一种碲化镉薄膜太阳电池及其制备方法与流程

本发明涉及太阳能光伏器件和半导体器件制备技术领域，尤其涉及一种碲化镉薄膜太阳电池及其制备方法。

背景技术：

碲化镉(CdTe)是一种重要的II-VI族化合物半导体材料，它的禁带宽度为1.45eV，与地面太阳光谱十分匹配，且碲化镉在可见光范围内的吸收系数高达10⁵cm^-1，高于硅材料的100倍，因此，碲化镉多晶薄膜太阳电池具有转换效率高、所需材料成本低等优势，从而备受关注。碲化镉多晶薄膜太阳电池的基本结构从下到上依次为：衬底、透明导电薄膜、窗口层n-CdS、吸收层p-CdTe、金属背电极。目前，碲化镉薄膜太阳电池的转换效率可做到超过多晶硅太阳电池的最高转换效率。

然而，继续提升碲化镉薄膜太阳电池的转换效率遇到了瓶颈，严重影响碲化镉薄膜太阳电池的大规模产业化。目前，碲化镉薄膜太阳电池的开路电压与理想值比只有75％，远低于晶硅、砷化镓和铜铟镓硒太阳电池。可见，开路电压低是提升碲化镉薄膜太阳电池转换效率的主要瓶颈。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供一种碲化镉薄膜太阳电池及其制备方法，本发明提供的碲化镉薄膜太阳电池具有较高的开路电压和转换效率。

本发明提供一种碲化镉薄膜太阳电池，其从下到上依次包括：

衬底；

复合在所述衬底上的透明导电薄膜；

复合在所述透明导电薄膜上的n型硫化镉层；

复合在所述n型硫化镉层上的p型碲化镉层；

复合在所述p型碲化镉层上的氧化镍薄膜；

复合在所述氧化镍薄膜上的金属背电极。

优选地，所述衬底为玻璃衬底或聚酰亚胺衬底。

优选地，所述透明导电薄膜为掺氟氧化锡薄膜。

优选地，所述金属背电极的材质选自Au、Ni、Mo和W中的一种或多种。

优选地，所述金属背电极的厚度为100～300nm。

优选地，所述氧化镍薄膜的厚度为5～35nm。

优选地，所述p型碲化镉层的厚度为4～5μm。

优选地，在p型碲化镉层和氧化镍薄膜之间，还包括铜薄膜；其厚度优选为2～5nm。

本发明提供一种碲化镉薄膜太阳电池的制备方法，包括以下步骤：

在复合有透明导电薄膜的衬底上依次复合n型硫化镉层和p型碲化镉层；

对复合在所述n型硫化镉层上的p型碲化镉层表面进行化学刻蚀；

在化学刻蚀后的p型碲化镉层上复合氧化镍薄膜；

在所述氧化镍薄膜上复合金属背电极，然后经退火，使金属背电极与p型碲化镉层形成欧姆接触，得到碲化镉薄膜太阳电池。

优选地，所述化学刻蚀具体为：将p型碲化镉层经过CdCl₂热处理后，采用磷硝酸刻蚀液刻蚀。

优选地，利用电子束蒸发法或热蒸发法，在所述氧化镍薄膜上复合金属背电极，使金属背电极的厚度为100～300nm。

碲化镉薄膜太阳电池在背电极接触表面存在严重的界面复合，这是导致碲化镉太阳电池开路电压低的一个重要原因。由于碲化镉具有强烈的自补偿效应，很难像硅材料等半导体在表面形成重掺杂，以便形成低电阻欧姆接触。其次，碲化镉功函数高达5.7eV，高于常规金属电极的功函数，导致碲化镉与背电极难以形成欧姆接触，进而导致光生载流子在背表面处的复合，降低电池的开路电压。

与现有技术相比，本发明在碲化镉薄膜和金属背电极之间加入一层氧化镍薄膜，其可作为背场缓冲层材料。在本发明中，碲化镉与氧化镍界面处，价带偏移量为0.52eV，氧化镍的价带高于碲化镉的价带，空穴在背表面传输的过程中不存在势垒，空穴传输顺利；导带偏移量为2.68eV，氧化镍的导带高于碲化镉的导带，对背表面处的电子形成能量势垒。因此，本发明氧化镍薄膜在碲化镉电池中起到背场缓冲层的作用，将碲化镉中背表面处的光生电子反射到PN结处，大大降低电子在背表面处的复合，提高电池的载流子收集效率，从而提高电池的开路电压和转换效率。实验表明，本发明加入NiO背接触缓冲层，碲化镉电池开路电压由724mV提高到789mV，转换效率由10.7％提高到12.2％，NiO背场作用对电池性能的提升效果极为明显。

此外，本发明碲化镉电池的稳定性方面有所提高，并且其制备方法简便，成本低，适合大规模工业化生产。

附图说明

图1为本发明实施例提供的碲化镉薄膜太阳电池截面结构示意图；

图2为本发明碲化镉薄膜太阳电池背接触处的能带排列示意图；

图3为采用实施例1的NiO作为背接触缓冲层与未采用NiO背接触缓冲层制备的碲化镉薄膜太阳电池的电流-电压(I-V)曲线图；

图4为本发明实施例与比较例不同背接触缓冲层CdTe电池的亮态I-V曲线对比图；

图5为本发明实施例不同NiO缓冲层厚度的CdTe太阳电池的亮态I-V曲线对比图；

图6为本发明实施例3背接触结构分别为3-nm-Cu/20-nm-NiO/Au和5-nm-Cu/Au的CdTe太阳电池的亮态I-V曲线对比图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中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。

本发明提供了一种碲化镉薄膜太阳电池，其从下到上依次包括：

衬底；

复合在所述衬底上的透明导电薄膜；

复合在所述透明导电薄膜上的n型硫化镉层；

复合在所述n型硫化镉层上的p型碲化镉层；

复合在所述p型碲化镉层上的氧化镍薄膜；

复合在所述氧化镍薄膜上的金属背电极。

本发明提供的碲化镉薄膜太阳电池具有较高的开路电压和转换效率，电池稳定性能方面有所提高，利于应用。

参见图1，图1为本发明实施例提供的碲化镉薄膜太阳电池截面结构示意图。图1所示的碲化镉电池中，从下到上依次为：玻璃衬底、透明导电薄膜、窗口层n-CdS、吸收层p-CdTe、缓冲层NiO、金属背电极。

本发明提供的碲化镉薄膜太阳电池包括起支撑等作用的衬底；所述衬底可以为玻璃(Glass)衬底，也可以为聚酰亚胺(Polyimide)衬底，本发明没有特殊限制。

本发明在所述衬底上复合的是透明导电薄膜(层)，一般采用透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide，TCO)形成透明导电膜层。在本发明的实施例中，所述透明导电薄膜为掺氟F氧化锡SnO₂透明导电薄膜，即FTO薄膜；薄膜厚度可为350nm。

在所述透明导电薄膜上，所述碲化镉薄膜太阳电池包括n型硫化镉层(n-CdS薄膜)，其为窗口层。在本申请的实施例中，硫化镉薄膜厚度为80nm～100nm。

所述碲化镉薄膜太阳电池包括复合在所述n型硫化镉层上的p型碲化镉层(p-CdTe薄膜)，其为吸收层。在本申请的实施例中，所述p型碲化镉层的厚度为4μm～5μm。

在本发明中，所述碲化镉薄膜太阳电池包括氧化镍(NiO)薄膜，其复合在所述p型碲化镉层上。在本发明的实施例中，所述氧化镍薄膜的厚度可为5nm～35nm，优选为6nm～25nm，更优选为15～20nm。

本发明引入一层氧化镍薄膜，其能作为背场缓冲层，降低载流子在背电极接触表面处的复合，提高电池的开路电压和转换效率。具体的，本发明涉及的NiO背接触缓冲层有以下几个优点：

1、NiO材料的功函数较高，可以与P型碲化镉层有良好的欧姆接触。如图2所示，图2为本发明碲化镉薄膜太阳电池背接触处的能带排列示意图。图2所示的能带排列示意图是根据光电子能谱(XPS)测试获得；其中，NiO和CdTe界面处，价带偏移量ΔE_v为0.52eV，NiO的价带高于CdTe的价带，因此，空穴由CdTe层向背金属电极传输的过程中不存在势垒，空穴可以顺利传输。

2、如图2所示，NiO的禁带宽度较大，约为3.61eV，NiO/CdTe界面处导带偏移量较大，ΔE_C为2.68eV，NiO的导带高于CdTe的导带，因此，对CdTe背表面处的光生电子产生势垒，起到背场作用，将背表面处的电子反射到PN结处，大大降低了电子在背表面处的复合，提高碲化镉薄膜太阳电池的载流子收集效率，提高电池的开路电压和转换效率。

3、NiO背接触缓冲层是一种氧化物层，不含杂质离子，并且金属背电极也是高纯金属，所含杂质离子较少。这就使得电池在使用NiO作为背接触缓冲层后，电池稳定性方面有所提高。首先，低杂质浓度使得扩散到CdTe层中的杂质浓度受到极大限制；其次，NiO氧化物层对与金属中的杂质离子扩散起到阻挡层的作用。

4、NiO薄膜制备方法较多，有电子束蒸发法、磁控溅射法、化学气相沉积法和旋涂法等，这些制备方法都是高效成熟的薄膜制备手段，适合大规模工业化生产。

在本发明实施例中，在p型碲化镉层和氧化镍薄膜之间，优选还包括铜薄膜；其厚度可为2nm～5nm，优选为3nm～4nm。本发明实施例优选采用Cu/NiO双层结构作为电池的背接触缓冲层，即在制备NiO缓冲层前加入少量的铜，既可以提高NiO层的导电性，又可以对CdTe进行掺杂，有助于电池效率的提高。

在本发明中，所述碲化镉薄膜太阳电池包括复合在所述氧化镍薄膜上的金属背电极，也称背电极金属层。本发明涉及的碲化镉薄膜太阳电池中，金属背电极的材质选择较多，包括金(Au)、镍(Ni)、钼(Mo)和钨(W)等中的一种或多种，这些都是成本较低的高功函数金属。在本发明的实施例中，所述金属背电极的厚度可为100nm～300nm，优选为150nm～300nm。

本发明还提供了一种碲化镉薄膜太阳电池的制备方法，包括以下步骤：

在复合有透明导电薄膜的衬底上依次复合n型硫化镉层和p型碲化镉层；

对复合在所述n型硫化镉层上的p型碲化镉层表面进行化学刻蚀；

在化学刻蚀后的p型碲化镉层上复合氧化镍薄膜；

在所述氧化镍薄膜上复合金属背电极，然后进行真空退火，使金属背电极与p型碲化镉层形成欧姆接触，得到碲化镉薄膜太阳电池。

本发明制备得到的碲化镉薄膜太阳电池具有较高的开路电压和转换效率等特点，并且本发明方法简便，成本低，适合大规模工业化生产。

本发明实施例电池的制备工艺包括：在玻璃或聚酰亚胺衬底上，依次复合透明导电薄膜、n型硫化镉层和p型碲化镉层；或者直接在复合有透明导电薄膜的衬底上依次复合n型硫化镉层和p型碲化镉层。

本发明对衬底、透明导电薄膜等没有特殊限制；可以采用金属有机化学气相沉积法，在衬底上制备得到FTO透明导电薄膜，薄膜厚度如350nm；也可以直接购买商用FTO玻璃。然后，本发明在透明导电薄膜上复合硫化镉薄膜，可以采用化学水浴法或者磁控溅射法制备。在本申请的实施例中，所述硫化镉薄膜的厚度可为80nm～100nm。

本发明实施例采用近空间升华法制备碲化镉薄膜，薄膜厚度可为4μm～5μm。近空间升华法是本领域技术人员熟知的制备碲化镉薄膜的技术手段，本发明没有特殊限制。在本申请实施例中，碲化镉源为纯度为99.999％的碲化镉粉末，源温度为600-670℃，衬底温度为500-550℃，压力为2Pa，气氛为Ar:O₂体积比＝10：1。

本发明对复合在所述n型硫化镉层上的p型碲化镉薄膜表面进行化学刻蚀，得到刻蚀后样品。在本发明的实施例中，所述化学刻蚀具体为：将p型碲化镉层经过氯化铬(CdCl₂)热处理后，采用磷硝酸刻蚀液进行磷硝酸刻蚀。本发明通过表面化学刻蚀，一方面可以去掉碲化镉表面的氧化物层，另一方面可以与碲化镉反应形成富碲层，相当于形成重掺杂层。

其中，CdCl₂热处理包括：碲化镉薄膜上蒸发一层CdCl₂薄膜，然后置于管式炉中，400℃热处理13-15min。本发明实施例可将经过CdCl₂热处理的碲化镉薄膜用水冲洗，氮气吹干。然后在磷硝酸刻蚀液中刻蚀，刻蚀液配比(体积比)优选为：硝酸：磷酸：水＝1：70：29。磷硝酸刻蚀较为剧烈，刻蚀时间需要严格控制，刻蚀时间为35s。其他配比的刻蚀液也可以刻蚀，但是刻蚀时间不同。刻蚀后，本发明实施例用水冲洗，氮气吹干。需要注意的是，刻蚀后样品不宜暴露在空气中太久，为防止氧化，需尽快进入下一步工艺。

化学刻蚀后，本发明在p型碲化镉层上复合氧化镍薄膜。本发明将NiO薄膜引入碲化镉薄膜太阳电池中，可作为背场缓冲层，提高电池开路电压和转换效率等性能。

本发明所述背接触缓冲层NiO的制备方法较多，包括电子束蒸发法、磁控溅射法、化学气相沉积法和旋涂法等其他薄膜制备技术。在本发明的一些实施例中，采用电子束蒸发法制备工艺制备NiO薄膜。其中，制备NiO薄膜的源材料是纯度为99.99％的NiO颗粒或靶材。比如，蒸发源材料是纯度为99.99％的NiO颗粒，粒径为1mm～3mm。在本发明的实施例中，所述氧化镍薄膜的厚度可为5nm～40nm，优选为10nm～20nm。

本发明实施例利用电子束蒸发法进行NiO背接触缓冲层的制备，具体工艺包括：打开电子束蒸发进样室闸门，将表面刻蚀后的碲化镉薄膜太阳电池样品放入进样室，利用传送杆将样品从进样室传送到生长室；对生长室抽真空，待真空度为5×10^-4Pa时，可以制备NiO薄膜；打开电子枪，将电子束集中打在坩埚正中央的NiO颗粒上，进行蒸发镀膜；调整电子枪的工作电流和电压来控制镀膜速率。沉积过程中，衬底温度为室温，生长速率由膜厚仪监测；生长时间可为5min～10min，所得薄膜厚度可为5nm～35nm，优选为6nm～25nm,更优选为15～20nm。

在p型碲化镉层和氧化镍薄膜之间，本发明优选还包括铜薄膜；其厚度可为2nm～5nm，优选为3nm～4nm。在本申请的实施例中，采用热蒸发法制备铜薄膜，可在真空度到5×10^-3Pa开始蒸发。本发明实施例优选采用Cu/NiO双层结构作为电池的背接触缓冲层，即在制备NiO缓冲层前加入少量的铜，既可以提高NiO层的导电性，又可以对CdTe进行掺杂，有助于电池效率的提高。

氧化镍薄膜制备完成后，本发明在所述氧化镍薄膜上复合金属背电极。本发明涉及的碲化镉薄膜太阳电池中，金属背电极的选择较多，包括Au、Ni、Mo和W等，都是成本较低的高功函数金属。

本发明可利用电子束蒸发法或热蒸发法，在所述氧化镍薄膜上制备高纯背电极金属层，使金属背电极的厚度为100～300nm。其中，蒸发源材料可为廉价高功函数的高纯金属颗粒，如Mo、Ni和W等；衬底温度为室温，工作压强可为5×10^-4Pa。

本发明实施例优选采用真空热蒸发法制备金属背电极，该方法设备简单，成膜质量较好。具体的制备工艺如下：蒸发源材料为金属丝，纯度为99.99％，直径为0.5毫米。打开热蒸发生长室闸门，将生长过NiO背接触层的样品放入热蒸发镀膜系统中；抽真空，待真空度为5×10^-3Pa时，打开样品挡板，开始镀膜；打开蒸发恒流电源，通过调控恒流电源的输出电流和电压，来控制镀膜速率。沉积过程中，衬底温度为室温，蒸发速率由膜厚仪监测；蒸发时间约为5min，背金属电极厚度为150～300nm。

镀膜结束后，本发明实施例对样品进行退火，使金属背电极与p型碲化镉层形成欧姆接触，得到碲化镉薄膜太阳电池。

在本发明的一些实施例中，可对样品进行200℃下30分钟的真空退火处理，使得背电极与碲化镉接触良好；待样品冷却，完成整个电池制备工艺。其中，热处理工艺影响不大，200-250℃热处理20-30分钟都可以。

本发明对所得碲化镉电池的性能进行检测，结果表明，本发明加入NiO背接触缓冲层，碲化镉电池开路电压由724mV提高到789mV，转换效率由10.7％提高到12.2％，NiO背场作用对电池性能的提升效果极为明显。此外，本发明所得碲化镉电池的稳定性方面有所提高，并且其制备方法简便，成本低，适合大规模工业化生产。

为了进一步理解本申请，下面结合实施例对本申请提供的碲化镉薄膜太阳电池及其制备方法进行具体地描述。

实施例1

采用商用FTO玻璃(购自日本板硝子(NSG)公司，型号WI98329，厚度为2.2mm，透光率大于90％，面电阻为15欧)，其中，FTO透明导电薄膜厚度为350nm。

采用磁控溅射法，在FTO透明导电薄膜上制备得到厚度为80nm的硫化镉薄膜；其中，磁控溅射功率为60W，衬底温度200℃，压强为1.3Pa，气氛为Ar：O₂为100：1体积比，镀膜时间为4分钟。

在硫化镉薄膜上，采用近空间升华法制备得到碲化镉薄膜，其厚度为5μm。其中，源为纯度为99.999％的碲化镉粉末，源温度为650℃，衬底温度为500℃，压力为2Pa，气氛为Ar:O₂＝10：1。

将p型碲化镉层经过氯化铬(CdCl₂)热处理，即在碲化镉薄膜上蒸发一层CdCl₂薄膜，然后置于管式炉中，400℃热处理15min。将经过CdCl₂热处理的碲化镉薄膜用水冲洗，氮气吹干。然后在磷硝酸刻蚀液中刻蚀，刻蚀液配比(体积比)优选为：硝酸：磷酸：水＝1：70：29，刻蚀时间为35s。刻蚀后，本发明实施例用水冲洗，氮气吹干，得到刻蚀后样品。

利用电子束蒸发法进行NiO背接触缓冲层的制备，蒸发源材料是纯度为99.99％的NiO颗粒，粒径为1mm～3mm。具体工艺包括：打开电子束蒸发进样室闸门，将表面刻蚀后的碲化镉薄膜太阳电池样品放入进样室，利用传送杆将样品从进样室传送到生长室；对生长室抽真空，待真空度为5×10^-4Pa时，可以制备NiO薄膜；打开电子枪，将电子束集中打在坩埚正中央的NiO颗粒上，进行蒸发镀膜；调整电子枪的工作电流和电压来控制镀膜速率。沉积过程中，衬底温度为室温，工作压强为5×10^-4Pa，生长速率由膜厚仪监测；生长时间为5min，所得薄膜厚度为20nm。

采用真空热蒸发法制备金属背电极，该方法设备简单，成膜质量较好。具体的制备工艺如下：蒸发源材料为Au金属丝，纯度为99.99％，直径为0.5毫米。打开热蒸发生长室闸门，将生长过NiO背接触层的样品放入热蒸发镀膜系统中；抽真空，待真空度为5×10^-3Pa时，打开样品挡板，开始镀膜；打开蒸发恒流电源，通过调控恒流电源的输出电流和电压，来控制镀膜速率。沉积过程中，衬底温度为室温，蒸发速率由膜厚仪监测；蒸发时间为5min，背金属电极厚度为150nm。

镀膜结束后，对所得样品进行200℃下30分钟的真空退火处理，使得背电极与碲化镉接触良好；待样品冷却，完成整个电池制备工艺。

采用上述NiO作为背接触缓冲层(表示为NiO/Au)与未采用NiO背接触缓冲层(表示为Au-Only)制备的碲化镉薄膜太阳电池，在标准太阳光源(AM1.5)下进行性能对比。测得的电流-电压(I-V)曲线图如图3所示，图3为采用实施例1的NiO作为背接触缓冲层与未采用NiO背接触缓冲层制备的碲化镉薄膜太阳电池的电流-电压(I-V)曲线图。

如图3所示，本发明加入NiO背接触缓冲层，碲化镉电池开路电压Voc由724mV提高到789mV，转换效率η由10.7％提高到12.2％，NiO背场作用对电池性能的提升效果极为明显。

比较例1

按照实施例1中的制备方法，分别用V₂O₅、MoO₃和WO₃代替NiO作为背接触缓冲层，分别得到CdTe电池。

按照实施例1中的测试方法，对各电池性能进行对比。结果如图4所示，图4为本发明实施例与比较例不同背接触缓冲层CdTe电池的亮态I-V曲线对比图。

从图4可以看出，本发明NiO在提高CdTe电池开路电压和转换效率方面的效果十分明显。其中，NiO作为背接触缓冲层的CdTe电池的开路电压高达789mV，远大于其他背接触缓冲层的电池开路电压。由于NiO缓冲层的背场作用，可以将背表面处的电子反射回PN结，大幅降低电池背表面处载流子的复合，提高电池的开路电压Voc和转换效率。

实施例2

按照实施例1中的制备方法，分别制备得到不同NiO缓冲层厚度的CdTe电池。生长速率相同，不同之处在于，氧化镍NiO薄膜厚度为5nm，生长时间为100秒；氧化镍NiO薄膜厚度为10nm，生长时间为200秒；氧化镍NiO薄膜厚度为40nm，生长时间为800秒。

按照实施例1中的测试方法，对各电池性能进行对比。结果如图5所示，图5为本发明实施例不同NiO缓冲层厚度的CdTe太阳电池的亮态I-V曲线对比图。

从图5可以看出，本发明加入NiO缓冲层之后，CdTe电池的开路电压Voc显著提高，从而提高电池转换效率。NiO的厚度为5-20nm时，对CdTe电池的路电压Voc都有显著提高，最佳厚度为20nm左右。

实施例3

采用商用FTO玻璃(购自日本板硝子(NSG)公司，型号WI98329，厚度为2.2mm，透光率大于90％，面电阻为15欧)，其中，FTO透明导电薄膜厚度为350nm。

采用磁控溅射法，在FTO透明导电薄膜上制备得到厚度为100nm的硫化镉薄膜；其中，磁控溅射功率为60W，衬底温度200℃，压强为1.3Pa，气氛为Ar：O₂为100：1体积比，镀膜时间为4分钟。

在硫化镉薄膜上，采用近空间升华法制备得到碲化镉薄膜，其厚度为4μm。其中，源为纯度为99.999％的碲化镉粉末，源温度为600℃，衬底温度为550℃，压力为2Pa，气氛为Ar:O₂＝10：1。

将p型碲化镉层经过氯化铬(CdCl₂)热处理，即在碲化镉薄膜上蒸发一层CdCl₂薄膜，然后置于管式炉中，400℃热处理13min。将经过CdCl₂热处理的碲化镉薄膜用水冲洗，氮气吹干。然后在磷硝酸刻蚀液中刻蚀，刻蚀液配比(体积比)优选为：硝酸：磷酸：水＝1：70：29，刻蚀时间为35s。刻蚀后，本发明实施例用水冲洗，氮气吹干，得到刻蚀后样品。

在刻蚀后样品上，采用热蒸发法，真空度到5×10^-3Pa开始蒸发，制备得到铜薄膜，其厚度为3nm。

利用电子束蒸发法进行NiO背接触缓冲层的制备，蒸发源材料是纯度为99.99％的NiO颗粒，粒径为1mm～3mm。具体工艺包括：打开电子束蒸发进样室闸门，将制备铜薄膜后的碲化镉薄膜太阳电池样品放入进样室，利用传送杆将样品从进样室传送到生长室；对生长室抽真空，待真空度为5×10^-4Pa时，可以制备NiO薄膜；打开电子枪，将电子束集中打在坩埚正中央的NiO颗粒上，进行蒸发镀膜；调整电子枪的工作电流和电压来控制镀膜速率。沉积过程中，衬底温度为室温，工作压强为5×10^-4Pa，生长速率由膜厚仪监测；生长时间为5min，所得薄膜厚度为20nm。

采用真空热蒸发法制备金属背电极，该方法设备简单，成膜质量较好。具体的制备工艺如下：蒸发源材料为Au金属丝，纯度为99.99％，直径为0.5毫米。打开热蒸发生长室闸门，将生长过NiO背接触层的样品放入热蒸发镀膜系统中；抽真空，待真空度为5×10^-3Pa时，打开样品挡板，开始镀膜；打开蒸发恒流电源，通过调控恒流电源的输出电流和电压，来控制镀膜速率。沉积过程中，衬底温度为室温，蒸发速率由膜厚仪监测；蒸发时间为5min，背金属电极厚度为100nm。

镀膜结束后，对所得样品进行200℃下30分钟的真空退火处理，使得背电极与碲化镉接触良好；待样品冷却，完成整个电池制备工艺。其中，背接触结构表示为3-nm-Cu/20-nm-NiO。

以铜的厚度为5nm的标准Cu/Au的CdTe电池作为对比，其背接触结构表示为5-nm-Cu/Au。按照实施例1中的测试方法进行性能测试，结果如图6所示，图6为本发明实施例3背接触结构分别为3-nm-Cu/20-nm-NiO/Au和5-nm-Cu/Au的CdTe太阳电池的亮态I-V曲线对比图。

从图6可以看出，本发明采用Cu/NiO双层结构作为电池的背接触缓冲层，在制备NiO缓冲层前加入少量的铜，电池的开路电压和转换效率比标准Cu/Au电池高。本发明在NiO背接触缓冲层中，引入少量的铜，既可以提高NiO层的导电性，又可以对CdTe进行掺杂，有助于电池效率的提高。

标准Cu/Au电池中，铜的厚度为5nm，虽然可以提高电池的性能，但是铜对电池的长期稳定性造成影响。然而，在本发明中，只引入3nm的铜，就可以提高电池的性能。并且，由于本发明引入铜含量较少，电池的长期稳定性能较好。

由以上实施例可知，本发明加入NiO背接触缓冲层，碲化镉电池开路电压由724mV提高到789mV，转换效率由10.7％提高到12.2％，本发明氧化镍薄膜在碲化镉电池中起到背场缓冲层的作用，将碲化镉中背表面处的光生电子反射到PN结处，大大降低电子在背表面处的复合，提高电池的载流子收集效率，从而提高电池的开路电压和转换效率。

此外，本发明碲化镉电池的稳定性方面有所提高，并且其制备方法简便，成本低，适合大规模工业化生产。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于使本技术领域的专业技术人员，在不脱离本发明技术原理的前提下，是能够实现对这些实施例的多种修改的，而这些修改也应视为本发明应该保护的范围。