專利名稱：碲化鎘/硫化鎘太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到碲化鎘硫化鋅太陽能電池。
背景技術(shù)：
聯(lián)合國組織的研究報告表明，能源消耗指數(shù)是衡量社會發(fā)展和發(fā)達(dá)水平的一個重要指標(biāo)。為了進(jìn)一步改善生活質(zhì)量，特別是貧窮地區(qū)的生存生活，電力消費需要在現(xiàn)在的水平上再增加十倍以上。目前人類主要有火力發(fā)電、水利發(fā)電、核電技術(shù)。火力發(fā)電所采用的化石燃料能源，在帶給人們文明與進(jìn)步的同時，也帶來日益嚴(yán)重的環(huán)境污染，化石燃料已經(jīng)越來越少，面臨被用盡的邊緣。水利發(fā)電的利用已達(dá)到頂峰，不可能再有顯著發(fā)展。核電技術(shù)一直是一項國防和戰(zhàn)略性敏感技術(shù)，而且核廢料很難處理，2011年4月日本福島核電站受地震海嘯破壞后泄漏大量核輻射，核電站的安全更是令人生畏。太陽能是取之不盡，用之不竭的能源，太陽能的利用不會造成環(huán)境污染，因此，太 陽能的利用，受到世界各國的重視，太陽能產(chǎn)品目前使用較廣的有太陽能熱水器、太陽能集熱器、太陽能電池等。太陽能電池有硅薄膜電池、單(多)晶硅電池、硅薄膜電池、碲化鎘電池、銅銦鎵硒電池，晶硅技術(shù)是第一代傳統(tǒng)技術(shù)，技術(shù)含量低，歷史悠久，起始投資相對較低，目前占有絕大部分市場。但因為使用很多比較昂貴的晶硅材料；硅薄膜電池制造過程耗能多，能源回報周期太長；碲化鎘電池制造過程產(chǎn)生太多污染，碲化鎘產(chǎn)品目前成本較低，是世界太陽能產(chǎn)業(yè)領(lǐng)跑者；銅銦鎵硒的優(yōu)點是實驗室起始效率高，盡管僅有少量市場產(chǎn)品，使用效率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其實驗室效率，其致命缺點是重復(fù)性差、制造難度大、對微量水蒸汽極其敏感，關(guān)鍵元素CdTe地球含量低、毒性高。目前太陽能電池發(fā)電成本還是遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)火力發(fā)電、水力發(fā)電等。美國First Solar公司的硫化鎘/締化鎘產(chǎn)品已經(jīng)遍布世界各地，目前已經(jīng)建成多個大型太陽能電池發(fā)電站。截止2011年11月，累計發(fā)電量達(dá)5000兆瓦(5GW)。硫化鎘的是米黃色物質(zhì)，吸收藍(lán)光波段，在強(qiáng)紫外光下不穩(wěn)定。專利號為201010274863. X、發(fā)明名稱為《一種CdTe電池過渡層及其制備方法及CdTe))的申請專利，其主要結(jié)構(gòu)是由依次層疊的玻璃襯底、透明導(dǎo)電層、CdS層、CdTe層、過渡層以及背電極構(gòu)成。過渡層為ZnTe和Cu層交替堆積的多層結(jié)構(gòu)。這種太陽能電池，其主要缺點是，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、熱效率底。在太陽能技術(shù)領(lǐng)域，當(dāng)前需迫切解決得一個技術(shù)問題是提供一種太陽能轉(zhuǎn)換效率高、產(chǎn)品成本低的太陽能電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服上述太陽能電池的缺點，提供一種轉(zhuǎn)換效率高、產(chǎn)品成本低的碲化鎘/硫化鎘太陽能電池。解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在基底上表面設(shè)置有背電極，背電極上表面設(shè)置有電池結(jié)，電池結(jié)的上表面設(shè)置前電極。本發(fā)明的電池結(jié)包括碲化鎘薄膜，在碲化鎘薄膜的上表面設(shè)置有硫化鎘薄膜和硫化鋅薄膜或硫化鎘-硫化鋅合金薄膜，硫化鎘-硫化鋅合金薄膜用通式CdxZnl-xS表示的材料組成,式中O ( x〈l。本發(fā)明的碲化鎘薄膜的厚度至少為lOOOnm，硫化鎘-硫化鋅合金薄膜的厚度至少為 20nm。本發(fā)明的碲化鎘薄膜的厚度至少為lOOOnm，硫化鎘薄膜和硫化鋅薄膜的厚度為20 60nm,其中硫化鎘薄膜的厚度為5 15nm。本發(fā)明的碲化鎘薄膜的厚度至少為lOOOnm，硫化鎘薄膜和硫化鋅薄膜的厚度最佳為50nm,硫化鎘薄膜的厚度最佳為5nm。 本發(fā)明的基底是厚度不超過0. 15mm不銹鋼薄片或厚度不超過2mm的表面鍍有金屬薄膜的高分子材料基底；所述的高分子材料為聚酰亞胺、聚氟乙烯、密度> I. 55g/cm3的聚氯乙烯中的任意一種。本發(fā)明采用在鍍膜碲化鎘薄膜上表面鍍膜硫化鎘-硫化鋅合金薄膜、或硫化鎘和硫化鋅薄膜，替代了現(xiàn)有硫化鎘薄膜，硫化鋅比硫化鎘穩(wěn)定且更透明，電流密度和電池穩(wěn)定性顯著提高；采用厚度不超過0. 15mm不銹鋼薄片或厚度不超過2_的表面鍍有金屬薄膜的高分子材料基底，這種太陽能電池柔性好、質(zhì)量輕、單位重量發(fā)電效率高，所制備的太陽能電池可以卷曲，可隨身攜帶。本發(fā)明具有轉(zhuǎn)換效率高、產(chǎn)品成本低、重量輕、攜帶方便等優(yōu)點，可作為太陽能電池。


圖I是本發(fā)明實施例I的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和各實施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明不限于這些實施例。實施例I在圖I中，本實施例的碲化鎘/硫化鎘太陽能電池由前電極I、電池結(jié)2、背電極3、基底4聯(lián)接構(gòu)成。本實施例的基底4采用柔軟的不銹鋼薄片，厚度為0. 1mm，不銹鋼薄片的厚度不超過0. 15mm，這種結(jié)構(gòu)的基底4，有柔性，質(zhì)量輕，單位質(zhì)量發(fā)電效率高，所制備的太陽能電池可以卷曲，可隨身攜帶。基底4也可采用玻璃基底。在基底4上表面鍍背電極3，背電極3采用金屬鑰薄膜，背電極3上表面鍍碲化鎘薄膜，碲化鎘薄膜的厚度為lOOOnm，也可大于lOOOnm。締化鎘薄膜的上表面鍍硫化鎘-硫化鋅合金薄膜，締化鎘薄膜、硫化鎘-硫化鋅合金薄膜構(gòu)成本實施例的電池結(jié)2,硫化鎘-硫化鋅合金薄膜用通式CdxZnl-xS表示的材料組成，式中X為0. 5,即Cda5Zna5S,硫化鎘-硫化鋅合金薄膜的厚度為50nm,也可大于50nm。電池結(jié)2的上表面鍍有前電極I，前電極I是透明導(dǎo)電薄膜，前電極I上也可以加金屬導(dǎo)線，如鍍碳表面層的金屬銀線。實施例2在本實施例中，基底4、背電極3的結(jié)構(gòu)以及制備方法與實施例I相同。在背電極3的上表面鍍碲化鎘薄膜，碲化鎘薄膜的厚度為lOOOnm，也可大于lOOOnm，碲化鎘薄膜的上表面鍍硫化鎘-硫化鋅合金薄膜，締化鎘薄膜、硫化鎘-硫化鋅合金薄膜構(gòu)成本實施例的電池結(jié)2,硫化鎘-硫化鋅合金薄膜用通式CdxZnl-xS表示的材料組成,式中x為0. 5,即Cda5Zna5S,硫化鎘-硫化鋅合金薄膜的厚度為20nm，也可大于20nm。電池結(jié)2的上表面設(shè)置前電極I其它結(jié)構(gòu)層以及制備方法與實施例I相同。實施例3在以上實施例1、2中，基底4、背電極3的結(jié)構(gòu)以及制備方法與實施例I相同。在背電極3的上表面鍍碲化鎘薄膜，碲化鎘薄膜的上表面鍍硫化鎘-硫化鋅合金薄膜，碲化鎘薄膜、硫化鎘硫化鋅合金薄膜構(gòu)成本實施例的電池結(jié)2,締化鎘薄膜的厚度為IOOOnm,也可大于IOOOnm,硫化鎘-硫化鋅合金薄膜用通式CdxZnl-xS表示的材料組成,式中x為0,即ZnS,硫化鎘-硫化鋅合金薄膜的厚度為20nm,也可大于20nm。 其它結(jié)構(gòu)層以及制備方法與實施例I相同。實施例4在以上實施例1、2中，基底4、背電極3的結(jié)構(gòu)以及制備方法與實施例I相同。在背電極3的上表面鍍碲化鎘薄膜，碲化鎘薄膜的上表面鍍硫化鎘-硫化鋅合金薄膜，碲化鎘薄膜、硫化鎘-硫化鋅合金薄膜構(gòu)成本實施例的電池結(jié)2，碲化鎘薄膜的厚度為lOOOnm，也可大于IOOOnm,硫化鎘-硫化鋅合金薄膜用通式(MxZnl-xS表示的材料組成,式中x為0. 9,即Cda9ZnaiS,硫化鎘-硫化鋅合金薄膜的厚度為20nm，也可大于20nm。當(dāng)x為I時，將為硫化鎘膜，與現(xiàn)有技術(shù)相同其它結(jié)構(gòu)層以及制備方法與實施例I相同。實施例5本實施例的基底4、背電極3的結(jié)構(gòu)以及制備方法與實施例I相同。在背電極3的上表面鍍碲化鎘薄膜，碲化鎘薄膜的上表面鍍硫化鎘薄膜，硫化鎘薄膜的上表面鍍硫化鋅薄膜，碲化鎘薄膜、硫化鎘薄膜、硫化鋅薄膜構(gòu)成本實施例的電池結(jié)2，碲化鎘薄膜的厚度為IOOOnm,也可大于IOOOnm,硫化鎘薄膜的厚度為5nm,硫化鋅薄膜的厚度為45nm。在硫化鋅薄膜的上表面鍍膜前電極1，前電極I及其制備方法與實施例I相同。實施例6本實施例的基底4、背電極3的結(jié)構(gòu)以及制備方法與實施例I相同。在背電極3的上表面鍍碲化鎘薄膜，碲化鎘薄膜的上表面鍍硫化鎘薄膜，硫化鎘薄膜的上表面鍍硫化鋅薄膜，碲化鎘薄膜、硫化鎘薄膜、硫化鋅薄膜構(gòu)成本實施例的電池結(jié)2，碲化鎘薄膜的厚度為IOOOnm,也可大于IOOOnm,硫化鎘薄膜的厚度為5nm,硫化鋅薄膜的厚度為15nm。在硫化鋅薄膜的上表面鍍膜前電極1，前電極I及其制備方法與實施例I相同。實施例6本實施例的基底4、背電極3的結(jié)構(gòu)以及制備方法與實施例I相同。在背電極3的上表面鍍碲化鎘薄膜，碲化鎘薄膜的上表面鍍硫化鎘薄膜，硫化鎘薄膜的上表面鍍硫化鋅薄膜，碲化鎘薄膜、硫化鎘薄膜、硫化鋅薄膜構(gòu)成本實施例的電池結(jié)2，碲化鎘薄膜的厚度為IOOOnm,也可大于IOOOnm,硫化鎘薄膜的厚度為5nm,硫化鋅薄膜的厚度為55nm。在硫化鋅薄膜的上表面鍍膜前電極1，前電極I及其制備方法與實施例I相同。實施例7
本實施例的基底4、背電極3的結(jié)構(gòu)以及制備方法與實施例I相同。在背電極3的上表面鍍碲化鎘薄膜，碲化鎘薄膜的上表面鍍硫化鎘薄膜，硫化鎘薄膜的上表面鍍硫化鋅薄膜，碲化鎘薄膜、硫化鎘薄膜、硫化鋅薄膜構(gòu)成本實施例的電池結(jié)2，碲化鎘薄膜的厚度為IOOOnm,也可大于IOOOnm,硫化鎘薄膜的厚度為IOnm,硫化鋅薄膜的厚度為10nm。在硫化鋅薄膜的上表面鍍膜前電極1，前電極I及其制備方法與實施例I相同。實施例8本實施例的基底4、背電極3的結(jié)構(gòu)以及制備方法與實施例I相同。在背電極3的上表面鍍碲化鎘薄膜，碲化鎘薄膜的上表面鍍硫化鎘薄膜，硫化鎘薄膜的上表面鍍硫化鋅薄膜，碲化鎘薄膜、硫化鎘薄膜、硫化鋅薄膜構(gòu)成本實施例的電池結(jié)2，碲化鎘薄膜的厚度為IOOOnm,也可大于IOOOnm,硫化鎘薄膜的厚度為IOnm,硫化鋅薄膜的厚度為40nm。在硫化鋅薄膜的上表面鍍膜前電極1，前電極I及其制備方法與實施例I相同。實施例9本實施例的基底4、背電極3的結(jié)構(gòu)以及制備方法與實施例I相同。在背電極3的上表面鍍碲化鎘薄膜，碲化鎘薄膜的上表面鍍硫化鎘薄膜，硫化鎘薄膜的上表面鍍硫化鋅薄膜，碲化鎘薄膜、硫化鎘薄膜、硫化鋅薄膜構(gòu)成本實施例的電池結(jié)2，碲化鎘薄膜的厚度為IOOOnm,也可大于IOOOnm,硫化鎘薄膜的厚度為IOnm,硫化鋅薄膜的厚度為50nm。在硫化鋅薄膜的上表面鍍膜前電極1，前電極I及其制備方法與實施例I相同。實施例11本實施例的基底4、背電極3的結(jié)構(gòu)以及制備方法與實施例I相同。在背電極3的上表面鍍碲化鎘薄膜，碲化鎘薄膜的上表面鍍硫化鎘薄膜，硫化鎘薄膜的上表面鍍硫化鋅薄膜，碲化鎘薄膜、硫化鎘薄膜、硫化鋅薄膜構(gòu)成本實施例的電池結(jié)2，碲化鎘薄膜的厚度為IOOOnm,也可大于IOOOnm,硫化鎘薄膜的厚度為15nm,硫化鋅薄膜的厚度為5nm。在硫化鋅薄膜的上表面鍍膜前電極1，前電極I及其制備方法與實施例I相同。實施例12本實施例的基底4、背電極3的結(jié)構(gòu)以及制備方法與實施例I相同。在背電極3的上表面鍍碲化鎘薄膜，碲化鎘薄膜的上表面鍍硫化鎘薄膜，硫化鎘薄膜的上表面鍍硫化鋅薄膜，碲化鎘薄膜、硫化鎘薄膜、硫化鋅薄膜構(gòu)成本實施例的電池結(jié)2，碲化鎘薄膜的厚度為IOOOnm,也可大于IOOOnm,硫化鎘薄膜的厚度為15nm,硫化鋅薄膜的厚度為35nm。在硫化鋅薄膜的上表面鍍膜前電極1，前電極I及其制備方法與實施例I相同。實施例13本實施例的基底4、背電極3的結(jié)構(gòu)以及制備方法與實施例I相同。在背電極3的上表面鍍碲化鎘薄膜，碲化鎘薄膜的上表面鍍硫化鎘薄膜，硫化鎘薄膜的上表面鍍硫化鋅薄膜，碲化鎘薄膜、硫化鎘薄膜、硫化鋅薄膜構(gòu)成本實施例的電池結(jié)2，碲化鎘薄膜的厚度為IOOOnm,也可大于IOOOnm,硫化鎘薄膜的厚度為15nm,硫化鋅薄膜的厚度為45nm。在硫化鋅薄膜的上表面鍍膜前電極1，前電極I及其制備方法與實施例I相同。實施例14在實施例I 4中，基底4、背電極3的結(jié)構(gòu)以及制備方法與實施例I相同。在背電極3的上表面鍍碲化鎘薄膜，碲化鎘薄膜的上表面鍍硫化鎘薄膜，硫化鎘薄膜的上表面鍍硫化鎘-硫化鋅合金薄膜，締化鎘薄膜、硫化鎘薄膜、硫化鎘-硫化鋅合金薄膜構(gòu)成本實、施例的電池結(jié)2,硫化鎘-硫化鋅合金薄膜用通式CdxZnl-xS表示的材料組成,式中x的取值、硫化鎘硫化鋅合金薄膜的厚度以及其他結(jié)構(gòu)層與相應(yīng)的實施例相同。實施例15在以上的實施例I 14中，基底4采用柔軟的厚度為0. 8mm的表面鍍有金屬薄膜的高分子材料基底，基底4的厚度不超過2_，高分子材料為聚酰亞胺，高分子材料也可以為聚氟乙烯，高分子材料還可以為密度> 1.55g/cm3的聚氯乙烯。這種基底4有柔性，質(zhì)量輕，單位質(zhì)量發(fā)電效率高，所制備的太陽能電池可以卷曲，可隨身攜帶。其它結(jié)構(gòu)層與相應(yīng)的實施例相同。 根據(jù)上述原理，還可設(shè)計出另外一種具體結(jié)構(gòu)的碲化鎘/硫化鎘太陽能電池，但均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種碲化鎘/硫化鎘太陽能電池，在基底(4)上表面設(shè)置有背電極(3)，背電極(3)上表面設(shè)置有電池結(jié)(2)，電池結(jié)(2)的上表面設(shè)置前電極(1)，其特征在于所述的電池結(jié)(2)包括碲化鎘薄膜，在碲化鎘薄膜的上表面設(shè)置有硫化鎘薄膜和硫化鋅薄膜或硫化鎘-硫化鋅合金薄膜，硫化鎘-硫化鋅合金薄膜用通式CdxZnl-xS表示的材料組成,式中O ^ x〈l。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的碲化鎘/硫化鎘太陽能電池，其特征在于所述的碲化鎘薄膜的厚度至少為IOOOnm,硫化鎘-硫化鋅合金薄膜的厚度至少為20nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的碲化鎘/硫化鎘太陽能電池，其特征在于所述的碲化鎘薄膜的厚度至少為lOOOnm，硫化鎘薄膜和硫化鋅薄膜的厚度為20 60nm，其中硫化鎘薄膜的厚度為5 15nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的碲化鎘/硫化鎘太陽能電池，其特征在于所述的碲化鎘薄膜的厚度至少為lOOOnm，硫化鎘薄膜和硫化鋅薄膜的厚度為50nm，其中硫化鎘薄膜的厚度為 5nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的碲化鎘/硫化鎘太陽能電池，其特征在于所述的基底(4)是厚度不超過0. 15mm不銹鋼薄片或厚度不超過2mm的表面鍍有金屬薄膜的高分子材料基底； 上述的高分子材料為聚酰亞胺、聚氟乙烯、密度> I. 55g/cm3的聚氯乙烯中的任意一種。
全文摘要
一種碲化鎘/硫化鎘太陽能電池，在基底上表面設(shè)背電極，背電極上表面設(shè)電池結(jié)，電池結(jié)的上表面設(shè)電極。上述的電池結(jié)包括碲化鎘薄膜，在碲化鎘薄膜的上表面設(shè)硫化鎘薄膜和硫化鋅薄膜、或硫化鎘-硫化鋅合金薄膜，硫化鎘-硫化鋅合金薄膜用通式CdxZn1-xS表示的材料組成，式中0≤x＜1。采用硫化鎘-硫化鋅合金薄膜、或硫化鎘和硫化鋅薄膜，替代現(xiàn)有硫化鎘薄膜，硫化鋅比硫化鎘穩(wěn)定且更透明，電流密度和電池穩(wěn)定性顯著提高；采用厚度不超過0.15mm不銹鋼薄片或厚度不超過2mm的表面鍍有金屬薄膜的高分子材料基底，柔性好、質(zhì)量輕、單位重量發(fā)電效率高，太陽能電池可卷曲，隨身攜帶。它具有轉(zhuǎn)換效率高、成本低、重量輕、攜帶方便等優(yōu)點。
文檔編號H01L31/02GK102751345SQ20121016639
公開日2012年10月24日 申請日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者劉生忠, 李 燦 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所, 陜西師范大學(xué)