專利名稱：：雙層石墨導(dǎo)電膏作為CdTe電池的背電極過渡層結(jié)構(gòu)的制作方法雙層石墨導(dǎo)電膏作為CdTe電池的背電極過渡層結(jié)構(gòu)一所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
本項(xiàng)發(fā)明所屬領(lǐng)域?yàn)樘?yáng)能電池。
背景技術(shù)：
：全球范圍的能源危機(jī)，促使各個(gè)國(guó)家投入巨大人力、物力開發(fā)新型可再生能源。光伏電池能夠直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，而受到人們的特別重視。為了大幅度降低太陽(yáng)電池的成本，新一代太陽(yáng)電池的發(fā)展方向是以CdTe、銅銦硒為代表的薄膜太陽(yáng)電池。CdTe是II-VI族化合物半導(dǎo)體材料，CdTe的電子親和勢(shì)為4.28eV，功函數(shù)一般在5.5eV以上，比通?？捎米鞅畴姌O的金、鋁、銅、鎳等金屬的功函數(shù)高。按照p型半導(dǎo)體與金屬接觸理論，如果希望獲得歐姆接觸，則金屬功函數(shù)必須比半導(dǎo)體功函數(shù)大。常用的金屬背電極材料為Au、Ag、Cu、Al、Ni等，這些金屬材料的功函數(shù)都小于5eV，不能夠與CdTe電池形成良好歐姆接觸。另外，CdTe半導(dǎo)體材料與多數(shù)II-VI族化合物一樣，呈現(xiàn)自補(bǔ)償效應(yīng)，常規(guī)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)重?fù)诫s。因此，要獲得CdTe電池與金屬背電極之間的良好歐姆接觸，是CdTe基太陽(yáng)電池研究中的難點(diǎn)之一。在CdTe和金屬背電極之間采取加入過渡層的方法，是減小CdTe與金屬接觸勢(shì)壘，獲得歐姆接觸的有效方法。對(duì)過渡層材料的要求為1)價(jià)帶頂位置低于或者與CdTe的價(jià)帶頂基本在同一位置，使得半導(dǎo)體與金屬的接觸界面區(qū)域不出現(xiàn)阻礙空穴向背電極輸運(yùn)的價(jià)帶尖峰；2)能夠?qū)崿F(xiàn)重?fù)诫s。P.W.Meyers首先使用重?fù)诫sP-ZnTe作為CdTe基層和金屬電極間的過度層。此后，一些研究者，使用不同的方法，如蒸發(fā)法、濺射法、電化學(xué)沉積法等對(duì)多晶ZnTe薄膜的制備進(jìn)行了研究。R.G.Born等人研究了濺射法制備的ZnTe薄膜，實(shí)現(xiàn)了用Cu和N摻雜，使之成為P型半導(dǎo)體。T.A.Gerssert等人用濺射法制備了摻Cu的ZnTe薄膜，研究了電導(dǎo)率與襯底溫度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)襯底溫度高于26(TC左右時(shí)，電導(dǎo)率大幅度地降低。L.Feng等人研究了共蒸發(fā)法制備的Cu摻雜ZnTe多晶薄膜，發(fā)現(xiàn)隨溫度增加，薄膜存在反常電導(dǎo)溫度關(guān)系，即lno-1000/T曲線存在與常規(guī)半導(dǎo)體不同的負(fù)溫度系數(shù)區(qū)域，電導(dǎo)率極值對(duì)應(yīng)的溫度與銅濃度有關(guān)。但是反常電導(dǎo)行為的內(nèi)在成因尚不清楚。上述背接觸過渡層首先，是在真空條件下完成，這個(gè)過程需要投資較大的真空設(shè)備；其次，需要高純的半導(dǎo)體化合物材料，使得CdTe太陽(yáng)電池的成本大幅上升。另外一種加入背接觸過渡層的方法是，將HgTe、CuTe等化合物半導(dǎo)體粉混入石墨膏中，通過涂敷方法加在CdTe表面，然后再蒸發(fā)沉積金屬Ni背電極，也獲得較高CdTe電池轉(zhuǎn)換效率。這種方法的不足之處是需要高純化合物半導(dǎo)體HgTe或CuTe粉。生產(chǎn)HgTe粉有一定危險(xiǎn)性，Hg對(duì)生產(chǎn)環(huán)境有特別高的要求，對(duì)人員危害很大。CuTe的穩(wěn)定性差，容易導(dǎo)致銅元素向CdS層擴(kuò)散，破壞CdTe電池的pn結(jié)特性。HgTe和CuTe的成本較高，難以滿足太陽(yáng)電池的低成本要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的，是尋找一種新的CdTe太陽(yáng)電池背電極過渡層結(jié)構(gòu)，使得CdTe層與后面的金屬電極具有良好的歐姆接觸特性，提高CdTe電池轉(zhuǎn)換效率，降低CdTe電池成本。本發(fā)明是采用成本較低的單質(zhì)碲(Te)和高純銅(Cu)粉按比例與石墨粉混合均勻，配成兩種不同的石墨導(dǎo)電膏。一種是石墨粉加Te粉；另一種是石墨粉加Te粉和Cu粉。兩種配比的粉混合均勻后，分別用丙二醇調(diào)和均勻，作為過渡層涂敷材料。本發(fā)明的顯著特點(diǎn)是1)在大氣環(huán)境中進(jìn)行背接觸過渡層涂敷方式，減少真空系統(tǒng)，降低工藝對(duì)設(shè)備要求；2)采用石墨粉摻Te和石墨粉摻Te、Cu的雙層結(jié)構(gòu)，避免在高溫固化過程中，由于Cu擴(kuò)散而破壞CdTe電池的結(jié)特性；3)采用單質(zhì)半導(dǎo)體材料Te和金屬Cu粉，而不是半導(dǎo)體化合物，降低原料成本。采用該方法可以大幅度提高CdTe電池的填充因子(FF)和轉(zhuǎn)換效率(ri)。表l是在同一塊CdTe電池上，1/2作無背接觸層電池，1/2作雙層石墨導(dǎo)電膏背接觸過渡層太陽(yáng)電池。從表中可以看出，添加雙層石墨導(dǎo)電膏作為CciTe電池的背接觸過渡層后，開路電壓提高了43%，短路電流提高15.6%，填充因子提高60%，轉(zhuǎn)換效率由3.82%提高到10.17%。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表l對(duì)同一塊CdTe電池作有無石墨導(dǎo)電膏背接觸層的對(duì)比四具體實(shí)施方式實(shí)施例首先對(duì)CdTe電池表面進(jìn)行腐蝕，腐蝕液配方為H3P04+H20+HN03(100:40:1.25)。腐蝕時(shí)間30秒，去離子水清洗，氮?dú)獯蹈?。在高純石墨粉中添加高純Te粉，Te粉在石墨粉中的重量百分比為3~9%，用丙二醇調(diào)成糊。在高純石墨粉中添加高純Te粉和Cu粉，Te粉和Cu粉分別占石墨粉體重量的39%與0.3~1.8%。用丙二醇調(diào)成糊狀。CdTe表面經(jīng)過腐蝕吹干后，首先涂敷一層石墨添加碲粉導(dǎo)電膏，厚度0.5-3ym;然后，再涂敷一層墨導(dǎo)粉添加碲粉與銅粉，厚度0.53ura，形成碳粉添加Te粉和碳粉添加Te、Cu粉的雙層結(jié)構(gòu)。涂敷完石墨導(dǎo)電膏的樣品需放入惰性氣氛中高溫固化。惰性氣氛可以是氮?dú)?、氬氣和氦氣之一種，或三種氣體的混合氣體。固化溫度200°C~310°C，固化時(shí)間2545分鐘。樣品自然冷卻至室溫，鍍Ni電極。經(jīng)過本方法制備的CdTe電池背接觸過渡層，能夠在CdTe層與Ni層之間獲得良好的歐姆接觸特性；很好的解決Cu離子擴(kuò)散破壞CdTe電池結(jié)特性問題，改善電池二極管效應(yīng)；顯著提高CdTe電池的填充因子，可以獲得12%轉(zhuǎn)換效率的CdTe電池，達(dá)到提高CdTe電池轉(zhuǎn)換效率的目的。同時(shí)，由于本發(fā)明的方法，不需要在真空條件下實(shí)施背接觸層的沉積，減少設(shè)備投資，降低了CdTe電池的生產(chǎn)成本。權(quán)利要求1雙層石墨導(dǎo)電膏作為CdTe電池的背電極過渡層結(jié)構(gòu)，包括在純石墨粉中添加Te粉，添加Te粉和Cu粉，用丙二醇調(diào)配成兩種不同成分石墨導(dǎo)電膏；對(duì)CdTe表面分兩次涂敷石墨導(dǎo)電膏；對(duì)涂敷石墨導(dǎo)電膏后的CdTe樣品，在惰性氣氛中高溫固化；最后蒸發(fā)沉積金屬Ni。全文摘要雙層石墨導(dǎo)電膏作為CdTe電池的背電極過渡層結(jié)構(gòu)，本項(xiàng)發(fā)明所屬域?yàn)樘?yáng)電池。為了解決CdTe薄膜與背電極金屬層有良好的歐姆接觸，需要在CdTe與背電極金屬材料之間加入一層過渡層薄膜。本發(fā)明主要是采用對(duì)石墨粉添加Te粉和添加Te粉、Cu粉，配成兩種不同成份的石墨導(dǎo)電膏，在CdTe表面涂敷第一層石墨粉添加Te粉的石墨導(dǎo)電膏，再涂敷第二層石墨封添加Te粉、Cu粉的導(dǎo)電膏。通過添加Te、Cu金屬，改善了石墨導(dǎo)電膏中p型載流子傳輸特性，顯著提高CdTe電池的填充因子，使得CdTe電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到較高水平。采用二層涂敷層，可以有效避免在高溫固化中，由于Cu原子擴(kuò)散作用，給CdTe電池結(jié)特性造成的破壞作用。文檔編號(hào)H01L31/18GK101222000SQ200810045128公開日2008年7月16日申請(qǐng)日期2008年1月7日優(yōu)先權(quán)日2008年1月7日發(fā)明者馮良桓,張靜全,衛(wèi)李,武莉莉,蔡亞平,鄭家貴,智雷,兵黎申請(qǐng)人:四川大學(xué)