CN107611219A - 一种改良碲化镉太阳能薄膜电池的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种改良碲化镉太阳能薄膜电池的制备方法，包括以下步骤：1)制备太阳能电极片；2)将步骤1)中制备得到的太阳能电极片上表面上覆盖一层背接触层过渡层，在所述背接触层过渡层上粘结背板，得到预制件，所述背板为2.5D钢化玻璃；3)将所述预制件在真空条件下进行高压层压，去掉真空袋，即改良碲化镉太阳能薄膜电池。本发明提供一种改良碲化镉太阳能薄膜电池的制备方法，采用该方法制备得到的电池碲化镉薄膜电池具有自封边效果好，棱角圆润，整体视觉效果较好，应用范围广，降低使用成本等特点。

Description

一种改良碲化镉太阳能薄膜电池的制备方法

技术领域

本发明涉及光伏技术应用领域，具体涉及一种改良碲化镉太阳能薄膜电池的制备方法。

背景技术

随着现代科技的不断进步，化石能源消耗过大，环境污染也日趋严重，太阳能因其清洁环保，可再生等特点获得了时代的青睐。薄膜太阳能电池因只需数μm就可将太阳能直接转化为电能而被广泛应用。碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池是以 CdTe为吸收材料的一种化合物半导体薄膜太阳电池，因其禁带宽度最佳，弱光效应好，吸光系数大，理论转化效率高、制造成本低等特点受到很多科研机构和企业的关注。

传统的CdTe薄膜太阳能电池的制备方法为：在钠钙玻璃的上表面依次覆盖一层TCO、CdS、CdTe、背接触层背-电极层、封装材料及背板，其所得到的CdTe 薄膜太阳能电池的具体结构如图1所示，其所采用的背板为钠钙玻璃。钠钙玻璃的导热系数较小，表面硬度较差，从而导致其抗冲击性较差，组件传热较慢，降低其使用寿命，增加其使用成本。同时传统的CdTe薄膜太阳能电池在使用过程中，需封边，且棱角不够圆润，整体视角效果差，使得一些对承重及美观度有要求的房屋，大棚等投入成本较高或是根本无法使用，应用范围较窄。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种改良碲化镉太阳能薄膜电池制备方法，采用该方法制备得到的碲化镉太阳能薄膜电池具有自封边效果好，棱角圆润，整体视觉效果较好，应用范围广，降低使用成本等特点。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种改良碲化镉太阳能薄膜电池的制备方法，包括以下步骤：

1)制备太阳能电极片；

2)将步骤1)中制备得到的太阳能电极片上表面上覆盖一层背接触层，在所述背接触层上粘结背板，得到预制件，所述背板为2.5D钢化玻璃；

3)将所述预制件在真空条件下进行高压层压，去掉真空袋，即改良碲化镉太阳能薄膜电池。

优选的，步骤1)中所述太阳能电极片的制备过程包括：在导电玻璃的上表面上依次覆盖一层N型层及光吸收层，即得到太阳能电极片；其中，导电玻璃是通过在钠钙玻璃上表面覆盖一层TCO或FTO薄膜得到的。

优选的，步骤3)中将所述预制件在100-120℃，0.3-1.5Mpa的条件下，并在高压釜层压机中层压2-4h后，去掉真空袋，即得到改良碲化镉太阳能薄膜电池。

优选的，一种改良碲化镉太阳能薄膜电池，包括：背板、太阳能电池片及背接触层过渡层；其中，背接触层位于背电极层和太阳能电池片之间，背板为2.5D钢化玻璃。

优选的，所述太阳能电池片包括依次层叠的光吸收层、N型层及导电玻璃；其中，所述吸收层与背接触层的下表面相接触。

优选的，所述光吸收层为CdTe薄膜。

优选的，所述CdTe薄膜的厚度为2000-3500nm。

优选的，所述N型层为CdS薄膜、ZnS薄膜或In₂S₃薄膜中的一种或多种。

优选的，所述N型层的厚度为30-60nm。

优选的，所述导电玻璃包括依次层叠的TCO或FTO薄膜及钠钙玻璃，其中， TCO或FTO薄膜与N型层的下表面相接触。

优选的，所述TCO或FTO薄膜的厚度为100-300nm。

优选的，所述钠钙玻璃的厚度为2.5-3.2mm。

优选的，所述背接触层包括石墨浆或ZnTe:Cu中的一种。

优选的，所述背接触层的厚度为300-400nm。

优选的，所述2.5D钢化玻璃的边缘经过弧度处理，所述的弧形宽度为3-5mm。

优选的，所述2.5D钢化玻璃的厚度为3-5mm。

优选的，所述背接触层过渡层上粘结2.5D钢化玻璃；其中，所述粘结剂为EVA、 POE或PVB中的一种或多种。

优选的，所述粘结剂的厚度为0.3-0.6mm。

本发明提供一种改良碲化镉太阳能薄膜电池的制备方法，包括以下步骤：1)制备太阳能电极片；2)将步骤1)中制备得到的太阳能电极片上表面上覆盖一层背接触层过渡层，在所述背接触层上粘结背板，得到预制件，所述背板为2.5D钢化玻璃； 3)将所述预制件在真空条件下进行高压层压，去掉真空袋，即改良碲化镉太阳能薄膜电池。本申请中采用2.5D钢化玻璃作为碲化镉薄膜太阳能电池的背板，其原因在于：1)2.5D钢化玻璃可与电池片完美对接，从而达到自封边的效果，使碲化镉薄膜太阳能电池，在无需封边的条件下，即可保证组件在高温高湿环境下长期运行；2) 钢化玻璃的边缘经过弧度处理，使得玻璃中间是平面结构，边缘部分向下凹陷形成弧形，棱角圆润，整体视觉效果较好，适合于建筑光伏一体化，应用范围广。边缘弧形设计，节省边缘的封胶材料，也易于雨水冲刷实现自清洁；3)2.5D钢化玻璃具有较大的表面硬度及导热系数，其表面硬度较钠钙玻璃增加了23％，其导热性较钠钙玻璃增加了35％，其较大的表面硬度及导热系数增加了碲化镉薄膜太阳能电池的抗冲击性及导热性，增加了使用寿命，从而降低了使用成本。

本发明特别优选一种改良碲化镉太阳能薄膜电池的制备方法，包括以下步骤：

1)在钠钙玻璃上表面依次覆盖一层TCO薄膜、CdS薄膜及CdTe薄膜，即得到太阳能电极片，其中TCO薄膜、CdS薄膜及CdTe薄膜的厚度分别为150nm、30nm、 3000nm；

2)将步骤1)中制备得到的太阳能电极片上表面上覆盖一层ZnTe:Cu，并将2.5D 钢化玻璃与ZnTe:Cu通过加入POE聚合物相结合，至此得到预制件，其中，2.5D 钢化玻璃的厚度为3.0mm，边缘经过弧度处理后，其弧形宽度为4mm，ZnTe:Cu的厚度为30nm，聚合物POE的厚度0.4mm；

3)将步骤2)中得到的预制件在100℃，1Mpa的条件下，并在高压釜层压机中层压2h后，去掉真空袋，即得到改良碲化镉太阳能薄膜电池。

按以上步骤制备得到的改良碲化镉太阳能薄膜电池，使用时长较传统典型太阳能电池增加10％。

本发明取得的积极成果为：

1、2.5D钢化玻璃与电池片完美对接，达到自封边的效果；

2、钢化玻璃的边缘经过弧度处理，一方面提高了整体视觉效果，另一方面节省边缘的封胶材料，也实现了自清洁的目的；

3、2.5D钢化玻璃较大的表面硬度及导热系数增加了碲化镉薄膜太阳能电池的使用寿命，降低了使用成本。

综上所述，本发明提供一种改良碲化镉太阳能薄膜电池的制备方法，采用该方法制备得到的碲化镉太阳能薄膜电池，具有自封边效果好，棱角圆润，整体视觉效果较好，应用范围广，降低使用成本等特点。

附图说明

图1为以普通钠钙玻璃为碲化镉薄膜太阳能电池背板的结构图

图2 为本发明改良碲化镉太阳能薄膜电池的结构示意图

图3为碲化镉太阳能电池基本结构图

图4为碲化镉太阳能电池工作原理图

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

随着当今世界人口和经济的增长、能源资源的日益匮乏、环境的日益恶化以及人们对电能的需求量越来越大，太阳能的开发和利用已经在全球范围内掀起了热潮。这非常有利于生态环境的可持续发展，造福子孙后代，因此世界各国竞相投资研究开发太阳能电池。

太阳能电池种类繁多，包括单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、化合物半导体电池和叠层太阳能电池等，其中，化合物半导体电池的应用较为广泛。

碲化镉是Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体，具有立方闪锌矿和六方纤锌矿2种晶体结构，在太阳能电池中一般作吸收层。由于它的直接带隙为1.45eV，最适合于光能量转换，因此使得约2μm厚的碲化镉吸收层在其带隙以上的光学吸收率达到90％成为可能，允许的最高理论转换效率在大气质量AM1.5条件下高达27％。碲化镉容易沉积成大面积的薄膜，沉积速率也高。因此，碲化镉薄膜太阳能电池的制造成本较低，是应用前景较好的一种新型太阳能电池。

碲化镉太阳能电池的典型结构和工作原理如图3、图4所示，在玻璃基板上依次镀上透明电极TCO、CdS、CdTe以及背电极。TCO是前电极，具备高透过率、高电导率、性能稳定的特性。CdS是窗口层，属于n型半导体，一般厚度为50-100nm，禁带宽度为2.42eV，允许绝大部分光子穿过。CdTe是吸收层，属于p型半导体，一般厚度为2-5μm。其工作原理为：太阳光经过玻璃TCO和CdS层，被CdTe层吸收，使价带中的电子获得足够能量，跃迁到导带，同时在价带中产生空穴，形成了电子-空穴对，它们在内建电场作用下发生分离。电子反向漂移，经过CdS层运输到TCO前电极；空穴在CdTe层向被电极运输，形成光生电流。

目前，对于碲化镉太阳能电池人们常常采用钠钙玻璃作为背电极，但钠钙玻璃存在着表面硬度及导电系数较低，使用过程中，需封边，整体视角效果差，使用成本较高等缺点。因此，在本申请中提出采用2.5D钢化玻璃作为背电极，一方面，应用其较高的表面硬度及导电系数的特点，增加太阳能电池的抗冲击性及导热性，增加太阳能电池的使用寿命，从而降低其使用成本；另一方面，其可与电池片完美对接，达到自封边的效果，同时对其边缘进行弧度处理，节省边缘的封胶材料，棱角更加圆润，整体视角效果好，适合于建筑光伏一体化，增加其应用范围。

本发明提供的技术方案是一种改良碲化镉太阳能薄膜电池的制备方法，包括以下步骤：

1)在导电玻璃的上表面上依次覆盖一层N型层及光吸收层，即得到太阳能电极片；其中，导电玻璃是通过在钠钙玻璃上表面覆盖一层TCO或FTO薄膜得到的；

2)将步骤1)中制备得到的太阳能电极片上表面上覆盖一层背接触层，在所述背接触层上粘结背板，得到预制件，所述背板为2.5D钢化玻璃；

3)将所述预制件在100-120℃，0.3-1.5Mpa的条件下，并在高压釜层压机中层压2-4h后，去掉真空袋，即得到改良碲化镉太阳能薄膜电池。

下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

实施例一：

一种改良碲化镉太阳能薄膜电池的制备方法，包括以下步骤：

1)在钠钙玻璃上表面依次覆盖一层TCO薄膜、CdS薄膜及CdTe薄膜，即得到太阳能电极片，其中TCO薄膜、CdS薄膜及CdTe薄膜的厚度分别为150nm、45nm、 3000nm

2)将步骤1)中制备得到的太阳能电极片上表面上覆盖一层ZnTe:Cu，并将2.5D 钢化玻璃与ZnTe:Cu通过加入POE聚合物相结合，至此得到预制件，其中，2.5D 钢化玻璃的厚度为3.2mm，边缘经过弧度处理后，其弧形宽度为3mm，ZnTe:Cu的厚度为350nm，聚合物POE的厚度为0.4mm；

3)将步骤2)中得到预制件在100℃，1Mpa的条件下，并在高压釜层压机中层压2h后，去掉真空袋，即得到改良碲化镉太阳能薄膜电池。

按以上步骤制备得到的改良碲化镉太阳能薄膜电池，使用时长较传统典型太阳能电池增加5％。

实施例二：

一种改良碲化镉太阳能薄膜电池的制备方法，包括以下步骤：

1)在钠钙玻璃上表面依次覆盖一层TCO薄膜、CdS薄膜及CdTe薄膜，即得到太阳能电极片，其中TCO薄膜、CdS薄膜及CdTe薄膜的厚度分别为150nm、45nm、 2500nm；

2)将步骤1)中制备得到的太阳能电极片上表面上覆盖一层ZnTe:Cu，并将2.5D 钢化玻璃与ZnTe:Cu通过加入POE聚合物相结合，至此得到预制件，其中，2.5D 钢化玻璃的厚度为2.0mm，边缘经过弧度处理后，其弧形宽度为5mm，ZnTe:Cu的厚度为350nm，聚合物POE的厚度为0.4mm；

3)将步骤2)中得到预制件在100℃，1Mpa的条件下，并在高压釜层压机中层压2h后，去掉真空袋，即得到改良碲化镉太阳能薄膜电池。

按以上步骤制备得到的改良碲化镉太阳能薄膜电池，使用时长较传统典型太阳能电池增加3％。

实施例三：

一种改良碲化镉太阳能薄膜电池的制备方法，包括以下步骤：

1)在钠钙玻璃上表面依次覆盖一层TCO薄膜、CdS薄膜及CdTe薄膜，即得到太阳能电极片，其中TCO薄膜、CdS薄膜及CdTe薄膜的厚度分别为150nm、30nm、 3000nm；

2)将步骤1)中制备得到的太阳能电极片上表面上覆盖一层ZnTe:Cu，并将2.5D 钢化玻璃与ZnTe:Cu通过加入POE聚合物相结合，至此得到预制件，其中，2.5D 钢化玻璃的厚度为3.0mm，边缘经过弧度处理后，其弧形宽度为4mm，ZnTe:Cu的厚度为350nm，聚合物POE的厚度为0.4mm；

3)将步骤2)中得到预制件在100℃，1Mpa的条件下，并在高压釜层压机中层压2h后，去掉真空袋，即得到改良碲化镉太阳能薄膜电池。

按以上步骤制备得到的改良碲化镉太阳能薄膜电池，使用时长较传统典型太阳能电池增加10％。

实施例四：

一种改良碲化镉太阳能薄膜电池的制备方法，包括以下步骤：

1)在钠钙玻璃上表面依次覆盖一层FTO薄膜、ZnS薄膜及CdTe薄膜，即得到太阳能电极片，其中FTO薄膜、ZnS薄膜及CdTe薄膜的厚度分别为150nm、30nm、 3000nm；

2)将步骤1)中制备得到的太阳能电极片上表面上覆盖一层石墨浆，并将2.5D 钢化玻璃与石墨浆通过加入PVB聚合物相结合，至此得到预制件，其中，2.5D钢化玻璃的厚度为3.0mm，边缘经过弧度处理后，其弧形宽度为4mm，石墨浆的厚度为350nm，聚合物PVB的厚度为0.4mm；

3)将步骤2)中得到预制件在100℃，1Mpa的条件下，并在高压釜层压机中层压2h后，去掉真空袋，即得到改良碲化镉太阳能薄膜电池。

按以上步骤制备得到的改良碲化镉太阳能薄膜电池，使用时长较传统典型太阳能电池增加3％。

实施例五：

一种改良碲化镉太阳能薄膜电池的制备方法，包括以下步骤：

1)在钠钙玻璃上表面依次覆盖一层TCO薄膜、In₂S₃薄膜及CdTe薄膜，即得到太阳能电极片，其中TCO薄膜、In₂S₃薄膜及CdTe薄膜的厚度分别为150nm、 30nm、3000nm；

2)将步骤1)中制备得到的太阳能电极片上表面上覆盖一层ZnTe:Cu，并将2.5D 钢化玻璃与ZnTe:Cu通过加入EVA聚合物相结合，至此得到预制件，其中，2.5D 钢化玻璃的厚度为3.0mm，边缘经过弧度处理后，其弧形宽度为4mm，ZnTe:Cu的厚度为350nm，聚合物EVA的厚度为0.4mm；

3)将步骤2)中得到预制件在100℃，1Mpa的条件下，并在高压釜层压机中层压2h后，去掉真空袋，即得到改良碲化镉太阳能薄膜电池。

按以上步骤制备得到的改良碲化镉太阳能薄膜电池，使用时长较传统典型太阳能电池增加6％。

实施例六：

一种改良碲化镉太阳能薄膜电池的制备方法，包括以下步骤：

1)在钠钙玻璃上表面依次覆盖一层TCO薄膜、CdS薄膜及CdTe薄膜，即得到太阳能电极片，其中TCO薄膜、CdS薄膜及CdTe薄膜的厚度分别为150nm、30nm、 3000nm；

2)将步骤1)中制备得到的太阳能电极片上表面上覆盖一层ZnTe:Cu，并将2.5D 钢化玻璃与ZnTe:Cu通过加入POE聚合物相结合，至此得到预制件，其中，2.5D 钢化玻璃的厚度为3.0mm，边缘经过弧度处理后，其弧形宽度为4mm，ZnTe:Cu的厚度为350nm，聚合物POE的厚度为0.4mm。

3)将步骤2)中得到预制件在110℃，1.5Mpa的条件下，并在高压釜层压机中层压3h后，去掉真空袋，即得到改良碲化镉太阳能薄膜电池。

按以上步骤制备得到的改良碲化镉太阳能薄膜电池，使用时长较传统典型太阳能电池增加7％。

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)

1.一种改良碲化镉太阳能薄膜电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制备太阳能电极片；

2)将步骤1)中制备得到的太阳能电极片上表面上覆盖一层背接触层，在所述背接触层上粘结背板，得到预制件，所述背板为2.5D钢化玻璃；

3)将所述预制件在真空条件下进行高压层压，去掉真空袋，即改良碲化镉太阳能薄膜电池。

2.根据权利要求1中所述一种改良碲化镉太阳能薄膜电池的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述太阳能电极片的制备过程包括：在导电玻璃的上表面上依次覆盖一层N型层及光吸收层，即得到太阳能电极片；其中，导电玻璃是通过在钠钙玻璃上表面覆盖一层TCO或FTO薄膜得到的。

3.一种改良碲化镉太阳能薄膜电池，其特征在于，包括：背板、太阳能电池片及背接触层；其中，背接触层位于背电极层和太阳能电池片之间，背板为2.5D钢化玻璃。

4.根据权利要求3中所述一种改良碲化镉太阳能薄膜电池，其特征在于，所述太阳能电池片包括依次层叠的光吸收层、N型层及导电玻璃；其中，所述吸收层与背接触层的下表面相接触。

5.根据权利要求4中所述一种改良碲化镉太阳能薄膜电池，其特征在于，所述光吸收层为CdTe薄膜。

6.根据权利要求4中所述一种改良碲化镉太阳能薄膜电池，其特征在于，所述N型层为CdS薄膜、ZnS薄膜或In₂S₃薄膜中的一种或多种。

7.根据权利要求4中所述一种改良碲化镉太阳能薄膜电池，其特征在于，所述导电玻璃包括依次层叠的TCO或FTO薄膜及钠钙玻璃，其中，TCO或FTO薄膜与N型层的下表面相接触。

8.根据权利要求3中所述一种改良碲化镉太阳能薄膜电池，其特征在于，所述背接触层包括石墨浆或ZnTe:Cu中的一种。

9.根据权利要求3中所述一种改良碲化镉太阳能薄膜电池，其特征在于，所述2.5D钢化玻璃的边缘经过弧度处理，所述的弧形宽度为3-5mm。

10.根据权利要求3中所述一种改良碲化镉太阳能薄膜电池，其特征在于，所述背接触层过渡层上粘结2.5D钢化玻璃；其中，所述粘结剂为EVA、POE或PVB中的一种或多种。