碲锌镉薄膜太阳能电池
专利汇可以提供碲锌镉薄膜太阳能电池专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种碲锌镉 薄膜 太阳能 电池 ，该电池包括：玻璃衬底，在玻璃衬底上依次沉积有透明导电 氧 化物前 电极 层、n型CdS 窗口层 、p型Cd1－xZnxTe吸收层、P型ZnTe∶Cu背 接触 电极层。本发明的优点是：p型Cd1－xZnxTe吸收层是一个渐变带隙的吸收层，通过渐变带隙来拓宽 太阳能电池 的响应波段。利用P型Cd1－xZnxTe吸收层具有较低的 功函数 特征，当其与背接触电极层ZnTeCu结合时，能有效解决其 欧姆接触 问题，从而提高了这种电池的光电转换效率和 稳定性 。，下面是碲锌镉薄膜太阳能电池专利的具体信息内容。
1.一种碲锌镉薄膜太阳能电池，包括：玻璃衬底(1)，其特征在于：
在玻璃衬底(1)上依次沉积有透明导电氧化物薄膜前电极层(2)、n型 CdS窗口层(3)、p型Cd1-xZnxTe吸收层(4)、P型ZnTe:Cu背接触电极层(5)。
2.根据权利要求1的一种碲锌镉薄膜太阳能电池，其特征在于：所说的透 明导电氧化物薄膜是ITO、SnO2:F、ZnO:Al中的一种。
3.根据权利要求1的一种碲锌镉薄膜太阳能电池，其特征在于：所说的p 型Cd1-xZnxTe吸收层(4)中的Zn组分x值在其厚度方向渐变，形成一个渐变 带隙结构的Cd1-xZnxTe吸收层。
4.根据权利要求1的一种碲锌镉薄膜太阳能电池，其特征在于：所说的 Cd1-xZnxTe吸收层的厚度为500～2000纳米。
5.根据权利要求3的一种碲锌镉薄膜太阳能电池，其特征在于：所说的 Cd1-xZnxTe吸收层中的Zn组分x值在其厚度方向，即从CdS窗口层到距离背接 触电极层的10～100纳米内由1渐变到0，余下的厚度由0渐变到1。
6.根据权利要求1的一种碲锌镉薄膜太阳能电池，其特征在于所说的P型 ZnTe背接触电极层为Cu掺杂的ZnTe。
7.根据权利要求1或6的一种碲锌镉薄膜太阳能电池，其特征在于：所说 的P型ZnTe背接触电极层厚度为50～60纳米。
技术领域
本发明涉及半导体薄膜太阳能电池，具体是指一种碲锌镉(CdZnTe)薄膜 太阳能电池的结构设计。
背景技术
CdTe薄膜太阳能电池的基本结构为：透明导电氧化物前电极/n型硫化镉窗 口层/p型碲化镉吸收层/背电极，背电极常采用掺铜的石墨。然而，由于p型碲 化镉与背电极之间难以形成良好的欧姆接触，已成为发展这类电池急需解决的 关键技术问题。人们已经尝试了用各种金属材料如Cu、Hg、Pb和Au作为背电 极，结果是它们与p型碲化镉吸收层之间的互扩散降低了电池的性能。又由于 CdTe具有自补偿的特性，很难进行p型掺杂，这也影响了背电极与吸收层之间 的接触。另一个方案是在p型CdTe和高功函数的金属背电极之间加入一层重掺 杂的p型ZnTe作为过渡层。例如美国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提出的一种在p型碲化镉层与背电极之间 加入一层p型ZnTe薄膜过渡层的复合电极结构。这层ZnTe薄膜的掺杂剂一般 为铜或氮，掺杂原子浓度在3％-8％范围内，厚度为这种复合电 极结构的太阳能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，但是该结构还是存在下列明显不足：
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，从而降低了太阳能电池的性能。
2.碲化锌中的掺杂原子，或石墨电极中的铜原子能较快扩散到p型碲化镉 吸收层，导致电池的光电性能发生衰变。
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，他们会形成 微小的漏电通道，而较高导电率的碲化锌过渡层不能钝化这类缺陷，因而这种 结构的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，从而降低 了光电转换效率。
为解决上述问题，有人就提出了在p型CdTe和ZnTe:Cu背电极层之间引入 不掺杂或低掺杂的ZnTe作为过渡层，见中国发明专利CN 1120246A。这种结构 虽然可解决其稳定性问题，但毕竟增加了一过渡层，增加了电池制作的复杂性， 提高了生产成本。
另外，目前薄膜太阳能电池的响应波段范围一般较窄，为拓宽响应波段， 提高薄膜太阳能电池的转换效率，人们设计了两个P-N结串联的或三个P-N结 串联的薄膜太阳能电池，虽然这种结构可拓宽响应波段，但同样存在电池制作 复杂性的问题。
发明内容
本发明的CdZnTe薄膜太阳能电池，包括：玻璃衬底，在玻璃衬底上依次沉 积有透明导电氧化物前电极层、n型CdS窗口层、p型Cd1-xZnxTe吸收层、P型 ZnTe背接触电极层。
所说的透明导电氧化物薄膜可以是ITO、SnO2:F、ZnO:Al中的一种。
所说的p型Cd1-xZnxTe吸收层中的Zn组分x值在其厚度方向渐变，形成一 个渐变带隙结构的Cd1-xZnxTe吸收层。Cd1-xZnxTe吸收层的厚度为500～2000纳 米。
所说的Cd1-xZnxTe吸收层中的Zn组分x值在其厚度方向，即从CdS窗口层 到距离背接触电极层的10～100纳米内由1渐变到0，余下的厚度由0渐变到1。
所说的P型ZnTe背接触电极层为Cu掺杂的ZnTe，薄膜厚度在50～60纳 米。
本发明的优点在于：将具有渐变带隙结构的Cd1-xZnxTe多晶薄膜作为太阳 能电池的吸收层，大大加宽了太阳光的光谱吸收范围，提高了太阳光谱的利用 效率；而Cd1-xZnxTe多晶薄膜的功函数较CdTe低，当其与背接触电极层ZnTe: Cu结合时，有效解决了这类电池急需解决的关键技术问题：欧姆接触，从而提 高了这种电池的光电转换效率和稳定性。
附图说明
图1为本发明的Cd1-xZnxTe薄膜太阳能电池的剖面结构示意图。
具体实施方式
见图1，本发明的薄膜太阳能电池，包括：玻璃衬底1，在玻璃衬底上依次 沉积有透明导电氧化物前电极层2、n型CdS窗口层3、p型Cd1-xZnxTe吸收层4、 背接触电极层5。
本发明的薄膜太阳能电池的制备工艺如下：
1.在玻璃衬底1表面热沉积透明导电氧化物前电极层2，透明导电氧化物 薄膜可选用ITO、SnO2:F、ZnO:Al中的一种热沉积，前电极层2的厚度为800～ 1500纳米。
2.用磁控溅射方法在前电极层2上沉积n型CdS窗口层3，厚度在20～150 纳米；
3.继续用磁控溅射方法在n型CdS窗口层3上沉积Zn组分x值随薄膜厚 度渐变的P型Cd1-xZnxTe薄膜吸收层4，形成具有渐变带隙结构的p型Cd1-xZnxTe 薄膜吸收层4，薄膜厚度在500～2000纳米。Zn组分的x值在P型Cd1-xZnxTe 薄膜吸收层4的厚度方向从1渐变到0，再由0渐变到1，即从CdS窗口层到距 离背接触电极层的10～100纳米内由1渐变到0，也就是说靠近CdS窗口层端 的吸收层4的x值是缓慢渐变的，余下的10～100纳米厚度内的x值由0渐变 到1，渐变速度是相当快的。然后对P型Cd1-xZnxTe薄膜吸收层4进行热处理， 热处理具体步骤如下：
3A.石英源片的制备
在石英片上涂敷(CdCl2)1-y+(ZnCl2)y层，y＝0.05～0.5％。厚度控制在5～50 微米。
3B.将涂敷有(CdCl2)1-y+(ZnCl2)y层石英源片放置在两根互相平行的石英垫 条上，垫条厚度大约1毫米，并将涂敷膜面朝下倒扣在垫条上。将其和制备有P 型Cd1-xZnxTe薄膜的样品一起放在退火炉中的样品架上进行热处理，热处理温 度为380℃-520℃，热处理时间20-40分钟。
3C.然后对经热处理的Cd1-xZnxTe薄膜表面进行腐蚀，腐蚀剂采用溴甲醇 溶液(溴0.2ml+甲醇10ml)，腐蚀时间为10秒左右。因为退火后的Cd1-xZnxTe薄 膜表面粗糙，经过腐蚀后，膜面变得光滑，在Cd1-xZnxTe薄膜表面会形成一层 富Te的p+层，能提高电导率，有利于与背接触电极层5形成很好的欧姆接触。
4.采用真空蒸发法或者磁控溅射法在Cd1-xZnxTe薄膜吸收层4上沉积P型 Cu掺杂的ZnTe背接触电极层5，掺Cu原子浓度为3～7％，厚度为50～60纳 米。
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