專利名稱：碲鋅鎘/銅銦鎵硒疊層太陽(yáng)能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及疊層太陽(yáng)能電池，具體是指碲鋅鎘和銅銦鎵硒疊層太陽(yáng)能電池。
背景技術(shù)：
目前如何尋求新材料、新結(jié)構(gòu)來(lái)改善太陽(yáng)能電池的光伏性能參數(shù)是困擾光伏工作者的最大難題之一。在對(duì)傳統(tǒng)太陽(yáng)電池研究的基礎(chǔ)上，疊層太陽(yáng)電池的研究備受光伏界的
關(guān)注。 為了最大程度地有效利用更寬廣波長(zhǎng)范圍內(nèi)的太陽(yáng)光能量，太陽(yáng)光譜可以被分成連續(xù)的若干部分，用能量寬度與這些部分有最好匹配的材料做成電池，并按能隙從大到小的順序從外向里疊合起來(lái)，讓波長(zhǎng)最短的光被最外邊的寬帶隙材料電池利用，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光能夠透射進(jìn)去讓較窄能隙材料電池利用，這樣就有可能最大限度地將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)換成電能，具有這種結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池稱為疊層電池。疊層太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)難題在于要尋找兩種晶格匹配良好的半導(dǎo)體材料，其禁帶寬度將引起高效率的能量轉(zhuǎn)換。此外，在理想的情況下，電池導(dǎo)帶的最上層應(yīng)該有與底層價(jià)帶大約相同的能量，這使得頂端半導(dǎo)體的電子被太陽(yáng)光激發(fā)后能夠很容易的從導(dǎo)帶進(jìn)入底部半導(dǎo)體晶格的孔(價(jià)帶)，電子在價(jià)帶上又被不同波長(zhǎng)的太陽(yáng)光激發(fā)。這樣一來(lái)，兩部分的電池一起工作，像兩個(gè)串聯(lián)的蓄電池，并且總功率與兩個(gè)電池的功率總和相等。但是，如果在接合處價(jià)帶和導(dǎo)帶沒(méi)有被正確的匹配，當(dāng)電子流過(guò)時(shí)就會(huì)因?yàn)橛纱水a(chǎn)生的電阻造成功率損耗。例如，高效率的GaAs/Ge疊層電池早在1987年就制備出來(lái)了，結(jié)果證明由于電流不匹配而不能應(yīng)用。另外就是實(shí)際應(yīng)用中疊層電池的穩(wěn)定性問(wèn)題。碲鋅鎘(CdhZnxTe)薄膜太陽(yáng)能電池是在襯底上沉積多層薄膜而構(gòu)成的光伏器件。碲鋅鎘薄膜太陽(yáng)能電池一般結(jié)構(gòu)包括玻璃襯底，在玻璃襯底上依次沉積有透明導(dǎo)電前電極、n型CdS窗口層、p型碲鋅鎘吸收層、背電極。這種結(jié)構(gòu)的碲鋅鎘薄膜太陽(yáng)能電池對(duì)光的吸收利用率不高。太陽(yáng)光從外界依次經(jīng)過(guò)玻璃襯底、透明導(dǎo)電前電極、n型CdS窗口層，最后才到達(dá)碲鋅鎘吸收層。受各層光透射率等因素的影響，部分光能被以上各層反射和散射回外界，或被衰減轉(zhuǎn)換成熱。同時(shí)，由于碲鋅鎘吸收層很薄，有部分光沒(méi)完全被吸收而透過(guò)吸收層。美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室計(jì)算發(fā)現(xiàn)，疊層太陽(yáng)能電池頂電池和底電池最佳的禁帶寬度分別為I. 7eV和I. leV。碲鋅鎘的禁帶寬度隨x值可在I. 45eV到2. 46eV間連續(xù)可調(diào)。而銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽(yáng)能電池的禁帶寬度為I. leV，而且具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率和良好的抗輻射性能，是非常適合做疊層電池的底電池的材料之一。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決傳統(tǒng)疊層太陽(yáng)能電池面臨的晶格匹配等問(wèn)題，以及碲鋅鎘吸收層對(duì)太陽(yáng)光的不完全吸收。本發(fā)明的目的在于提出一種在透明襯底的二面分別生長(zhǎng)碲鋅鎘和銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池，構(gòu)成一種碲鋅鎘和銅銦鎵硒疊層太陽(yáng)能電池。
本發(fā)明的碲鋅鎘/銅銦鎵硒疊層太陽(yáng)能電池，包括透明襯底，在透明襯底迎光面上沉積有一吸收偏向短波的高能太陽(yáng)光的碲鋅鎘太陽(yáng)能電池，在透明襯底背光面上沉積有一吸收偏向長(zhǎng)波的低能太陽(yáng)光的銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池。所述的碲鋅鎘太陽(yáng)能電池，由在透明襯底迎光面上依次沉積的透明導(dǎo)電背電極、P型碲鋅鎘吸收層、n型CdS窗口層、透明導(dǎo)電前電極構(gòu)成。所述的銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池，由在透明襯底背光面上依次沉積的透明導(dǎo)電前電極、n型CdS窗口層、P型銅銦鎵硒吸收層、背電極構(gòu)成。所述的透明襯底為透明玻璃、透明聚酰亞胺、透明塑料中的任一種。所述的透明導(dǎo)電層為ITO、Sn02:F、Zn0:Al中的任一種。所述的背電極為Mo、Cu/Au、Cu/Ni、Al/Ni中的任一種。本發(fā)明采用在透明襯底的雙面制備碲鋅鎘和銅銦鎵硒疊層太陽(yáng)能電池，不僅可以提高光能的利用率和光電轉(zhuǎn)換效率，而且解決了傳統(tǒng)疊層電池存在的晶格匹配等問(wèn)題。同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝簡(jiǎn)便、應(yīng)用范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明的碲鋅鎘/銅銦鎵硒疊層太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面給出本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并結(jié)合附圖做詳細(xì)說(shuō)明。見(jiàn)圖1，本發(fā)明的碲鋅鎘/銅銦鎵硒疊層太陽(yáng)能電池，包括透明襯底1，在透明襯底I的迎光面上依次沉積透明導(dǎo)電背電極2，p型碲鋅鎘吸收層3，n型CdS窗口層4，透明導(dǎo)電前電極5，構(gòu)成碲鋅鎘太陽(yáng)能電池。在透明襯底I的背光面上依次沉積透明導(dǎo)電前電極6，n型CdS窗口層7，p型銅銦鎵硒吸收層8，背電極9，構(gòu)成銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池。其制備過(guò)程如下首先，在透明襯底I的兩面，分別濺射沉積厚度為200 800納米的透明導(dǎo)電背電極2和前電極6，材料為IT0、Sn02:F、Zn0:Al中的任一種。其中透明襯底為透明玻璃、透明聚酰亞胺、透明塑料中的任一種。在背電極層2上磁控濺射p型碲鋅鎘吸收層3，厚度為500 2000納米。采用射頻濺射方法在p型碲鋅鎘吸收層3上沉積n型CdS窗口層4，厚度為50 100納米。在制備好n型CdS窗口層4后，將其放置在快速退火爐中進(jìn)行退火。退火溫度在200 400°C，退火時(shí)間40 120分鐘。退火結(jié)束后，在n型CdS窗口層4上沉積100 400納米的透明導(dǎo)電前電極5。在透明導(dǎo)電前電極6上磁控濺射厚度為50 100納米的n型CdS窗口層7。采用共蒸發(fā)法，即用Cu、In、Ga、Se進(jìn)行反應(yīng)蒸發(fā)，在n型CdS窗口層7上沉積銅銦鎵硒吸收層8，厚度為1000 2000納米。蒸發(fā)時(shí)，襯底溫度控制在300 500°C。在銅銦鎵硒吸收層8上沉積背電極9，厚度10 30納米，材料為Mo、Cu/Au、Cu/Ni、Al/Ni中的任一種。
權(quán)利要求
1.一種碲鋅鎘/銅銦鎵硒疊層太陽(yáng)能電池，包括透明襯底(I)，其特征在于在透明襯底迎光面上沉積有一吸收偏向短波的高能太陽(yáng)光的碲鋅鎘太陽(yáng)能電池，在透明襯底背光面上沉積有一吸收偏向長(zhǎng)波的低能太陽(yáng)光的銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的一種碲鋅鎘/銅銦鎵硒疊層太陽(yáng)能電池，其特征在于所述的碲鋅鎘太陽(yáng)能電池，由在透明襯底(I)的迎光面上依次沉積的透明導(dǎo)電背電極(2)、p型碲鋅鎘吸收層(3)、n型CdS窗口層(4)、透明導(dǎo)電前電極(5)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的一種碲鋅鎘/銅銦鎵硒疊層太陽(yáng)能電池，其特征在于所述的銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池，由在透明襯底(I)的背光面上依次沉積的透明導(dǎo)電前電極(6)、11型013窗口層(7)、p型銅銦鎵硒吸收層(8)、背電極(9)構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種碲鋅鎘/銅銦鎵硒疊層太陽(yáng)能電池，在透明襯底的兩面分別沉積寬帶隙的碲鋅鎘太陽(yáng)能電池和窄帶隙的銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池。這種碲鋅鎘/銅銦鎵硒疊層太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)不僅大大擴(kuò)展了對(duì)太陽(yáng)光譜的吸收范圍，最大程度地提高了太陽(yáng)光能的利用，提高了光電轉(zhuǎn)換效率，而且還解決了傳統(tǒng)疊層太陽(yáng)能電池存在的晶格匹配等問(wèn)題。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝簡(jiǎn)便、應(yīng)用范圍廣泛。
文檔編號(hào)H01L31/0725GK102646746SQ201210091689
公開(kāi)日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者曹鴻, 王善力, 褚君浩 申請(qǐng)人:上海太陽(yáng)能電池研究與發(fā)展中心