制備碲化鎘薄膜太陽能電池碲化鎘吸收層的電化學(xué)沉積方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于薄膜太陽能電池領(lǐng)域，具體涉及制備碲化鎘薄膜太陽能電池碲化鎘吸收層的電化學(xué)沉積方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碲化鎘(CdTe)薄膜太陽能電池是一種以P型CdTe和η型CdS的異質(zhì)結(jié)為基礎(chǔ)的薄膜太陽能電池。近年來，CdTe薄膜太陽能電池以其光電轉(zhuǎn)化率高、生產(chǎn)成本低、高穩(wěn)定性、吸收光譜寬、生命周期結(jié)束后可回收等優(yōu)點(diǎn)，倍受中外關(guān)注。
[0003]CdTe薄膜太陽能電池是在玻璃或是其它柔性襯底上依次沉積多層薄膜而構(gòu)成的光伏器件。一般標(biāo)準(zhǔn)的CdTe薄膜太陽能電池由五層結(jié)構(gòu)組成，其中箭頭方向?yàn)楣庹辗较颉?br>[0004]第一層是沉積在透明襯底上的透明導(dǎo)電氧化物(英文名稱為Transparent andConductive Oxide,簡稱TC0)層,主要起透光和導(dǎo)電的作用；第二層是CdS窗口層,該層為η型半導(dǎo)體；第三層是CdTe吸收層，為P型半導(dǎo)體，該層與窗口層的η型CdS形成ρ-η結(jié)，第四層是在CdTe吸收層上面沉積背接觸(英文名稱為back contact)層，該層的作用是降低CdTe和金屬電極的接觸勢壘，使金屬電極與CdTe形成歐姆接觸；最后沉積在背接觸層上的是背電極(英文名稱為back electrode)層,該層為金屬材料層，與TCO層通過外電路連接，用于將電流引出。具有上述結(jié)構(gòu)的CdTe薄膜太陽能電池在工作時，當(dāng)有光穿射透明襯底和TCO層照射到ρ-η結(jié)，且光子能量大于P型CdTe禁帶寬度時，吸收層價(jià)帶中的電子獲得能量躍遷到導(dǎo)帶，同時在價(jià)帶中產(chǎn)生空穴，在Ρ-η結(jié)附近會產(chǎn)生電子-空穴對，產(chǎn)生的非平衡載流子由于η型半導(dǎo)體到P型半導(dǎo)體形成的內(nèi)建電場作用向空間電荷區(qū)兩端漂移從而產(chǎn)生光生電勢。將ρ-η結(jié)與外電路導(dǎo)通時，電路中會出現(xiàn)電流。
[0005]制備CdTe吸收層常用的方法有:氣相輸運(yùn)法，近空間升華法，磁控濺射法和電沉積法。
[0006]電沉積時，需將待電沉積的基板放置于電解液中，將基板的透明導(dǎo)電層接上負(fù)極，和電解液中的正極連接，通過正負(fù)極通電即可將半導(dǎo)體化合物沉積到基板上。
[0007]對于碲化鎘薄膜太陽能電池，隨著所沉積吸收層厚度的增加，正負(fù)電極之間電場強(qiáng)度將隨之減小，導(dǎo)致半導(dǎo)體化合物沉積速度的降低，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0008]增加電場強(qiáng)度可以加快沉積速度，然而，為了保證光透過率，透明導(dǎo)電層通常很薄，具有較高的阻抗，導(dǎo)致基板與正電極之間的電場強(qiáng)度隨著基板上與外接電極距離的增加而減小，因此沉積后的吸收層容易形成距離外接電極近的地方膜層厚，而遠(yuǎn)離外接電極處的膜層薄的不均勻膜層，從而影響光電轉(zhuǎn)換效率，這種現(xiàn)象在大面積基板上尤為明顯。為了解決上述技術(shù)問題，美國專利文獻(xiàn)US2011/0290641A1公開了一種快速化學(xué)電沉積法生產(chǎn)太陽能電池的裝置和方法，包括具有很多接觸頂針的支撐結(jié)構(gòu)，每個所述接觸頂針都與基底層表面電接觸，形成多個分布式電極，給所述基底提供用于電沉積的電位(Anapparatus for electrodeposit1n, comprising a support structure including aplurality of contact pins, each contact pin of said plurality of contact pinsconfigure to establish electrical con tact with a substrate surface and therebysupply plating potential to the substrate)。將電流通過接觸頂針均勻地分布到待電沉積平板上，有效的提高待電沉積基板和電解液中正極之間電場強(qiáng)度的均勻性，使沉積后的吸收層厚度得于均勻分布。
[0009]待電沉積完畢、移除接觸頂針后，放置接觸頂針的地方就會產(chǎn)生接觸頂針孔洞，如果不對該接觸頂針孔洞進(jìn)行填補(bǔ)，隨后沉積的背電極將和透明導(dǎo)電極連接，使太陽能電池在使用時產(chǎn)生斷路，因此，需要在移除接觸頂針后在接觸頂針孔中填充電絕緣物質(zhì)。雖然此電絕緣物質(zhì)不參與光電轉(zhuǎn)換，但如果頂針截面積足夠小，對電池的整體轉(zhuǎn)換效率影響不大。
[0010]然而由于所沉積的CdTe和頂針之間具有一定的附著力，在移除頂針時，將有部分CdTe附著在頂針表面，使得接觸頂針孔洞面積增大，相應(yīng)的使太陽能電池單位面積內(nèi)參與光電轉(zhuǎn)換的有效面積減小，從而影響了光吸收轉(zhuǎn)換的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種制備碲化鎘薄膜太陽能電池碲化鎘吸收層的電化學(xué)沉積方法。該技術(shù)方案消除CdTe和頂針接觸電極之間的附著力，使得移除的頂針電極上不附有任何CdTe化合物，因此解決了現(xiàn)有電化學(xué)沉積法生產(chǎn)太陽能電池的裝置和方法中太陽能電池的單位面積里參與光電轉(zhuǎn)換的有效面積小，影響了太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率的問題。
[0012]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為:制備碲化鎘薄膜太陽能電池碲化鎘吸收層的電化學(xué)沉積方法，所述CdTe吸收層沉積的過程為間歇式沉積。
[0013]停止給接觸電極通電的時候，接觸電極離開待電沉積表面。由于所述接觸電極與待電沉積表面電連接的時間可以任意控制，因此，可以在所沉積CdTe膜層相對較薄的時候，停止給接觸電極通電，同時使接觸電極離開待電沉積表面，隨后將接觸電極與待電沉積表面再次電連接并通電，進(jìn)行第二次CdTe沉積，重復(fù)上述過程直到CdTe膜層達(dá)到所需要的厚度。
[0014]停止給接觸電極通電的時候，旋轉(zhuǎn)接觸電極。由于所述接觸電極可以任意旋轉(zhuǎn)，因此，可以在所沉積CdTe膜層相對較薄的時候，停止給接觸電極通電，同時旋轉(zhuǎn)接觸電極，隨后將再次使接觸電極與待電沉積表面通電，進(jìn)行第二次CdTe沉積，重復(fù)上述過程直到CdTe膜層達(dá)到所需要的厚度。
[0015]該方法還包括以下步驟:改變電解液流動的方向。通過改變電解液的流動速度和方向，使接觸電極在流動的電解液推動下作微小的運(yùn)動，在所沉積CdTe膜層相對較薄的時候，這種微小的運(yùn)動可以消除所沉積CdTe與針狀電極之間的附著力，從而解決了接觸電極帶走CdTe使光電轉(zhuǎn)換效率下降的問題。
[0016]在CdTe膜層較薄而與接觸電極的附著力足夠小時(例如CdTe膜厚為
0.01-0.5um),停止沉積，同時將接觸電極抬起或旋轉(zhuǎn)，徹底消除CdTe膜層與接觸電極的附著力，然后使接觸電極再次接觸TC0，或停止旋轉(zhuǎn)，通電后再進(jìn)行CdTe沉積，如此反復(fù)，直到CdTe達(dá)到所需的厚度(通常是0.4_4um)。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:由于每次沉積的CdTe膜層足夠薄，與針狀接觸電極之間的附著力足夠小，因此當(dāng)接觸電極離開待電沉積表面，或接觸電極旋轉(zhuǎn)時，CdTe不會隨著接觸電極的離開或旋轉(zhuǎn)而脫離待電沉積表面，從而消除了所沉積的CdTe與針狀電極之間的附著力。另一個方法是快速不斷改變電解液流動的方向，利用電解液對接觸電極的壓力，消除接觸電極和OdTe之間的附著力。當(dāng)完成CdTe沉積,移開接觸電極時,接觸電極將不會帶走任何CdTe化合物，因此，單位面積里參與光電轉(zhuǎn)換的有效面積不會減小，轉(zhuǎn)換效率也就不會受到任何影響。
【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1
制備碲化鎘薄膜太陽能電池碲化鎘吸收層的電化學(xué)沉積方法，所述CdTe吸收層沉積的過程為間歇式沉積。CdTe膜每沉積0.01-0.5um厚度時，停止給接觸電極通電，接觸電極離開待電沉積表面至少I秒鐘的時間，隨后將接觸電極與待電沉積表面再次電連接并通電，進(jìn)行再次CdTe沉積，重復(fù)上述過程直到CdTe膜層達(dá)到所需要的厚度。
[0019]實(shí)施例2
制備碲化鎘薄膜太陽能電池碲化鎘吸收層的電化學(xué)沉積方法，所述CdTe吸收層沉積的過程為間歇式沉積。CdTe膜每沉積0.01-0.5um厚度時，停止給接觸電極通電，旋轉(zhuǎn)接觸電極至少一圈，隨后將接觸電極與待電沉積表面再次電連接并通電，進(jìn)行再次CdTe沉積，重復(fù)上述過程直到CdTe膜層達(dá)到所需要的厚度。
[0020]實(shí)施例3
制備碲化鎘薄膜太陽能電池碲化鎘吸收層的電化學(xué)沉積方法，所述CdTe吸收層沉積的過程為間歇式沉積。CdTe膜每沉積0.01-0.5um厚度時，停止給接觸電極通電，接觸電極離開待電沉積表面至少I秒鐘的時間，隨后將接觸電極與待電沉積表面再次電連接并通電，進(jìn)行再次CdTe沉積，在沉積的同時，改變電解液流動的方向，直到CdTe膜層達(dá)到所需要的厚度。
[0021]實(shí)施例4
制備碲化鎘薄膜太陽能電池碲化鎘吸收層的電化學(xué)沉積方法，所述CdTe吸收層沉積的過程為間歇式沉積。CdTe膜每沉積0.01-0.5um厚度時，停止給接觸電極通電，旋轉(zhuǎn)接觸電極至少一圈，隨后將接觸電極與待電沉積表面再次電連接并通電，進(jìn)行再次CdTe沉積，在沉積的同時，改變電解液流動的方向，直到CdTe膜層達(dá)到所需要的厚度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.制備碲化鎘薄膜太陽能電池碲化鎘吸收層的電化學(xué)沉積方法，其特征在于:所述CdTe吸收層沉積的過程為間歇式沉積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)沉積方法，其特征在于:停止給接觸電極通電的時候，接觸電極離開待電沉積表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)沉積方法，其特征在于:停止給接觸電極通電的時候，旋轉(zhuǎn)接觸電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)沉積方法，其特征在于:該方法還包括以下步驟:改變電解液流動的方向。
【專利摘要】本發(fā)明屬于薄膜太陽能電池領(lǐng)域，具體涉及制備碲化鎘薄膜太陽能電池碲化鎘吸收層的電化學(xué)沉積方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為：制備碲化鎘薄膜太陽能電池碲化鎘吸收層的電化學(xué)沉積方法，所述CdTe吸收層沉積的過程為間歇式沉積。該技術(shù)方案消除CdTe和頂針接觸電極之間的附著力，使得移除的頂針電極上不附有任何CdTe化合物，因此解決了現(xiàn)有電化學(xué)沉積法生產(chǎn)太陽能電池的裝置和方法中太陽能電池的單位面積里參與光電轉(zhuǎn)換的有效面積小，影響了太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率的問題。
【IPC分類】C23C16-44, H01L31-18
【公開號】CN104638052
【申請?zhí)枴緾N201310543305
【發(fā)明人】張征宇, 李偉中
【申請人】恒基偉業(yè)知識產(chǎn)權(quán)管理顧問（北京）有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2013年11月6日