一種複合太陽能電池製備方法
2023-09-16 08:39:25
一種複合太陽能電池製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種複合太陽能電池製備方法，包括：第一步，CdS薄膜製備：運用化學水浴法在導電玻璃導電一側的表面製備一層n-CdS薄膜材料，作為窗口材料以及p-n結的n型材料使用；第二步，CdTe薄膜製備：取另一塊導電玻璃，在導電一側的表面通過電化學沉積法製備一層p-CdTe薄膜材料，作為p-n結的p型材料以及背電極使用；第三步，複合太陽能電池封裝：將兩塊分別製備了CdS薄膜和CdTe薄膜材料的導電玻璃，CdS薄膜與CdTe薄膜面對面靠在一起，用夾子夾緊固定，然後放置在高溫爐中退火處理。通過上述方式，本發明製備太陽能電池，硫化鎘CdS薄膜與碲化鎘CdTe薄膜貼合時，保證硫化鎘CdS薄膜材料不易脫落。
【專利說明】一種複合太陽能電池製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及太陽能電池領域，特別是涉及一種複合太陽能電池製備方法。
【背景技術】
[0002]人類生存環境的保護和能源問題是當今人類社會面臨的共同問題。據計算，煤、石油、天然氣等化石燃料預計最多還能使用一個世紀左右，它們有限的數量和人類無限的需求之間構成不可調和的矛盾。更嚴重的是，隨著化石燃料的不斷枯竭，化石燃料燃燒產生的溫室氣體、氮氧化合物等環境汙染問題日益嚴重，所以清潔、無汙染並且儲藏量巨大的可再生能源的開發成為人類面臨的重大問題。因此，太陽能被視為21世紀能源研究的主要領域，它與常規能源相比，存在著許多優勢:第一，它是人類可以利用的資源中最豐富的，據專家推算，在過去的十幾億年中，太陽只消耗了它本身能量的2%，照射在地球上的太陽能量非常巨大，大約40min照射在地球上的太陽能，足以供全球人類一年的能量消費。按這樣計算，太陽能足以供給人類使用幾十億年，這無疑是一種巨大的能量，可以說是取之不盡，用之不竭。第二，開發利用太陽能不會汙染環境，它是最清潔能源之一，在環境汙染越來越嚴重的今天，這一點是極其寶貴的。第三，太陽光照射在大地上，沒有地域的限制，只要有光照的地方就有太陽能，無論陸地或海洋，無論高山或島嶼，處處皆有，可直接開發和利用，且不需要開採和運輸，這樣在偏遠的山村也可以直接利用，很有實用價值。所以合理開發太陽能將能有效地解決人類的能源問題。
[0003]化合物半導體薄膜太陽電池的研究及製造是當今光伏領域的研究熱點，CdS/CdTe多晶薄膜太陽能電池由於具有成本低廉、性能穩定、工藝簡單等特點受到了廣泛重視。CdS硫化鎘薄膜作為CdS/CdTe多晶薄膜太陽能電池p-n結的η型材料，是化學性能穩定的
I1-VI族寬禁帶半導體材料，禁帶寬度為2.42eV，由於硫化鎘CdS允許絕大部分可見光通過而被廣泛用作太陽能電池的窗口材料。碲化鎘CdTe的禁帶寬度為1.45eV，吸收係數大，Ium厚的薄膜即可吸收90%以上的太陽光,是一種理想的太陽電池材料。傳統的(MS/CMTe多晶薄膜太陽能電池的基本結構通常由背電極/P型CdTe/n型CdS/前電極組成，其結構示意圖如說明書附圖圖1所示，附圖標記為1、背電極；2、P-CdTe膜；3、n-CdS膜；4、透明導電膜；5、玻璃襯底；透明導電膜4鍍在玻璃襯底5上，n-CdS膜3製備在透明導電膜4上，p-CdTe膜2製備在n-CdS膜3上，背電極I設在p-CdTe膜上。
[0004]目前製備CdS/CdTe多晶薄膜太陽能電池方法有很多，傳統方法是首先用化學水浴法在導電玻璃表面製備一層n-CdS薄膜材料，然後在CdS表面上，再製備一層p-CdTe薄膜材料，最後在CdTe表面沉積一層背電極即可；其中製備CdTe薄膜材料有近場升華法、熱蒸發法、磁控濺射以及電化學沉積法等，其中電化學沉積法由於設備簡單、成本低廉而受到人們重視，但同時帶來的問題是在CdS表面上通過電化學沉積製備CdTe薄膜時，容易造成CdS薄膜材料脫落，從而造成器件破壞。
【發明內容】
[0005]本發明主要解決的技術問題是提供一種複合太陽能電池製備方法，能夠在製備太陽能電池時在硫化鎘CdS薄膜表面製備碲化鎘CdTe薄膜，保證硫化鎘CdS薄膜材料不易脫落。
[0006]為解決上述技術問題，本發明採用的一個技術方案是:提供一種複合太陽能電池製備方法，包括:
第一步,CdS薄膜製備:運用化學水浴法在導電玻璃導電一側的表面製備一層n-CdS薄膜材料，作為窗口材料以及p-n結的η型材料使用；
第二步，CdTe薄膜製備:取另一塊導電玻璃，在導電一側的表面通過電化學沉積法製備一層p-CdTe薄膜材料，作為p-n結的p型材料以及背電極使用；
第三步，複合太陽能電池封裝:將兩塊分別製備了 CdS薄膜和CdTe薄膜材料的導電玻璃，CdS薄膜與CdTe薄膜面對面靠在一起，用夾子夾緊固定，然後放置在高溫爐中退火處理。
[0007]優選的是，所述導電玻璃需要進行預處理；導電玻璃預處理工序包括:(1)、將導電玻璃用濃硝酸浸泡15分鐘，取出後在去離子水中漂洗；(2)、將導電玻璃在10%的NaOH溶液中浸泡15分鐘，再用去離子水衝洗；(3)、將導電玻璃放入丙酮溶液中，並超聲清洗10分鐘；(4)、將導電玻璃放入無水乙醇中，再超聲清洗10分鐘，最後用去離子水衝洗；(5)、將導電玻璃放入密封乾淨的乾燥箱中烘乾，備用。
[0008]優選的是，所述化學水浴法製備CdS薄膜步驟包括製備CdS成膜溶液和用恆溫磁力攪拌水浴鍋沉積CdS薄膜；
所述製備CdS成膜溶液步驟包括:(I)、稱取0.1866g乙酸鎘放入清洗乾淨的燒杯中，並加入25ml的去離子水使之溶解；(2)、稱取0.3806g硫脲，放入清洗乾淨的燒杯，並加入15ml去離子水使之溶解；(3)、在乙酸鎘中加入1ml氨水，混合均勻；(4)、將配置好的硫脲溶液加入混合液中，加入去離子水定容到100ml，並攪拌均勻；(5)、向上述步驟所得的溶液中加入適量的乙酸氨，調節pH值至10.5 ；
所述恆溫磁力攪拌水浴鍋沉積CdS薄膜步驟包括:(I )、在磁力攪拌水浴鍋中加入水並加熱，把配置好的CdS成膜溶液放入水浴鍋，將溶液加熱至85°C; (2)、把清洗乾淨的導電玻璃安裝在樣品架上，並放入反應池中；(3)、在反應過程中不斷地加入氨水來保持溶液的pH穩定；(4)、把鍍有CdS薄膜的導電玻璃取出，用超聲清洗器清洗掉表面疏鬆物質，最後把鍍有CdS薄膜的樣品放入烘箱烘乾。
[0009]優選的是，所述電化學沉積法製備CdTe薄膜步驟包括製備CdTe成膜溶液和三電極法沉積CdTe薄膜；
所述製備CdTe成膜溶液步驟包括稱取CdSOjP TeO 2，將CdSOjP TeO 2分別溶於15ml和10ml去離子水中，待全部溶解後，將溶液混合，加入H2SO4,將pH值調至2 ；
所述三電極法沉積CdTe薄膜步驟包括將飽和甘汞電極和鉬電極放入燒杯，倒入適量的無水乙醇清洗乾淨，再用去離子水衝洗乾淨，放入烘箱烘乾備用；將CdTe成膜溶液放入水浴鍋中並加熱到80°C ;工作電極為導電玻璃，對電極為鉬電極，參比電極為飽和甘汞電極；打開電化學工作站，設置反應的工作電壓為-0.5V，反應時間為I小時；反應結束後，將鍍有CdTe薄膜的樣品取出，用去離子水衝洗乾淨，烘乾。
[0010]優選的是，所述複合太陽能電池封裝步驟包括在兩塊分別鍍有CdS薄膜和CdTe薄膜的導電玻璃表面懸塗飽和的CdCl2甲醇溶液，然後將CdS薄膜和CdTe薄膜互相貼合，並放入馬弗爐內退火，退火溫度為400°C，退火時間為I小時。
[0011]優選的是，所述導電玻璃為氧化銦錫ITO導電玻璃。
[0012]本發明的有益效果是:本發明能夠解決在製備太陽能電池時，在硫化鎘CdS薄膜表面製備碲化鎘CdTe薄膜，硫化鎘CdS薄膜材料容易脫落的弊端。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是傳統的CdS/CdTe多晶薄膜太陽能電池結構示意圖；
圖2是本發明一種複合太陽能電池製備方法所製備的CdS/CdTe複合太陽能電池的結構示意圖；
圖3是所示一種複合太陽能電池製備方法中製備CdS薄膜的裝置示意圖；
附圖中各部件的標記如下:1、背電極；2、p-CdTe膜；3、n-CdS膜；4、透明導電膜；5、玻璃襯底；6、導電玻璃；7、CdS薄膜；8、CdTe薄膜；9、樣品架；10、水浴鍋；11、CdS成膜溶液；
12、反應池；13、溫度計。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本發明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發明的優點和特徵能更易於被本領域技術人員理解，從而對本發明的保護範圍做出更為清楚明確的界定。
[0015]請參閱圖1至圖3，本發明實施例包括:
一種複合太陽能電池製備方法，首先導電玻璃的清潔度和平整度對薄膜的質量影響很大，對導電玻璃需要進行預處理，所述導電玻璃為20mmX80mmX Imm的氧化銦錫(ITO)導電玻璃；導電玻璃預處理工序包括:(I)、將導電玻璃用濃硝酸浸泡15分鐘，取出後在去離子水中漂洗；(2)、將導電玻璃在10%的NaOH溶液中浸泡15分鐘，再用去離子水衝洗；(3)、將導電玻璃放入丙酮溶液中，並超聲清洗10分鐘；(4)、將導電玻璃放入無水乙醇中，再超聲清洗10分鐘，最後用去離子水衝洗；(5)、將導電玻璃放入密封乾淨的乾燥箱中烘乾，備用。
[0016]一、CdS薄膜製備:
運用化學水浴法在導電玻璃導電一側的表面製備一層n-CdS薄膜材料，作為窗口材料以及P-n結的η型材料使用；化學水浴法包括製備CdS成膜溶液和用恆溫磁力攪拌水浴鍋沉積CdS薄膜；
所述製備CdS成膜溶液步驟包括:(I)、稱取0.1866g乙酸鎘放入清洗乾淨的燒杯中，並加入25ml的去離子水使之溶解；(2)、稱取0.3806g硫脲，放入清洗乾淨的燒杯，並加入15ml去離子水使之溶解；(3)、在乙酸鎘中加入1ml氨水，混合均勻；(4)、將配置好的硫脲溶液加入混合液中，加入去離子水定容到100ml，並攪拌均勻；(5)、向上述步驟所得的溶液中加入適量的乙酸氨，調節pH值至10.5 ；
所述恆溫磁力攪拌水浴鍋沉積CdS薄膜步驟包括:(1)、在磁力攪拌水浴鍋10中加入水並加熱，把配置好的CdS成膜溶液11放入水浴鍋，觀察溫度計13，將溶液加熱至85°C ；
(2)、把清洗乾淨的導電玻璃6安裝在樣品架9上，並放入反應池12中；(3)、在反應過程中不斷地加入氨水來保持溶液的PH穩定；(4)、把鍍有CdS薄膜的導電玻璃取出，用超聲清洗器清洗掉表面疏鬆物質，最後把鍍有CdS薄膜的樣品放入烘箱烘乾；其反應機理如下: a、鎘鹽在水溶液中形成鎘離子，並與氨水裡面的NH3分子形成絡合離子Cd(NH3)42+: Cd2++4NH3= [Cd (NH3) J2+
b、在導電玻璃的表面位置上，Cd2+與氨水水解產生的OH_反應，生成Cd(OH) 2，即:
[Cd (NH3) 4]2++20H_= Cd (OH) 2ads+4 NH3
C、加入硫脲後，SC(NH2)2與產生的Cd(OH) 2形成一種亞穩態的絡合物Cd (SC(NH2)2)(OH)2 =
Cd (OH) 2+SC (NH2) 2=Cd (SC (NH2)2) (OH)2ads
d、這種亞穩態絡合物分解就形成了 CdS，析出的CdS就沉積在導電玻璃表面，形成緻密的薄膜，即
Cd (SC(NH2)2) (OH)2=CdS+CN2H2+2H20
總的化學反應方程式為:
Cd2++ SC (NH2) 2+20r= CdS+CN2H2+2H20
二、CdTe薄膜製備:
取另一塊導電玻璃，在導電一側的表面通過電化學沉積法製備一層P-CdTe薄膜材料，作為p-n結的P型材料以及背電極使用；所述電化學沉積法製備CdTe薄膜步驟包括製備CdTe成膜溶液和三電極法沉積CdTe薄膜；
所述製備CdTe成膜溶液包括稱取適量CdSOjP TeO 2，將CdSOjP TeO 2分別溶於15ml和10ml去離子水中，待全部溶解後，將溶液混合，加入H2SO4，將pH值調至2 ;在酸性水溶液中，TeO2存在以下化學反應:
Te02+H20=HTe02++0H_
電極清洗:將飽和甘汞電極和鉬電極放入燒杯，倒入適量的無水乙醇清洗乾淨，再用去離子水衝洗乾淨，放入烘箱烘乾備用；
所述三電極法沉積CdTe薄膜包括將CdTe成膜溶液放入水浴鍋中並加熱到80°C ;工作電極為導電玻璃，對電極為鉬電極，參比電極為飽和甘汞電極；打開電化學工作站，設置反應的工作電壓為-0.5V，反應時間為I小時；加入工作電壓後，會產生電解和沉積的反應:HTe02++3H++4e_=Te+2H20Cd2++Te+2e_=CdTe
反應結束後，將鍍有CdTe薄膜的樣品取出，用去離子水衝洗乾淨，烘乾。
[0017]三、複合太陽能電池封裝:
在兩塊分別鍍有CdS薄膜7和CdTe薄膜8的導電玻璃6表面懸塗飽和的CdCl2甲醇溶液，然後將CdS薄膜7和CdTe薄膜8互相貼合，並放入馬弗爐內退火，退火溫度為400°C，退火時間為I小時。複合太陽能電池製備完成。
[0018]本發明製備太陽能電池，硫化鎘CdS薄膜與碲化鎘CdTe薄膜貼合時，能夠保證硫化鎘CdS薄膜材料不易脫落。
[0019]以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的【技術領域】，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。
【權利要求】
1.一種複合太陽能電池製備方法，其特徵在於，包括: 第一步,CdS薄膜製備:運用化學水浴法在導電玻璃導電一側的表面製備一層n-CdS薄膜材料，作為窗口材料以及p-n結的η型材料使用； 第二步，CdTe薄膜製備:取另一塊導電玻璃，在導電一側的表面通過電化學沉積法製備一層p-CdTe薄膜材料，作為p-n結的p型材料以及背電極使用； 第三步，複合太陽能電池封裝:將兩塊分別製備了 CdS薄膜和CdTe薄膜材料的導電玻璃，CdS薄膜與CdTe薄膜面對面靠在一起，用夾子夾緊固定，然後放置在高溫爐中退火處理。
2.根據權利要求1所述的一種複合太陽能電池製備方法，其特徵在於:所述導電玻璃需要進行預處理；導電玻璃預處理工序包括:(1)、將導電玻璃用濃硝酸浸泡15分鐘，取出後在去離子水中漂洗；(2)、將導電玻璃在10%的NaOH溶液中浸泡15分鐘，再用去離子水衝洗；(3)、將導電玻璃放入丙酮溶液中，並超聲清洗10分鐘；(4)、將導電玻璃放入無水乙醇中，再超聲清洗10分鐘，最後用去離子水衝洗；(5)、將導電玻璃放入密封乾淨的乾燥箱中烘乾，備用。
3.根據權利要求1所述的一種複合太陽能電池製備方法，其特徵在於:所述化學水浴法製備CdS薄膜步驟包括製備CdS成膜溶液和用恆溫磁力攪拌水浴鍋沉積CdS薄膜； 所述製備CdS成膜溶液步驟包括:(I)、稱取0.1866g乙酸鎘放入清洗乾淨的燒杯中，並加入25ml的去離子水使之溶解；(2)、稱取0.3806g硫脲，放入清洗乾淨的燒杯，並加入15ml去離子水使之溶解；(3)、在乙酸鎘中加入1ml氨水，混合均勻；(4)、將配置好的硫脲溶液加入混合液中，加入去離子水定容到100ml，並攪拌均勻；(5)、向上述步驟所得的溶液中加入適量的乙酸氨，調節pH值至10.5 ； 所述恆溫磁力攪拌水浴鍋沉積CdS薄膜步驟包括:(I )、在磁力攪拌水浴鍋中加入水並加熱，把配置好的CdS成膜溶液放入水浴鍋，將溶液加熱至85°C; (2)、把清洗乾淨的導電玻璃安裝在樣品架上，並放入反應池中；(3)、在反應過程中不斷地加入氨水來保持溶液的pH穩定；(4)、把鍍有CdS薄膜的導電玻璃取出，用超聲清洗器清洗掉表面疏鬆物質，最後把鍍有CdS薄膜的樣品放入烘箱烘乾。
4.根據權利要求1所述的一種複合太陽能電池製備方法，其特徵在於:所述電化學沉積法製備CdTe薄膜步驟包括製備CdTe成膜溶液和三電極法沉積CdTe薄膜； 所述製備CdTe成膜溶液步驟包括稱取CdSOjP TeO 2，將CdSOjP TeO 2分別溶於15ml和10ml去離子水中，待全部溶解後，將溶液混合，加入H2SO4,將pH值調至2 ； 所述三電極法沉積CdTe薄膜步驟包括將飽和甘汞電極和鉬電極放入燒杯，倒入適量的無水乙醇清洗乾淨，再用去離子水衝洗乾淨，放入烘箱烘乾備用；將CdTe成膜溶液放入水浴鍋中並加熱到80°C ;工作電極為導電玻璃，對電極為鉬電極，參比電極為飽和甘汞電極；打開電化學工作站，設置反應的工作電壓為-0.5V，反應時間為I小時；反應結束後，將鍍有CdTe薄膜的樣品取出，用去離子水衝洗乾淨，烘乾。
5.根據權利要求1所述的一種複合太陽能電池製備方法，其特徵在於:所述複合太陽能電池封裝步驟包括在兩塊分別鍍有CdS薄膜和CdTe薄膜的導電玻璃表面懸塗飽和的CdCl2￥醇溶液，然後將CdS薄膜和CdTe薄膜互相貼合，並放入馬弗爐內退火，退火溫度為400°C，退火時間為I小時。
6.根據權利要求2所述的一種複合太陽能電池製備方法，其特徵在於:所述導電玻璃為氧化銦錫ITO導電玻璃。
【文檔編號】H01L31/18GK104465871SQ201410681765
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月25日 優先權日:2014年11月25日
【發明者】李建康 申請人:蘇州市職業大學