一种制备柔性CdTe薄膜太阳能电池的方法，该制备方法的工艺步骤包括以下步骤：1）清洗云母基底（1）；2）在云母基底（1）上生长透明导电薄膜（2）；3）在基底（1）的透明导电薄膜（2）上生长CdS（3），然后在CdS（3）上面生长CdTe（4）薄膜；4）在有CdCl2蒸汽的气氛中对步骤（3）制备的CdS和CdTe薄膜进行退火处理；5）在经退火处理后的CdTe薄膜上蒸镀导电背电极；至此制得所述的柔性CdTe多晶薄膜太阳能电池。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种柔性CdTe多晶薄膜电池及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着世界经济的发展和人口的增长，对清洁能源的需要越来越强烈。太阳能是一种清洁、无污染、取之不尽、用之不竭的可再生能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用当中，大阳能光电利用是近些年来发展最快、最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。为此，人们研制和开发了太阳能电池。制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是，利用光电材料吸收光能后发生光电转换效应。以光伏效应为基础的太阳能电池就是将太阳能转化为电能，有效利用太阳能的一种重要、实用的技术，因此受到广泛的关注。太阳能电池工作的原理如下太阳光照在由半导体光伏材料组成的半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，光生空穴由η区流向ρ区， 光生电子由P区流向η区，接通电路后就形成电流。太阳能电池种类很多，目前，效率最高、技术最成熟的是单晶硅太阳能电池，电池转化效率超过23%，最大值可达23. 3%，大面积(225cm2)单晶硅太阳能电池转换效率为19.44%。太阳能电池要想得到大规模的利用，就需要提高光电转换效率和降低成本。硅材料的成本占单晶硅电池总成本的70%，由于受单晶硅材料价格及相应繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，因此，要想大幅度降低单晶硅太阳能电池的成本是非常困难的。为了节省成本，现在发展了 多晶硅薄膜太阳能电池、非晶硅薄膜太阳能电池、CdTe薄膜电池、CuInGaSe太阳能电池。其中，CdTe是一种化合物半导体材料，制备方法简单、很容易得到化学计量比的材料，被认为是很有前景的薄膜太阳能电池材料。CdTe具有直接能带结构，带隙宽度为I. 5eV,与太阳光谱很好的吻合，光吸收系数高达KT5Cm'其成本低，只需要2 μ m就可以吸收90%的光。CdTe理论效率达到29%，实验室小面积效率达到了 17. 3%，大面积组件效率达到11%。CdTe太阳能电池性能稳定、抗辐射性能好、寿命长，批量生产的大面积商用CdTe薄膜太阳能电池组件的制造成本降到了 O. 75美元/峰瓦，是现在各种太阳能电池组件中制作成本最低的，已经成为光伏产业中的主要研究对象。目前，传统的CdTe太阳能电池通常加工成坚硬的板块状电池板，这就限制了它的许多日常用途。因此，需要发展柔性CdTe太阳能电池。柔性太阳能电池重量轻、可以折叠、弯曲、甚至黏贴在其它物体的表面例如汽车玻璃和衣服等，在建筑一体化光伏应用上也有很大的应用潜力。中国专利201010109118. X提出了一种CdTe柔性电池的制备方法，以不锈钢为基底做成了柔性CdTe太阳能电池。但是，受不锈钢基底的影响，这种柔性CdTe太阳能电池只能做成下电池结构，在这种结构下，CdCl2的处理不能有效的进行，导致CdTe晶粒内部缺陷不能有效的减少，CdTe/CdS界面扩散不能有效的控制，界面缺陷增多。二是CdTe的背接触无法有效制备。从而，下电池结构严重降低了电池的光电转化效率。2011年，杜邦卡普顿(DuPontKapton)以无色聚酰亚胺薄膜作为柔性基底,制作了柔性CMTe薄膜太阳能电池。但是，聚酰亚胺长期使用温度范围在300°C以下。而高效CdTe/CdS电池制备过程必须的CdCl2处理一般都需要到300°C，因此，采用聚酰亚胺作为柔性基底限制了电池的效率
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不锈钢基底上只能做成下电池结构和聚酰亚胺长期使用温度范围在300°C以下的缺点，提供ー种制备柔性CdTe多晶薄膜太阳能电池的结构和制备方法。本专利技术太阳能电池的结构如下以云母为基底，云母的 基底上为透明导电薄膜，透明导电薄膜上面为CdS薄膜，CdS薄膜上面为CdTe薄膜，CdTe薄膜上为导电背电极。本专利技术提出的柔性CdTe太阳能电池具有耐高温、耐强酸、强碱、耐宇宙射线辐射的优点。而且，本专利技术制备エ艺简单，易大規模生产，在エ业、航空及民用发电领域中都具有很大的应用潜力。本专利技术以云母作为柔性CdTe太阳电池的基底，做成上电池结构，很容易得到高效的CdTe薄膜太阳能电池，而且最高能耐1100°C的高温，有效扩展了 CdTe薄膜太阳能电池的应用。本专利技术的方法步骤如下I、清洗云母基底；2、在云母基底上生长透明导电薄膜；3、在基底上的透明导电薄膜上依次生长CdS和CdTe薄膜；4、在有CdCl2蒸气的气氛中对制备的CdS和CdTe薄膜进行退火处理；5、在经CdCl2退火处理后的CdTe薄膜上蒸镀导电背电极；至此制得所述的柔性CdTe多晶薄膜太阳能电池。其中所述步骤I中，所述的云母基底的厚度为0. 02_2mm,在400nm-3000nm的透过率高达90%。所述的云母基底能承受高达1100°C的高温，与强酸和强碱不发生任何反应，电绝缘性好，平整度好，不吸附杂质，高温下真空放气极低，适合真空镀膜；可分剥，富有弾性，而且由于其热膨胀小(3X KT6IT1),加热后不易变形，与聚酰亚胺加热后易膨胀弯曲相比，云母基底更便于CdTe薄膜电池的后续激光刻线加工。所述步骤2是生长透明导电薄膜，其作用为导出p-n结产生的电子，一般采用 In2O3 = Sn(ITO)、ZnO: Al (AZO)、ZnO: B (BZO)、In2O3: Mo (IMO), In: ZnO,石墨烯、ZnSnO3、SnO2:F (FTO)、NiO, Zn2SnO4、Cd2SnO4、ZnO: Ti (TZO)。生长透明导电薄膜的エ艺可以采用磁控溅射法、脉冲激光沉积技术、超声喷雾热分解法、分子束外延法、胶法凝胶法、化学气相沉积法。导电薄膜的厚度为0.3-1500nm。所述步骤3的操作方法是在磁控溅射炉放置基底的位置上放上制备好透明导电薄膜的云母基底，盖上磁控溅射炉的炉盖，对磁控溅射炉腔室抽真空，并升温使基底温度保持在25-1100°C。当背底真空到达10_3Pa以下，开始溅射CdS多晶薄膜。CdS多晶薄膜的溅射条件为基底温度25-1100°C，向腔室内通入高纯Ar气，气体流速lO-lOOsccm，腔室压强0. l-10Pa。当基底上所溅射的CdS薄膜的厚度为20-500nm吋，停止CdS薄膜的制备。把基底转向正对CdTe靶的位置，开始溅射CdTe薄膜。CdTe薄膜的溅射条件为基底温度25-1100°C，向腔室内通入高纯Ar气，气体流速lO-lOOsccm，腔室压强0. l_10Pa。当基底上所溅射的CdTe厚度达到设定的厚度0. 5-10 u m时，停止CdTe薄膜的制备，同时停止对基底加热，待基底温度降低到室温时，取出沉积了 CdS和CdTe薄膜的基底。所述步骤3中，制备透明导电薄膜上的CdS薄膜的方法还可以为化学水浴沉积或分子束外延，制备CdS薄膜上的CdTe薄膜的方法还可以为近空间升华或气相输运沉积或电沉积或真空热蒸发技术或物理气相沉积或金属有机化学气相沉积或丝网印刷烧结或真空热蒸发法。所述步骤4中，在CdCl2气氛中对制备的CdS和CdTe薄膜进行退火处理，在350-500°C对CdTe退火处理5-120min。此过程可以用湿法或者干法。湿法退火的エ艺过程如下把CdCl2的饱和甲醇溶液均匀滴在CdTe薄膜上，对CdTe进行退火处理。干法退火的エ艺过程如下本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种柔性CdTe薄膜太阳能电池，其特征是该柔性电池采用云母做为衬底，其结构为云母衬底（1）上为透明导电薄膜（2），透明导电薄膜（2）的上层为CdS多晶薄（3），CdS多晶薄膜（3）的上层为CdTe多晶薄膜（4），CdTe多晶薄膜（4）的上层为导电背电极（5）。CdS、CdTe、导电背电极。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李辉，刘向鑫，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：
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