一种碲化镉薄膜太阳电池及其背电极的制作方法
【专利摘要】一种碲化镉薄膜太阳电池的背电极，所述背电极包括一金属合金层该金属合金层的材质为由铜、镍、铬、钼、铝、钨、锌和银中的两种或者三种组成的金属合金。这些金属的原材料价格相对便宜，制得的金属合金功函数高，电阻率低，价格低廉，并且适应于应用溅射法，包括直流溅射和磁控溅射形成于碲化镉太阳电池上以形成背电极。
【专利说明】 一种碲化镉薄膜太阳电池及其背电极
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种碲化镉薄膜太阳电池，特别涉及一种具有金属合金背电极层的碲化镉薄膜太阳电池。
【背景技术】
[0002]碲化镉(CdTe)薄膜太阳电池是以碲化镉为吸收层的一种化合物半导体薄膜太阳电池。因其具有高效、低成本的特点，受到很多研究机构和公司的关注。目前碲化镉薄膜太阳电池的最高转化效率为17.3%，大面积组件(1.2X0.6m2)的转化效率达13.4%。
[0003]碲化镉薄膜太阳电池的结构一般为:玻璃/透明导电膜/窗口层/吸收层/背接触层/背电极层。其中吸收层碲化镉为P型，且其电子亲和势?4.3eV，禁带宽度?1.5eV,光谱响应与太阳光谱十分吻合。大约I微米厚的碲化镉可以吸收大约99%的太阳光，十分适合制作薄膜太阳能电池，其理论转化效率达到28%。但是由于其较高的电子亲和势和禁带宽度使其很难找到功函数比碲化镉高的金属材料，与其形成欧姆接触。因此普遍使用的解决方法是在碲化镉和背电极层之间引入背接触层，来减小接触势垒对空穴传输的阻碍，从而减小串联电阻。目前常用的背接触层材料有碲化锌(ZnTe)、碲化汞(HgTe)，碲化锑(Sb2Te3)等，但是这些常用的背接触层材料多为化合物半导体材料，电阻率比较高，不能够直接当作背电极层，因此需要引入适当的背电极层材料以提高对电流的收集能力，从而提高电池的性能。最希望得到的背电极层材料的特点是:功函数高，电阻率低，价格低廉，可以使用磁控溅射法或普通蒸镀的设备制备。
[0004]现有的背电极层材料主要为:l、Au电极:功函数比较高4.9eV,电阻率低，与Cu相结合可以得到很好的接触性能，但是价格昂贵每克350元，不能大面积使用。2、Ni电极:功函数高5.0eV，可以与ZnTe、石墨等背接触层材料相结合得到很好的接触性能，价格较低每500g约200元，可以大面积使用；但是有磁性，熔点高1450°C，不能使用磁控溅射和普通热蒸发进行蒸镀，必须使用电子束蒸发设备，设备成本较高，且原料利用率低。3、A1/Cr电极:属于贱金属，价格低廉，电阻率低，可以使用磁控溅射或普通热蒸发的方法制备，但是需要特殊的背接触材料结合使用，功函数较低。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种具有金属合金背电极层的碲化镉薄膜太阳电池。
[0006]为达到上述目的，本发明采用的第一种技术方案是:一种碲化镉薄膜太阳电池的背电极，所述背电极包括一第一金属合金层；所述第一金属合金层的材质为:
[0007](I)铜、镍、铬和钥中任意两种金属的合金；或
[0008](2)铜、镍、铬和钥中任意三种金属的合金；或
[0009](3)铜、镍、铬和钥中任意一种金属与铝、钨、锌和银中任意一种金属的合金；或
[0010](4)铜、镍、铬和钥中任意两种金属与铝、钨、锌和银中任意一种金属的合金；或
[0011](5)铜、镍、铬和钥中任意一种金属与铝、钨、锌和银中任意两种金属的合金。[0012]在一较佳实施例中，所述背电极还包括一单质金属层，该单质金属层的材质为镍、铜、铬、钥、招、鹤、锌或银。
[0013]在一较佳实施例中，所述背电极还包括一第二金属合金层，所述第二金属合金层的材质为:
[0014](I)铜、镍、铬和钥中任意两种金属的合金；或
[0015](2)铜、镍、铬和钥中任意三种金属的合金；或
[0016](3)铜、镍、铬和钥中任意一种金属与铝、钨、锌和银中任意一种金属的合金；或
[0017](4)铜、镍、铬和钥中任意两种金属与铝、钨、锌和银中任意一种金属的合金；或
[0018](5)铜、镍、铬和钥中任意一种金属与铝、钨、锌和银中任意两种金属的合金；
[0019]并且所述第二金属合金层选用与所述第一金属合金层不同的材质。
[0020]为达到上述目的，本发明采用的第二种技术方案是:包括背电极，该背电极包括一第一金属合金层；所述第一金属合金层为:
[0021](I)铜、镍、铬和钥中任意两种金属的合金；或
[0022](2)铜、镍、铬和钥中任意三种金属的合金；或
[0023](3)铜、镍、铬和钥中任意一种金属与铝、钨、锌和银中任意一种金属的合金；或
[0024](4)铜、镍、铬和钥中任意两种金属与铝、钨、锌和银中任意一种金属的合金；或
[0025](5)铜、镍、铬和钥中任意一种金属与铝、钨、锌和银中任意两种金属的合金。
[0026]在一较佳实施例中，所述背电极还包括一单质金属层，该单质金属层的材质为镍、铜、铬、钥、招、鹤、锌或银。
[0027]在一较佳实施例中，所述背电极还包括一第二金属合金层，所述第二金属合金层的材质为:
[0028](I)铜、镍、铬和钥中任意两种金属的合金；或
[0029](2)铜、镍、铬和钥中任意三种金属的合金；或
[0030](3)铜、镍、铬和钥中任意一种金属与铝、钨、锌和银中任意一种金属的合金；或
[0031](4)铜、镍、铬和钥中任意两种金属与铝、钨、锌和银中任意一种金属的合金；或
[0032](5)铜、镍、铬和钥中任意一种金属与铝、钨、锌和银中任意两种金属的合金；
[0033]并且所述第二金属合金层选用与所述第一金属合金层不同的材质。
[0034]上述技术方案中的有关内容解释如下:
[0035]1、上述方案中，二兀金属合金和三兀金属合金中，各种成分金属的质量比例是任意互溶比例。
[0036]2、上述方案中，背电极层的结构为:(I)单 层金属合金层；(2) —层单质金属层和一层金属合金层构成的叠层结构，单质金属层可以在金属合金层之上或者之下；(3)两层金属合金层构成的叠层结构，当为金属合金层构成叠层结构时，两层采用材质不同的合金，例如，上层为铜镍合金，下层则一般不为铜镍合金，其可以为铜铬合金。
[0037]由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果:
[0038]本发明的背电极材料采用由铜、镍、铬、钥、铝、钨、锌和银组合后构成的金属合金作为背电极。这些金属的原材料价格相对便宜，制得的金属合金功函数高，电阻率低，价格低廉，适应于应用溅射法，包括直流溅射和磁控溅射形成于碲化镉太阳电池上以形成背电极。【专利附图】
【附图说明】
[0039]附图1为本发明一种实施方式的示意图；
[0040]附图2为本发明另一种实施方式的示意图；
[0041]附图3为本发明制得的铜镍合金背电极的XRD图。
【具体实施方式】
[0042]下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
[0043]实施例一:一种碲化镉薄膜太阳电池及其背电极
[0044]附图1所示的为一种碲化镉薄膜太阳电池及其背电极，在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度。并且，各层之间的图示厚度比例并不实际反映太阳电池中各层的厚度比例。与常规的碲化镉薄膜太阳电池的结构类似，由玻璃101、透明导电膜层(Transparent Conductive Oxide,透明导电氧化物)102、硫化镉(CdS)层103、締化镉层104、背接触层105、背电极106和乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)层107。
[0045]玻璃101为浮法白板玻璃，厚度为3.2mm。透明导电膜层102为FT0，厚度为250nm。硫化镉层103的厚度为150nm。碲化镉层104的厚度为3000nm。背接触层105为石墨背接触层，厚度为500nm。背电极106由单层金属合金层(第一金属合金层)构成，其材质为铜镍合金，厚度为600nm。硫化镉层103和碲化镉层104用于形成pn结，其可以在光照射下产生光伏效应。透明导电膜层102、硫化镉层103、碲化镉层104和背接触层105的具体制备方法过程为本领域技术人员所悉知，在此不作一一详述。同时需要说明的是，硫化镉层103和/或碲化镉层104的具体材料改性(例如掺杂以提高转换效率)均不受本发明实施例限制，其均应该落入本发明提供的CdTe薄膜太阳电池的范围中。金属合金层可以通过应用溅射法，包括直流溅射和磁控溅射形成于背接触层105以制得背电极106。本发明制得的金属合金层的X射线衍射图如附图3所示，获得的电池的性能如下表所示:
[0046]
【权利要求】
1.一种碲化镉薄膜太阳电池的背电极，其特征在于:所述背电极包括一第一金属合金层；所述第一金属合金层的材质为: (1)铜、镍、铬和钥中任意两种金属的合金；或 (2)铜、镍、铬和钥中任意三种金属的合金；或 (3)铜、镍、铬和钥中任意一种金属与铝、钨、锌和银中任意一种金属的合金；或 (4)铜、镍、铬和钥中任意两种金属与铝、钨、锌和银中任意一种金属的合金；或 (5)铜、镍、铬和钥中任意一种金属与铝、钨、锌和银中任意两种金属的合金。
2.根据权利I所述的碲化镉薄膜太阳电池的背电极，其特征在于:所述背电极还包括一单质金属层，该单质金属层的材质为镍、铜、铬、钥、铝、钨、锌或银。
3.根据权利I所述的碲化镉薄膜太阳电池的背电极，其特征在于:所述背电极还包括一第二金属合金层，所述第二金属合金层的材质为: (1)铜、镍、铬和钥中任意两种金属的合金；或 (2)铜、镍、铬和钥中任意三种金属的合金；或 (3)铜、镍、铬和钥中任意一种金属与铝、钨、锌和银中任意一种金属的合金；或 (4)铜、镍、铬和钥中任意两种金属与铝、钨、锌和银中任意一种金属的合金；或 (5)铜、镍、铬和钥中任意一种金属与铝、钨、锌和银中任意两种金属的合金； 并且所述第二金属合金层选用与所述第一金属合金层不同的材质。
4.一种締化镉薄膜太阳电池,其特征在于:包括背电极，该背电极包括一第一金属合金层；所述第一金属合金层为: (1)铜、镍、铬和钥中任意两种金属的合金；或 (2)铜、镍、铬和钥中任意三种金属的合金；或 (3)铜、镍、铬和钥中任意一种金属与铝、钨、锌和银中任意一种金属的合金；或 (4)铜、镍、铬和钥中任意两种金属与铝、钨、锌和银中任意一种金属的合金；或 (5)铜、镍、铬和钥中任意一种金属与铝、钨、锌和银中任意两种金属的合金。
5.根据权利4所述的碲化镉薄膜太阳电池，其特征在于:所述背电极还包括一单质金属层，该单质金属层的材质为镍、铜、铬、钥、铝、钨、锌或银。
6.根据权利4所述的碲化镉薄膜太阳电池，其特征在于:所述背电极还包括一第二金属合金层，所述第二金属合金层的材质为: (1)铜、镍、铬和钥中任意两种金属的合金；或 (2)铜、镍、铬和钥中任意三种金属的合金；或 (3)铜、镍、铬和钥中任意一种金属与铝、钨、锌和银中任意一种金属的合金；或 (4)铜、镍、铬和钥中任意两种金属与铝、钨、锌和银中任意一种金属的合金；或 (5)铜、镍、铬和钥中任意一种金属与铝、钨、锌和银中任意两种金属的合金； 并且所述第二金属合金层选用与所述第一金属合金层不同的材质。
【文档编号】H01L31/0224GK103456800SQ201210188138
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年6月5日 优先权日:2012年6月5日
【发明者】蒋猛, 牛学鹏, 刘志强 申请人:无锡尚德太阳能电力有限公司