一种薄膜太阳能电池及其制备方法
阅读：1011发布：2020-12-23
专利汇可以提供一种薄膜太阳能电池及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 申请 公开了一种 薄膜 太阳能 电池 及其制备方法。本申请的薄膜 太阳能电池 ，包括前 电极 层、 半导体 层、背电极层和隧穿整流层，隧穿整流层设于前电极层和半导体层间，或者设于半导体层和背电极层间，或者同时设于前电极层和半导体层间，以及半导体层和背电极层间；隧穿整流层为 单层 或多层结构，隧穿整流层的材质为金属 氧 化物、金属氮化物、金属硫化物、金属氟化物中的至少一种。本申请的 薄膜太阳能电池 ，在前电极层和/或背电极层的表面设置隧穿整流层，利用隧穿整流层对 电子 进行整流，从而有效的避免了载流子的复合，提高太阳能电池的 短路 电流 以及开路 电压 ，进而提高光电转化效率。，下面是一种薄膜太阳能电池及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种薄膜太阳能电池，包括前电极层、半导体层和背电极层，其特征在于：还包括隧穿整流层，所述隧穿整流层设置于所述前电极层和半导体层之间，或者隧穿整流层设置于所述半导体层和背电极层之间，或者隧穿整流层同时设置于前电极层和半导体层之间，以及半导体层和背电极层之间；
所述隧穿整流层为单层或多层结构，隧穿整流层的单层或多层结构中的每层的材质为金属氧化物、金属氮化物、金属硫化物、金属氟化物中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于：所述金属氧化物为氧化铝、氧化硅、氧化锌、氧化钛、氧化镍、氧化亚锡、氧化亚铜、氧化铜、氧化铪、氧化锆中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于：所述金属氮化物为氮化铝、氮化硅中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于：所述金属硫化物为硫化铜、硫化亚铜、铜铝硫、锌镉铜硫中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于：所述金属氟化物为氟化钙、氟化钠中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于：所述隧穿整流层的厚度为
0.1nm-50nm，优选的厚度为0.5nm-20nm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的薄膜太阳能电池，其特征在于：所述薄膜太阳能电池为碲化镉薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池、铜锌硒硫薄膜太阳能电池、钙钛矿型薄膜太阳能电池和有机薄膜太阳能电池中的至少一种。
8.根据权利要求1-7任一项所述的薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述隧穿整流层采用原子层沉积、物理气相沉积、脉冲激光沉积、化学气相沉积和旋涂法中的至少一种方法制备。
9.根据权利要求8所述的制备方法制备的薄膜太阳能电池，其特征在于：所述隧穿整流层为原子层沉积制备的金属氧化层，所述金属氧化层具体为氧化铝层、氧化镍层、氧化铜层或氧化钛层，所述金属氧化层的厚度为0.1nm-50nm。
10.根据权利要求8所述的制备方法制备的薄膜太阳能电池，其特征在于：所述隧穿整流层为旋涂法制备的硫化铜层或硫铜镉层，所述硫化铜层或硫铜镉层的厚度为
0.1nm-50nm。
一种薄膜太阳能电池及其制备方法
技术领域
背景技术
[0002] 薄膜太阳能电池是第二代太阳能电池的主要代表，以薄膜半导体材料为吸光层，厚度在微米以及亚微米量级，大大降低了材料的消耗，生长工艺简单，便于制作轻便、可弯曲的器件，性价比占优势，产业化前景很好。然而，薄膜半导体材料缺陷较多，表面载流子负荷严重，电池光电转化效率目前只有10％～20％，低于传统的晶硅太阳能电池。
[0003] 基于以上原因，如何降低薄膜太阳能电池的表面载流子的复合，提高太阳能电池的短路电流以及开路电压，从而提高光电转化效率，是薄膜太阳能电池研究的重要方向，也是进一步拓展其应用的关键因素。目前来说，降低表面载流子复合的主要方法是，形成一层很厚的钝化层，通常都是50nm以上的钝化层，然后在沉积电极的过程中烧穿钝化层，使电极跟半导体层直接接触，这对于电池制造工艺以及电极材料都要很高的要求，从而提高了电池成本。发明内容
[0004] 本申请的目的是提供一种新的结构改进的薄膜太阳能电池及其制备方法。
[0005] 本申请采用了以下技术方案：
[0006] 本申请的一方面公开了一种一种薄膜太阳能电池，包括前电极层、半导体层、背电极层，以及隧穿整流层，隧穿整流层设置于前电极层和半导体层之间，或者隧穿整流层设置于半导体层和背电极层之间，或者隧穿整流层同时设置于前电极层和半导体层之间，以及半导体层和背电极层之间；隧穿整流层为单层或多层结构，隧穿整流层的单层或多层结构中的每层的材质为金属氧化物、金属氮化物、金属硫化物、金属氟化物中的至少一种。
[0007] 需要说明的是，本申请的关键在于，在前电极层的表面，和/或背电极层的表面设置隧穿整流层，隧穿整流层是整个覆盖前电极层和/或背电极层的，电子可以直接穿透该隧穿整流层，达到整流的目的，从而避免载流子的复合，提高太阳能电池的短路电流以及开路电压，进而提高光电转化效率；本申请的一种实现方式中，转化效率可以比没添加隧穿整流层的太阳能电池提高5％以上，优化条件后，一般可以提高10％以上。本申请中，半导体层通常由N层和P层组成，具体的N层和P层可以采用现有的材料，从而构成不同的薄膜太阳能电池，在此不做具体限定。
[0008] 还需要说明的是，本申请的隧穿整流层可以是单层的，单纯由金属氧化物、金属氮化物、金属硫化物、金属氟化物中的一种形成的单层结构；也可以是多层结构，例如两层、三层或更多层，其中每层的材质可以不同，例如先沉积一层氧化硅、再沉积一层氧化铝，由此形成两层结构的隧穿整流层。多层结构隧穿整流层的设计原则主要是考虑隧穿整流层与前电极层或背电极层的界面相容性，有的材料虽然隧穿整流效果较好，但是，难以在前电极层或背电极层表面形成良好的界面，影响太阳能电池的整体性能，因此，需要采用界面相容性较好的材料预先沉积一层，再沉积隧穿整流效果较好的材料。对于不同的前电极层或背电极层，其与隧穿整流层材料的相容性不同，因此，多层结构的隧穿整流层，各层的材料可以根据具体情况进行调整，在此不做具体限定。可以理解，本申请的关键在于增加了一个隧穿整流层，并且隧穿整流层必须具备隧穿和整流两个效果；至于其它层前电极层、半导体层、背电极层都可以参考现有的薄膜太阳能电池，在此不做具体限定。此外，前电极层、半导体层、背电极层只是薄膜太阳能电池的基本结构，可以理解，本申请的薄膜太阳能电池还可以包括其它的，现有薄膜太阳能电池具备的各层，只要采用了本申请的隧穿整流层，对薄膜太阳能电池进行整流，都属于本申请的保护范围，在此不做具体限定。
[0009] 还需要说明的是，本申请中，隧穿整流层是要使得电子能够直接穿透，达到整流的目的，试验证实，一般常规使用的金属氧化物、金属氮化物、金属硫化物、金属氟化物都可以达到该目的，在此不做具体限定；但是，本申请的优选方案中，为了达到更好的效果，对其进行了特别限定，这将在后续的方案中详细介绍。
[0011] 优选的，金属氮化物为氮化铝和/或氮化硅。
[0012] 优选的，金属硫化物为硫化铜、硫化亚铜、铜铝硫、锌镉铜硫中的至少一种。
[0013] 优选的，金属氟化物为氟化钙和/或氟化钠。
[0014] 优选的，隧穿整流层的厚度为0.1nm-50nm。
[0015] 需要说明的是，本申请的隧穿整流层是不需要烧穿的，也就是说，背电极或前电极与半导体层是不直接接触的，因此，隧穿整流层必须具备两个功能，即隧穿和整流，经研究发现，需要具备较好的整流效果，隧穿整流层必须具备一定的厚度；但是，如果隧穿整流层太厚，又会影响电子隧穿，这是一个相互矛盾的问题。经过大量的研究和试验，最终确定隧穿整流层的厚度为0.1nm-50nm，即能满足整流的效果，又能够具有良好的隧穿。
[0016] 更优选的，隧穿整流层的厚度为0.5nm-20nm。
[0017] 优选的，薄膜太阳能电池为碲化镉薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池、铜锌硒硫薄膜太阳能电池、钙钛矿型薄膜太阳能电池和有机薄膜太阳能电池中的至少一种。
[0018] 需要说明的是，本申请的隧穿整流层可以应用于各种薄膜太阳能电池，包括但不仅限于碲化镉薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池、铜锌硒硫薄膜太阳能电池、钙钛矿型薄膜太阳能电池和有机薄膜太阳能电池。
[0020] 本申请的另一面还公开了采用本申请的制备方法制备的，更加优选方案中的薄膜太阳能电池，其隧穿整流层为原子层沉积制备的金属氧化层，金属氧化层具体为氧化铝层、氧化镍层、氧化铜层或氧化钛层，金属氧化层的厚度为0.1nm-50nm，优选的厚度为为0.5nm-20nm。
[0021] 本申请的另一面还公开了采用本申请的制备方法制备的，更加优选方案中的薄膜太阳能电池，其隧穿整流层为旋涂法制备的硫化铜层或硫铜镉层，硫化铜层或硫铜镉层的厚度为0.1nm-50nm，优选的厚度为为0.5nm-20nm。
[0022] 本申请的有益效果在于：
[0023] 本申请的薄膜太阳能电池，在前电极层和/或背电极层的表面设置隧穿整流层，利用隧穿整流层对电子进行整流，从而有效的避免了载流子的复合，提高太阳能电池的短路电流以及开路电压，进而提高光电转化效率。附图说明
[0024] 图1是本申请实施例中薄膜太阳能电池结构示意图，(a)为只在前电极层和半导体层之间设置隧穿整流层的结构示意图；(b)为同时在前电极层和半导体层之间，半导体层和背电极层之间设置隧穿整流层的结构示意图；
[0025] 图2是本申请实施例中设置有隧穿整流层的CdTe太阳能电池SEM照片，其中，a为剖面图，b为表面形貌图；
[0026] 图3是本申请实施例中CdTe薄膜太阳能电池设置有隧穿整流层和没有设置隧穿整流层的效果示意图，a为没有设置隧穿整流层的情况，b为设置隧穿整流层的情况；
[0027] 图4是本申请实施例中CdTe薄膜太阳能电池的整流与隧穿效果下的IV曲线；
[0029] 图6是本申请实施例中薄膜太阳能电池的制备方法流程图。
具体实施方式
[0030] 本申请的薄膜太阳能电池，如图1所示，在前电极层和/或背电极层的表面设置隧穿整流层，兼顾整流与隧穿效应，即在减少载流子复合的同时，通过隧穿电流保证了电荷的输运，如图3所示。本申请的薄膜太阳能电池中所添加的隧穿整流层，电子能够直接穿透，不需要对隧穿整流层进行烧穿，与现有的钝化层相比，整流效果更好；并且，由于无需烧穿步骤，制备工艺更加简单，生产成本也有所降低。
[0031] 下面通过具体实施例对本申请作进一步详细说明。以下实施例仅对本申请进行进一步说明，不应理解为对本申请的限制。
[0032] 实施例一
[0033] 本例采用碲化镉薄膜太阳能电池进行试验，在CdTe表面利用原子层沉积形成Al2O3层，即本例的隧穿整流层，隧穿整流层设置在半导体层和背电极层之间。
[0034] 基本制备流程如图6所示，在玻璃基底上依次使用溅射方法制备透明前电极层FTO，厚度可为300nm～1μm，本例具体制备厚度500nm的透明电极层；然后溅射n型过渡层CdS，厚度可为100-200nm，本例具体制备了厚度145nm的n型过渡层，使用真空蒸发沉积CSS制备p型吸光层CdTe薄膜，后依次进行CdCl2退火处理、硝酸磷酸NP刻蚀以及铜Cu掺杂等步骤，得到表面具有悬挂键的薄膜，即本例的半导体层；然后在在半导体层表面利用原子层沉积形成Al2O3层，即本例的隧穿整流层，原子层沉积温度为120℃，背景真空度为300mTorr。以下四步连续的过程组成一个完整的沉积周期：(1)气相的三甲基铝TMA由高纯载气携带进入反应室，在CdTe表面发生饱和吸附反应，本例的高纯载气采用纯度大于99.99％的Ar或N2，流量为30sccm；(2)载气吹洗，将多余的TMA和反应残气带出反应室，吹洗时间为25s；(3)气相的水H2O由高纯载气携带进入反应室，与步骤(1)吸附的TMA发生化学反应，生成Al2O3层；(4)载气吹洗，将多余的H2O和反应残气带出反应室，吹洗时间为
25s。如此循环往复，直到沉积出厚度为0.5nm的Al2O3层，即获得本例的隧穿整流层；在隧穿整流层表面蒸镀沉积40nm厚的Au电极，即背电极层，此后进行200℃退火烧结；获得本例的薄膜太阳能电池。
25s。如此循环往复，直到沉积出厚度为0.5nm的Al2O3层，即获得本例的隧穿整流层；在隧穿整流层表面蒸镀沉积40nm厚的Au电极，即背电极层，此后进行200℃退火烧结；获得本例的薄膜太阳能电池。
[0035] 采用电镜扫描对本例制备的薄膜太阳能电池进行观察，结果如图2所示，其剖面图如图2中a所示，所制备的CdTe晶粒比较大，各界面致密完整；表面形貌如图2中b所示，结果显示，在CdTe层表面均匀沉积一层Al2O3层，没有影响表面形貌。图4的电流-电压测试结果说明经过钝化整流层可以实现镇流和隧穿的目的。
[0036] 通过强度调制光电压谱(IMVS)的测试，对比增加整流隧穿层与未增加的样品，确定电池少数载流子寿命对比提高10％以上，少数载流子寿命的提高说明载流子的表面复合减少，从而提高了电池效率，说明本工艺有效的降低了器件载流子的表面复合。在模拟AM1.5的太阳光照射下，对本例的薄膜太阳能电池进行光照电压-电流测试，光源为ABET公司生产的Sun 3000型号太阳光模拟器，电压-电流曲线由吉时利公司的2602A型号数字源表测试得出，测试结果如图5所示，图5(a)标示电池效率结果，图5(b)说明电池效率提高的原因，说明有良好的钝化效果，结果显示，本例的电池效率比未增加的样品，提高10％。电池效率提高主要来源于开路电压(Voc)以及填充因子(FF)的提高，该结果说明增加遂穿整流层有效地提高了载流子的输运与接收。
[0037] 实施例二
[0038] 本例采用碲化镉薄膜太阳能电池进行试验，与实施例一不同的是，本例将隧穿整流层Al2O3层设置在半导体层和前电极层之间。
[0039] 在玻璃基底上依次使用溅射方法制备透明电极层FTO，本例厚度可为300nm～1μm，本例具体制备厚度500nm的透明电极层；然后在前电极表面利用原子层沉积形成Al2O3层，即本例的隧穿整流层，具体的隧穿层制备工艺可参照实施例一的具体过程，隧穿层厚度为1nm；然后在溅射n型过渡层CdS，厚度可为100-200nm，本例具体制备了厚度145nm的n型过渡层，使用真空蒸发沉积CSS制备p型吸光层CdTe薄膜，后依次进行CdCl2退火处理、硝酸磷酸NP刻蚀以及铜Cu掺杂等步骤，并蒸镀沉积40nm厚的Au电极，即背电极层，此后进行200℃退火烧结；获得本例的薄膜太阳能电池。
[0040] 采用电镜扫描对本例制备的薄膜太阳能电池进行观察，结果显示，在透明电极层FTO表面均匀沉积有一层Al2O3层。
[0041] 通过强度调制光电压谱(IMVS)的测试，确定电池少数载流子寿命提高10％以上，说明本工艺有效的降低了器件载流子的表面复合。在模拟AM1.5的太阳光照射下，对本例的薄膜太阳能电池进行光照电压-电流测试，光源为ABET公司生产的Sun 3000型号太阳光模拟器，电压-电流曲线由吉时利公司的2602A型号数字源表测试得出，测试结果显示，本例的电池效率提高5％。电池效率提高主要来源于开路电压(Voc)以及填充因子(FF)的提高，该结果说明增加遂穿整流层有效地提高了载流子的输运与接收。
[0042] 实施例三
[0043] 本例采用铜铟镓硒薄膜太阳能电池进行实验，主要在铜铟镓硒薄膜太阳能的背电极钼Mo上使用物理气相沉积方法形成氧化亚铜Cu2O层，即本例的隧穿整流层；隧穿整流层设置在半导体层和背电极层之间。
[0044] 玻璃基底上溅射在玻璃基底上依次使用溅射方法制备金属背电极层Mo，本例厚度可为500nm～1μm，本例具体制备厚度1μm的金属电极层；隧穿层沉积温度为200℃，背-3景真空度为1.0×10 Pa以下，通入氩气Ar作为溅射气体，少量氧气作为反应气体，(1)基底即半导体薄膜与靶材在射频电源所加的交变电场的作用下，中间的电子来回振荡，并增+ 2+ +
加电子与气体分子的碰撞几率而电离产生氩离子Ar以及氧离子O ；(2)电离Ar 在电场
2+
作用下轰击靶材表面并使Cu原子以一定的能量向衬底运动，在运动过程中与O 结合，并最终沉积到衬底上，并形成Cu2O薄膜，延长时间直到沉积出厚度为5nm的Cu2O层，即获得本例的隧穿整流层，即本例的隧穿整流层；然后在溅射p型吸光层铜铟镓硒CIGS，厚度可为
1-2um，本例具体制备了厚度1.5um的p型吸光层；然后在溅射n型过渡层CdS,本例厚度为100-200nm，本例具体制备厚度200nm的n型过渡层；然后分别溅射前电极本征阻挡层本征氧化锌i-ZnO层以及掺铝氧化锌AZO前电极层，厚度分别为100nm以及500nm,此后进行
300℃退火烧结；获得本例的薄膜太阳能电池。
加电子与气体分子的碰撞几率而电离产生氩离子Ar以及氧离子O ；(2)电离Ar 在电场
2+
作用下轰击靶材表面并使Cu原子以一定的能量向衬底运动，在运动过程中与O 结合，并最终沉积到衬底上，并形成Cu2O薄膜，延长时间直到沉积出厚度为5nm的Cu2O层，即获得本例的隧穿整流层，即本例的隧穿整流层；然后在溅射p型吸光层铜铟镓硒CIGS，厚度可为
1-2um，本例具体制备了厚度1.5um的p型吸光层；然后在溅射n型过渡层CdS,本例厚度为100-200nm，本例具体制备厚度200nm的n型过渡层；然后分别溅射前电极本征阻挡层本征氧化锌i-ZnO层以及掺铝氧化锌AZO前电极层，厚度分别为100nm以及500nm,此后进行
300℃退火烧结；获得本例的薄膜太阳能电池。
[0045] 采用电镜扫描对本例制备的薄膜太阳能电池进行观察，结果显示，在背电极钼Mo表面均匀沉积有一层氧化亚铜Cu2O层。
[0046] 通过强度调制光电压谱(IMVS)的测试，确定电池少数载流子寿命提高10％以上，说明本工艺有效的降低了器件载流子的表面复合。在模拟AM1.5的太阳光照射下，对本例的薄膜太阳能电池进行光照电压-电流测试，光源为ABET公司生产的Sun 3000型号太阳光模拟器，电压-电流曲线由吉时利公司的2602A型号数字源表测试得出，测试结果显示，本例的电池效率提高10％。电池效率提高主要来源于开路电压(Voc)以及填充因子(FF)的提高，该结果说明增加遂穿整流层有效地提高了载流子的输运与接收。
[0047] 实施例四
[0049] 玻璃基底上溅射在玻璃基底上依次使用溅射方法制备金属背电极层Mo，本例厚度可为500nm～1μm，本例具体制备厚度1μm的金属电极层；然后使用电子束蒸发方法在金属电极层生长氧化镍NiOx层，即为本例的隧穿整流层，具体使用电子束蒸发NiO粉末，在真-3 -2空度为1×10 Pa以下，通入纯度为4mol/L的氧气使气压增加至2×10 Pa，将电子束电流调整至所需的蒸发功率，蒸发速率为0.1nm/s，延长时间直到沉积出厚度为5nm的NiOx层；
然后生长p型吸光层铜锌锡硫CZTS层：(1)把Cu、Zn和Sn通过共蒸发沉积在上述镀有ZnO的基底上；(2)将沉积过程中通过一阀门通入硫蒸汽；(3)将制的的CZTS薄膜在570℃温度下空气气氛中退火5min，厚度可为1-2μm，本例具体制备了厚度1.5μm的p型吸光层；然后分别溅射前电极本征阻挡层本征氧化锌i-ZnO层以及掺铝氧化锌AZO前电极层，厚度分别为100nm以及500nm，获得本例的薄膜太阳能电池。
然后生长p型吸光层铜锌锡硫CZTS层：(1)把Cu、Zn和Sn通过共蒸发沉积在上述镀有ZnO的基底上；(2)将沉积过程中通过一阀门通入硫蒸汽；(3)将制的的CZTS薄膜在570℃温度下空气气氛中退火5min，厚度可为1-2μm，本例具体制备了厚度1.5μm的p型吸光层；然后分别溅射前电极本征阻挡层本征氧化锌i-ZnO层以及掺铝氧化锌AZO前电极层，厚度分别为100nm以及500nm，获得本例的薄膜太阳能电池。
[0050] 采用电镜扫描对本例制备的薄膜太阳能电池进行观察，结果显示，在背电极层Mo表面均匀沉积有一层氧化镍NiOx层。
[0051] 通过强度调制光电压谱(IMVS)的测试，确定电池少数载流子寿命提高10％以上，说明本工艺有效的降低了器件载流子的表面复合。在模拟AM1.5的太阳光照射下，对本例的薄膜太阳能电池进行光照电压-电流测试，光源为ABET公司生产的Sun 3000型号太阳光模拟器，电压-电流曲线由吉时利公司的2602A型号数字源表测试得出，测试结果显示，本例的电池效率提高10％。电池效率提高主要来源于开路电压(Voc)以及填充因子(FF)的提高，该结果说明增加遂穿整流层有效地提高了载流子的输运与接收。
[0052] 实施例五
[0053] 本例采用有机薄膜太阳能电池进行试验，在有机薄膜吸光层表面利用金属有机物化学气相沉积MOCVD方法形成氧化锌ZnO层，即本例的隧穿整流层，隧穿整流层设置在半导体层和背电极层之间。
[0054] 在玻璃基底上依次使用溅射方法制备透明电极层ITO，本例厚度可为300nm～1μm，本例具体制备厚度500nm的透明电极层；然后分别使用旋转涂布方法制备透明p型过渡层PEDOT:PSS，以及P3HT与PCBM混合溶液制得吸光层，厚度分别为50nm和200nm，并在150℃条件下退火20min，得到表面具有有机物悬挂键的薄膜，即本例的半导体层；然后使用金属有机物化学气相沉积系统在金属电极层生长本征氧化锌层，即为本例的隧穿整流层，具体使用电子级锌源DEZn，氧化剂为H2O，氩气(Ar)为载气，锌源和氧化剂的流量分别控制装置10sccm和50sccm，沉积过程中真空室气压稳定在3.0torr，衬底温度控制在
160℃,延长时间直到沉积出厚度为5nm的ZnO层；然后使用金属热蒸镀方法蒸镀铝Al电极，厚度为100nm，获得本例的薄膜太阳能电池。
160℃,延长时间直到沉积出厚度为5nm的ZnO层；然后使用金属热蒸镀方法蒸镀铝Al电极，厚度为100nm，获得本例的薄膜太阳能电池。
[0055] 采用电镜扫描对本例制备的薄膜太阳能电池进行观察，结果显示，在半导体层和背电极层之间均匀沉积有一层ZnO层。
[0056] 通过强度调制光电压谱(IMVS)的测试，确定电池少数载流子寿命提高10％以上，说明本工艺有效的降低了器件载流子的表面复合。在模拟AM1.5的太阳光照射下，对本例的薄膜太阳能电池进行光照电压-电流测试，光源为ABET公司生产的Sun 3000型号太阳光模拟器，电压-电流曲线由吉时利公司的2602A型号数字源表测试得出，测试结果显示，本例的电池效率提高10％。电池效率提高主要来源于开路电压(Voc)以及填充因子(FF)的提高，该结果说明增加遂穿整流层有效地提高了载流子的输运与接收。
[0057] 实施例六
[0058] 本例采用钙钛矿薄膜太阳能电池进行试验，利用原子层沉积形成氧化铝Al2O3以及氧化硅SiO2复合层，即本例的隧穿整流层，隧穿整流层设置在半导体层和背电极层之间。
[0059] 在玻璃基底上依次使用溅射方法制备透明电极层FTO，厚度可为300nm～1μm，本例具体制备厚度500nm的透明电极层；然后溅射n型过渡层氧化钛TiO2，厚度可为100-200nm，本例具体制备了厚度150nm的n型过渡层，然后使用两步旋转涂布法分别旋涂碘化铅PbI2以及甲基胺碘CH3NH3I，得到表面具有悬挂键的半导体薄膜，即本例的吸光层；
然后在在半导体层表面利用原子层沉积形成氧化铝Al2O3以及氧化硅SiO2复合层，即本例的隧穿整流层，原子层沉积温度为120℃，背景真空度为300mTorr。以下四步连续的过程组成一个完整的沉积周期：(1)气相的三甲基铝TMA由高纯载气携带进入反应室，在CdTe表面发生饱和吸附反应，本例的高纯载气采用纯度大于99.99％的Ar或N2，流量为30sccm；
(2)载气吹洗，将多余的TMA和反应残气带出反应室，吹洗时间为25s；(3)气相的水H2O由高纯载气携带进入反应室，与步骤(1)吸附的TMA发生化学反应，生成Al2O3层；(4)载气吹洗，将多余的H2O和反应残气带出反应室，吹洗时间为25s。如此循环往复，直到沉积出厚度为0.5nm的NiOx层，即获得本例的隧穿整流层；在隧穿整流层表面蒸镀沉积40nm厚的Au电极，即背电极层，此后进行200℃退火烧结；获得本例的薄膜太阳能电池。
然后在在半导体层表面利用原子层沉积形成氧化铝Al2O3以及氧化硅SiO2复合层，即本例的隧穿整流层，原子层沉积温度为120℃，背景真空度为300mTorr。以下四步连续的过程组成一个完整的沉积周期：(1)气相的三甲基铝TMA由高纯载气携带进入反应室，在CdTe表面发生饱和吸附反应，本例的高纯载气采用纯度大于99.99％的Ar或N2，流量为30sccm；
(2)载气吹洗，将多余的TMA和反应残气带出反应室，吹洗时间为25s；(3)气相的水H2O由高纯载气携带进入反应室，与步骤(1)吸附的TMA发生化学反应，生成Al2O3层；(4)载气吹洗，将多余的H2O和反应残气带出反应室，吹洗时间为25s。如此循环往复，直到沉积出厚度为0.5nm的NiOx层，即获得本例的隧穿整流层；在隧穿整流层表面蒸镀沉积40nm厚的Au电极，即背电极层，此后进行200℃退火烧结；获得本例的薄膜太阳能电池。
[0060] 采用电镜扫描对本例制备的薄膜太阳能电池进行观察，结果显示，在半导体层和背电极层之间均匀沉积有一个两层结构的隧穿整流层，即氧化铝Al2O3层和氧化硅SiO2层复合的隧穿整流层。
[0061] 通过强度调制光电压谱(IMVS)的测试，确定电池少数载流子寿命提高10％以上，说明本工艺有效的降低了器件载流子的表面复合。在模拟AM1.5的太阳光照射下，对本例的薄膜太阳能电池进行光照电压-电流测试，光源为ABET公司生产的Sun 3000型号太阳光模拟器，电压-电流曲线由吉时利公司的2602A型号数字源表测试得出，测试结果显示，本例的电池效率提高10％。电池效率提高主要来源于开路电压(Voc)以及填充因子(FF)的提高，该结果说明增加遂穿整流层有效地提高了载流子的输运与接收。
[0062] 实施例七
[0063] 本例采用碲化镉薄膜太阳能电池进行试验，在CdTe表面利用物理气相沉积形成氧化硅SiO2层，即本例的隧穿整流层，隧穿整流层设置在半导体层和背电极层之间。
[0064] 在玻璃基底上依次使用溅射方法制备透明电极层FTO，厚度可为300nm～1μm，本例具体制备厚度500nm的透明电极层；然后溅射n型过渡层CdS，厚度可为100-200nm，本例具体制备了厚度145nm的n型过渡层，使用真空蒸发沉积CSS制备p型吸光层CdTe薄膜，后依次进行CdCl2退火处理、硝酸磷酸NP刻蚀以及铜Cu掺杂等步骤，得到表面具有悬挂键的薄膜，即本例的半导体层；然后在半导体利用物理气相沉积形成氧化硅SiO2层，级本例的-3隧穿整流层，隧穿层沉积温度为200℃，背景真空度为1.0×10 Pa以下，通入氩气Ar作为溅射气体，(1)基底即半导体薄膜与靶材在射频电源所加的交变电场的作用下，中间的电子+ +
来回振荡，并增加电子与气体分子的碰撞几率而电离产生氩离子Ar；(2)电离Ar 在电场作用下轰击靶材表面并使SiO2以一定的能量沉积到衬底上，并形成SiO2薄膜，延长时间直到沉积出厚度为2nm的SiO2层，即获得本例的隧穿整流层；在隧穿整流层表面蒸镀沉积40nm厚的Au电极，即背电极层，此后进行200℃退火烧结；获得本例的薄膜太阳能电池。
来回振荡，并增加电子与气体分子的碰撞几率而电离产生氩离子Ar；(2)电离Ar 在电场作用下轰击靶材表面并使SiO2以一定的能量沉积到衬底上，并形成SiO2薄膜，延长时间直到沉积出厚度为2nm的SiO2层，即获得本例的隧穿整流层；在隧穿整流层表面蒸镀沉积40nm厚的Au电极，即背电极层，此后进行200℃退火烧结；获得本例的薄膜太阳能电池。
[0065] 采用电镜扫描对本例制备的薄膜太阳能电池进行观察，结果显示，在CdTe的表面均匀沉积有一层SiO2层。
[0066] 通过强度调制光电压谱(IMVS)的测试，确定电池少数载流子寿命提高10％以上，说明本工艺有效的降低了器件载流子的表面复合。在模拟AM1.5的太阳光照射下，对本例的薄膜太阳能电池进行光照电压-电流测试，光源为ABET公司生产的Sun 3000型号太阳光模拟器，电压-电流曲线由吉时利公司的2602A型号数字源表测试得出，测试结果显示，本例的电池效率提高10％。电池效率提高主要来源于开路电压(Voc)以及填充因子(FF)的提高，该结果说明增加遂穿整流层有效地提高了载流子的输运与接收。
[0067] 实施例八
[0068] 本例采用碲化镉薄膜太阳能电池进行试验，在CdTe表面利用原子层沉积形成氧化铜CuOx层，即本例的隧穿整流层，隧穿整流层设置在半导体层和背电极层之间。
[0069] 在玻璃基底上依次使用溅射方法制备透明电极层FTO，厚度可为300nm～1μm，本例具体制备厚度500nm的透明电极层；然后溅射n型过渡层CdS，厚度可为100-200nm，本例具体制备了厚度145nm的n型过渡层，使用真空蒸发沉积CSS制备p型吸光层CdTe薄膜，后依次进行CdCl2退火处理、硝酸磷酸NP刻蚀以及铜Cu掺杂等步骤，得到表面具有悬挂键的薄膜，即本例的半导体层；然后在在半导体层表面利用原子层沉积形成CuOx层，即本例的隧穿整流层，原子层沉积温度为120℃，背景真空度为300mTorr。以下四步连续的过程组成i一个完整的沉积周期：(1)气相的[Cu(Pr-Me-AMD)]2由高纯载气携带进入反应室，在CdTe表面发生饱和吸附反应，本例的高纯载气采用纯度大于99.99％的Ar或N2，流量为30sccm；
i
(2)载气吹洗，将多余的[Cu(Pr-Me-AMD)]2和反应残气带出反应室，吹洗时间为25s；(3)i
气相的水H2O由高纯载气携带进入反应室，与步骤(1)吸附的[Cu(Pr-Me-AMD)]2发生化学反应，生成CuOx层；(4)载气吹洗，将多余的H2O和反应残气带出反应室，吹洗时间为25s。
如此循环往复，直到沉积出厚度为0.5nm的CuOx层，即获得本例的隧穿整流层；在隧穿整流层表面蒸镀沉积40nm厚的Au电极，即背电极层，此后进行200℃退火烧结；获得本例的薄膜太阳能电池。
i
(2)载气吹洗，将多余的[Cu(Pr-Me-AMD)]2和反应残气带出反应室，吹洗时间为25s；(3)i
气相的水H2O由高纯载气携带进入反应室，与步骤(1)吸附的[Cu(Pr-Me-AMD)]2发生化学反应，生成CuOx层；(4)载气吹洗，将多余的H2O和反应残气带出反应室，吹洗时间为25s。
如此循环往复，直到沉积出厚度为0.5nm的CuOx层，即获得本例的隧穿整流层；在隧穿整流层表面蒸镀沉积40nm厚的Au电极，即背电极层，此后进行200℃退火烧结；获得本例的薄膜太阳能电池。
[0070] 采用电镜扫描对本例制备的薄膜太阳能电池进行观察，结果显示，在CdTe的表面均匀沉积有一层氧化铜CuOx层。
[0071] 通过强度调制光电压谱(IMVS)的测试，确定电池少数载流子寿命提高10％以上，说明本工艺有效的降低了器件载流子的表面复合。在模拟AM1.5的太阳光照射下，对本例的薄膜太阳能电池进行光照电压-电流测试，光源为ABET公司生产的Sun 3000型号太阳光模拟器，电压-电流曲线由吉时利公司的2602A型号数字源表测试得出，测试结果显示，本例的电池效率提高10％。电池效率提高主要来源于开路电压(Voc)以及填充因子(FF)的提高，该结果说明增加遂穿整流层有效地提高了载流子的输运与接收。
[0072] 实施例九
[0073] 本例采用碲化镉薄膜太阳能电池进行试验，在CdTe表面利用旋涂法形成CuxS层，即本例的隧穿整流层，隧穿整流层设置在半导体层和背电极层之间。
[0074] 在玻璃基底上依次使用溅射方法制备厚度500nm的透明电极层；然后溅射n型过渡层CdS，厚度可为100-200nm，本例具体制备了厚度145nm的n型过渡层，使用真空蒸发沉积CSS制备p型吸光层CdTe薄膜，进行CdCl2退火处理得到本例的半导体层；由特定比例的CuCl2和硫源(硫脲或硫代乙酰胺)溶于特定量的溶剂(DMF或DMSO)中配置前驱液，采用旋涂法和热板处理获得CuxS层，即本例的隧穿整流层，旋涂转速为3000rpm，旋涂时间为30s，热板处理温度为200℃，处理时间为5min。在隧穿整流层表面蒸镀沉积40nm厚的Au电极，即背电极层，此后进行200℃退火烧结；获得本例的薄膜太阳能电池。
[0075] 采用电镜扫描对本例制备的薄膜太阳能电池进行观察，结果显示，在CdTe的表面均匀沉积有一层CuxS层。
[0076] 通过强度调制光电压谱(IMVS)的测试，确定电池少数载流子寿命提高10％以上，说明本工艺有效的降低了器件载流子的表面复合。在模拟AM1.5的太阳光照射下，对本例的薄膜太阳能电池进行光照电压-电流测试，光源为ABET公司生产的Sun 3000型号太阳光模拟器，电压-电流曲线由吉时利公司的2602A型号数字源表测试得出，测试结果显示，本例的电池效率提高10％。电池效率提高主要来源于开路电压(Voc)以及填充因子(FF)的提高，该结果说明增加遂穿整流层有效地提高了载流子的输运与接收。
[0077] 实施例十
[0078] 本例采用CdTe薄膜太阳电池进行试验，在FTO透明导电玻璃上用水浴法沉积Zn1-x-yCdxCuyS透明导电窗口层，经过后续处理与CdTe形成异质结并制备成具有光电转换效率的太阳电池器件。
[0079] 首先在经过清洁处理的FTO上用水浴法制备一层厚度为100～200nm的Zn1-x-yCdxCuyS透明导电层，然后利用进空间升华法在先前透明导电层上蒸镀约5μm厚的CdTe吸光层。后依次进行CdCl2处理、硝酸-磷酸NP刻蚀以及Cu/Au背电极蒸镀，从而得到本例的玻璃/SnO2:F/Zn1-x-yCdxCuyS/CdTe/Cu-Au背电极的薄膜太阳电池。
[0080] 采用电镜扫描对本例制备的薄膜太阳能电池进行观察，结果显示，在FTO透明导电玻璃的表面均匀沉积有一层Zn1-x-yCdxCuyS层。
[0081] 通过强度调制光电压谱(IMVS)的测试，确定电池少数载流子寿命提高10％以上，说明本工艺有效的降低了器件载流子的表面复合。在模拟AM1.5的太阳光照射下，对本例的薄膜太阳能电池进行光照电压-电流测试，光源为ABET公司生产的Sun 3000型号太阳光模拟器，电压-电流曲线由吉时利公司的2602A型号数字源表测试得出，测试结果显示，本例的电池效率提高10％。电池效率提高主要来源于开路电压(Voc)以及填充因子(FF)的提高，该结果说明增加遂穿整流层有效地提高了载流子的输运与接收。
[0082] 实施例十一
[0083] 本例采用有机薄膜太阳能电池进行试验，利用溶液旋涂形成二氧化钛TiO2层，即本例的隧穿整流层，隧穿整流层设置在半导体层和FTO电极层之间。
[0084] 在玻璃基底上依次使用溅射方法本例具体制备厚度500nm的透明电极层；然后在FTO基底上旋涂制备TiO2层，厚度可为0.1-50nm，本例具体制备了5nm厚度隧穿整流层，使用溶液旋涂法制备了P3HT：PCBM为活性层材料的薄膜，然后依次真空蒸发10nm MoO3和120nm Ag，进行150℃退火处理；获得本例的薄膜太阳能电池。
[0085] 采用电镜扫描对本例制备的薄膜太阳能电池进行观察，结果显示，在FTO电极层的表面均匀沉积有一层二氧化钛TiO2层。
[0086] 通过强度调制光电压谱(IMVS)的测试，确定电池少数载流子寿命提高10％以上，说明本工艺有效的降低了器件载流子的表面复合。在模拟AM1.5的太阳光照射下，对本例的薄膜太阳能电池进行光照电压-电流测试，光源为ABET公司生产的Sun 3000型号太阳光模拟器，电压-电流曲线由吉时利公司的2602A型号数字源表测试得出，测试结果显示，本例的电池效率提高10％。电池效率提高主要来源于开路电压(Voc)以及填充因子(FF)的提高，该结果说明增加遂穿整流层有效地提高了载流子的输运与接收。
[0087] 以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本申请的保护范围。
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