[发明专利]硒化钒薄膜作背接触层的CdTe太阳电池

说明书

技术领域

本发明属于新能源材料与器件领域，特别涉及一种碲化镉薄膜太阳电池的制备方法。

背景技术

由于CdTe具有较高的吸收系数和适合太阳能转换的最佳能隙，因此，在光伏领域，CdTe作为一种重要的光电转换材料受到人们广泛关注和重视。它与宽能隙的CdS（~2.42 eV）形成CdS/CdTe异质结太阳电池，有接近30%的理论转换效率。目前，实验室小面积电池的效率已经突破16%，商业化组件的效率已达11%。

CdTe太阳电池的基本结构为：玻璃（G）/透明导电膜(T)/n-CdS(W)/p-CdTe (A)/金属背电极 (M)，其中透明导电膜（TCO）为前电极，CdS为窗口层，CdTe为吸收层，如图1所示。在CdTe太阳电池的制备过程中，实现CdTe与金属背电极之间的欧姆接触是获得稳定、高效电池的关键技术之一。由于CdTe的功函数很高，与大多数的金属都难以形成低电阻接触。因此，解决背接触问题的有效办法是将一种p型重掺杂的过渡层材料沉积在CdTe薄膜表面，通过沟道输运机制实现欧姆接触。

常规的CdTe太阳电池，背接触层采用铜或含铜材料，但会出现如下问题：对于Cu，常与腐蚀后不均匀的富Te层反应产生成分和结构复杂的碲铜相；对于含铜材料：如ZnTe:Cu、HgTe:Cu、Cu_xTe（1≤x≤2），因金属离子或杂质沿晶粒间界扩散使电池性能衰降。

发明内容

本发明的目的是为了消除上述电池中铜或含铜背接触层的缺陷，避免铜的扩散对CdTe太阳电池性能产生不良影响，进一步改进CdTe太阳电池的结构，提高填充因子和开路电压，从而获得较高的光电转化效率和稳定性。

为了实现本发明的目的，本发明的技术方案是采用一种不含铜的硒化钒材料（VSe_2-x，其中0≤x≤1，且其空间群为P-3m1，序号为164），添加在CdTe太阳电池的吸收层（CdTe）与金属背电极之间，作为CdTe太阳电池的背接触层，其厚度大于30 nm，小于500 nm。因此，太阳电池的结构变为：玻璃（G）/TCO(T)/n-CdS(W)/p-CdTe (A)/ VSe_2-x（B）/金属背电极 (M)。在改进的结构中，VSe_2-x为六方层状结构，p型半导体，其功函数与CdTe相当，载流子浓度很高，可作为过渡层沉积在CdTe薄膜表面，通过沟道输运机制获得低电阻接触。

最终，在CdTe太阳电池中，可实现欧姆接触，并使太阳电池的耗尽区变宽，界面复合降低，旁路电阻增大。具有硒化钒的CdTe太阳电池的电学性能测试结果为：旁路电阻有显著增加，填充因子提高10%~20%，开路电压也有所增加。由于本发明中未使用铜这样的受主掺杂剂，因此，电池在长期使用或存放后未见衰降，即器件稳定性良好。表1为CdTe太阳电池有无VSe_2-x（x=0）的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、填充因子(FF)、转换效率(η)、串联电阻(Rsh)、旁路电阻(Rsh)等器件参数。

表1 CdS/CdTe薄膜太阳电池有无硒化钒背接触层的比较