一種半透明的碲鋅鎘薄膜太陽電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本項(xiàng)發(fā)明所屬領(lǐng)域?yàn)樾履茉搭I(lǐng)域，特別涉及一種用于建筑物外墻的半透明薄膜太陽電池。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽電池利用太陽能產(chǎn)生電能，但由于太陽光的功率密度較低而且太陽電池的轉(zhuǎn)換效率不高，使太陽電池電站的建設(shè)需要占用大面積的土地來接受足夠的陽光。在人口比較集中的城市和地區(qū)，從節(jié)約土地的觀點(diǎn)出發(fā)，光伏一體化建筑應(yīng)運(yùn)而生。光伏一體化建筑的特點(diǎn)是將太陽電池覆蓋在建筑表面，使建筑物的墻面同時(shí)具有光伏發(fā)電的功能，滿足部分建筑物內(nèi)的電力消耗，從而有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。
[0003]目前用于光伏一體化建筑的太陽電池有單晶硅電池，多晶硅電池和非晶硅電池，單晶硅和多晶硅電池的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效率高，工藝成熟，能夠大面積安裝于建筑墻面等。但是這兩種電池不具有透光的特點(diǎn)，不能用于對(duì)采光要求較高的建筑，因此半透明的太陽電池更加適合作為光伏一體化的建筑使用。非晶硅薄膜電池已經(jīng)成功用于建筑，但是硅材料是間接帶隙半導(dǎo)體，對(duì)太陽光的吸收系數(shù)較低，再加上它是非晶材料，這類單結(jié)電池組件的轉(zhuǎn)換效率通常只有7?8%左右，發(fā)電效率很低。
[0004]中國專利CN101276854A和CN102254966A均提出的是碲鋅鎘薄膜太陽電池，其特點(diǎn)是通過利用具有漸變帶隙的碲鋅鎘薄膜作為電池的吸收層，從而提高對(duì)太陽光譜的吸收范圍。但是這種碲鋅鎘薄膜太陽電池由于吸收層有幾百?幾千納米的碲鋅鎘或碲化鎘薄膜，還有幾十納米不透明的背電極材料，使得整個(gè)電池不透光，因此不適合用作建筑物的半透明幕墻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提出一種高效新型的半透明薄膜太陽電池。該方法的基本思想是利用碲鋅鎘薄膜作為薄膜太陽電池的吸收層材料，由于碲鋅鎘是直接帶隙半導(dǎo)體，對(duì)可見光的吸收系數(shù)高達(dá)105cm \且其禁帶寬度隨著鋅、鎘的相對(duì)含量從1.5eV可變化到2.2eV,因此可以通過調(diào)制鋅、鎘元素的比例制備出具有不同可見光吸收邊(不同顏色)的薄膜材料，再加上前后的透明電極就可以形成半透明的薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)。這種半透明的薄膜太陽電池既能透過部分太陽光，也能以較高的轉(zhuǎn)換效率發(fā)電，從而成為建筑一體化的理想幕
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[0006]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明由以下措施構(gòu)成的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。在白玻璃襯底上依次制備透明導(dǎo)電膜層、η型窗口層、碲鋅鎘吸收層、透明背電極層。透明導(dǎo)電膜(簡稱TCO)為IT0、Sn02:F (FTO)或ZnO:Al (ZTO)等η型材料，η型窗口層材料為CdS或ZnS薄膜。我們前期的研究結(jié)果表明，碲化鎘薄膜的禁帶寬度與鋅組份X的關(guān)系式為Eg=L 525+0.675χ，因此半透明的Cd1 xZnxTe吸收層的X應(yīng)在0.1?I之間，且厚度為10nm?500nm。電池結(jié)構(gòu)有如下兩種，(O上述Cd1 xZnxTe薄膜為本征材料，電池采用n_i_p結(jié)構(gòu)，η型CdS或ZnS薄膜為窗口層材料，Cd1 xZnxTe本征吸收層作為i層，ZnTe: Cu薄膜作為p型背接觸層，透明背電極采用P型透明導(dǎo)電薄膜(CuAlO2^ ZnO:N)，如圖1。(2)上述Cd工xZnxTe薄膜是p型材料(如摻銅后)，電池采用n-p結(jié)構(gòu)，η型ZnS薄膜為窗口層材料，Cd1 xZnxTe薄膜材料作為P層，透明背電極采用石墨烯材料，如圖2。
【附圖說明】
[0007]圖1為TOVCdSAM1 xZnxTe/ZnTe:Cu/p型透明導(dǎo)電膜結(jié)構(gòu)的碲鋅鎘薄膜太陽電池。
[0008]圖2為TOVZnSAM1 xZnxTe: Cu/石墨烯結(jié)構(gòu)的碲鋅鎘薄膜太陽電池。
【具體實(shí)施方式】
[0009]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅限于實(shí)施例中涉及的內(nèi)容。
[0010]實(shí)施例一:
第一種半透明的Cd1 xZnxTe薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)如圖1所示，電池為n_i_p結(jié)構(gòu)。在Sn02:F/CdS室溫基底上，先將CdTe和ZnTe —起共蒸發(fā)到襯底形成Cd1 xZnxTe薄膜，x在
0.1?I之間，厚度為10nm?500nm。將蒸發(fā)獲得的Cd1 xZnxTe薄膜取出，在干燥氮?dú)庵?00°C?350°C退火，保溫30分鐘，然后自然冷卻到室溫。用蒸發(fā)的方法在Cd1 xZnxTe薄膜上制備ZnTe = Cu薄膜，厚度50nm，然后在退火爐氮?dú)鈿夥者M(jìn)行150°C?200°C熱處理。最后用濺射方法鍍200nmZn0:N薄膜作p型透明背電極。由此得到第一種半透明的Cd1 xZnxTe薄膜太陽電池。
[0011]實(shí)施例二:
第二種半透明的Cd1 xZnxTe薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)如圖2所示，電池為η-p結(jié)構(gòu)。在SnO2:F/ZnS室溫基底上，先將CdTe、ZnTe和Cu三個(gè)靶一起共濺射到襯底形成Cd1 xZnxTe:Cu薄膜，X在0.1?I之間，厚度為10nm?500nm。將濺射獲得的Cd1 xZnxTe:Cu薄膜取出，在干燥氮?dú)庵?00°C?350°C退火，保溫30分鐘，然后自然冷卻到室溫。用濺射方法鍍50層石墨烯薄膜作透明背電極。由此得到第二種半透明的Cd1 xZnxTe薄膜太陽電池。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半透明的碲鋅鎘薄膜太陽電池，其特征是具有如下兩種結(jié)構(gòu):(I) TCO/CdS/Cd1 xZnxTe/ZnTe:Cu/ 透明背電極；(2) TCO/CdS/Cdi xZnxTe:Cu/ 透明背電極。2.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)為TCO/CdS/Cd! xZnxTe/ZnTe:Cu/透明背電極的半透明碲鋅鎘薄膜太陽電池，其特征是在TCO/CdS襯底上先沉積一層Cd1 xZnxTe薄膜，然后順序沉積ZnTeiCu薄膜和透明背電極。3.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)為TCO/CdS/Cd! xZnxTe:Cu/透明背電極的半透明碲鋅鎘薄膜太陽電池，其特征是在TCO/CdS襯底上先沉積一層Cd1 xZnxTe: Cu薄膜，然后沉積透明背電極。4.如權(quán)利要求1所述的半透明碲鋅鎘薄膜太陽電池，其特征是Cd! xZnxTe薄膜的x應(yīng)滿足0.1 < X < I，相應(yīng)薄膜的帶隙在1.6eV?2.2eV之間變化。5.如權(quán)利要求1所述的半透明碲鋅鎘薄膜太陽電池，其特征是CdlxZnxTe或Cd1 xZnxTe:Cu 薄膜的厚度在 10nm ?500nm。6.如權(quán)利要求1所述的半透明碲鋅鎘薄膜太陽電池，其特征是P型Cdi xZnxTe:Cu薄膜采用Cu作摻雜劑。7.如權(quán)利要求1所述的半透明碲鋅鎘薄膜太陽電池，其特征是透明背電極采用P型透明導(dǎo)電膜(CuAlO2S p-ZnO)或者石墨稀。
【專利摘要】本發(fā)明屬于新能源材料與器件領(lǐng)域，特別涉及一種用于建筑物外墻的半透明的碲鋅鎘薄膜太陽電池。本發(fā)明以碲鋅鎘薄膜作為薄膜太陽電池的吸收層材料，碲鋅鎘是直接帶隙半導(dǎo)體，對(duì)可見光的吸收系數(shù)高且其禁帶寬度可隨著鋅含量的增加從1.5eV變化到2.2eV，因此可以通過調(diào)制鋅、鎘元素的比例制備出具有不同顏色的薄膜材料，再加上前后的透明電極就能形成半透明的薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)。這種半透明的薄膜太陽電池既能透過部分太陽光，也能以較高的轉(zhuǎn)換效率發(fā)電，從而成為建筑一體化的理想幕墻。
【IPC分類】H01L31/0352, H01L31/0296, H01L31/0445, H01L31/065
【公開號(hào)】CN105161561
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510404295
【發(fā)明人】武莉莉, 馮良桓, 李衛(wèi), 張靜全, 王文武, 徐航, 黎兵, 曾廣根, 劉才
【申請(qǐng)人】四川大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年7月13日