專利名稱：碲化鎘薄膜太陽電池的制造方法
技術領域：
本發(fā)明屬于薄膜型太陽電池的生產技術領域，具體涉及一種碲化鎘薄膜太陽電池 的制造方法。
背景技術：
由于人類生存環(huán)境的保護要求，發(fā)展低碳經濟，要求使用無污染或者污染為最小 的清潔能源，太陽能的開發(fā)和利用就應運而生，目前在世界范圍內，太陽能發(fā)電技術與應用 發(fā)展甚為迅速，目前在中國一家較大型的企業(yè)生產的產量就相當于十年前當時全世界的總 量。太陽能發(fā)電技術原理在于太陽光照在半導體p-n結上，形成新的空穴-電子對，在p-n 結電場的作用下，空穴由η區(qū)流向ρ區(qū)，電子由ρ區(qū)流向η區(qū)，接通電路后就形成電流。利 用太陽能發(fā)電技術的原理的電池為太陽電池。太陽電池根據(jù)不同材料、基板型態(tài)與組件的 交叉分為不同的種類。目前多數(shù)太陽電池主要原料為硅，其中又以單晶硅、多晶硅及非晶硅 為最多。單晶硅及多晶硅基本上是以硅晶圓為基礎制作P-n型的太陽電池，屬于結晶硅太 陽電池，由于材料缺陷較少，光電能轉換效率較高，但成本也相對的較高；結晶硅太陽電池 商業(yè)化平均轉換效率達16%，而實驗室之轉換效率則接近25%。與結晶硅太陽電池不同， 薄膜型太陽電池僅需要一層極薄的光電材料，因此其所使用材料量也相對較低；另外，薄膜 的基板可使用軟性或硬性的基材，可選擇性高，其制作成本一般低于結晶硅太陽電池，約為 其30-40%。薄膜型太陽電池目前已有或正在開發(fā)的包括非晶硅、碲化鎘薄膜、染料敏化、銅 銦硒，銅銦鎵硒合金薄膜等薄膜太陽電池。在這幾類太陽電池中，硅類太陽電池生產規(guī)模最 大，技術成熟，而且由于薄膜電池用材省，成本低，現(xiàn)已成為研究的熱點。碲化鎘薄膜太陽電池屬于II-VI族化合物半導體，其結構主體由2 μ m層的P-型 CdTe層與僅0. 1 μ m的N-型窗口 CdS膜層形成，光子吸收層主要發(fā)生于CdTe層，吸光效率 系數(shù)> 105CHT1，故厚度相當薄，并可吸收90%以上的光，轉換效率以在8%以上，成為目前 與硅類太陽電池并發(fā)齊驅的可能的潛在品種。目前，碲化鎘太陽電池在生產工藝上主要采 用采用近距蒸發(fā)方法(CSS)來制作薄膜太陽電池，制作方法復雜，生產效率不高。本發(fā)明從 生產碲化鎘太陽電池的工藝著手進行研究開發(fā)，目的在于較大幅度地降低其生產成本，因 此可以較大幅度地降低太陽電池的價格。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于提供一種碲化鎘薄膜太陽電池的制造方法，解決現(xiàn)有技術中近距 蒸發(fā)方法來制作薄膜太陽電池，制作方法復雜，難以進行大規(guī)模生產，生產成本昂貴等問 題。為了解決現(xiàn)有技術中的這些問題，本發(fā)明提供的技術方案是一種碲化鎘薄膜太陽電池的制造方法，其特征在于所述方法包括以下步驟(1)采用金屬板作為碲化鎘薄膜太陽電池的背電極，用絲網印刷方法在金屬板上 涂覆P型碲化鎘漿料，制作P型碲化鎘膜層；
(2)在ρ型碲化鎘膜層上制備中間過渡層和η型硫化鎘窗口層，形成ρ-η結；(3)在窗口層硫化鎘層上蒸鍍或印刷梳狀前電極；焊接和連線前后電極形成碲化 鎘薄膜太陽電池。優(yōu)選的，所述步驟(1)中P型碲化鎘漿料包括碲化鎘和碲的混合物，所述碲化鎘和 碲的重量比為100 1。優(yōu)選的，所述P型碲化鎘漿料的配制方法包括將碲化鎘粉和碲粉按重量比100 1 的比例混合，并采用球磨方法混合6-8小時；然后采用無水乙醇/ 二甲基甲酰胺溶液(或極 性溶液)將碲化鎘和碲混合粉末調和成漿料，攪拌至混合均勻的步驟。優(yōu)選的，乙醇混合漿料之后，漿料經過在金屬板上涂覆，在退火爐中經過焙燒易于 清除在P型碲化鎘薄膜層中的乙醇溶液分子。優(yōu)選的，所述步驟(1)中金屬板選自銅板、不銹鋼板，所述金屬板的厚度在0. 05mm 以上。優(yōu)選的，所述步驟(1)中還包括用絲網印刷方法在金屬板上涂覆ρ型碲化鎘漿 料后將涂有漿料的金屬板放置到退火爐中，在保護氣氛中進行退火處理，退火溫度控制在 600°C退火30 60分鐘，然后升溫至800 900°C維持1 2小時。更為優(yōu)選的，退火溫度 控制在600°C退火40分鐘，然后升溫至850°C維持1小時。優(yōu)選的，所述保護氣氛為在惰性氣體或氮氣存在的情況下。優(yōu)選的，所述步驟(2)中所述中間過渡層為碲化鎘納米層，所述碲化鎘納米層采 用真空蒸發(fā)的方法在P型碲化鎘膜層上蒸鍍形成。優(yōu)選的，所述步驟(2)中所述η型硫化鎘窗口層為采用真空鍍膜的方法蒸發(fā)形成 的硫化鎘層，所述硫化鎘層的厚度控制在200-250納米。優(yōu)選的，所述步驟(2)形成ρ-η結后需對ρ-η結退火處理，退火溫度控制在750 790°C，退火時間控制在1 2小時。更為優(yōu)選的，退火溫度控制在780°C，退火時間控制在 1小時。本發(fā)明技術方案中采用金屬板作為太陽電池背電極，采用絲網印刷技術在背電極 金屬板上制造太陽電池的P型層，這樣既簡化了制造工藝，同時可以制造較厚的P型層，使 電池獲得較大的光電流。該方法可以應用于制造碲化鎘薄膜太陽電池，既可以降低太陽電 池的制造成本，同時還能提高電池光電轉換效率。本發(fā)明的電池制作方法和程序如下(1)采用金屬板，如銅板，不銹鋼板等作為薄膜碲化鎘太陽電池的背電極。(2)在金屬板上制作ρ型碲化鎘膜層。(3)在ρ型碲化鎘膜層上制作η型硫化鎘膜層，以形成ρ_η結。(4)在窗口層硫化鎘層上蒸鍍或者印刷梳狀前電極。(5)前后電極的焊接和連線，完成單電池制作。更為具體的，以金屬板作為薄膜碲化鎘太陽電池的背電極，在金屬背電極板上制 作碲化鎘膜層，該步驟可以具體按照如下進行1)將碲化鎘粉和碲粉按重量比100 1的比例混合，并采用球磨方法混合6-8小 時。2)采用乙醇溶液將碲化鎘和碲混合粉末調和成漿料，攪拌2小時至混合均勻。
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3)采用絲網印刷方法，將碲化鎘和碲混合漿料印刷涂敷在金屬背電極板上。4)將涂有漿料的金屬板放置到退火爐中，退火600°C約30分鐘，然后溫度升至 850°C約1小時。5)在退火過程中通入氮氣或惰性氣體，其目的在于防止其氧化。而p-n結可以按照如下方法制作1)在金屬板為底的ρ型層上用真空蒸發(fā)的方法蒸鍍一層納米量級的碲化鎘納米 層，作為制作P-n結的過渡層。2)采用真空鍍膜的方法蒸發(fā)硫化鎘膜層，厚度為250-350納米，形成p_n結。3)對p-n結退火，780°C退火約1小時。4)完成p-n結制作。P-N結制作完畢后，在窗口層硫化鎘層上蒸鍍或者印刷梳狀前電極，連線和焊接前 后電極，從而完成電池制作。本發(fā)明的關鍵之處在于按一定的比例混合碲化鎘和碲粉，并與極性高分子溶液混 勻配制成漿料，采用絲網印刷方法將漿料涂覆在作為背電極的金屬板上，經過一定退火工 藝程序進行退火，制成太陽電池的P型層，然后在P型層上制作太陽電池。制備形成的碲化 鎘太陽電池是由前電極、η型硫化鎘窗口層、P型碲化鎘膜層、接觸背電極層所組成η型硫化 鎘和ρ型碲化鎘形成p-n結。相對于現(xiàn)有技術中的方案，本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明技術方案提供了 一種碲化鎘太陽電池規(guī)模生產過程制造工藝，使用絲網印 刷方法在金屬板上涂覆P型碲化鎘漿料，制作碲化鎘P型膜層，并配制P型碲化鎘漿料，控 制漿料制作過程，以及控制碲化鎘P型膜層的退火條件和工藝技術，這些制作方法和技術 簡便，易于規(guī)模生產化，可以推動規(guī)?；a和較大幅度降低碲化鎘薄膜太陽電池成本和 價格，而且能提高電池光電轉換效率。用厚度在0. 05mm以上的金屬板既可作為該碲化鎘/硫化鎘薄膜太陽電池背電極， 又作為電池支撐，并在其上制作碲化鎘P型膜層方便，制作的碲化鎘P型膜層較厚。在P型 碲化鎘膜層上制作碲化鎘/硫化鎘p-n結為采用真空蒸發(fā)的方法蒸鍍來形成，工藝條件成 熟，方便進行大規(guī)模的生產作業(yè)。綜上所述，本發(fā)明提供一種碲化鎘薄膜太陽電池的制造方法，能較大幅度地降低 碲化鎘薄膜太陽電池的生產成本以及提高生產速度，因此可以較大幅度地降低太陽電池的 價格。


下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述圖1為本發(fā)明實施例碲化鎘薄膜太陽電池的工序流程圖。
具體實施例方式以下結合具體實施例對上述方案做進一步說明。應理解，這些實施例是用于說明 本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做 進一步調整，未注明的實施條件通常為常規(guī)實驗中的條件。
實施例1碲化鎘薄膜太陽電池的制備1) P型碲化鎘薄膜層板制作(1)清洗制作電池用的銅薄板或不銹鋼薄板用清水沖洗后，再用超聲波清洗，然后 烘烤至完全干燥。(2)碲化鎘漿料制作將碲化鎘粉和碲粉按重量比100 1的比例混合，并采用球 磨方法混合6-8小時。(3)采用無水乙醇/極性高分子溶液_ 二甲基甲酰胺將碲化鎘和碲混合粉末調和 成漿料，(4)采用絲網印刷方法，將碲化鎘和碲混合漿料印刷涂敷在金屬背電極板上。(5)將涂有漿料的金屬板放置到退火爐中，退火600°C約40分鐘，然后溫度升至 850°C約1小時。(6)在退火過程中通入氮氣保護。(7)退火后自然降溫至室溫，完成P型碲化鎘薄膜板的制作。其中ρ型碲化鎘漿料包括碲化鎘100克；碲1克，球磨方法混合后將其在乙醇/ 二 甲基甲酰胺30-40ml (視漿料粘稠程度確定)中混勻配制成漿料。在完成P型碲化鎘薄膜層板制作之后，采用以下p-n結制作方法來制作電池的p-n結。(1)在金屬板為底的ρ型層上用真空蒸發(fā)的方法蒸鍍一層納米量級的碲化鎘納米 層，作為制作P-n結的過渡層。(2)采用真空鍍膜的方法蒸發(fā)硫化鎘層，150-250納米，形成p_n結。(3) p-n結退火，780°C退火約1小時。(4)完成p-n結制作。在完成p-n結制作的基礎上，進行電池的電極和連線制作(1)在窗口層硫化鎘層上蒸鍍或者印刷梳狀前電極。(2)完成背電極，前電極連線焊接。(3)完成電池制作。實施例2碲化鎘薄膜太陽電池的制備(1)選擇厚度0. 05mm以上的銅板(紫銅黃銅均可)作為電池的支撐和背電極，超
聲清洗，烘干。(2)將碲化鎘粉和碲粉按重量比100 1的比例混合，并采用球磨方法混合6-8小 時。(3)采用無水乙醇/極性高分子溶液_ 二甲基甲酰胺將碲化鎘和碲混合粉末調和 成漿料，漿料處于中等粘稠度，攪拌至少1-2小時。(4)采用絲網印刷方法，將碲化鎘和碲混合漿料印刷涂敷在金屬背電極板上，然后 在350°C爐中烘烤一小時。用真空蒸鍍的方法在涂有碲化鎘層膜的金屬板上蒸鍍一層納米量級的碲化鎘納 米層，作為制作P-n結的過渡層。(1)采用真空鍍膜的方法蒸鍍硫化鎘層，200-250納米，形成p_n結。(2)p-n結退火，850°C退火約1小時。
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(3)完成p-n結制作。其中ρ型碲化鎘漿料包括碲化鎘100克；碲1克，球磨方法混合后將其在乙醇/ 二 甲基甲酰胺30-40ml (視漿料粘稠程度確定)中混勻配制成漿料。在完成p-n結制作的基礎上，進行電池的電極和連線制作(1)在窗口層硫化鎘層上蒸鍍或者印刷梳狀前電極。(2)完成前電極和背電極連線的焊接。(3)完成電池制作。實施例3碲化鎘薄膜太陽電池的制備ρ型碲化鎘薄膜層板和p-n結的制作(1)清洗制作電池支撐和背電極的金屬板，不銹鋼薄板，銅薄板。用超聲波清洗，烘 烤至完全干燥。(2)將碲化鎘粉和碲粉按重量比100 1的比例混合，并采用球磨方法研磨和混合 6-8小時。(3)采用無水乙醇溶液/極性溶液-二甲基甲酰胺將碲化鎘和碲混合粉末調和成 漿料，漿料粘稠度適中。(4)采用絲網印刷方法，將碲化鎘和碲混合漿料印刷涂敷在金屬背電極板上。(5)將涂有漿料的金屬板放置到退火爐中，退火600°C約40分鐘，然后溫度升 900°C約30分鐘。(6)在退火過程中通入氮氣保護。(7)退火后自然降溫至室溫，完成P型碲化鎘薄膜板的制作。(8)在金屬板為底的ρ型層上用真空蒸發(fā)的方法蒸鍍一層納米量級的碲化鎘納米 層，作為制作P-n結的過渡層。(9)采用真空鍍膜的方法蒸發(fā)硫化鎘層，200-250納米，形成p_n結。(10)p-n 結退火，800°C退火 1. 5 小時。(11)完成p-n結制作。在完成p-n結制作的基礎上，進行電池的電極和連線制作(1)在窗口層硫化鎘層上蒸鍍或者印刷梳狀前電極。(2)完成前、背電極連線焊接。(3)完成電池制作。實施例4P型碲化鎘薄膜層板制作及碲化鎘薄膜太陽電池的制備在金屬板上制作優(yōu)質ρ型碲化鎘薄膜是碲化鎘薄膜太陽電池制作的關鍵，P型碲 化鎘膜層厚度控制在2-8微米之間，電導率要達到或將近達到導體的水準。(1)清洗制作電池支撐和背電極的金屬板，不銹鋼板，銅板。用超聲波清洗，烘烤至 完全干燥。(2)將碲化鎘粉和碲粉按重量比100 1的比例混合，并采用球磨方法研磨和混合 6-8小時。(3)采用乙醇溶液將碲化鎘和碲混合粉末調和成漿料，漿料粘稠度適中。(4)采用絲網印刷方法，將碲化鎘和碲混合漿料印刷涂敷在金屬背電極板上。(5)將涂有漿料的金屬板放置到退火爐中，退火600°C約40分鐘，然后溫度升至
7950 °C約30分鐘。(6)在退火過程中通入氮氣保護。(7)退火后自然降溫至室溫，完成P型碲化鎘薄膜板的制作。(8)在金屬板為襯底的ρ型層上，采用真空熱蒸發(fā)的方法蒸鍍一層納米量級的碲 化鎘納米層，作為P型層的過渡層。(9)使用所制備的ρ型層薄膜板通過制造p-n結實現(xiàn)薄膜太陽電池的制造。實施例5優(yōu)質p-n結的制備，碲化鎘薄膜太陽電池的制備(1)以銅薄板作為太陽電池背電機，在該背電極板上制作優(yōu)質ρ型碲化鎘薄膜，ρ 型碲化鎘膜層厚度控制在2-8微米之間，電導率要達到或將近達到導體的水準。(2)在ρ型碲化鎘膜層上蒸鍍碲化鎘薄膜過渡層，目的是使碲化鎘膜層和硫化鎘 膜層形成晶格匹配和內建場均勻的質量優(yōu)良的P-n結。(3)在完成p-n結制備以后，按照上述退火數(shù)據(jù)對所制備的p-n結進行退火處理。(4)在窗口層面上蒸鍍梳狀電極。(5)在背電極和面電極上焊接連線，(6)完成硫化鎘/碲化鎘(CdS/CdTe)薄膜太陽電池的制造。上述實例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人是 能夠了解本發(fā)明的內容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精 神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
一種碲化鎘薄膜太陽電池的制造方法，其特征在于所述方法包括以下步驟(1)采用金屬板作為碲化鎘薄膜太陽電池的背電極，用絲網印刷方法在金屬板上涂覆p型碲化鎘漿料，制作p型碲化鎘膜層；(2)在p型碲化鎘膜層上制備中間過渡層和n型硫化鎘窗口層，形成p n結；(3)在窗口層硫化鎘膜層上蒸鍍或印刷梳狀前電極；焊接和連線前后電極完成碲化鎘薄膜太陽電池的制備。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(1)中ρ型碲化鎘漿料包括碲化 鎘和碲的混合物，所述碲化鎘和碲的重量比為100 1。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于所述ρ型碲化鎘漿料的配制方法包括將碲 化鎘粉和碲粉按重量比100 1的比例混合，并采用球磨方法混合6-8小時；然后采用無水 乙醇/二甲基甲酰胺溶液(或極性溶液)將碲化鎘和碲混合粉末調和成漿料，攪拌至混合 均勻的步驟。
4.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于所述ρ型碲化鎘漿料經過在金屬板上涂覆， 在退火爐中經過焙燒清除在P型碲化鎘薄膜層中的乙醇或二甲基甲酰胺溶液分子。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(1)中金屬板選自銅板、不銹鋼 板，所述金屬板的厚度在0. 05mm以上。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(1)中還包括用絲網印刷方法在 金屬板上涂覆P型碲化鎘漿料后將涂有漿料的金屬板放置到退火爐中，在保護氣氛中進行 退火處理，退火溫度控制在60(TC退火30 60分鐘，然后升溫至800 90(TC維持1 2 小時。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于所述保護氣氛為在惰性氣體或氮氣存在的 情況下。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(2)中所述中間過渡層為碲化鎘 納米層，所述碲化鎘納米層采用真空蒸發(fā)的方法在碲化鎘P型膜層上蒸鍍形成。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(2)中所述η型硫化鎘窗口層為 采用真空鍍膜的方法蒸發(fā)形成的硫化鎘層，所述硫化鎘層的厚度控制在200-250納米。
10.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(2)形成P-n結后需對P-n結退 火處理，退火溫度控制在750 790°C，退火時間控制在1 2小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碲化鎘薄膜太陽電池的制造方法，其特征在于所述方法包括以下步驟(1)采用銅薄板或不銹鋼薄板作為碲化鎘薄膜太陽電池的背電極，用絲網印刷方法在金屬板上涂覆p型碲化鎘漿料，制作p型碲化鎘膜層。涂覆的P型層退火溫度控制在600℃，退火時間為40分鐘，然后升溫至850℃維持1小時。(2)在p型碲化鎘膜層上制作中間過渡層和n型硫化鎘窗口層，形成p-n結。(3)在窗口層硫化鎘膜層上蒸鍍或印刷梳狀前電極。(4)前后電極連線和焊接，完成碲化鎘薄膜太陽電池的制造。該方法簡便，易于規(guī)模生產化，可以推動規(guī)?；a和較大幅度降低碲化鎘薄膜太陽電池成本和價格，而且能提高電池光電轉換效率。
文檔編號H01L31/0224GK101931031SQ201010233400
公開日2010年12月29日 申請日期2010年7月22日 優(yōu)先權日2010年7月22日
發(fā)明者吳洪才 申請人:西交利物浦大學