CN106784046A - 一种背接触结构、制备方法及碲化镉薄膜太阳电池 - Google Patents

一种背接触结构、制备方法及碲化镉薄膜太阳电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种背接触结构，包括依次设置的氧化钼层、钼层和氮化钼层；所述背接触结构能降低与碲化镉的接触势垒，形成欧姆接触，从而提高碲化镉薄膜太阳电池的性能，同时，降低了生产成本。

Description

一种背接触结构、制备方法及碲化镉薄膜太阳电池
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种背接触结构、制备方法及碲化镉薄膜太阳电池。
背景技术
环境污染和能源短缺已成为制约社会的可持续发展的关键因素，太阳能等可再生能源技术代表了清洁能源的发展方向，作为最具可持续发展理想特征的太阳能光伏发电将进入人类能源结构并成为基础能源的重要组成部分，我国也已经将其作为构建和谐可持续发展的新型社会的重要基础条件列入国家中长期科技发展规划中。
碲化镉薄膜太阳电池因其转化效率高、成本低廉，可大规模工业化生产的特点，被誉为最有前途的太阳电池之一。碲化镉薄膜太阳电池的P型CdTe层，P型CdTe层的功函数为5.7eV，高于大多数金属材料的功函数要高，将金属材料直接制备在CdTe薄膜表面作为背电极，则CdTe与金属的界面会形成肖特基势垒，阻碍光生载流子的传输，降低电池性能。是在CdTe和背电极之间引入半导体背接触层，来减小接触势垒对空穴传输的阻碍。通常采用在CdTe和背电极之间引入半导体背接触层，来减小接触势垒对空穴传输的阻碍。目前常用的背接触层材料有碲化锌(ZnTe)、碲化汞(HgTe)，碲化锑(Sb2Te3)等，这些材料多为化合物半导体材料，价格较为昂贵，使得碲化镉薄膜太阳电池的成本较高。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种背接触结构、制备方法及碲化镉薄膜太阳电池，所述背接触结构能降低与碲化镉的接触势垒，形成欧姆接触，从而提高碲化镉薄膜太阳电池的性能，同时，降低了生产成本。
未解决上述技术问题，本申请提供的技术方案是：
提供一种背接触结构，包括依次设置的氧化钼层、钼层和氮化钼层。
优选的，所述背接触结构还包括铜层或氧化铜层，所述铜层或所述氧化铜层上依次设置所述氧化钼层、所述钼层和所述氮化钼层。
优选的，所述氧化钼层中靠近所述钼层氧含量逐渐降低。
优选的，所述氮化钼层中靠近所述钼层氮含量逐渐降低。
优选的，所述背接触结构厚度为120～300nm。
优选的，所述氧化钼层厚度为20～50nm。
优选的，所述钼层厚度为80～180nm。
优选的，所述氮化钼层厚度为20～50nm。
优选的，所述铜层厚度为2～10nm。
优选的，所述氧化铜层厚度为2～10nm。
本申请还提供了一种背接触结构的制备方法，包括：在半导体层上依次沉积氧化钼层、钼层和氮化钼层后进行退火处理，所述氧化钼层、所述钼层和所述氮化钼层形成背接触结构。
优选的，所述制备方法具体为在半导体层上依次溅射沉积所述氧化钼层、所述钼层和所述氮化钼层后退火处理，所述氧化钼层、所述钼层和所述氮化钼层形成背接触结构。
优选的，所述退火处理温度为100～300℃。
优选的，所述退火处理温度为150～250℃。
优选的，所述退火处理温度为200℃。
优选的，所述退火处理时间为10～90min。
优选的，所述退火处理时间为40min。
优选的，所述退火处理压力为10000～1000000Pa。
优选的，所述半导体层上溅射沉积所述氧化钼层、所述钼层和所述氮化钼层。
优选的，所述溅射为磁控溅射。
优选的，所述溅射靶材为钼靶材，所述氧化钼层溅射气体为惰性气体和氧气，所述钼层溅射气体为惰性气体，所述氮化钼层溅射气体为惰性气体和氮气。
优选的，所述惰性气体为氩气。
优选的，所述溅射气压为1～4Pa。
优选的，所述半导体层温度为20～200℃。
优选的，所述半导体层经过活化处理。
优选的，所述半导体层和所述氧化钼层之间还沉积铜层或氧化铜层，所述铜层或所述氧化铜层与所述氧化钼层、所述钼层和所述氮化钼层形成背接触结构。
优选的，采用电子束热蒸发、磁控溅射发或扩散法沉积所述铜层或所述氧化铜层。
本申请还提供了一种碲化镉薄膜太阳电池，包括上述所述的背接触结构或上述接触层结构的制备方法制得的所述背接触结构。
优选的，包括依次设置的衬底、透明导电氧化膜、半导体层、所述背接触层结构、封装材料和背板。
优选的，所述衬底和所述背板为玻璃。
优选的，所述透明导电氧化膜为透明导电氧化物。
优选的，所述半导体层包括硫化镉层和碲化镉层。
本申请采用溅射靶材为钼靶材，半导体层上溅射沉积氧化钼层过程，逐渐提高惰性气体与氧气质量比，使氧化钼层中靠近钼层氧含量逐渐降低；钼层上溅射沉积氮化钼层过程，逐渐降低惰性气体与氮气质量比使氮化钼层中靠近钼层氮含量逐渐降低。(请发明人确认)
本申请与现有技术相比，其详细说明如下：
本申请对钼金属进行改性，依次设置氧化钼层、钼层和氮化钼层；设置所述氧化钼层，第一，所述氧化钼层具有较高的功函数，可减小接触势垒对空穴传输的阻碍，降低碲化镉与背接触结构的接触势垒，可以和碲化镉层形成较好的欧姆接触，第二，所述氧化钼层不易与空气中的水和二氧化碳发生反应，改善耐候性，保证导电性能，从而提高碲化镉薄膜太阳电池的性能；设置所述钼层，第一，具有较好的导电性，作为金属层进行电子传输，第二，所述钼层与所述氧化钼层能够形成扩散过渡，晶格的失配率较低，界面效应较小；设置所述氮化钼层，第一，对所述钼层进行保护，改善耐候性，第一，所述氮化钼层导电率较高，利于和汇流条连接；
本申请所述氧化钼层中靠近所述钼层氧含量逐渐降低，有利于降低氧化钼层与钼层之间的界面势垒，提高碲化镉薄膜太阳电池的性能；
本申请所述氮化钼层中靠近所述钼层氧含量逐渐降低，有利于降低氮化钼层与钼层之间的界面势垒，提高碲化镉薄膜太阳电池的性能；
本申请溅射靶材选用钼靶材，为导电性优的金属单质，降低了生产成本；
附图说明
图1为本发明所述的MoxO-Mo-MoxN背接触结构的结构示意图；
图2为本发明所述Cu-MoxO-Mo-MoxN背接触结构的结构示意图；
图3为本发明所述Cu-MoxO-Mo-MoxN背接触结构的结构示意图；
图4为本发明所述的实施例16碲化镉薄膜太阳电池的结构示意图；
图5为本发明所述的实施例17碲化镉薄膜太阳电池的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种背接触结构的制备方法，包括：
以钼靶材作为溅射靶材，溅射气压为1～4Pa，进行磁控溅射操作，在20～200℃的经活化处理后的半导体层上。以氩气和氧气作为溅射气体，磁控溅射沉积氧化钼层；在氧化钼层上，以氩气作为溅射气体，磁控溅射沉积钼层；在钼层上，以氩气和氮气作为溅射气体，磁控溅射沉积氮化钼层后；在压力为101.325kPa，100℃条件下退火处理90min，所述氧化钼层、所述钼层和所述氮化钼层形成背接触结构。
所述半导体层包括硫化镉层和碲化镉层；所述氧化钼层厚度为20～50nm，所述氧化钼层中靠近所述钼层氧含量逐渐降低；所述钼层厚度为80～180nm，所述氮化钼层厚度为20～50nm，所述氮化钼层中靠近所述钼层氮含量逐渐降低。
实施例2
一种背接触结构的制备方法，包括：
以钼靶材作为溅射靶材，溅射气压为1～4Pa，进行磁控溅射操作，在20～200℃的经活化处理后的半导体层上。以氩气和氧气作为溅射气体，磁控溅射沉积氧化钼层；在氧化钼层上，以氩气作为溅射气体，磁控溅射沉积钼层；在钼层上，以氩气和氮气作为溅射气体，磁控溅射沉积氮化钼层后；在压力为101.325kPa Pa，150℃条件下退火处理40min，所述氧化钼层、所述钼层和所述氮化钼层形成背接触结构。
所述半导体层包括硫化镉层和碲化镉层；所述氧化钼层厚度为20～50nm，所述氧化钼层中靠近所述钼层氧含量逐渐降低；所述钼层厚度为80～180nm，所述氮化钼层厚度为20～50nm，所述氮化钼层中靠近所述钼层氮含量逐渐降低。
实施例3
一种背接触结构的制备方法，包括：
以钼靶材作为溅射靶材，溅射气压为1～4Pa，进行磁控溅射操作，在20～200℃的经活化处理后的半导体层上。以氩气和氧气作为溅射气体，磁控溅射沉积氧化钼层；在氧化钼层上，以氩气作为溅射气体，磁控溅射沉积钼层；在钼层上，以氩气和氮气作为溅射气体，磁控溅射沉积氮化钼层后；在压力为101.325kPa a，200℃条件下退火处理40min，所述氧化钼层、所述钼层和所述氮化钼层形成背接触结构。
所述半导体层包括硫化镉层和碲化镉层；所述氧化钼层厚度为20～50nm，所述氧化钼层中靠近所述钼层氧含量逐渐降低；所述钼层厚度为80～180nm，所述氮化钼层厚度为20～50nm，所述氮化钼层中靠近所述钼层氮含量逐渐降低。
实施例4
一种背接触结构的制备方法，包括：
以钼靶材作为溅射靶材，溅射气压为1～4Pa，进行磁控溅射操作，在20～200℃的经活化处理后的半导体层上。以氩气和氧气作为溅射气体，磁控溅射沉积氧化钼层；在氧化钼层上，以氩气作为溅射气体，磁控溅射沉积钼层；在钼层上，以氩气和氮气作为溅射气体，磁控溅射沉积氮化钼层后；在压力为101.325kPa Pa，250℃条件下退火处理40min，所述氧化钼层、所述钼层和所述氮化钼层形成背接触结构。
所述半导体层包括硫化镉层和碲化镉层；所述氧化钼层厚度为20～50nm，所述氧化钼层中靠近所述钼层氧含量逐渐降低；所述钼层厚度为80～180nm，所述氮化钼层厚度为20～50nm，所述氮化钼层中靠近所述钼层氮含量逐渐降低。
实施例5
一种背接触结构的制备方法，包括：
以钼靶材作为溅射靶材，溅射气压为1～4Pa，进行磁控溅射操作，在20～200℃的经活化处理后的半导体层上。以氩气和氧气作为溅射气体，磁控溅射沉积氧化钼层；在氧化钼层上，以氩气作为溅射气体，磁控溅射沉积钼层；在钼层上，以氩气和氮气作为溅射气体，磁控溅射沉积氮化钼层后；在压力为101.325kPa Pa，300℃条件下退火处理10min，所述氧化钼层、所述钼层和所述氮化钼层形成背接触结构。
所述半导体层包括硫化镉层和碲化镉层；所述氧化钼层厚度为20～50nm，所述氧化钼层中靠近所述钼层氧含量逐渐降低；所述钼层厚度为80～180nm，所述氮化钼层厚度为20～50nm，所述氮化钼层中靠近所述钼层氮含量逐渐降低。
实施例6
一种背接触结构的制备方法，包括：
以钼靶材作为溅射靶材，溅射气压为1～4Pa，进行磁控溅射操作，在20～200℃的经活化处理后的半导体层上。以氩气和氧气作为溅射气体，磁控溅射沉积氧化钼层；在氧化钼层上，以氩气作为溅射气体，磁控溅射沉积钼层；在钼层上，以氩气和氮气作为溅射气体，磁控溅射沉积氮化钼层后；在压力为101.325kPa Pa，200℃条件下退火处理40min，所述氧化钼层、所述钼层和所述氮化钼层形成背接触结构。
所述半导体层包括硫化镉层和碲化镉层；所述氧化钼层厚度为20～50nm，所述氧化钼层中靠近所述钼层氧含量逐渐降低；所述钼层厚度为80～180nm，所述氮化钼层厚度为20～50nm，所述氮化钼层中靠近所述钼层氮含量逐渐降低。
实施例7
一种背接触结构的制备方法，包括：
以钼靶材作为溅射靶材，溅射气压为1～4Pa，进行磁控溅射操作，在20～200℃的经活化处理后的半导体层上。以氩气和氧气作为溅射气体，磁控溅射沉积氧化钼层；在氧化钼层上，以氩气作为溅射气体，磁控溅射沉积钼层；在钼层上，以氩气和氮气作为溅射气体，磁控溅射沉积氮化钼层后；在压力为101.325kPa Pa，200℃条件下退火处理40min，所述半导体层和所述氧化钼层之间采用电子束热蒸法沉积铜层，所述铜层、所述氧化钼层、所述钼层和所述氮化钼层形成背接触结构。
所述半导体层包括硫化镉层和碲化镉层；所述氧化钼层厚度为20～50nm，所述氧化钼层中靠近所述钼层氧含量逐渐降低；所述钼层厚度为80～180nm，所述氮化钼层厚度为20～50nm，所述铜层厚度为2～10nm，所述氮化钼层中靠近所述钼层氮含量逐渐降低。
实施例8
一种背接触结构的制备方法，包括：
以钼靶材作为溅射靶材，溅射气压为1～4Pa，进行磁控溅射操作，在20～200℃的经活化处理后的半导体层上。以氩气和氧气作为溅射气体，磁控溅射沉积氧化钼层；在氧化钼层上，以氩气作为溅射气体，磁控溅射沉积钼层；在钼层上，以氩气和氮气作为溅射气体，磁控溅射沉积氮化钼层后；在压力为101.325kPa Pa，200℃条件下退火处理40min，所述半导体层和所述氧化钼层之间采用电子束热蒸法沉积氧化铜层，所述氧化铜、所述氧化钼层、所述钼层和所述氮化钼层形成背接触结构。
所述半导体层包括硫化镉层和碲化镉层；所述氧化钼层厚度为20～50nm，所述氧化钼层中靠近所述钼层氧含量逐渐降低；所述钼层厚度为80～180nm，所述氮化钼层厚度为20～50nm，所述氧化铜层厚度为2～10nm，所述氮化钼层中靠近所述钼层氮含量逐渐降低。
实施例9
一种背接触结构的制备方法，包括：
以钼靶材作为溅射靶材，溅射气压为1～4Pa，进行磁控溅射操作，在20～200℃的经活化处理后的半导体层上。以氩气和氧气作为溅射气体，磁控溅射沉积氧化钼层；在氧化钼层上，以氩气作为溅射气体，磁控溅射沉积钼层；在钼层上，以氩气和氮气作为溅射气体，磁控溅射沉积氮化钼层后；在压力为101.325kPa Pa，200℃条件下退火处理40min，所述半导体层和所述氧化钼层之间采用磁控溅射法沉积铜层，所述铜层、所述氧化钼层、所述钼层和所述氮化钼层形成背接触结构。
所述半导体层包括硫化镉层和碲化镉层；所述氧化钼层厚度为20～50nm，所述氧化钼层中靠近所述钼层氧含量逐渐降低；所述钼层厚度为80～180nm，所述氮化钼层厚度为20～50nm，所述铜层厚度为2～10nm，所述氮化钼层中靠近所述钼层氮含量逐渐降低。
实施例10一种背接触结构的制备方法，包括：
以钼靶材作为溅射靶材，溅射气压为1～4Pa，进行磁控溅射操作，在20～200℃的经活化处理后的半导体层上。以氩气和氧气作为溅射气体，磁控溅射沉积氧化钼层；在氧化钼层上，以氩气作为溅射气体，磁控溅射沉积钼层；在钼层上，以氩气和氮气作为溅射气体，磁控溅射沉积氮化钼层后；在压力为101.325kPa Pa，200℃条件下退火处理40min，，所述半导体层和所述氧化钼层之间采用磁控溅射法沉积氧化铜层，所述氧化铜、所述氧化钼层、所述钼层和所述氮化钼层形成背接触结构。
所述半导体层包括硫化镉层和碲化镉层；所述氧化钼层厚度为20～50nm，所述氧化钼层中靠近所述钼层氧含量逐渐降低；所述钼层厚度为80～180nm，所述氮化钼层厚度为20～50nm，所述氧化铜层厚度为2～10nm，所述氮化钼层中靠近所述钼层氮含量逐渐降低。
实施例11
一种背接触结构的制备方法，包括：
以钼靶材作为溅射靶材，溅射气压为1～4Pa，进行磁控溅射操作，在20～200℃的经活化处理后的半导体层上。以氩气和氧气作为溅射气体，磁控溅射沉积氧化钼层；在氧化钼层上，以氩气作为溅射气体，磁控溅射沉积钼层；在钼层上，以氩气和氮气作为溅射气体，磁控溅射沉积氮化钼层后；在压力为101.325kPa Pa，200℃条件下退火处理40min，所述半导体层和所述氧化钼层之间采用扩散法沉积铜层，所述铜层、所述氧化钼层、所述钼层和所述氮化钼层形成背接触结构。
所述半导体层包括硫化镉层和碲化镉层；所述氧化钼层厚度为20～50nm，所述氧化钼层中靠近所述钼层氧含量逐渐降低；所述钼层厚度为80～180nm，所述氮化钼层厚度为20～50nm，所述铜层厚度为2～10nm，所述氮化钼层中靠近所述钼层氮含量逐渐降低。
实施例12
一种背接触结构的制备方法，包括：
以钼靶材作为溅射靶材，溅射气压为1～4Pa，进行磁控溅射操作，在20～200℃的经活化处理后的半导体层上。以氩气和氧气作为溅射气体，磁控溅射沉积氧化钼层；在氧化钼层上，以氩气作为溅射气体，磁控溅射沉积钼层；在钼层上，以氩气和氮气作为溅射气体，磁控溅射沉积氮化钼层后；在压力为101.325kPa Pa，200℃条件下退火处理40min，所述半导体层和所述氧化钼层之间采用扩散法沉积氧化铜层，所述氧化铜、所述氧化钼层、所述钼层和所述氮化钼层形成背接触结构。
所述半导体层包括硫化镉层和碲化镉层；所述氧化钼层厚度为20～50nm，所述氧化钼层中靠近所述钼层氧含量逐渐降低；所述钼层厚度为80～180nm，所述氮化钼层厚度为20～50nm，所述氧化铜层厚度为2～10nm，所述氮化钼层中靠近所述钼层氮含量逐渐降低。
实施例13
如图1所示，一种背接触结构101，包括依次设置的氧化钼层102、钼层103和氮化钼层104。
其中，所述氧化钼层102中靠近所述钼层103氧含量逐渐降低，所述氮化钼层104中靠近所述钼层103氮含量逐渐降低，所述氧化钼层102厚度为20～50nm，所述钼层103厚度为80～180nm，所述氮化钼层104厚度为120～50nm，
实施例14
一种背接触结构201，包括依次设置的铜层205、氧化钼层202、钼层203和氮化钼层204。
其中，所述氧化钼层202中靠近所述钼层203氧含量逐渐降低，所述氮化钼层204中靠近所述钼层203氮含量逐渐降低。所述铜层205厚度为2～10nm，所述氧化钼层202厚度为20～50nm，所述钼层203厚度为80～180nm，所述氮化钼层204厚度为20～50nm，
实施例15
如图3所示，一种背接触结构301，包括依次设置的氧化铜层305、氧化钼层302、钼层303和氮化钼层304。
其中，所述氧化钼层302中靠近所述钼层303氧含量逐渐降低，所述氮化钼层304中靠近所述钼层303氮含量逐渐降低。所述氧化铜层305厚度为2～10nm，所述氧化钼层302厚度为20～50nm，所述钼层303厚度为80～180nm，所述氮化钼层304厚度为20～50nm，
实施例16
如图4所示，一种碲化镉薄膜太阳电池，包括依次设置的衬底401、透明导电氧化膜402、半导体层、背接触层结构405，封装材料406和背板407。
其中，所述背接触层结构405为实施例1形成的所述背接触层结构，所述衬底和所述背板为玻璃，所述透明导电氧化膜为透明导电氧化物，所述半导体层包括硫化镉层403和碲化镉层404。
实施例17
如图5所示，一种碲化镉薄膜太阳电池，包括依次设置的衬底501、透明导电氧化膜502、半导体层、背接触层结构505，封装材料506和背板507。
其中，所述背接触层结构505为实施例14提供的所述背接触层结构，所述衬底和所述背板为玻璃，所述透明导电氧化膜为透明导电氧化物，所述半导体层包括硫化镉层503和碲化镉层504。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种背接触结构，其特征在于，包括依次设置的氧化钼层、钼层和氮化钼层。
2.根据权利要求1所述的背接触结构，其特征在于，所述背接触结构还包括铜层或氧化铜层，所述铜层或所述氧化铜层上依次设置所述氧化钼层、所述钼层和所述氮化钼层。
3.根据权利要求1所述的背接触结构，其特征在于，所述氧化钼层中靠近所述钼层氧含量逐渐降低。
4.根据权利要求1所述的背接触结构，其特征在于，所述氮化钼层中靠近所述钼层氮含量逐渐降低。
5.一种背接触结构的制备方法，其特征在于，包括：在半导体层上依次沉积氧化钼层、钼层和氮化钼层，所述氧化钼层、所述钼层和所述氮化钼层形成背接触结构。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体为在半导体层上依次溅射沉积所述氧化钼层、所述钼层和所述氮化钼层后退火处理，所述氧化钼层、所述钼层和所述氮化钼层形成背接触结构。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述半导体层上溅射沉积所述氧化钼层、所述钼层和所述氮化钼层。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述溅射靶材为钼靶材，所述氧化钼层溅射气体为惰性气体和氧气，所述钼层溅射气体为惰性气体，所述氮化钼层溅射气体为惰性气体和氮气。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述半导体层和所述氧化钼层之间还沉积铜层或氧化铜层，所述铜层或所述氧化铜层与所述氧化钼层、所述钼层和所述氮化钼层形成背接触结构。
10.一种碲化镉薄膜太阳电池，其特征在于，包括根据权利要求1～4中任一项所述的背接触结构或权利要求5～9中任一项所述的背接触结构的制备方法制得的所述背接触层结构。
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