一种超薄半透明薄膜太阳能电池及其制备方法技术

本申请公开了一种超薄半透明薄膜太阳能电池及其制备方法。本申请的超薄半透明薄膜太阳能电池，包括依序层叠的玻璃基底、透明导电薄膜层、N型过渡层、吸光层、钝化层和背电极；钝化层为铜掺杂半导体层，背电极为NTO导电薄膜，吸光层为CdTe薄膜、CdSe薄膜、CdZnTe薄膜、CdSeTe薄膜、CdMgTe薄膜、CuGaSe2薄膜、CuInSe2薄膜或Cu2ZnSnS2薄膜。本申请的超薄半透明薄膜太阳能电池，采用铜掺杂半导体层作钝化层，可有效消除吸光层的表面悬挂键；并且，与背电极界面接触良好，提高了电池的短路电流密度；通过钝化层的隧穿与整流效应，使电池的可见光透过率达到了10％以上，并且光电转化效率高。

Ultrathin semitransparent film solar cell and preparation method thereof

The invention discloses an ultra-thin semitransparent film solar cell and a preparation method thereof. Ultra thin translucent thin film solar cell of the application, including on a glass substrate, a transparent conductive thin film layer stacked in sequence, the N type transition layer, light absorbing layer, a passivation layer and a back electrode; a passivation layer of copper doped semiconductor layer, a back electrode for NTO conductive film, a light absorbing layer for CdTe film, CdSe film, CdZnTe film CdSeTe film, CdMgTe film, CuGaSe2 film, CuInSe2 film or Cu2ZnSnS2 film. Ultra thin translucent thin film solar cell of the application, the copper doped semiconductor layer as the passivation layer, can effectively eliminate the suction surface dangling bond optical layer; and a good contact with the back electrode interface, improve the short-circuit current density of the cell; through the passivation layer tunneling and rectifying effect, so that the battery of visible light transmittance reached more than 10%, and high photoelectric conversion efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种超薄半透明薄膜太阳能电池及其制备方法
本申请涉及薄膜太阳能电池领域，特别是涉及一种超薄半透明薄膜太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
薄膜太阳能电池是第二代太阳能电池的主要代表，以薄膜半导体材料，如碲化镉，为吸光层，厚度在微米以及亚微米量级，大大降低了材料的消耗，生长工艺简单，便于制作轻便、可弯曲的器件，性价比占优势，产业化前景较好。半透明的碲化镉薄膜太阳能电池可以应用于建筑玻璃、车窗玻璃等日常生活中，进一步拓宽了薄膜太阳能电池的应用范围；然而，目前市场上的半透明薄膜太阳能电池尚属空白。此外，半导体材料缺陷较多，表面载流子负荷严重，电池光电转化效率目前只有10％～20％，低于晶硅太阳能电池。基于以上原因，碲化镉薄膜太阳能电池的发展亟需解决半透明超薄电池及表面钝化技术问题，降低表面少数载流子的复合。在传统的P型丝网印刷电池中，前表面氮化硅SiNx的优异钝化效果使得电池性能有较大提高。为了进一步提高电池性能，晶硅电池使用介质层如Al2O3等钝化背表面悬挂键，减少背面载流子复合，从而提高电池性能。以原子层沉积(缩写ALD)制备Al2O3钝化层为例，ALD制备的薄膜致密、可实现原子级别的精度控制、表面均匀性好、杂质少、保形性好、可实现低温(100℃)条件下沉积，对薄膜损伤极少。ALD制备的Al2O3薄膜中有一定量的Al-OH键，退火后Al-OH键转变为Al-O并释放出H原子，可以钝化薄膜表面的悬挂键。在碲化镉CdTe电池中，背电极与CdTe形成欧姆接触是获得高效率电池的关键。由于CdTe材料功函数高达5.5eV，常规金属电极无法与其匹配，为了获得良好的欧姆接触，工艺上会使用酸刻蚀CdTe表面形成富Te，便于p型掺杂，但掺杂后多余的Te成为表面悬挂键影响电池性能。钝化层可以消除表面悬挂键，但是还面临着钝化层与背电极的界面接触不良的问题。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种结构改进的超薄半透明薄膜太阳能电池及其制备方法。本申请采用了以下技术方案：本申请一方面公开了超薄半透明薄膜太阳能电池，包括依序层叠的玻璃基底1、透明导电薄膜层2、N型过渡层3、吸光层4、钝化层5和背电极6；钝化层5为铜掺杂半导体层，背电极6为掺铌氧化钛导电薄膜，吸光层4为CdTe薄膜、CdSe薄膜、CdZnTe薄膜、CdSeTe薄膜、CdMgTe薄膜、CuGaSe2薄膜、CuInSe2薄膜或者Cu2ZnSnS2薄膜。掺铌氧化钛导电薄膜，即TiO2:Nb，简写NTO。需要说明的是，本申请的超薄半透明薄膜太阳能电池，采用铜掺杂半导体层作为钝化层，背电极采用NTO导电薄膜，即铌掺杂氧化钛；其中铜掺杂半导体可以有效的消除吸光层的表面悬挂键，并且与铌掺杂氧化钛背电极形成良好的界面接触，本申请的钝化层，一方面实现了钝化效果，另一方面可以进一步的改善钝化层与背电极的接触，从而提高了电池的短路电流密度，减少了因吸光层减薄造成的短路电流密度减少，即可以将CdTe薄膜、CdSe薄膜、CdZnTe薄膜、CdSeTe薄膜、CdMgTe薄膜、CuGaSe2薄膜、CuInSe2薄膜或者Cu2ZnSnS2薄膜做到很薄，并且铌掺杂氧化钛可以在Cu/CdTe上低温诱导结晶，不需要太高的温度。采用本申请的钝化层，通过钝化层的隧穿与整流效应，可以使薄膜太阳能电池的透过率达到了10％以上，并且具有较高的光电转化效率。优选的，铜掺杂半导体层为铜掺杂在前驱体薄膜层中而成，前驱体薄膜层为氧化铝层、氮化铝层、氧化硅层、氮化硅层、氧化锌层、氧化钛层、氧化钛层、氧化镍层或氧化亚锡层。优选的，吸光层4的厚度为50-1000nm。优选的，铜掺杂半导体层的厚度为0.1nm-100nm，更优选为0.1nm-10nm。优选的，NTO导电薄膜的厚度为10nm-1000nm，更优选为10nm-200nm。优选的，透明导电薄膜层2为FTO、ITO、AZO和纳米银线导电薄膜中的至少一种。优选的，N型过渡层3为CdS层。本申请的另一面还公开了一种本申请的超薄半透明薄膜太阳能电池的制备方法，包括以下步骤，(a)在吸光层4上沉积前驱体薄膜层51，前驱体薄膜层为51氧化铝层、氮化铝层、氧化硅层、氮化硅层、氧化锌层、氧化钛层、氧化钛层、氧化镍层或氧化亚锡层；(b)在前驱体薄膜层51上沉积0.1-50nm的Cu膜52；(c)在Cu膜52上沉积10-1000nm的铌掺杂氧化钛层；(d)将步骤(c)的产物进行退火，形成铜掺杂半导体层的钝化层5，以及锐钛矿相的NTO导电薄膜。需要说明的是，以上制备方法中，在步骤(a)之前，还包括在玻璃基底上依次形成透明导电薄膜层、N型过渡层、吸光层，然后再于吸光层上沉积前驱体薄膜层；其中形成透明导电薄膜层、N型过渡层、吸光层可以采用常规的方法，在此不做具体限定；本申请的一种实现方式中，采用溅射法形成透明导电薄膜层和N型过渡层，采用近真空蒸发沉积形成吸光层。还需要说明的是，在制备吸光层4层后，特别是制备CdTe层后，一般需要进行硝酸磷酸腐蚀，以及CdCl2液相浸泡或者气相包裹在CdTe表面，然后退火处理；再于其表面沉积其它层。但是，如果过渡层是Mo等材料，不需要硝酸磷酸腐蚀，直接CdCl2包裹然后退火处理。因此，吸光层的后处理可以参考现有方法，在此不做具体限定。优选的，步骤(d)中，退火温度为100-600℃，优选350-450℃。需要说明的是，本申请的钝化层中铜掺杂半导体层是由Cu膜和前驱体薄膜层退火形成的，在退火过程中，Cu扩散到前驱体薄膜层中，形成铜掺杂半导体层；与此同时，Cu也会扩散到Nb掺杂氧化钛中，与Nb掺杂氧化钛在界面处形成类似合金的结构，消除界面，达到改善与背电极界面接触的效果，与背电极形成良好的界面接触，提高导电性。总的来说，通过将吸光层、Cu膜、铌掺杂氧化钛层一起进行退火，形成吸光层、钝化层和背电极的优良结构，对于薄膜太阳能电池整体来说，改善了吸光层与钝化层、钝化层与背电极的接触性能。优选的，步骤(a)至步骤(c)中，沉积前驱体薄膜层、沉积Cu膜和沉积铌掺杂氧化钛层的方法为原子层沉积、物理气相沉积、脉冲激光沉积、化学气相沉积和磁控溅射沉积中的至少一种。具体的，本申请的优选方案中，步骤(b)沉积Cu膜采用物理气相沉积或者化学气相沉积，即采用物理气相沉积或者化学气相沉积制备0.1-50nm的Cu膜；步骤(c)沉积铌掺杂氧化钛层采用溅射沉积，即Cu膜上溅射沉积10-1000nm的铌掺杂氧化钛层。本申请的有益效果在于：本申请的超薄半透明薄膜太阳能电池，采用铜掺杂半导体层作为钝化层，采用铌掺杂氧化钛层作为背电极，铜掺杂半导体可以有效的消除吸光层的表面悬挂键，并且与铌掺杂氧化钛背电极形成良好的界面接触，从而提高了电池的短路电流密度，通过钝化层的隧穿与整流效应，可以提高薄膜太阳能电池的透过率，具有较高的光电转化效率。附图说明图1是本申请实施例中超薄半透明薄膜太阳能电池的结构示意图；图2是本申请实施例中超薄半透明薄膜太阳能电池的扫描电镜结果图；图3是本申请实施例中超薄半透明薄膜太阳能电池中铌掺杂氧化钛在Cu/CdTe上低温诱导结晶的XRD图；图4是本申请实施例中超薄半透明薄膜太阳能电池中铌掺杂氧化钛在Cu/CdTe上低温诱导结晶的TEM图；图5是本申请实施例中超薄半透明薄膜太阳能电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超薄半透明薄膜太阳能电池，其特征在于：包括依序层叠的玻璃基底(1)、透明导电薄膜层(2)、N型过渡层(3)、吸光层(4)、钝化层(5)和背电极(6)；所述钝化层(5)为铜掺杂半导体层，所述背电极(6)为掺铌氧化钛导电薄膜，所述吸光层(4)为CdTe薄膜、CdSe薄膜、CdZnTe薄膜、CdSeTe薄膜、CdMgTe薄膜、CuGaSe2薄膜、CuInSe2薄膜或者Cu2ZnSnS2薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种超薄半透明薄膜太阳能电池，其特征在于：包括依序层叠的玻璃基底(1)、透明导电薄膜层(2)、N型过渡层(3)、吸光层(4)、钝化层(5)和背电极(6)；所述钝化层(5)为铜掺杂半导体层，所述背电极(6)为掺铌氧化钛导电薄膜，所述吸光层(4)为CdTe薄膜、CdSe薄膜、CdZnTe薄膜、CdSeTe薄膜、CdMgTe薄膜、CuGaSe2薄膜、CuInSe2薄膜或者Cu2ZnSnS2薄膜。2.根据权利要求1所述的超薄半透明薄膜太阳能电池，其特征在于：所述铜掺杂半导体层为铜掺杂在前驱体薄膜层中而成，所述前驱体薄膜层为氧化铝层、氮化铝层、氧化硅层、氮化硅层、氧化锌层、氧化钛层、氧化钛层、氧化镍层或氧化亚锡层。3.根据权利要求1所述的超薄半透明薄膜太阳能电池，其特征在于：所述吸光层(4)的厚度为50-1000nm。4.根据权利要求1-3任一项所述的超薄半透明薄膜太阳能电池，其特征在于：所述铜掺杂半导体层的厚度为0.1nm-100nm，优选为0.1nm-10nm。5.根据权利要求1-3任一项所述的超薄半透明薄膜太阳能电池，其特征在于：所述NTO导电薄膜的厚度为10nm-1000nm，优选为10nm-200nm。6.根据权利要求1-3任一项所述的超薄...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁军，杨晓杨，闵煜鑫，潘锋，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44