积所使用的方法均为低温沉积工艺。其中，透明导电膜层和高阻层的沉积方法选自化学气相沉积法和磁控溅射法；硫化镉层的沉积方法选自磁控溅射法和化学水浴法；碲化镉层的沉积方法选自磁控溅射法和蒸镀法；背电极层的沉积方法为磁控溅射法。在制备本专利技术碲化镉太阳能电池中，各层的厚度没有太大限制，以本领域公知使用的厚度即可，当然优选情况下，硫化镉层的厚度为50～150纳米，碲化镉层的厚度为2～6微米。更优的是，背电极选用金属钼、铝和铬的搭配，采用磁控溅射法依次沉积金属钼、铝和铬层，钼层的厚度为20～200纳米，铝层的厚度为50～400纳米，铬层的厚度为50～200纳米。与现有技术相比，本专利技术在沉积碲化镉膜层后采用氯化铜+氯化铵水溶液或氯化锌+氯化铵水溶液来替代现有技术中的氯化镉溶液涂覆在碲化镉层上进行热处理，该热处理温度为250～300℃，较现有技术400℃的热处理温度，本专利技术方法降低了热处理的温度，使整个工艺所需要的衬底温度均在300度以下，同时本专利技术碲化镉层上涂覆氯化铜+氯化铵水溶液或氯化锌+氯化铵水溶液的方法还实现了背部铜、锌的掺杂，降低了背部势垒，使背电极与碲化镉很好的形成了欧姆接触，保证了电池转化效率，不再需要进行背接触层的沉积，简化了制备工艺。综上所述，本专利技术简化了碲化镉薄膜太阳能电池的制备工艺流程，并且在保证薄膜太阳能电池性能的前提下实现碲化镉薄膜太阳能电池的全低温制备。附图说明图1为碲化镉薄膜太阳能电池的结构示意图；图2为碲化镉薄膜太阳能电池的传统制备工艺流程示意图；图3为本专利技术全低温制备碲化镉薄膜太阳能电池的流程示意图。图例说明：101、玻璃衬底；102、透明导电膜层；103、硫化镉层；104、碲化镉层；105、背接触-背电极层；106、封装材料；107背板玻璃。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。参见图3，本专利技术公开了一种碲化镉薄膜太阳能电池的低温制作方法，它包括以下步骤：(1)在玻璃衬底上沉积透明导电膜层和高阻层，沉积温度条件为低于400℃；(2)在高阻层上沉积硫化镉层，沉积温度条件为低于250℃；(3)在硫化镉层上沉积碲化镉层，沉积温度条件为低于300℃；(4)将0.025～0.125mol/L的氯化铜+氯化铵水溶液或氯化锌+氯化铵水溶液通过喷涂或滚涂的方法涂覆在碲化镉层上，干燥后置于250～300℃的温度条件下加热3～25min后，用去离子水清洗掉表面残留物，然后沉积背电极层，沉积温度条件为低于280℃；其中氯化铜+氯化铵水溶液中氯化铜的含量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碲化镉薄膜太阳能电池的低温制作方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)在玻璃衬底上沉积透明导电膜层和高阻层，沉积温度条件为低于400℃；(2)在高阻层上沉积硫化镉层，沉积温度条件为低于250℃；(3)在硫化镉层上沉积碲化镉层，沉积温度条件为低于300℃；(4)将氯化铜+氯化铵水溶液或氯化锌+氯化铵水溶液涂覆在碲化镉层上，在250～300℃的条件下加热3～25min后，用去离子水清洗掉表面残留物，然后沉积背电极层，沉积温度条件为低于280℃；(5)背电极层退火处理：180～250℃温度下加热3～15min。

【技术特征摘要】
1.一种碲化镉薄膜太阳能电池的低温制作方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)在玻璃衬底上沉积透明导电膜层和高阻层，沉积温度条件为低于400℃；(2)在高阻层上沉积硫化镉层，沉积温度条件为低于250℃；(3)在硫化镉层上沉积碲化镉层，沉积温度条件为低于300℃；(4)将氯化铜+氯化铵水溶液或氯化锌+氯化铵水溶液涂覆在碲化镉层上，在250～300℃的条件下加热3～25min后，用去离子水清洗掉表面残留物，然后沉积背电极层，沉积温度条件为低于280℃；(5)背电极层退火处理：180～250℃温度下加热3～15min。2.根据权利要求1所述的一种碲化镉薄膜太阳能电池的低温制作方法，其特征在于：所述步骤(4)中氯化铜+氯化铵水溶液的浓度为0.025～0.125mol/L，其中氯化铜的含量为0.005～0.1mol/L；氯化锌+氯化铵水溶液的浓度为0.025～0.125mol/L，其中氯化锌的含量为0.005～0.1mol/L。3.根据权利要求1所述的一种碲化镉薄膜太阳能电池的低温制作方法，其特征在于：所述步骤(1)中透明导电膜层的材料选自氟掺杂的氧化锡和铝掺杂的氧化锌。4.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：马立云，彭寿，潘锦功，殷新建，蒋猛，
申请(专利权)人：成都中建材光电材料有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51