本发明涉及太阳能电池领域，特别是涉及一种碲化镉太阳能电池及其制备方法。
背景技术：
碲化镉太阳能电池，较单晶硅太阳能电池有制作方便，成本低廉和重量较轻等优点。碲化镉(cdte)薄膜太阳能电池简称cdte电池，它是一种以p型cdte和n型cds(硫化镉)的异质结为基础的薄膜太阳能电池。一般标准的碲化镉薄膜太阳能电池由五层结构组成：背电极、背接触层、cdte吸收层、cdte窗口层、tco(透明导电氧化物)层。碲化镉薄膜太阳能电池的生产成本大大低于晶体硅和其他材料的太阳能电池技术，其次它和太阳光谱很一致，可吸收95％以上的阳光。在广泛深入的应用研究基础上，国际上许多国家的cdte电池已由实验室研究阶段开始走向规模工业化生产。传统的碲化镉工艺是采用硫化镉/碲化镉(cds/cdte)，采用硫化镉第一会使短波的吸收降低，从而降低电池的性能；第二采用的硫化镉是有毒的物质，对环境和工作的人员都是不利的，而且传统的硫化镉的制备方法大多采用化学水浴法(cbd)，这种工艺还会产生很多废液，工艺控制难；第三为了实现太阳能电池的高效率，应在碲化镉层和背接触层之间建立良好的欧姆接触，为此，碲化镉电池一般都采用铜扩散对碲化镉层与背接触层的界面处的区域进行处理，而铜会扩散通过碲化镉层进入硫化镉膜层，形成深能级缺陷，从而破坏cds/cdte的p-n结结构，导致太阳能电池的稳定性大大降低，使得电池性能持续衰减。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种碲化镉太阳能电池及其制备方法，用于解决现有技术中采用硫化镉/碲化镉的电池结构存在的转化效率低，电池短路电流密度小及电池初始性能及长期稳定性较差等的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种碲化镉太阳能电池的制备方法，所述碲化镉太阳能电池的制备方法至少包括如下步骤：
1)提供一衬底层，所述衬底层具有相对的第一表面及第二表面，于所述衬底层的第一表面形成窗口层，所述窗口层的材料包括掺镁氧化锌；
2)于所述窗口层远离所述衬底层的表面形成光吸收层，所述光吸收层包括硒化镉/掺硒碲化镉/碲化镉的复合层；
3)于所述光吸收层远离所述窗口层的表面形成背电极层。
可选地，步骤2)形成所述光吸收层的方法包括：
2-1)采用近空间升华法于所述窗口层远离所述衬底层的表面形成硒化镉/碲化镉叠层结构；
2-2)将步骤2-1)得到的结构进行活化退火处理，以使所述光吸收层形成为具有掺硒梯度的硒化镉/掺硒碲化镉/碲化镉复合层。
进一步地，步骤2-1)形成所述硒化镉/碲化镉叠层结构的方法包括：首先采用近空间升华法于所述窗口层远离所述衬底层的表面形成一层硒化镉层；然后采用近空间升华法于所述硒化镉层的表面形成一层碲化镉层，从而形成所述硒化镉/碲化镉叠层结构。
进一步地，所述硒化镉层的厚度介于100nm～1700nm之间，所述碲化镉层的厚度介于1300nm-3900nm之间。
可选地，步骤2-1)形成所述硒化镉/碲化镉叠层结构的方法包括：首先采用近空间升华法于所述窗口层远离所述衬底层的表面形成一层硒化镉层；然后采用近空间升华法于所述硒化镉层的表面形成一层碲化镉层，从而形成硒化镉/碲化镉子叠层结构；于所述硒化镉/碲化镉子叠层结构上实现至少一个所述硒化镉/碲化镉子叠层结构循环，以形成所述硒化镉/碲化镉叠层结构。
进一步地，所述硒化镉层的厚度介于25nm～450nm之间，所述碲化镉层的厚度介于400nm-1000nm之间，所述硒化镉/碲化镉叠层结构包括3～6个所述硒化镉/碲化镉子叠层结构。
可选地，步骤2-2)中所述活化退火处理的活化退火温度介于350℃-600℃之间，所述活化退火处理的退火时间介于5min-40min之间。
可选地，步骤2)与步骤3)之间还包括对步骤2)得到的结构进行铜扩散处理的步骤，以在所述光吸收层远离所述窗口层的表面扩散入铜离子。
进一步地，所述铜扩散处理的步骤包括：将步骤2)得到的结构置于0.02mmol～0.15mmol的氯化铜溶液中浸渍15s-180s，冲洗，吹干。
可选地，步骤1)中采用磁控溅射法形成所述窗口层，步骤3)中，采用磁控溅射法形成所述背电极层，所述背电极层的材料包括由钼、铝及铬组成的群组中的一种或两种以上。
可选地，步骤1)中，所述掺镁氧化锌中镁的掺杂量介于0mol％～8mol％之间；步骤2)中，所述光吸收层中硒的掺杂量介于3mol％～20mol％之间。
本发明还提供一种碲化镉太阳能电池，所述碲化镉太阳能电池至少包括：
衬底层，具有相对的第一表面及第二表面；
窗口层，位于所述衬底层的第一表面上，所述窗口层的材料包括掺镁氧化锌；
光吸收层，位于所述窗口层远离所述衬底层的表面上，所述光吸收层包括硒化镉/掺硒碲化镉/碲化镉的复合层；
背电极层，位于所述光吸收层远离所述窗口层的表面上。
可选地，所述光吸收层远离所述窗口层的表面中扩散有铜离子。
可选地，所述背电极层的厚度介于220nm～250nm之间，所述窗口层的厚度介于40nm～70nm之间，所述光吸收层的厚度介于2.0μm～4.0μm之间，所述衬底层的材料包括掺氟氧化锡、导电玻璃、氧化钛或掺铝氧化锌，所述背电极层的材料包括由钼、铝及铬组成的群组中的一种或两种以上
如上所述，本发明的碲化镉太阳能电池的制备方法，该方法光吸收层采用硒化镉/掺硒碲化镉/碲化镉的复合层结构，该复合层结构有效降低了碲化镉的能带，使得电池对700nm～900nm的波长的光的吸收大幅增加，使太阳能电池对长波长和短波长光的吸收达到最大，以此增加电池短路电流密度，提高电池效率；另外太阳能电池窗口层采用掺镁氧化锌材料，该层作为太阳能电池中的缓冲层，可以为硒化镉层与衬底层之间的接触起到缓冲作用，减小界面间载流子的复合，从而进一步增大电流密度；最后，具有掺硒梯度的硒化镉/掺硒碲化镉/碲化镉复合层能有效阻止铜离子向掺镁氧化锌窗口层扩散，降低了深能级缺陷的产生，从而提高太阳能电池的初始性能和长期稳定性，且本方法操作简单，工艺简单且易于控制。
附图说明
图1显示为本发明的碲化镉太阳能电池的制备方法的流程步骤示意图。
图2至图7显示为本发明的碲化镉太阳能电池的制备方法中各步骤对应的结构示意图。
图8显示为本发明的碲化镉太阳能电池的制备方法中实施例一采用近空间升华法形成硒化镉/碲化镉叠层结构的横截面sem图。
图9显示为图8的硒化镉/碲化镉叠层结构经过活化退火处理后的横截面sem图。
图10显示为本发明的碲化镉太阳能电池的制备方法中实施例二采用近空间升华法形成硒化镉/碲化镉叠层结构的横截面sem图。
图11显示为图10的硒化镉/碲化镉叠层结构经过活化退火处理后的横截面sem图。
元件标号说明
1衬底层
2窗口层
3光吸收层
30硒化镉/碲化镉叠层结构
31硒化镉/碲化镉子叠层结构
32硒化镉层
33碲化镉层
4背电极层
5铜离子
s1～s3步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图11。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
请参阅图1，本发明提供一种碲化镉太阳能电池的制备方法，所述碲化镉太阳能电池的制备方法包括如下步骤：
s1，提供一衬底层，所述衬底层具有相对的第一表面及第二表面，于所述衬底层的第一表面形成窗口层，所述窗口层的材料包括掺镁氧化锌；
s2，于所述窗口层远离所述衬底层的表面形成光吸收层，所述光吸收层包括硒化镉/掺硒碲化镉/碲化镉的复合层；
s3，于所述光吸收层远离所述窗口层的表面形成背电极层。
如图1的s1步骤及图2所示，首先进行步骤s1，提供一衬底层1，所述衬底层1具有相对的第一表面及第二表面，于所述衬底层1的第一表面形成窗口层2，所述窗口层2的材料包括掺镁氧化锌。
作为示例，所述衬底层1的材料包括掺氟氧化锡、导电玻璃、氧化钛或掺铝氧化锌，所述衬底层1可以作为太阳能电池的前电极，起到导电子阻空穴的作用；所述衬底层1作为基板，其上可以镀膜，起到导电子阻空穴的作用。
作为示例，可以采用磁控溅射法形成所述窗口层2，也可以采用丝网印刷或射频溅射的方法形成所述窗口层2；所述窗口层2的厚度介于40nm～70nm之间。较佳地，所述窗口层2的材料包括掺镁氧化锌，其中，镁的掺杂量介于0mol％～8mol％之间。
如图1的s2步骤及图3至图5所示，接着进行步骤s2，于所述窗口层2远离所述衬底层1的表面形成光吸收层3(如图5所示)，所述光吸收层3包括硒化镉/掺硒碲化镉/碲化镉的复合层。
本实施例中，光吸收层3采用硒化镉/掺硒碲化镉/碲化镉的复合层结构，该复合层结构有效降低了碲化镉的能带，使得电池对700nm～900nm的波长的光的吸收大幅增加，使太阳能电池对长波长和短波长光的吸收达到最大，以此增加电池短路电流密度，提高电池效率；另外太阳能电池窗口层2采用掺镁氧化锌材料，该层作为太阳能电池中的缓冲层，可以为硒化镉层与衬底层1之间的接触起到缓冲作用，减小界面间载流子的复合，从而进一步增大电流密度。
作为示例，所述光吸收层3中硒的掺杂量介于3mol％～20mol％之间。
作为示例，形成所述光吸收层3的方法包括：
2-1)，采用近空间升华法(closespacesublimation，css)于所述窗口层2远离所述衬底层1的表面形成硒化镉/碲化镉叠层结构30；
2-2)将步骤2-1)得到的结构进行活化退火处理，以使所述光吸收层3形成为具有掺硒梯度的硒化镉/掺硒碲化镉/碲化镉复合层。
较佳地，步骤2-1)中形成所述硒化镉/碲化镉叠层结构30的方法可以是单次循环的方式，也可以是多次循环的方式，具体地，采用单次循环的方式为：
请参阅图3，首先采用近空间升华法于所述窗口层2远离所述衬底层1的表面形成一层硒化镉层32；然后采用近空间升华法于所述硒化镉层32的表面形成一层碲化镉层33，从而形成所述硒化镉/碲化镉叠层结构30。较佳地，所述硒化镉层32的厚度介于100nm～1700nm之间，所述碲化镉层33的厚度介于1300nm-3900nm之间。
采用多次循环的方式为：
请参阅图4，首先采用近空间升华法于所述窗口层2远离所述衬底层1的表面形成一层硒化镉层32；然后采用近空间升华法于所述硒化镉层32的表面形成一层碲化镉层33，从而形成硒化镉/碲化镉子叠层结构31；于所述硒化镉/碲化镉子叠层结构31上实现至少一个所述硒化镉/碲化镉子叠层结构31循环，以形成所述硒化镉/碲化镉叠层结构30。较佳地，所述硒化镉层32的厚度介于25nm～450nm之间，所述碲化镉层33的厚度介于400nm-1000nm之间，所述硒化镉/碲化镉叠层结构30包括3～6个所述硒化镉/碲化镉子叠层结构31。
作为示例，步骤2-2)中所述活化退火处理的活化退火温度介于350℃-600℃之间，所述活化退火处理的退火时间介于5min-40min之间。
本实施例中，采用硒化镉/碲化镉叠层结构30沉积配合活化退火处理，使形成的膜层为具有一定掺硒梯度的性能优异的硒化镉/掺硒碲化镉/碲化镉复合层，该方法可以实现掺硒碲化镉层的均质化、可控化，从而进一步增加光电流，提高太阳能电池的短路电流密度。如图8所示为采用单次循环的方式形成的硒化镉/碲化镉叠层结构30的sem图，图9为对图8结构中的硒化镉/碲化镉叠层结构30进行活化退火处理后的sem图；如图10所示为采用多次循环的方式形成的硒化镉/碲化镉叠层结构30的sem图，图11为对图10结构中的硒化镉/碲化镉叠层结构30进行活化退火处理后的sem图。
请参阅图6，作为示例，在形成所述光吸收层3后以及形成后续的背电极层前，需要对前步骤形成的结构进行铜扩散处理的步骤，以在所述光吸收层3远离所述窗口层2的表面扩散入铜离子5。较佳地，所述铜扩散处理的步骤包括：将前述步骤得到的结构置于0.02mmol～0.15mmol的氯化铜溶液中浸渍15s-180s，冲洗，吹干。
一般地，碲化镉太阳能电池都会采用铜扩散进行处理，以提高电池效率，现有技术常用硫化镉作为窗口层，由于铜的离子特性，在进行扩散工艺时，铜离子会扩散至硫化镉层，取代镉空位，从而形成深能级缺陷，破坏硫化镉/碲化镉的p-n结结构，导致电池的性能变差。本实施例中采用掺硒的碲化镉层，由于硒在碲化镉中的溶解度远大于硫，因此硒化镉/碲化镉叠层结构沉积配合活化退火处理后形成一定掺硒梯度的性能优异的硒化镉/掺硒碲化镉/碲化镉复合层，其可有效阻止铜离子向掺镁氧化锌窗口层扩散，降低了深能级缺陷的产生，从而提高太阳能电池的初始性能和长期稳定性。
如图1的s3步骤及图7所示，接着进行步骤s3，于所述光吸收层3远离所述窗口层2的表面形成背电极层4。
作为示例，可以采用但不限于磁控溅射法形成所述背电极层4，所述背电极层4的材料包括由钼、铝及铬组成的群组中的一种或两种以上。
本实施例的碲化镉太阳能电池的制备方法，通过对各参数优化，可得到最高记录电池参数为转换效率为17.02％，开路电压823mv，短路电流密度27.86ma/cm2，填充因子74.2％。
实施例二
本发明还提供一种碲化镉太阳能电池结构，该结构可采用上述实施例一的制备方法制得，但也可以采用其他方法制备，在此不做限制。
请继续参阅图7，所述碲化镉太阳能电池至少包括：
衬底层1，具有相对的第一表面及第二表面；
窗口层2，位于所述衬底层的第一表面上，所述窗口层2的材料包括掺镁氧化锌；
光吸收层3，位于所述窗口层2远离所述衬底层1的表面上，所述光吸收层3包括硒化镉/掺硒碲化镉/碲化镉的复合层；
背电极层4，位于所述光吸收层3远离所述窗口层2的表面上。
光吸收层3采用硒化镉/掺硒碲化镉/碲化镉的复合层结构，该复合层结构有效降低了碲化镉的能带，使得电池对700nm～900nm的波长的光的吸收大幅增加，使太阳能电池对长波长和短波长光的吸收达到最大，以此增加电池短路电流密度，提高电池效率；另外太阳能电池窗口层2采用掺镁氧化锌材料，该层作为太阳能电池中的缓冲层，可以为硒化镉层与衬底层1之间的接触起到缓冲作用，减小界面间载流子的复合，从而进一步增大电流密度。
作为示例，所述光吸收层3远离所述窗口层2的表面中扩散有铜离子5。
一般地，碲化镉太阳能电池都会采用铜扩散进行处理，以提高电池效率，现有技术常用硫化镉作为窗口层，由于铜的离子特性，在进行扩散工艺时，铜离子会扩散至硫化镉层，取代镉空位，从而形成深能级缺陷，破坏硫化镉/碲化镉的p-n结结构，导致电池的性能变差。本实施例中光吸收层采用硒化镉/掺硒碲化镉/碲化镉复合层其可有效阻止铜离子向掺镁氧化锌窗口层扩散，降低了深能级缺陷的产生，从而提高太阳能电池的初始性能和长期稳定性。
作为示例，所述背电极层4的厚度介于220nm～250nm之间，所述窗口层2的厚度介于40nm～70nm之间，所述光吸收层3的厚度介于2.0μm～4.0μm之间，所述衬底层1的材料包括掺氟氧化锡、导电玻璃、氧化钛或掺铝氧化锌，所述背电极层4的材料包括由钼、铝及铬组成的群组中的一种或两种以上。
综上所述，本发明提供一种碲化镉太阳能电池的制备方法，该方法光吸收层采用硒化镉/掺硒碲化镉/碲化镉的复合层结构，该复合层结构有效降低了碲化镉的能带，使得电池对700nm～900nm的波长的光的吸收大幅增加，使太阳能电池对长波长和短波长光的吸收达到最大，以此增加电池短路电流密度，提高电池效率；另外太阳能电池窗口层采用掺镁氧化锌材料，该层作为太阳能电池中的缓冲层，可以为硒化镉层与衬底层之间的接触起到缓冲作用，减小界面间载流子的复合，从而进一步增大电流密度；最后，具有掺硒梯度的硒化镉/掺硒碲化镉/碲化镉复合层能有效阻止铜离子向掺镁氧化锌窗口层扩散，降低了深能级缺陷的产生，从而提高太阳能电池的初始性能和长期稳定性，且本方法操作简单，工艺简单且易于控制。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
1.一种碲化镉太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述碲化镉太阳能电池的制备方法至少包括如下步骤：
1)提供一衬底层，所述衬底层具有相对的第一表面及第二表面，于所述衬底层的第一表面形成窗口层，所述窗口层的材料包括掺镁氧化锌；
2)于所述窗口层远离所述衬底层的表面形成光吸收层，所述光吸收层包括硒化镉/掺硒碲化镉/碲化镉的复合层；
3)于所述光吸收层远离所述窗口层的表面形成背电极层。
2.根据权利要求1所述的碲化镉太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤2)形成所述光吸收层的方法包括：
2-1)采用近空间升华法于所述窗口层远离所述衬底层的表面形成硒化镉/碲化镉叠层结构；
2-2)将步骤2-1)得到的结构进行活化退火处理，以使所述光吸收层形成为具有掺硒梯度的硒化镉/掺硒碲化镉/碲化镉复合层。
3.根据权利要求2所述的碲化镉太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤2-1)形成所述硒化镉/碲化镉叠层结构的方法包括：首先采用近空间升华法于所述窗口层远离所述衬底层的表面形成一层硒化镉层；然后采用近空间升华法于所述硒化镉层的表面形成一层碲化镉层，从而形成所述硒化镉/碲化镉叠层结构。
4.根据权利要求3所述的碲化镉太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述硒化镉层的厚度介于100nm～1700nm之间，所述碲化镉层的厚度介于1300nm-3900nm之间。
5.根据权利要求2所述的碲化镉太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤2-1)形成所述硒化镉/碲化镉叠层结构的方法包括：首先采用近空间升华法于所述窗口层远离所述衬底层的表面形成一层硒化镉层；然后采用近空间升华法于所述硒化镉层的表面形成一层碲化镉层，从而形成硒化镉/碲化镉子叠层结构；于所述硒化镉/碲化镉子叠层结构上实现至少一个所述硒化镉/碲化镉子叠层结构循环，以形成所述硒化镉/碲化镉叠层结构。
6.根据权利要求5所述的碲化镉太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述硒化镉层的厚度介于25nm～450nm之间，所述碲化镉层的厚度介于400nm-1000nm之间，所述硒化镉/碲化镉叠层结构包括3～6个所述硒化镉/碲化镉子叠层结构。
7.根据权利要求2所述的碲化镉太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤2-2)中所述活化退火处理的活化退火温度介于350℃-600℃之间，所述活化退火处理的退火时间介于5min-40min之间。
8.根据权利要求1所述的碲化镉太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤2)与步骤3)之间还包括对步骤2)得到的结构进行铜扩散处理的步骤，以在所述光吸收层远离所述窗口层的表面扩散入铜离子。
9.根据权利要求8所述的碲化镉太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述铜扩散处理的步骤包括：将步骤2)得到的结构置于0.02mmol～0.15mmol的氯化铜溶液中浸渍15s-180s，冲洗，吹干。
10.根据权利要求1所述的碲化镉太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤1)中采用磁控溅射法形成所述窗口层，步骤3)中，采用磁控溅射法形成所述背电极层，所述背电极层的材料包括由钼、铝及铬组成的群组中的一种或两种以上。
11.根据权利要求1所述的碲化镉太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述掺镁氧化锌中镁的掺杂量介于0mol％～8mol％之间；步骤2)中，所述光吸收层中硒的掺杂量介于3mol％～20mol％之间。
12.一种碲化镉太阳能电池，其特征在于，所述碲化镉太阳能电池至少包括：
衬底层，具有相对的第一表面及第二表面；
窗口层，位于所述衬底层的第一表面上，所述窗口层的材料包括掺镁氧化锌；
光吸收层，位于所述窗口层远离所述衬底层的表面上，所述光吸收层包括硒化镉/掺硒碲化镉/碲化镉的复合层；
背电极层，位于所述光吸收层远离所述窗口层的表面上。
13.根据权利要求11所述的碲化镉太阳能电池，其特征在于：所述光吸收层远离所述窗口层的表面中扩散有铜离子。
14.根据权利要求11所述的碲化镉太阳能电池，其特征在于：所述背电极层的厚度介于220nm～250nm之间，所述窗口层的厚度介于40nm～70nm之间，所述光吸收层的厚度介于2.0μm～4.0μm之间，所述衬底层的材料包括掺氟氧化锡、导电玻璃、氧化钛或掺铝氧化锌，所述背电极层的材料包括由钼、铝及铬组成的群组中的一种或两种以上。
技术总结