一种含Te-Ti-Cu预置层的碲化镉太阳电池，采用一种周期结构的Te-Ti-Cu预置层，置于碲化镉太阳电池的吸收层背表面，作为碲化镉太阳电池的背接触层和背电极材料。从材料构型和材料本身性质上抑制铜扩散，消除铜扩散带来的负面影响，实现欧姆接触，避免化学腐蚀和单独沉积其他金属作电极，减少器件制作工序，提高太阳电池的光电转换效率和改善器件的长效稳定性。
【技术实现步骤摘要】
一种含Te-Ti-Cu预置层的碲化镉太阳电池
本专利技术属于半导体材料与器件领域。
技术介绍
碲化镉是一种重要的光电转换材料，作为p型半导体，它与宽能隙的n型硫化镉可构成CdS/CdTe异质结太阳电池，其理论光电转换效率高达30%。目前，实验室小面积太阳电池的光电转换效率已经突破20%，商业化组件的转换效率超过11%。通常，碲化镉太阳电池的基本结构为：玻璃/透明导电膜/硫化镉/碲化镉/金属电极，其中透明导电膜（TCO）为前电极，硫化镉为窗口层，碲化镉为吸收层。在碲化镉太阳电池的制备过程中，实现吸收层与金属电极之间的低电阻接触是获得稳定、高效电池的关键技术之一。由于碲化镉功函数高，与大多数的金属都难以形成低电阻接触。因此，在实验室研究和工业化生产中，常采用化学腐蚀获得p+的富碲层，随后沉积掺杂的背接触层，最后单独制作镍或金电极。这样，通过沟道输运机制实现吸收层和电极之间的欧姆接触。其中，背接触层往往采用铜或含铜材料，如铜、ZnTe:Cu、HgTe:Cu、CuxTe等，但背接触层中的铜容易扩散，如果仅仅扩散到碲化镉形成受主掺杂，则有利于提高电池性能；如果铜浓度过高或扩散速度快，到主结或前电极，则影响电池的长效稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了从材料构型（多层结构）和材料本身性质上抑制铜扩散，消除铜扩散带来的负面影响，减少化学腐蚀和单独金属化的工序环节，进一步改进碲化镉太阳电池的结构，提高填充因子和开路电压，从而获得较高的光电转化效率和稳定性。为了实现本专利技术的目的，本专利技术的技术方案是采用一种Te-Ti-Cu多层预置层，置于碲化镉太阳电池的吸收层背表面，作为碲化镉太阳电池的背接触层和背电极材料，因此，太阳电池的结构变为：玻璃/透明导电膜/硫化镉/碲化镉/Te-Ti-Cu预置层。在上述方案中，Te-Ti-Cu预置层为周期结构，由碲-钛-铜周期性交叠组合在一起，最后一个周期后再沉积一钛层作为电极，并起保护层作用，即堆垛顺序为碲/钛/铜/碲/钛/铜/…/碲/钛/铜/钛，或者钛/碲/铜/钛/碲/铜…/钛/碲/铜/钛，优选地，堆垛顺序为碲/钛/铜/碲/钛/铜/…/碲/钛/铜/钛。在上述方案中，Te-Ti-Cu预置层的周期数为1~50，Te-Ti-Cu预置层的厚度大于30nm，小于1000nm，其中50~300nm最佳，大于300nm也有较好效果，碲亚层和钛亚层厚度之比为2~5，铜与碲亚层厚度之比为0~0.06，预置层最后一周期后的钛层为200~1000nm。在上述方案中，Te-Ti-Cu预置层经过后处理后，由掺铜的碲化钛主相和碲析出相组成。在上述方案中，后处理指的是惰性气体气氛，退火温度150℃~500℃，退火时间为10~60分钟。采用上述方案制备的碲化镉太阳电池，首先，预置层通过后处理具有碲化钛的主相，其能隙约0.8eV（PhysRevLett,2011,107:176405)，有较大的功函数（﹥5.2eV）（J.Phys.C:SolidStatePhys,1987,20:4201），可起到很好的过渡作用，实现碲化镉与金属电极间的欧姆接触。同时，碲化钛具有防扩散起阻挡层作用（MatResSocPro,2005,886:258;DOI:http://dx.doi.org/10.1557/PROC-0886-F03-14），有效抑制金属铜的扩散。预置层中的铜起p型掺杂的作用，铜层很薄，放在预置层堆垛顺序的第三层，从预置层的构型上可阻挡铜扩散到主结，最后一周期后单独的钛层则作为金属电极。在预置层的沉积过程中，可能会有少量的铜与后一预置层中碲发生反应，生成不稳定的CuTe或Cu2Te（ThinSolidFilms,2007，511：7886），但在后处理工序时，稍高温度下易分解从而释放出铜。其次，由于预置层通过后处理具有碲的析出相，碲可以增加短波响应提升器件的短路电流，并且可显著提高碲化镉与金属电极间的接触性能（SolEnergy,2009,83:134;JPhysChemSolids,2010,71:404）。但常见的方法则是通过化学腐蚀工艺获得富碲层，这样容易产生化学残留，在器件中特别是在工作状态下会继续反应，对器件逐层侵蚀，极大地影响器件的长效稳定性。另外，化学腐蚀后的废液排放也给碲化镉电池的产业化提出了更高的要求。而采用上述方案，则在碲化镉退火后无需采用湿法工艺获得富碲层。总之，采用上述方案，从材料的构型和材料本身性质上可有效抑制铜的扩散，实现欧姆接触，避免化学腐蚀和单独沉积其他金属作电极，减少器件制作工序，提高太阳电池的光电转换效率和改善器件的长效稳定性。附图说明图1为具有Te-Ti-Cu预置层的碲化镉太阳电池结构图；图2为2周期的Te-Ti-Cu预置层堆垛顺序图；图3为20周期Te-Ti-Cu预置层在后处理后的XRD图谱。图1-3中的符号：G为玻璃，F为透明导电膜，W为CdS，A为CdTe，B为Te-Ti-Cu预置层，T1为碲，T2为钛，T3为铜。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的内容不仅限于实施例中涉及的内容。本专利技术的结构（如图1所示）为：玻璃（G）/透明导电膜(F)/硫化镉(W)/碲化镉(A)/Te-Ti-Cu预置层（B），它以碲化镉太阳电池的基本结构为基础，增加了Te-Ti-Cu预置层（B）而减少了独立的金属化工艺。作为背接触和背电极材料，Te-Ti-Cu预置层（B）由掺铜的碲化钛主相和碲析出相组成。图2为2周期Te-Ti-Cu预置层（B）堆垛顺序图，以碲/钛/铜/碲/钛/铜/…/碲/钛/铜/钛堆垛顺序为例，即先沉积Te，再沉积Ti，最后沉积Cu，为了实现金属化，预置层最后一周期后再沉积Ti层作为电极，Ti可以产生较低的接触电阻，有效提高电池的性能（MatResSocPro,2004,796:79），并且保护预置层（B）不被氧化。图3为Te-Ti-Cu预置层（B）经过后处理的XRD图谱，在衍射角2θ≈13.30附近为碲化钛（TiTe2）的（001）衍射峰，2θ≈27.30为TiTe2（002）衍射峰，2θ≈40.80为TiTe2（003）衍射峰，2θ≈56.40为TiTe2（004）衍射峰，同时，可观察到碲的析出相Te（001）。需要说明的是，在图3中没有观察到铜或铜相关化合物的衍射峰出现，这是因为沉积的铜层很薄，铜以杂质形式扩散。X射线荧光谱仪（XRF）测试表明，铜的原子百分含量~7at%。该预置层中碲含量的多少与图2中碲亚层和钛亚层的厚度有关，也与后处理的退火温度与退火时间有关。由于铜的含量在预置层中很少，不容易形成化合物CuxTe。由图2堆垛顺序结合图3的XRD结果可见，在衬底和Te-Ti-Cu预置层（B）可以实现碲相（T）析出，有效扩展短波响应，降低接触电阻，并避免器件中因化学腐蚀带来的反应性和侵蚀性，以及由此导致的器件不稳定。而碲化钛的功函数很高，能隙很窄，载流子浓度很高。因此，本专利技术中，Te-Ti-Cu预置层（B）的作用如下：一是生成碲化钛作为主要的过渡层材料，起到欧姆接触的作用，同时，作为阻挡层，抑制铜的扩散，提高电池的光电转换效率和稳定性；二是取代化学腐蚀产生碲，通过预置层形成碲增加短波响应，降低接触电阻，并消除器件中化学腐蚀带来的不良影响，提高电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种含Te‑Ti‑Cu预置层的碲化镉太阳电池, 其结构为：玻璃/透明导电膜/硫化镉/碲化镉/Te‑Ti‑Cu预置层，其特征是：Te‑Ti‑Cu预置层为周期结构，堆垛顺序为碲/钛/铜/碲/钛/铜/…/碲/钛/铜/钛，或者钛/碲/铜/钛/碲/铜…/钛/碲/铜/钛，优选地，堆垛顺序为碲/钛/铜/碲/钛/铜/…/碲/钛/铜/钛，该预置层置于吸收层碲化镉之后，作为碲化镉太阳电池的背接触层和背电极材料。
【技术特征摘要】
1.一种含Te-Ti-Cu预置层的碲化镉太阳电池,其结构为：玻璃/透明导电膜/硫化镉/碲化镉/Te-Ti-Cu预置层，其特征是：所述Te-Ti-Cu预置层为周期结构，堆垛顺序为碲/钛/铜/碲/钛/铜/…/碲/钛/铜，或者钛/碲/铜/钛/碲/铜…/钛/碲/铜，堆垛顺序最后一个周期后为钛；所述Te-Ti-Cu预置层在惰性气体气氛下，150℃~500℃，退火10~60分钟后处理形成碲和掺铜的碲化...
【专利技术属性】
技术研发人员：李卫，文灿，张静全，冯良桓，武莉莉，黎兵，王文武，曾广根，高静静，王州玲，唐楠，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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