專利名稱：碲化鎘薄膜太陽能電池的制備方法及其使用的石墨導(dǎo)電膏的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碲化鎘(CdTe)薄膜太陽能電池的制備方法及其使用的石墨導(dǎo)電膏，屬于薄膜太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著當(dāng)今世界人口和經(jīng)濟(jì)的增長、能源資源的日益匱乏、環(huán)境的日益惡化以及人們對電能需求量越來越大，太陽能的開發(fā)和利用已經(jīng)在全球范圍內(nèi)掀起了熱潮。這非常有利于生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展、造福子孫后代，因此世界各國競相投資研究開發(fā)太陽能電池。太陽能電池是一種利用光生伏特效應(yīng)將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件。太陽能電池種類繁多，其中重要的一類為薄膜太陽能電池。碲化鎘薄膜太陽電池是以碲化鎘(CdTe)為吸收層的一種化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池。因其具有成本低、效率高、穩(wěn)定性好以及抗輻射能力強等優(yōu)點，而具有廣闊的市場應(yīng)用前景，得到人們極大的重視。CdTe的理論效率為28%，但是目前碲化鎘薄膜太陽能電池的最高轉(zhuǎn)化效率為17.3%，大面積組件(1.2X0.6m2)的轉(zhuǎn)化效率為13.4%，在商業(yè)上業(yè)已取得了成功。在將現(xiàn)有大面積組件轉(zhuǎn)化效率(13.4% )向理論效率(28% )提升的過程，阻礙的因素很多，其中背接觸是主要原因之一。CdTe薄膜太陽電池的一般結(jié)構(gòu)為:玻璃/透明導(dǎo)電膜/窗口層/吸收層/背接觸層/背電極層構(gòu)成的層疊結(jié)構(gòu)。玻璃襯底主要對電池起支架、防止污染和入射太陽光的作用。透明導(dǎo)電膜(TC0層)，主要 起的是透光和導(dǎo)電的作用。窗口層(如CdS)為n型半導(dǎo)體，與P型OdTe組成pn結(jié)。CdTe吸收層是電池的主體吸光層，與n型的CdS窗口層形成的Pn結(jié)是整個電池核心部分。背接觸層和背電極層使金屬電極與CdTe形成歐姆接觸，用以引出電流。CdTe具有很高的功函數(shù)(其功函數(shù)在5.5eV以上)，與大多數(shù)金屬都很難匹配，從而限制電池性能的提高。為了獲得良好的歐姆接觸，一般采用在CdTe吸收層與金屬背電極之間引入一層(緩沖層)，背接觸層的材料需要與CdTe的功函數(shù)相匹配來降低接觸電阻。目前常用的背接觸層材料有碲化鋅(ZnTe)、碲化汞(HgTe)，碲化銻(Sb2Te3)等，這些材料多為化合物半導(dǎo)體材料，其缺點一方面表現(xiàn)為材料本身價格較為昂貴；另一方面表現(xiàn)為在制備手段上，需要采取蒸發(fā)法、濺射法等設(shè)備成本較高的方法進(jìn)行薄膜的沉積，因此在實際產(chǎn)業(yè)化中并沒有優(yōu)勢，使得碲化鎘薄膜太陽電池的成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種碲化鎘薄膜太陽能電池的制備方法及其使用的石墨導(dǎo)電膏。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的第一種技術(shù)方案是:一種碲化鎘薄膜太陽能電池用石墨導(dǎo)電膏，所述石墨導(dǎo)電膏主要由下列質(zhì)量百分含量的材料組成:CuxS10 75%;
填充材料25 90%;其中，X大于或等于0.88，且小于或等于2 ;所述CuxS的粒徑小于或等于0.5微米；所述填充材料的粒徑為0.005 0.9微米；所述填充材料為石墨或/和炭黑。 在一較佳實施例中，所述CuxS為Cu2S、Cu1.95S、Cu1.75S或者CuS。在一較佳實施例中，所述石墨導(dǎo)電膏中還含有質(zhì)量百分含量為I 10%的締粉、質(zhì)量百分含量為0.5 9%含萊化合物以及質(zhì)量百分含量為0.1 15%的分散劑；其中，所述分散劑為鄰苯二甲酸酯和乙二醇酯中的至少一種。在一較佳實施例中，所述含汞化合物為碲化汞、氧化汞、硫化汞、氯化汞、硫酸汞或硝酸汞。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的第二種技術(shù)方案是:一種制備碲化鎘薄膜太陽能電池的方法，包括形成一碲化鎘層，在所述碲化鎘層的一側(cè)面覆蓋厚度為0.5 3微米的石墨導(dǎo)電膏，干燥后在退火爐中，200 300°C溫度條件下熱處理5 60分鐘；其中，所述石墨導(dǎo)電膏主要由下列質(zhì)量百分含量的材料組成:CuxS10 75%;填充材料25 90%;其中，X大于或等于0.88，且小于或等于2 ;所述CuxS的粒徑小于或等于0.5微米；所述填充材料的粒徑為0.005 0.9微米；所述填充材料為石墨或/和炭黑。在一較佳實施例中，所述石 墨導(dǎo)電膏中還含有質(zhì)量百分含量為0.1 15%的分散齊U，該分散劑為鄰苯二甲酸酯和乙二醇酯中的至少一種。在一較佳實施例中，所述石墨導(dǎo)電膏中還含有質(zhì)量百分含量為I 10%的締粉。在一較佳實施例中，所述石墨導(dǎo)電膏中還含有質(zhì)量百分含量為0.5 9%含汞化合物。在一較佳實施例中，所述含汞化合物為碲化汞、氧化汞、硫化汞、氯化汞、硫酸汞或硝酸汞。在一較佳實施例中，所述石墨為氧化石墨。在一較佳實施例中，所述CuxS為Cu2S、Cul95S, Cul75S或者CuS。上述技術(shù)方案中的有關(guān)內(nèi)容解釋如下:1、上述方案中，所述乙二醇酯具體可以為:二甲基丙烯酸乙二醇酯、二巰基乙酸乙
二醇酯、二乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇單乙酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二丙酸酯、乙二醇二丁酸酯、乙二醇二硝酸酯、乙二醇碳酸酯、C5-9脂肪酸乙二醇雙酯、乙二醇二乙酸酯。2、上述方案中，所述鄰苯二甲酸酯具體可以為鄰苯二甲酸二辛酯；鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)、鄰苯二甲酸甲苯基丁酯(BBP)、鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)、鄰苯二甲酸二丙酯(DPrP)、鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP)、鄰苯二甲酸二戊酯(DPP)、鄰苯二甲酸二正辛酯(DNOP)、鄰苯二甲酸二異壬酯(DINP)、鄰苯二甲酸二異癸酯(DIDP)、鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)、鄰苯二甲酸二己酯(DHP)、鄰苯二甲酸二環(huán)己酯(DCHP)、鄰苯二甲酸二異辛酯(DIOP)、鄰苯二甲酸二正壬酯(DNNP)。3、上述方案中，所述碲化鎘層的表面在涂覆石墨導(dǎo)電膏層之前進(jìn)行清洗，清洗液包括NP (硝酸和磷酸混合液)、NA (硝酸和冰乙酸混合液)、BM(溴和甲醇混合液)和KD (重鉻酸鉀和硫酸混合液)。由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點和效果:1、本發(fā)明采用混合有硫化銅(CuxS)粉末的導(dǎo)電石墨膏作為背接觸層材料，薄膜制備可以采用涂覆、噴涂、打印等簡單的方法進(jìn)行，不需要化學(xué)水浴沉積薄膜，更不需要昂貴的真空設(shè)備，背接觸結(jié)構(gòu)制備過程快速高效。2、本發(fā)明含石墨烯的石墨膏配方所需材料價格便宜，制備工藝簡單，所需設(shè)備的成本較低，有利于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。3、經(jīng)過本發(fā)明制備的碲化鎘太陽能薄膜電池背接觸層，能夠在碲化鎘層和背電極金屬層之間獲得良好的歐姆接觸特性，對電池性能提升有很大幫助。4、本發(fā)明在常壓下涂覆碲化鎘太陽能電池背接觸層，不需真空設(shè)備，同時原料成本也較低，有利于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。


附圖1為本發(fā)明制得的碲化鎘薄膜太陽能電池示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:實施例一:碲化鎘薄膜太陽能電池的制備方法及其使用的石墨導(dǎo)電膏本發(fā)明制得的碲化鎘薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)如圖1所示，在附圖1中，為了清楚起見，夸大了層和區(qū)域的厚度。并且，各層之間的圖示厚度比例并不實際反映太陽電池中各層的厚度比例。碲化鎘薄膜太陽能電池由透明導(dǎo)電膜5、窗口層4、CdTe吸收層3、由石墨烯和石墨構(gòu)成的導(dǎo)電背接觸層2和金屬背電極層I構(gòu)成。與常規(guī)的CdTe薄膜太陽電池類似，本發(fā)明的CdTe薄膜太陽電池也包括透明導(dǎo)電膜5、窗口層4和CMTe吸收層3,窗口層4和CMTe吸收層3用于形成pn異質(zhì)結(jié),其可以在光照射下產(chǎn)生光伏效應(yīng)。透明導(dǎo)電膜5優(yōu)選地,其為TCO(Transparent Conductive Oxide,透明導(dǎo)電氧化物)材料制成。窗口層4優(yōu)選地為硫化鎘(CdS)材料制成，窗口層4和CdTe吸收層3的具體制備方法過程為本領(lǐng)域技術(shù)人員所悉知，在此不作一一詳述。同時需要說明的是，CdS窗口層4和/或CdTe吸收層3的具體材料改性(例如摻雜以提高轉(zhuǎn)換效率)均不受本發(fā)明實施例限制，其均應(yīng)該落入本發(fā)明提供的CdTe薄膜太陽電池的范圍中。本實施例中的TCO透明導(dǎo)電膜5的具體材料為二氧化錫摻氟，其也可以為氧化鋅摻鋁或銦錫氧化物等，要求材料具有較高的透過率和導(dǎo)電率，通過濺射法、化學(xué)氣相反應(yīng)法進(jìn)行沉積。窗口層4的材料也可以是硫化鋅。窗口層4可以通過化學(xué)水浴法、濺射法進(jìn)行沉積。CdTe吸收層3，通過近空間升華法進(jìn)行沉積。由CuxS和石墨構(gòu)成的導(dǎo)電背接觸層2是通過將含CuxS的石墨導(dǎo)電膏涂覆到經(jīng)過腐蝕處理后的碲化鎘(CdTe)表面，厚度為0.5 3 iim，干燥后放入真空或者通有氮氣、氬氣、氦氣或者上述氣體的混合氣的退火爐中，在200 300°C下熱處理5 60min。冷卻至室溫后，在含石墨烯的石墨導(dǎo)電背接觸層上制備金屬電極。
金屬背電極層1，其材料可以是鎳、或鋁、或鉻、或金等，可以通過濺射、蒸發(fā)的方法進(jìn)行制備。本發(fā)明含CuxS的石墨導(dǎo)電膏的制備方法包括:將質(zhì)量百分含量為15%的Cu1.95S、質(zhì)量百分含量為75%的石墨、質(zhì)量百分含量為7%的碲(Te)粉加入3%鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)中混合均勻制得石墨導(dǎo)電膏。所述CuxS的粒徑小于或等于0.3微米；所述填充材料的粒徑為0.05 0.7微米；經(jīng)過本發(fā)明制備的碲化鎘太陽能薄膜電池背接觸層，能夠在碲化鎘層和背電極金屬層之間獲得良好的歐姆接觸特性。本發(fā)明在常壓下涂覆碲化鎘太陽能電池背接觸層，不需真空設(shè)備，同時原料成本也較低，有利于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。實施例二、碲化鎘薄膜太陽能電池的制備方法及其使用的石墨導(dǎo)電膏一種碲化鎘薄膜太陽能電池的制備方法，包括形成一碲化鎘層，在所述碲化鎘層的一側(cè)面覆蓋厚度為2微米的石墨導(dǎo)電膏，干燥后在退火爐中，260°C溫度條件下熱處理40分鐘；其中，所述石墨導(dǎo)電膏由下列質(zhì)量百分含量的材料組成:CuS10% ；填充材料90% ；CuS的粒徑小于或等于0.5微米。所述填充材料為炭黑，粒徑為0.005 0.9微米。本實施例中除了背接觸層2以外，其它部分的制備方法同實施例一，也可以采用習(xí)知的制備方法。在本實施例中，由于沒有添加分散劑，因此需要通過強力攪拌的方式將兩者混合均勻后再涂覆在碲化鎘吸收層3的一側(cè)面。實施例三、碲化鎘薄膜太陽能電池的制備方法及其使用的石墨導(dǎo)電膏一種碲化鎘薄膜太陽能電池的制備方法，包括形成一碲化鎘層，在所述碲化鎘層的一側(cè)面覆蓋厚度為I微米的石墨導(dǎo)電膏，干燥后在退火爐中，240°C溫度條件下熱處理50分鐘；其中，所述石墨導(dǎo)電膏的配方見表I。所述填充材料為石墨，粒徑為0.005 0.9微米；所述CuxS為CuS，粒徑為0.1
0.4微米。本實施例中除了背接觸層2以外，其它部分的制備方法同實施例一，也可以采用習(xí)知的制備方法。所述分散劑為乙二醇單乙酸酯。表1:石墨導(dǎo)電骨的配方
權(quán)利要求
1.一種碲化鎘薄膜太陽能電池用石墨導(dǎo)電膏，其特征在于:所述石墨導(dǎo)電膏主要由下列質(zhì)量百分含量的材料組成: CuxS10 75% ; 填充材料25 90%; 其中，X大于或等于0.88，且小于或等于2 ;所述CuxS的粒徑小于或等于0.5微米；所述填充材料的粒徑為0.005 0.9微米；所述填充材料為石墨或/和炭黑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨導(dǎo)電膏，其特征在于:所述CuxS為Cu2S、Cul95S,Cul75S或者CuS。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨導(dǎo)電膏，其特征在于:所述石墨導(dǎo)電膏中還含有質(zhì)量百分含量為I 10 %的締粉、質(zhì)量百分含量為0.5 9 %含萊化合物以及質(zhì)量百分含量為0.1 15%的分散劑；其中，所述分散劑為鄰苯二甲酸酯和乙二醇酯中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的石墨導(dǎo)電膏，其特征在于:所述含汞化合物為碲化汞、氧化汞、硫化汞、氯化汞、硫酸汞或硝酸汞。
5.一種使用如權(quán)利要求1所述石墨導(dǎo)電膏制備碲化鎘薄膜太陽能電池的方法，包括形成一碲化鎘層，其特征在于:在所述碲化鎘層的一側(cè)面覆蓋厚度為0.5 3微米的石墨導(dǎo)電膏，干燥后在退火爐中，200 300°C溫度條件下熱處理5 60分鐘；其中，所述石墨導(dǎo)電膏主要由下列質(zhì)量百分含量的材料組成: CuxS10 75% ; 填充材料 25 90%; 其中，X大于或等于0.88，且小于或等于2 ;所述CuxS的粒徑小于或等于0.5微米；所述填充材料的粒徑為0.005 0.9微米；所述填充材料為石墨或/和炭黑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:所述石墨導(dǎo)電膏中還含有質(zhì)量百分含量為0.1 15%的分散劑，該分散劑為鄰苯二甲酸酯和乙二醇酯中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:所述石墨導(dǎo)電膏中還含有質(zhì)量百分含量為I 10%的碲粉。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:所述石墨導(dǎo)電膏中還含有質(zhì)量百分含量為0.5 9%含汞化合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:所述含汞化合物為碲化汞、氧化汞、硫化汞、氯化汞、硫酸汞或硝酸汞。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:所述石墨為氧化石墨。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:所述CuxS為Cu2S、Cul95S,Cul75S或者CuS。
全文摘要
一種碲化鎘薄膜太陽能電池的制備方法及其使用的石墨導(dǎo)電膏，包括形成一碲化鎘層，其特征在于在所述碲化鎘層的一側(cè)面覆蓋厚度為0.5～3微米的石墨導(dǎo)電膏，干燥后在退火爐中，200～300℃溫度條件下熱處理5～60分鐘；其中，所述石墨導(dǎo)電膏主要由10～75％的CuxS和25～90％的填充材料組成。其中，x大于或等于0.88，且小于或等于2；所述CuxS的粒徑小于或等于0.5微米；所述填充材料的粒徑為0.005～0.9微米；所述填充材料為石墨或/和炭黑。本發(fā)明采用混合有硫化銅(CuxS)粉末的導(dǎo)電石墨膏作為背接觸層材料，薄膜制備可以采用涂覆、噴涂、打印等簡單的方法進(jìn)行，不需要化學(xué)水浴沉積薄膜，更不需要昂貴的真空設(shè)備，背接觸結(jié)構(gòu)制備過程快速高效。
文檔編號H01B1/10GK103198875SQ201210004948
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者牛學(xué)鵬, 辜瓊誼, 楊培 申請人:無錫尚德太陽能電力有限公司, 四川尚德太陽能電力有限公司