一种锑化铝透明薄膜太阳电池制造技术

一种锑化铝透明薄膜太阳电池，属于一种半导体薄膜太阳电池的结构设计。其结构为玻璃／ＣＴＯ／ＺＴＯ／ＣｄＳ／ＡｌＳｂ／单壁碳纳米管涂层／Ｎｉ／Ａｌ／ＭｇＦ↓［２］，即在玻璃上先沉积透明导电膜ＣＺＴ，然后沉积缓冲层ＺＴＯ，接着沉积ｎ型窗口层ＣｄＳ和ｐ型吸收层ＡｌＳｂ，随后沉积单壁碳纳米管涂层作为透明导电背接触，最后沉积Ｎｉ／Ａｌ栅线以及ＭｇＦ↓［２］减反层。采用这种结构设计，可显著提高薄膜太阳电池的光电转换效率。同时，这种结构的太阳电池能以较高的透过率透过大于８００ｎｍ波长的太阳光，从而被薄膜叠层电池中的底电池有效利用，因此，这种透明电池对薄膜叠层电池的研制具有重要意义。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于一种半导体薄膜太阳电池的结构设计，特别涉及一种透明薄膜太阳电池。技术背景与晶体太阳电池相比较，薄膜太阳电池的少数载流子寿命很短，因而，限制了薄膜太阳 电池获得较高的理论转换效率。但是，采用电流或电压匹配的叠层电池，在考虑了顶电池各 薄层实际光学损失的条件下，当双结叠层薄膜太阳电池的顶电池和底电池吸收层的能隙分别 为-1.7 eV和 l.leV时，这种双结叠层电池可以获得28%的理论转换效率(见Proceedings of the 12th Photovoltaic Science and Engineering Conference, Cheju Island, Korea, 2001: 277)， 大大超 过了目前单结薄膜太阳电池的效率。在高效双结叠层薄膜太阳电池的制作过程中，其中一项挑战性的工作就是研制出效率高 和对底电池带隙光透明的透明顶电池。所谓对底电池带隙光透明，指的是太阳光通过顶电池 后在近红外波段仍有较高的透过率，可以被底电池吸收利用。由于透明顶电池要求吸收层的能隙比较宽，因此选择的范围主要集中在i-in-vi2和n-vi族化合物半导体材料中，如Ag(InGa)Se2(1.7eV), CuGaSe2(1.6 eV)， CdTe(1.44 eV)等，对于 I-III-Vl2族材料，虽然其能隙接近1.7 eV，但存在如下缺点三元或多元化合物制备困难，很 难控制化学配比；当不透明的背接触换成透明的背接触材料，如透明导电氧化物薄膜crco)， 制备的高温过程导致Ga2Cb的形成及TCO中组分的缺失，严重影响器件的性能。另外，这类材 料在价带上0.8 0.9 eV存在缺陷态能级或能带，当调控I-III-Vl2族材料的能隙时，这类复合中 心会随能隙的增大而接近带隙的中心，严重縮短少数载流子寿命。对于II-VI族化合物半导体 材料CdTe，尽管已经获得了16.5%的单结薄膜太阳电池的转换效率(见Proceedingsofthe 17th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Munich, Germany, 2001:22)，但CdTe作为顶电池，其能隙(~1.44eV)偏小。虽然采用掺杂(如掺Zn、 Mn等)处理可以使能 隙接近理想顶电池吸收层的能隙(~1.7eV)，但是，这种材料在经过CdCl2后处理后，蓉易导 致材料的化学配比失衡。其次，CdTe的功函数很高，很难与后面的金属直接形成欧姆接触， 通常需加复杂的复合层形成透明背接触，如ZnTe:Cu/ITO、 CuxTe/ITO。
技术实现思路
本技术的目的是为了消除上述不足或缺陷，进一步改进双结叠层薄膜太阳电池中透 明顶电池的结构设计，提出一种以AlSb作吸收层，以单壁碳纳米管(CNT)涂层作透明导电 背接触层的透明薄膜太阳电池。为实现本技术目的，本技术的技术方案是在硼硅或铝硅玻璃衬底上沉积透明 导电膜Cd2Sn04(CZT)，然后沉积缓冲层ZnSnOx(ZTO)，接着沉积n型窗口层CdS和p型吸收层 AlSb,随后沉积单壁碳纳米管涂层(p型)作为透明导电背接触，最后沉积Ni/Al栅线以及MgF2 减反层。本技术中所说的透明导电背接触指的是，太阳光照射到电池上后，在80(KL500mn 波段范围的光，仍然以较高的透过率通过背接触。AlSb薄膜室温下的能隙 1.65eV (接近理想高效双结叠层薄膜太阳电池顶电池的能隙)， 其功函数 3.65eV，虽然AlSb是一种间接能隙的半导体材料，但在光子能量>1.65 eV时，其 吸收系数>104/011，因此，AlSb可以获得较高的理论转换效率(~27%)。而采用p型单壁碳 纳米管涂层作为透明背接触，可使p型AlSb吸收层的耗尽区变宽，提高薄膜太阳电池的光龟转 换效率。同时，对波长〉800nm的太阳光有较高的透过率，可被叠层电池中的底电池有效利 用，因此，这种透明电池对叠层电池的研制具有重要意义。附图说明图l为AlSb透明薄膜太阳电池的结构示意图。 图2为单壁碳纳米管(CNT)涂层的透过率曲线。图l中的符号表示是l为硼硅或铝硅玻璃，2为CTO， 3为ZTO， 4为CdS， 5为AlSb， 6 为单壁碳纳米管涂层，7为Ni/Al栅线，8为MgF2。图2中CNT表示单壁碳纳米管，横轴X表示入射光波长，纵轴T为透过率。实线表示方块电阻为50Q/ 口时单壁碳纳米管CNT的透过率；点线则表示方块电阻为100Q/ 口时的透过率。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。在图1中，AlSb (5)透明电池的结构为硼硅或铝硅玻璃(1)/CTO(2)/ZTO(3)/CdS(4) /AlSb(5)/单壁碳纳米管涂层(6)/Ni/Al(7)/MgF2(8)，即首先在硼硅或铝硅玻璃(l)上沉积 0.1-0.3 pirn的n型CTO(2)导电层，然后沉积0.1 0.2nm ZTO (3)缓冲层，再沉积50~100 nm硫化 镉(B)窗口层，随后沉积2-8 jim AlSb (5)吸收层以及30 300nm的单壁碳纳米管涂层(6)作为透 明导电背接触层，最后，顺序沉积-50nm的镍和 3ttm的铝组成Ni/Al(7)栅线以及80 150nm的 MgF2(8)减反层，并在n型CTO(2)透明导电层上焊铟(In)，接出引线作为电池的负极，从Ni/Al (7)栅线引出电池的正极。这样，就制成了AlSb (5)透明薄膜太阳电池。在AlSb(5)透明薄膜太阳电池中，采用单壁碳纳米管涂层(6)作上述透明电池的透明背 接触，主要原因是通常的透明导电膜为ii型，如果直接沉积在p型吸收层上作背接触，会产生 与主结相反的结，阻碍载流子的输运；如果选取常用的p型透明导电膜，存在电导率不高很难 形成欧姆接触或化学稳定性不好等问题。由于单壁碳纳米管涂层(6)具有较高电导率和透明 度，如图2所示在8(XKl500nm的波段内，单壁碳纳米管涂层(6)具有70%~90%的透过率，而 没有出现常用透明导电氧化物(TCO)严重的载流子吸收现象(见Proceedingsofthe正EE Fourth World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Waikoloa， USA 2006: 428)，因此， 可选用单壁碳纳米管涂层(6)作为薄膜太阳电池的透明背接触导电层。尤其重要的是，单壁 碳纳米管涂层(6)的导电类型为p型，与主结的n型层硫化镉作用，会使p型吸收层MSb(5)的 耗尽区变宽，有利于增大电池的开路电压和填充因子，提高器件的效率。由于AlSb(5)的功函 数不高，即使单壁碳纳米管涂层(6)可能存在空隙，也很容易与金属电极形成欧姆接触，因 此对这种透明电池的器件性能影响甚微。在AlSb(5)透明薄膜太阳电池中，没有采用常用透明 导电氧化物薄膜(如Sn02: F,ITO)，而采用n型CTO(2)作透明前接触，其原因主要是后者 在800 1500nm的波段内，仍具有~80%的透过率(见J Vac Sci Technol A， 1997， 15: 1057)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锑化铝透明薄膜太阳电池，在玻璃上，顺序沉积ＣＴＯ透明导电薄膜、ＺＴＯ薄膜、窗口层ＣｄＳ薄膜、吸收层、透明导电背接触层、Ｎｉ／Ａｌ栅线和ＭｇＦ↓［２］减反膜，其特征是：透明薄膜太阳电池的吸收层为ｐ型ＡｌＳｂ，透明导电背接触层为ｐ型单壁碳纳米管涂层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李卫，冯良桓，吕彬，蔡亚平，张静全，黎兵，武莉莉，雷智，郑家贵，孙震，谢晗科，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：实用新型
国别省市：90[中国|成都]