太阳能薄膜电池及其制作方法与流程

1.本技术涉及光伏技术领域，具体而言，涉及太阳能薄膜电池及其制作方法。


背景技术：

2.现有的碲化镉太阳能薄膜电池采用的是顶衬结构，即在衬底上依次沉积tco、窗口层、光吸收层、金属层。其中，光吸收层中有cdte，现有的碲化镉电池需要利用cdcl2后处理来获得高的光电转换效率。在cdcl2后处理之后，cdte表面形成富te层，非常容易被氧化，在金属层和cdte之间形成反向结，阻碍载流子移动。因此有必要使用弱酸性溶液腐蚀的方法去除表面氧化物，但这种清除表面氧化物的方法会产生含重金属的废水，增加了环境负担。
3.鉴于此，特提出本技术。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种太阳能薄膜电池及其制作方法，该制作方法制得的太阳能薄膜电池具有较高的光电转换效率，且制作过程产生较少的废水。
5.本技术是这样实现的：第一方面，本技术提供一种太阳能薄膜电池的制作方法，包括：在衬底上沉积金属层；在所述金属层之上沉积光吸收层，所述光吸收层包括cdte层和掺杂v族元素的cdte:v层，所述cdte:v层相对于所述cdte层靠近所述金属层；在所述光吸收层之上沉积窗口层，并进行cdcl2后处理；在所述窗口层之上沉积tco层。
6.在可选的实施方式中，所述cdte:v层的厚度大于所述cdte层的厚度。
7.在可选的实施方式中，所述cdte:v层的厚度为1~3μm，所述cdte层的厚度为1~3μm。
8.在可选的实施方式中，所述cdcl2后处理的温度为300~500℃。
9.在可选的实施方式中，所述cdcl2后处理的保温时长为5~30min。
10.在可选的实施方式中，所述v族元素为as、p、sb中的一种或多种。
11.在可选的实施方式中，所述光吸收层使用近空间升华方法沉积，所述金属层使用磁控溅射法沉积。
12.在可选的实施方式中，所述窗口层为cds或者cdse。
13.在可选的实施方式中，所述tco层为fto、azo、ito、mzo中的一种或多种。
14.在可选的实施方式中，所述衬底为镀tco膜层的玻璃。
15.第二方面，本技术提供一种太阳能薄膜电池，由前述实施方式中任一项所述的太阳能薄膜电池的制作方法制得。
16.本技术具有以下有益效果：与现有的顶衬结构不同，本技术实施例的制备方法采用了底衬结构，即在衬底上依次形成金属层、光吸收层、窗口层和tco层。光吸收层中的掺杂v族元素能够使空穴浓度提
高，有利于提高光电转换效率。而且本技术实施例提供的制作方法中，先制作金属层，再在金属层上制作光吸收层，不容易因光吸收层背表面暴露于空气中而形成氧化物，导致提高金属层与光吸收层的接触势垒的问题。这样也就无需再使用弱酸溶液对氧化层进行去除，减少了含cd或其他v族元素的废水的排放，制作工艺更为环保。此外，因采用底衬结构，采用cdcl2后处理激活时，cl从窗口层依次向cdte层、cdte:v层扩散，可以减少cdte:v层的cl含量，从一定程度上减少因cl扩散引起的v族元素掺杂量降低。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
18.图1为一种现有技术中的顶衬结构的太阳能薄膜电池示意图；图2为本技术一种实施例中的太阳能薄膜电池的示意图；图3为本技术一种实施例中太阳能薄膜电池的制作方法的流程图。
19.主要元件符号说明：100-太阳能薄膜电池；110-衬底；120-金属层；130-光吸收层；131-cdte层；132-cdte:v层；140-窗口层；150-tco层。
具体实施方式
20.图1为一种现有技术中的顶衬结构的太阳能薄膜电池示意图。如图1中所示，该太阳能薄膜电池为顶衬结构，即制作时依次在衬底上形成tco层、窗口层、光吸收层（包含cdte）和金属层。具体的制作流程包括：1）在衬底上制作tco层；2）在tco层上制作窗口层；3）在窗口层上沉积cdte以形成光吸收层；4）光吸收层形成后，进行cdcl2后处理；5）弱酸腐蚀去除光吸收层上的氧化层；6）沉积金属层，作为背电极。
21.在该工艺流程中，含有cdte的光吸收层形成之后的cdcl2后处理工艺是为了获得高的光电转换效率。但在cdcl2后处理过程中，光吸收层是暴露的，cdcl2后处理后cdte表面形成富te层，非常容易被氧化，在金属层和cdte之间形成反向结，阻碍载流子移动，因此需要弱酸性溶液对氧化物进行腐蚀去除。但是使用弱酸性溶液腐蚀去除氧化物的过程中，又不可避免地会产生含cd废水。如果在制作光吸收层时为了提高空穴浓度而使用了v族元素掺杂，比如as掺杂，那么还会产生含有v族元素的废水。此外，进行cdcl2后处理的过程中，p、as等v族原子较小，且替代te形成的受主其形成能较大，容易被更大的cl原子占据格点，导致掺杂失败，最终会对太阳能薄膜电池的光电转换效率带来负面影响。可见，现有的工艺制作太阳能薄膜电池的不够环保，且难以保证制得的太阳能薄膜电池的光电转换效率。另外，采用上述现有工艺制作太阳能电池时，由于tco层是最先沉积的，因此需要考虑tco层在后续工艺中的耐高温性能，在这种情况下，tco层的选材范围较窄，通常只能使用fto。所以，现
有工艺中tco层的材质选择的灵活性较差。
22.为了改善上述现有工艺制作太阳能薄膜电池的其中至少一个不足之处，本技术实施例提供一种太阳能薄膜电池的制作方法，通过在衬底上依次制作金属层、光吸收层、窗口层和tco层，获得底衬结构的太阳能薄膜电池，能够省去使用弱酸性溶液腐蚀去除氧化物的工序，避免产生过多废水，环保性高的同时也保证了太阳能薄膜电池的光电转换效率。
23.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
24.以下结合实施例对本技术的特征和性能作进一步的详细描述。
25.图2为本技术一种实施例中的太阳能薄膜电池100的示意图。如图2所示，本技术实施例提供的太阳能薄膜电池100为底衬结构，其包含衬底110上依次形成的金属层120、光吸收层130、窗口层140和tco层150。其中，衬底110可以选用玻璃或者镀tco膜层的玻璃。金属层120作为背电极，其材质包括单层钼、金、铂或其他具有良好导电性能的单层金属、合金或多层金属膜。光吸收层130包括cdte层131和掺杂v族元素的cdte:v层132，cdte:v层132相对于cdte层131靠近金属层120。具体的，cdte层131与窗口层140直接接触，cdte:v层132与金属层120直接接触。
26.可选的，cdte:v层132中掺杂的v族元素包括但不限于as、sb、p等。由于cdte的自补偿效应，cdte太阳能电池中的空穴浓度通常在10
15
cm-3
以下，有文献表明，使用v族元素掺杂后形成的cdte:v，空穴浓度可以提高到10
16 cm-3
以上，因此通过掺杂v族元素，能够提高太阳能薄膜电池100的光电转换效率。可选的，在本实施例中，cdte:v层132是重掺杂v族元素得到的。
27.可选的，cdte:v层132的厚度为1~3μm，cdte层131的厚度为1~3μm。进一步的，在本实施例中，cdte:v层132的厚度大于cdte层131的厚度。
28.进一步的，在本实施例中，窗口层140为cds或cdse，窗口层140作为n型半导体层与作为p型半导体层的cdte层131共同组成p-n结。
29.在本实施例中，tco层150（transparent conductive oxide）即为透明导电层，作为与金属层120对应的另一个电极。tco层150可选为fto（sno2掺杂氟的导电膜）、azo（掺杂铝的氧化锌导电膜）、ito（透明氧化铟锡导电薄膜）、mzo（掺杂钼的氧化锌导电膜）中的一种或多种。
30.图3为本技术一种实施例中太阳能薄膜电池100的制作方法的流程图。如图3所示，本技术实施例提供的太阳能薄膜电池100的制作方法包括：步骤s100，在衬底上沉积金属层。
31.在该步骤中，可选的，在玻璃衬底110上采用磁控溅射法，沉积一层金属层120，作为背电极。金属层120的材料可以是单层钼、金、铂或其他具有良好导电性能的单层金属、合金或多层金属膜。
32.步骤s200，在金属层之上沉积光吸收层，光吸收层包括cdte层和掺杂v族元素的cdte:v层，cdte:v层相对于cdte层靠近金属层。
33.具体的，可以首先在金属层120上，采用近空间升华方法（css）沉积cdte层131；然
后，继续使用近空间升华方法沉积掺杂v族元素的cdte:v层132。在本实施例中，cdte:v层132的厚度与cdte层131的厚度均在1~3μm之间，进一步的，可令cdte:v层132的厚度大于cdte层131的厚度。
34.在本技术实施例中，cdte:v层132中掺杂的v族元素包括但不限于as、sb、p等；可选的，cdte:v层132是重掺杂v族元素得到的。
35.步骤s300，在光吸收层之上沉积窗口层，并进行cdcl2后处理。
36.在本实施例中，窗口层140材料可选用cds或cdse。可选的，窗口层140沉积之后进行退火以消除应力，之后，进行cdcl2后处理。在本实施例中，cdcl2后处理包括在cdcl2气相氛围下对太阳能薄膜电池100的半成品进行退火，其中，cdcl2后处理的温度可选为300~500℃，cdcl2后处理的保温时长为5~30min。在cdcl2后处理时使用了高温快速退火处理，从而保证了高掺杂率的v族元素掺杂，也就保证了较高的空穴浓度，从而提高光电转换效率。
37.步骤s400，在窗口层之上沉积tco层。
38.在窗口层140沉积完，并进行了cdcl2后处理之后，可以先进行清洗，然后在窗口层140之上沉积tco层150。由于tco层150是最后沉积的，因此，其选材无需过多考虑其耐高温性能，因此选择范围较大。可选的，tco层150可以是fto、azo、ito或者mzo。
39.本技术实施例提供的太阳能薄膜电池100的制作方法具有以下优点：1）无需使用弱酸性溶液腐蚀去除氧化层，因此减少废水的产生。由于掺杂v族元素的cdte:v层132是直接沉积在金属层120上的，因此不存在光吸收层130背侧（靠近金属层120的一侧）长时间暴露的过程，光吸收层130的背侧也就不容易产生氧化层，所以无需用弱酸清洗，避免产生含cd、as等废水；2）在cdcl2后处理过程中，通过控制活化工艺，cdte:v层132已经被窗口层140覆盖，cdte:v层132中的cl含量可以更好地通过活化工艺控制，减少v族元素被cl占据格点的概率，因此能够保证v族元素的掺杂率；3）tco层150最后沉积，其选材无需过多地考虑耐高温性能，因此选择面更广，选择更加灵活。
40.综上所述，本技术实施例提供的太阳能薄膜电池100的制作方法采用了底衬结构，即在衬底110上依次形成金属层120、光吸收层130、窗口层140和tco层150。光吸收层130中的掺杂v族元素能够使空穴浓度提高，有利于提高光电转换效率。而且本技术实施例提供的制作方法中，先制作金属层120，再在金属层120上制作光吸收层130，不容易因光吸收层130背表面暴露于空气中而形成氧化物，导致提高金属层120与光吸收层130的接触势垒的问题。这样也就无需再使用弱酸溶液对氧化层进行去除，减少了含cd或其他v族元素的废水的排放，制作工艺更为环保。此外，窗口层140制作之后再进行cdcl2后处理，此时光吸收层130已被窗口层140覆盖，cdte:v层中v族元素被cl占据格点的概率被降低，因此能够保证v族元素的掺杂率。
41.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。