基于石墨烯的柔性碲化鎘薄膜太陽能電池的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本實用新型涉及一種碲化鎘薄膜太陽能電池，尤其是涉及一種基于石墨烯的柔性 碲化鎘薄膜太陽能電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 在當今追求節(jié)能、環(huán)保的潮流中，清潔、可再生能源的開發(fā)和利用顯得尤為重要。 其中，取之不盡、用之不竭的太陽能受到了人們極大的關(guān)注。將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的太陽能 電池一般分為硅類太陽能電池、有機太陽能電池、化合物半導體太陽能電池等，其中碲化鎘 薄膜太陽能電池，作為最有發(fā)展前景的太陽能電池之一，具有高效率，制作工藝簡單，且可 大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中碲化鎘薄膜太陽能電池一般由玻璃襯底，透明電極層，高阻層，硫化鎘 窗口層，碲化鎘吸收層以及背接觸層和背電極層這七層結(jié)構(gòu)組成。根據(jù)制作工藝順序，碲化 鎘薄膜太陽能電池可分為由上到下配置和由下到上配置，一般由上到下配置的太陽能電池 的光轉(zhuǎn)換效率比由下到上配置的光轉(zhuǎn)換效率高。在由上到下配置的太陽能電池中，碲化鎘 薄膜太陽能電池在覆有透明導電層的玻璃襯底上制備。因為玻璃襯底都是硬質(zhì)的，不能曲 折，而在由下到上配置的碲化鎘薄膜太陽能電池中，沉積碲化鎘薄膜的基底可以選擇金屬 箔或者其他柔性襯底，從而使柔性電池成為可能。
[0004] 另外，傳統(tǒng)的透明導電層有氧化銦錫、摻氟氧化錫和摻鋁氧化鋅，均具有很高的透 光性（T>90%)，低的方塊電阻（30 Ω/sq左右)等透明導電氧化物。但這些透明導電薄膜的 缺點是脆性易碎且折射率高。另外，這些透明導電氧化物一般涉及到一些資源有限、價格高 昂的金屬，比如銦、錫等，進而提高了碲化鎘薄膜太陽能電池的制作成本。
[0005] 同時碲化鎘薄膜太陽能電池的背接觸層也是限制它發(fā)展的一大因素。由于碲化鎘 薄膜的功函數(shù)5. 5eV，為了避免形成肖特基勢皇，要求和碲化鎘接觸的背接觸層的功函數(shù) 大于5. 5eV，但事實上滿足這條件的材料稀少且價格昂貴。 【實用新型內(nèi)容】
[0006] 本實用新型目的是：提供一種基于石墨烯的柔性碲化鎘薄膜太陽能電池，不僅制 備方法簡單，而且能夠有效提高柔性碲化鎘薄膜太陽能電池的彎曲角度和彎折重復性。
[0007] 本實用新型的技術(shù)方案是：一種基于石墨烯的柔性碲化鎘薄膜太陽能電池，包括 自下而上依次設置的鉬箔背電極層、P型石墨烯背接觸層、P型碲化鎘薄膜吸收層、η型硫化 鎘薄膜窗口層、本征氧化鋅薄膜高阻層、η型石墨烯導電層和透明高分子材料防護層。
[0008] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述ρ型石墨烯背接觸層為單層或多層ρ型摻雜石墨烯薄 膜，其摻雜元素選自硼、鉑、金、銅或銀；
[0009] 所述η型石墨烯導電層為單層或多層η型摻雜石墨烯薄膜，其摻雜元素選自氮、 磷、氧或氯。
[0010] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述透明高分子材料防護層選自PI、PET、PVC、LDPE或PC透 明高分子薄膜。
[0011] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述鉬箔背電極層的厚度為IOOnm~400nm;
[0012] 所述p型石墨稀背接觸層的厚度為0· 35nm~5nm;
[0013] 所述p型碲化鎘薄膜吸收層的厚度為5um~15um;
[0014] 所述η型硫化鎘薄膜窗口層的厚度為IOOnm~300nm;
[0015] 所述本征氧化鋅薄膜高阻層的厚度為50nm~250nm;
[0016] 所述η型石墨稀導電層的厚度為0· 35nm~lnm;
[0017] 所述透明高分子材料防護層的厚度為200um~2mm。
[0018] 上述基于石墨烯的柔性碲化鎘薄膜太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：
[0019] 1)將鉬箔超聲波清洗后放于石英舟上并置于管式爐中央，在氫氣和氬氣保護下加 熱到800~1100°C后退火30~60mins，然后同時通入碳源和待摻雜元素進行p型摻雜石 墨烯薄膜沉積，沉積時間為30~200mins，冷卻后得到p型石墨烯背接觸層；
[0020] 2)采用近空間升華法在步驟1)所得到的P型石墨烯背接觸層上制備P型碲化鎘 薄膜吸收層；
[0021] 3)采用真空蒸發(fā)沉積法在步驟2)所得到的p型碲化鎘薄膜吸收層上制備η型硫 化鎘薄膜窗口層；
[0022] 4)采用磁控濺射法在步驟3)所得到的η型硫化鎘薄膜窗口層上制備本征氧化鋅 薄膜高阻層；
[0023] 5)將銅箔超聲波清洗后放于石英舟上并置于管式爐中央，在氫氣和氬氣保護下加 溫達到900~1100°C后退火50~60mins，然后通入碳源進行石墨烯沉積，沉積時間為30~ 60mins，冷卻后得到在銅箔上生長的石墨稀薄膜，再在石墨稀薄膜上涂抹聚甲基丙稀酸甲 酯，之后放入三氯化鐵中腐蝕銅箔，再放入丙酮去除聚甲基丙烯酸甲酯，得到石墨烯薄膜， 最后對該石墨烯薄膜進行η型摻雜后轉(zhuǎn)移到步驟4)所得到的本征氧化鋅薄膜高阻層上，得 到η型石墨烯導電層；
[0024] 6)將透明高分子材料懸涂在步驟5)所得到的η型石墨烯導電層上作為透明高分 子材料防護層，固化后得到基于石墨烯的柔性碲化鎘薄膜太陽能電池。
[0025] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟2)中制備ρ型碲化鎘薄膜吸收層后，進行退火處理，其 具體步驟如下：在P型碲化鎘薄膜吸收層上沉積氯化鎘薄膜，在氬氣或氮氣的保護下退火， 溫度為350~450°C，時間為20~40mins。
[0026] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟1)中所述的鉬箔依次采用異丙醇、丙酮、四氯化碳、去 離子水進行超聲波清洗；
[0027] 步驟5)中所述的銅箔依次采用異丙醇、丙酮、三氯化鐵、鹽酸水溶液、去離子水進 行超聲波清洗。
[0028] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟2)中所述近空間升華法的具體步驟為：將步驟1)得到 的覆有P型石墨烯背接觸層的鉬箔作為基底，并置于近空間升華設備的上石墨塊上，在近 空間升華設備的下石墨塊上放置與所述基底相近面積的碲化鎘源，然后將反應室抽真空至 1~IOPa后通入氬氣，通過鹵鎢燈加熱上、下石墨塊，其中上石墨塊溫度達到400~550°C， 下石墨塊溫度達到550~650°C，并保溫10~40mins。
[0029] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟3)中真空蒸發(fā)沉積法的具體步驟為：將步驟2)得 到的依次覆有P型石墨烯背接觸層、P型碲化鎘薄膜吸收層的鉬箔作為基底，采用真空蒸 發(fā)沉積設備，以純度大于99. 995%的硫化鎘粉末作為硫化鎘源，其中反應室氣壓為（1~ 10) XKT4Pa,硫化鎘源溫度為550~670°C，基底溫度為50~KKTC，反應時間10~ 30mins〇
[0030] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟4)中磁控濺射法的具體步驟為：將步驟3)得到的依次 覆有P型石墨烯背接觸層、P型碲化鎘薄膜吸收層、η型硫化鎘薄膜窗口層的鉬箔作為基底， 通入氬氣和氧氣，磁控濺射溫度為350~500°C并以純鋅為靶。
[0031] 本實用新型的優(yōu)點是：
[0032] 1.本實用新型采用石墨烯代替?zhèn)鹘y(tǒng)的透明導電氧化物材料和背接觸層材料，解決 了傳統(tǒng)材料的易脆裂性且折射率高的問題，有效提高太陽能電池彎曲角度和彎折重復性， 擴大其利用范圍，同時由于碳源的儲備充分，避免了儲量稀少且價格昂貴的銻、碲、銦、錫、 金等材料的使用，大大降低了生產(chǎn)成本；
[0033] 2.本實用新型利用石墨烯的高透光率、高導電率、低成本的優(yōu)點替代傳統(tǒng)成本較 高的透明導電氧化物薄膜，從而降低了碲化鎘太陽能電池的成產(chǎn)成本，并提高了太陽能電 池的光透過率，以及外量子效率；
[0034] 3.本實用新型直接在鉬箔上制備得到p型石墨烯背接觸層，減少了石墨烯薄膜的 轉(zhuǎn)移這個步驟，同時也避免了聚甲基丙烯酸甲酯等殘留所引入的雜質(zhì)。
【附圖說明】
[0035] 下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述：
[0036] 圖1為本實用新型基于石墨烯的柔性碲化鎘薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖；