具有过渡层的碲化镉太阳电池
专利汇可以提供具有过渡层的碲化镉太阳电池专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且具有过渡层的碲化镉太阳 电池 ，属于一种 半导体 薄膜 太阳电池的结构设计。在碲化镉(P)与背 接触 层[P-型掺杂碲化锌(Z)或导电背 电极 (M)]之间加入不掺杂或低掺杂或两者迭加的碲化锌过渡层(B)。其掺杂浓度可以是均匀的，也可以是随过渡层厚度变化的，厚度在20A以上。该过渡层能改进原相邻两层之间的 晶格匹配 ，阻止背接触层中的 掺杂剂 原子 或金属原子向碲化镉扩散，堵塞碲化镉的漏电通道。从而提高了这种电池的光电转换效率和 稳定性 。，下面是具有过渡层的碲化镉太阳电池专利的具体信息内容。
本发明属于一种半导体薄膜太阳电池的结构设计。
碲化镉(CdTe)太阳电池是一种化合物半导体薄膜太阳电池。其基本 结构为：透明导电膜(T)/n-型硫化镉(C)/p-型碲化镉(P)/导电背电极 (M)，如图1所示。导电背电极常用掺铜的石墨电极。然而，由于p-型 半导体与导电电极之间难于形成良好的欧姆接触，从而抑制了这类电池的 光电转换效率。这已成为发展这类电池需解决的关键问题。
美国埃米泰克(Ametek)公司1990年申请的4977.097号专利，以及 美国可再生能源国家实验室(NREL)、科罗拉多矿业学院(CSM)均提出了 一种在p-型碲化镉层(P)与导电背电极之间加入一层P-型碲化锌薄膜 (Z)作为背接触层的太阳电池结构，如图2所示。这层碲化锌膜的掺杂剂 为铜或氮，正常的掺杂原子浓度在3％-8％范围内，厚度为250A- 1200A。这种结构的太阳电池虽然性能大为改善：填充因子提高10％左 右，开路电压提高3％左右，但是该结构还存在明显不足：
1.碲化锌中掺杂剂的加入，使碲化锌的晶格与相邻的碲化镉的失配加 剧，在两者之间形成较高的界面态，从而降低了太阳电池的性能。
2.碲化锌中的掺杂剂原子，或石墨电极中的铜原子能较快地向碲化镉 扩散，导致电池性能发生衰降。
3.因为碲化镉为多晶薄膜，具有大量的晶粒间界及局部微孔。它们会 形成微小的漏电通道，较高导电率的碲化锌不能对这些缺陷起修饰作用， 因而这类电池仍有较小的旁路电阻，这就抑制了填充因子和开路电压，从 而也压抑了光电效率。
本发明的目的就是为了消除上述缺陷，进一步改进这类太阳电池的结 构设计，使得到经过较高的旁路电阻，提高填充因子和开路电压，从而获得 更高的光电转换效率和稳定性。
为实现本发明目的，本发明的技术方案是设有不掺杂或掺杂浓度低于 3％的碲化锌过渡层，该过渡层在太阳电池结构中是：加在碲化镉与碲化锌 背接触层之间或者加在碲化镉与导电背电极之间代替背接触层。
采用本发明的结构设计，使太阳电池的耗尽区加宽，界面复活降低，堵 塞漏电流通道。从电池性能测量上表现为：旁路电阻从不到400Ω·cm2提 高到800Ω·cm2以上，提高填充因子5％以上，开路电压也有所提高。下面 给出测得的典型结果：
无过渡层 11.2％ 65％ 760MV 21.2mA/cm2
有过渡层 12.2％ 73.18％ 795MV 20.8mA/cm2
此外，本发明过渡层能阻挡P-型碲化锌的掺杂剂原子向碲化镉扩 散，从而减缓了这种电池在长期使用或存放后的衰降，即提高了稳定性。
图3、图4是具有过渡层的太阳电池结构图。
本发明的结构如图3、4所示。以原太阳电池为基础，在P-型碲化镉 (P)与P-型碲化锌(Z)之间加入碲化过渡层(B)(图3)，或在P-型碲化 镉(P)与导电背电极(M)之间加入碲化锌过渡层(B)(图4)。作为背触层 的P-型碲化锌膜，一般正常掺杂的掺杂剂原子浓度在3％-8％范围内。 而本发明加入的碲化锌过渡层则是不掺杂的碲化锌，也可以是低掺杂的碲 化锌。低掺杂的掺杂剂原子浓度低于3％。在制备低掺杂碲化锌过渡层 时，在整个过渡层中的掺杂剂浓度可以是均匀的，即选择一确定的掺杂浓 度；也可以是变化的，并可有两种情况；即掺杂剂浓度在过渡层的厚度方向 可以从0增加到正常掺杂水平(呈线性变化)，也可以是低于或等于正常掺 杂浓度水平的起伏变化(呈曲线变化)。
根据实际应用的需要，碲化锌过液层可以由不掺杂层或低掺杂层分别 单独构成，也可以用不掺杂区和低掺杂区迭加构成。特别是在(P)与(M) 之间加入过渡层(B)的情况下，采用迭加的过渡层更加合适。
过渡层(B)的厚度应大于20A，以100A～800A为宜，但大于1000A 也会有良好的作用。
碲化锌过渡层的掺杂剂为铜或氮，或其它能提供受主原子的掺杂剂。
碲化锌过渡层的制备与作为背接触层的P-型碲化锌的制备，可以采 用相同的设备与基本相同的工艺。
本发明过渡层的作用是：1.过渡作用。该层与碲化镉相邻处，掺杂浓 度低，甚至为0，使晶格畸变小，能与碲化镉晶格有良好的匹配；与正常掺 杂碲化锌相邻处，也有与之相近的掺杂浓度，两者间也会有良好的晶格匹 配。2.由于过渡层本身是不掺杂或低掺杂的，或者它包含了足够厚的不掺 杂或低掺杂区，因而能有效地阻挡背接触层(P-型碲化锌或导电电极)中 的掺杂剂原子，特别是铜原子，向碲化镉扩散。3.因过渡层本身电导率很 低，或包含有足够厚度的低电导率部分，如不掺杂碲化锌，其电导率比正常 掺杂碲化锌低约4～5个量级。因此，它能很好地起着堵塞碲化镉中漏电 通过的作用。使旁路电阻提高，从而有利于填充因子和开路电压的提高。 4.对于光伏效应，缓变结比突变结用利。本发明所述过渡层就是形成缓变 结，从而有利于光生载流子的收集，从而达到提高光电转换效率的根本目 的。
本发明实施例中采用的样品为透明导电膜/硫化镉/碲化镉结构 (TCO/Cds/CdTe)。经退火处理，再经腐蚀的去掉碲化镉表面的氧化层， 即可制备太阳电池。
实施例一：
用射频溅射法：靶为纯度达5个9的碲化锌，样品温度为室温，溅射气 体为氩，气压15毫乇，射频功率为40～50W，待所有工作参数调整好以 后，打开靶与样品间的隔板，沉积200A的不掺杂碲化锌过渡层(B)。然后 向溅射室中引入氮气，其氮与氩的气压比为2％～5％，再制备氮掺杂的P -型碲化锌背接触层(Z)，厚度约600A。
实施例二：
用真空蒸发法：蒸发源分别为纯度达5个9的铜与碲化锌。样品温度 为室温，基础真空为2×10-6乇。先对碲化锌蒸发源加热，调整蒸发速率 在2-6A/秒范围内，打开蒸发源与样品之间的隔板，在样品上沉积出一层 100A碲化锌。随即对铜蒸发源加热，由于铜蒸发速率的逐渐增加，沉积出 掺杂浓度逐渐增加，厚度约500A的P-型碲化锌层。上述两层构成了本 发明所述的过渡层(B)。最后，可选择好两种蒸发源的蒸发速率，如碲化 锌选8A/秒，铜选0.2A/秒，可沉积出铜原子浓度约6％，厚度约500A的P -型碲化锌背接触层(Z)。
实施例三：
用实施例二的方法：先沉积50A不掺杂碲化锌层。关掉样品与蒸发 源间的隔板，再对铜蒸发源加热，并调整好铜和碲化锌蒸发源的蒸发速率， 如碲化锌可选8A/秒，铜可选0.1A/秒。打开隔板，再沉积出铜原子浓度 约3％，厚度约600A的P-型碲化锌背接触层(Z)，也可以直接沉积导电 背电极(M)。
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