一種柔性CIGS多晶薄膜太陽電池的製作方法

2023-12-06 12:05:01 2

本發明涉及一種太陽電池。

背景技術：

cu(inxga1-x)se2(cigs)多晶薄膜太陽電池具有吸收層材料的吸收係數高、性能穩定、抗輻射能力強、光電轉換效率高和弱光效應好等特點。2016年，cigs多晶薄膜太陽電池的實驗室最高轉化效率達到了22.6％。2016年，德國cigs生產商avancis宣布其在慕尼黑研發中心開發出的300mm×300mmcigs小型薄膜太陽電池，光電轉換率達到17.9％。可見，cigs多晶薄膜太陽電池具有良好的應用前景。cigs可以做在玻璃襯底上形成剛性cigs多晶薄膜太陽電池，也可以做在柔性襯底比如不鏽鋼上形成柔性cigs電池，如專利cn201210054329和cn201510795225。也可以在聚醯亞胺(pi)等襯底上形成柔性cigs電池。柔性cigs多晶薄膜太陽電池重量輕、可以摺疊、彎曲、甚至黏貼在其它物體的表面例如汽車玻璃和衣服等，在建築一體化光伏應用上也有很大的應用潛力。但是目前使用的pi和不鏽鋼柔性襯底具有一定的缺陷，比如pi長期使用溫度範圍在300℃以下，在共蒸發製備cigs多晶薄膜過程中，要想獲得高轉化效率的cigs多晶薄膜太陽電池，襯底的溫度通常高於500℃，如果想在pi襯底上製備柔性cigs多晶薄膜太陽電池，就需要低溫的共蒸發工藝，這就限制了cigs多晶薄膜太陽電池轉化效率的提升。而由於不鏽鋼襯底不透光，以不鏽鋼為襯底的柔性cigs多晶薄膜太陽電池只能做成下襯底結構，如專利cn201210054329，而且不鏽鋼襯底裡面的fe等元素會擴散到cigs多晶薄膜中，從而影響cigs多晶薄膜太陽電池轉化效率的提升。為了提高轉化效率，必須採用阻擋層，阻擋不鏽鋼襯底中的fe等進入到cigs中，如專利cn201210054329，或者採用多層mo背電極，從而阻止襯底中的雜質元素對cigs光學吸收層的影響，如專利cn201510795225，因此增加了工藝的複雜性。

技術實現要素：

本發明的目的是克服現有柔性cigs電池的以下缺點：金屬襯底比如不鏽鋼襯底只能做成下襯底柔性cigs結構，金屬襯底中雜質對cigs電池性能不利的影響，以及聚醯亞胺長期使用溫度範圍在300℃以下的缺點，提出一種新型柔性cigs多晶薄膜太陽電池。本發明能採用高溫製備，可以製備上襯底或者下襯底結構，還可以製備成雙面透光的柔性電池，而且襯底不含金屬雜質，無需阻擋層，簡化了製備工藝。

本發明柔性cigs多晶薄膜太陽電池可以為上襯底結構，也可以為下襯底結構。所述下襯底結構的柔性cigs多晶薄膜太陽電池的結構如下：雲母襯底上為金屬mo電極層，金屬mo電極層上為含鹼金屬的材料層，含鹼金屬的材料層上為cigs吸收層，cigs吸收層上為cds窗口層或者其它類型窗口層，cds窗口層或者其它類型窗口層上為zno高阻層或其它高阻層，zno高阻層或其它高阻層上為透明導電氧化物多晶薄膜層。所述上襯底結構的柔性cigs多晶薄膜太陽電池的結構如下：雲母襯底上為azo透明導電氧化物薄膜層或其它透明導電氧化物層，azo透明導電氧化物薄膜層或其它透明導電氧化物層上為zno高阻層或其它高阻層、zno高阻層或其它高阻層上為cds窗口層或者其它類型窗口層，cds窗口層或者其它類型窗口層上為cigs吸收層，cigs吸收層上為含鹼金屬的材料層，含鹼金屬的材料層上為mo背接觸層，mo背接觸層上為導電的透明氧化物多晶薄膜氧化物或者金屬導電層。

本發明提出的柔性cigs多晶薄膜太陽電池能與現有的玻璃襯底上的高溫共蒸發工藝兼容，也可以採用低溫製備方法比如磁控濺射製備，製備工藝簡單，易大規模生產，在工業、航空航天及民用發電領域中都具有很大的應用潛力，還可以製備雙面透光的柔性cigs多晶薄膜太陽電池。

本發明以雲母作為柔性cigs多晶薄膜太陽電池的襯底，採用與玻璃襯底上的高溫共蒸發或者其它低溫磁控濺射相同的工藝，容易得到高效的cigs多晶薄膜太陽電池，有效擴展了柔性cigs多晶薄膜太陽電池的製備工藝。本發明的柔性cigs多晶薄膜太陽電池還能製成上襯底結構，能拓寬柔性cigs多晶薄膜太陽電池的製備工藝和應用範圍。本發明提出的柔性cigs多晶薄膜太陽電池可以製備雙面透光的柔性cigs多晶薄膜太陽電池。

附圖說明

圖1為本發明下襯底結構的柔性cigs多晶薄膜太陽電池的結構示意圖，圖中：1雲母襯底、2金屬mo電極、3含鹼金屬的材料層、4cigs光學吸收層、5窗口層、6zno高阻層、7透明導電氧化物層；

圖2為本發明上襯底結構的柔性cigs多晶薄膜太陽電池的結構示意圖，圖中：1雲母襯底、7透明導電氧化物層、6zno高阻層、5窗口層、4cigs光學吸收層、3含鹼金屬的材料層、2金屬mo電極、8金屬電極層；

圖3為本發明雙面透光的上襯底結構的柔性cigs多晶薄膜太陽電池的結構示意圖，圖中：1雲母襯底、2金屬mo電極、3含鹼金屬的材料層、4cigs光學吸收層、5窗口層、6zno高阻層、7透明導電氧化物層。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明做進一步說明。

實施例1

以50um厚、10×10cm的氟晶雲母1為襯底，通過半導體工業標準的襯底清洗工藝清洗雲母襯底1，通過濺射法直接在雲母襯底1上製備金屬mo電極2，通過熱蒸發工藝在鍍有金屬mo電極2的雲母襯底1上製備5nm厚的含鹼金屬的材料層3，採用與玻璃襯底上相同的高溫三步共蒸發工藝，在鍍有金屬mo電極2和含鹼金屬的材料層3的雲母襯底1上生長cigs光學吸收層4，通過化學水浴法(cbd)在鍍有金屬mo電極2、含鹼金屬材料層3和cigs光學吸收層4的雲母襯底1上製備cds窗口層5，通過磁控濺射在鍍有金屬mo電極2、含鹼金屬的材料層3、cigs光學吸收層4和cds窗口層5的雲母襯底1上製備zno高阻層6，通過磁控濺射在鍍有金屬mo電極2、含鹼金屬的材料層3、cigs吸收層4、cds窗口層5和zno高阻層6的雲母襯底1上製備azo透明導電氧化物層7，至此得到本發明所述的下襯底結構的柔性cigs多晶薄膜。

實施例2

本發明的柔性cigs太陽電池不僅可以製備成下襯底結構，還可以製備成上襯底結構的cigs太陽電池。以1mm厚、15×5cm的氟晶雲母1為襯底，通過半導體工業標準的襯底清洗工藝對雲母襯底1進行清洗，通過濺射法在雲母襯底1上製備azo透明導電氧化物層7，通過磁控濺射在鍍有透明導電的azo透明導電氧化物層7的雲母襯底1上製備zno高阻層6，通過濺射法在鍍有azo透明導電氧化物層7、zno高阻層6的雲母襯底1上製備zns窗口層5，通過三步共蒸發方法在鍍有azo透明導電氧化物層7、zno高阻層6、zns窗口層5的雲母襯底1上製備cigs光學吸收層4，通過熱蒸發在鍍有azo透明導電氧化物層7、zno高阻層6、zns窗口層5、cigs光學吸收層4的的雲母襯底1上生長一層含鹼金屬的材料層3，然後進行高溫處理，處理溫度為300℃，時間為60min，氣氛為真空氣氛。通過熱蒸發在高溫處理後的鍍有azo透明導電氧化物層7、zno高阻層6、zns窗口層5、cigs光學吸收層4的雲母襯底1上生長金屬mo電極2，通過電子束蒸發在鍍有azo透明導電氧化物層7、zno高阻層6、zns窗口層5、cigs光學吸收層4、金屬mo電極2的雲母襯底1上生長au金屬導電層8，至此得到所述的上襯底的柔性cigs多晶薄膜太陽電池。

實施例3

本發明上襯底結構的柔性cigs太陽電池可以製備成雙面透光的柔性cigs太陽電池。以0.5μm厚、15×15cm的氟晶雲母1為襯底，通過半導體工業標準的襯底清洗工藝對雲母襯底1進行清洗，通過濺射方法在雲母襯底1上製備摻錫的氧化銦(sn:in2o3：ito)透明導電氧化物層7，通過磁控濺射在鍍有ito透明導電氧化物層7的雲母襯底1上製備zno高阻層高阻層6，通過cbd在鍍有ito透明導電氧化物層7、zno高阻層6的雲母襯底1上製備cds窗口層5，通過三步共蒸發方法在鍍有ito透明導電氧化物層7、zno高阻層6、cds窗口層5的雲母襯底1上製備cigs光學吸收層4，通過熱蒸發在鍍有ito透明導電氧化物層7、zno高阻層6、cds窗口層5、cigs光學吸收層4的雲母襯底1上生長一層含鹼金屬的材料層3，然後進行高溫處理，處理溫度為500℃，時間為5min，氣氛為真空氣氛。通過熱蒸發在高溫處理後的鍍有ito透明導電氧化物層7、zno高阻層6、cds窗口層5、cigs光學吸收層4的雲母襯底1上生長金屬mo電極2，通過磁控濺射方法在處理後的鍍有ito透明導電氧化物層7、zno高阻層6、cds窗口層5、cigs光學吸收層4、金屬mo電極2的雲母襯底1上製備azo透明導電氧化物層7，至此製備得到本發明所述的上襯底結構的具有雙面透光的柔性cigs多晶薄膜太陽電池。