Cigs基薄膜太陽能電池的製作方法
2023-05-12 04:19:31 1
專利名稱：Cigs基薄膜太陽能電池的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及薄膜太陽能電池技術領域，特別是一種具有黃銅礦結構的銅銦鎵硒(硫)薄膜太陽能電池。
背景技術：
隨著全球氣候變暖、生態環境惡化和常規能源的短缺，越來越多的國家開始大力發展太陽能利用技術。太陽能光伏發電是零排放的清潔能源，具有安全可靠、無噪音、無汙染、資源取之不盡、建設周期短、使用壽命長等優勢，因而備受關注。銅銦鎵硒是一種直接帶·隙的P型半導體材料，其吸收係數高達105/cm，2um厚的銅銦鎵硒薄膜就可吸收90%以上的太陽光。CIGS薄膜的帶隙從1. 04eV到1. 67eV範圍內連續可調，可實現與太陽光譜的最佳匹配。銅銦鎵硒薄膜太陽電池作為新一代的薄膜電池具有成本低、性能穩定、抗輻射能力強、弱光也能發電等優點，其轉換效率在薄膜太陽能電池中是最高的，可接近20%的轉化率，因此日本、德國、美國等國家都投入巨資進行研究和產業化。當太陽光照射CIGS基薄膜太陽能電池時，在電池的表面或界面處總不可避免的出現光線反射，這就減少太陽光線到達光吸收層，從而使得薄膜太陽能電池的總功率下降。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種CIGS基薄膜太陽能電池，該電池在受太陽光照射時可減少光線的反射。為實現上述目的，本實用新型採用以下技術方案一種CIGS基薄膜太陽能電池，由下至上包括一襯底，覆蓋襯底表面的背電極層，覆蓋背電極層的具有黃銅礦結構的光吸收層，覆蓋光吸收層的緩衝層，覆蓋緩衝層的本徵氧化鋅層，覆蓋本徵氧化鋅層的透明導電窗口層，覆蓋透明導電窗口層的折射率大於1. 80的第一材料層，以及覆蓋該第一材料層的折射率小於1. 70的第二材料層。所述的襯底為玻璃、聚醯亞胺板、鋁薄板或不鏽鋼板；所述的背電極層材料可選用Mo、T1、Cr或Cu ;所述的光吸收層為銅銦鎵硒、銅銦鎵硫、銅銦鎵硒硫、銅銦招硒、銅銦招硫、銅銦硫或銅銦硒；所述的緩衝層選用硫化鎘、氧化鋅、硫化鋅、硫化銦或鋅鎂氧化物中的一種；所述的透明導電窗口層可選用氧化銦摻雜錫、氧化鋅摻雜鋁、氧化鋅摻雜鎵、氧化鋅摻雜銦、氧化錫摻雜氟、氧化錫摻雜銻中的一種或兩種以上透明導電膜或其它別的透明導電所述的第一材料層為氧化鈦、氮化矽、氮化矽鋁、氧化鋯或氧化鈮，其厚度為l-50nm,優選厚度為l_30nm,更優選厚度為l_20nm ;所述的第二材料層為氧化娃、氧化鋁、氧化矽鋁或氟化鎂，其膜層厚度為55-130nm，優選厚度為70_120nm，更優選厚度為85-115nm;所述第一材料層和第二材料層可採用濺射沉積、真空蒸鍍沉積、熱解噴塗沉積、溶膠-凝膠法沉積、化學氣相沉積、原子層沉積或其它別的沉積方式；所述在襯底和背電極層之間可插入一層阻擋襯底元素擴散的阻擋層，該阻擋層可為矽、鋯、鈦和鑰中的至少一種元素的氧化物、氮化物或氮氧化物。本實用新型通過在CIGS基薄膜電池的透明導電窗口層上沉積高折射率材料層和低折射率材料層，可使入射光線的的反射率大大降低，從而使更多的光被薄膜電池的光吸收層吸收，提高電池的轉換效率。
圖1為本實用新型的薄膜電池的結構示意圖。圖中，1-襯底2-背電極層3-光吸收層4-緩衝層5-本徵氧化鋅層6-透·明導電窗口層7-高折射率材料層8-低折射率材料層
具體實施方式
實施例1在鈉I丐玻璃基板(襯底I)上米用磁控派射沉積500_800nm的金屬鑰電極層(背電極層2);接著在鑰電極層上採用磁控濺射沉積1. 5-2. 5um厚的銅銦鎵金屬預製層，接著採用磁控濺射在金屬預製層上沉積一定量的含鈉物質層，然後將其放入到加熱爐中進行硒化熱處理，從而形成具有黃銅礦結構的銅銦鎵二硒光吸收層3 ;在光吸收層3上採用化學浴(CBD)方法沉積45-75nm的CdS膜層作為緩衝層4 ;在緩衝層4上採用RF濺射沉積20_50nm的本徵ZnO膜層5，接著採用磁控濺射沉積300-800nmAZ0 (Al摻雜ZnO)膜層作為透明導電窗口層6，接著在透明導電窗口層6上採用磁控濺射沉積4nm TiO2膜層作為高折射率材料層7，接著在TiO2膜層上沉積93nm的SiO2膜層作為低折射率材料層8。實施例2在鈉鈣玻璃基板(襯底I)上採用磁控濺射沉積500nm的金屬鑰電極層(背電極層2);接著在鑰電極層上採用磁控濺射沉積1. 2um厚的銅銦鎵金屬預製層，接著採用磁控濺射在金屬預製層上沉積一定量的含鈉物質層，然後將其放入到加熱爐中進行硫化熱處理，從而形成具有黃銅礦結構的銅銦鎵二硫光吸收層3 ;在光吸收層3上採用化學浴(CBD)方法沉積55nm的CdS膜層作為緩衝層4 ;在緩衝層4上採用RF濺射沉積30nm的本徵ZnO膜層5，接著採用磁控濺射沉積300nmAZ0 (Al摻雜ZnO)膜層作為透明導電窗口層6，接著在透明導電窗口層上採用磁控濺射沉積5nm Si3N4膜層作為高折射率材料層7，接著在Si3N4膜層上沉積90nm的SiO2膜層作為低折射率材料層8。
權利要求1.一種CIGS基薄膜太陽能電池，其特徵在於由下至上包括一襯底，覆蓋襯底表面的背電極層，覆蓋背電極層的具有黃銅礦結構的光吸收層，覆蓋光吸收層的緩衝層，覆蓋緩衝層的本徵氧化鋅層，覆蓋本徵氧化鋅層的透明導電窗口層，覆蓋透明導電窗口層的折射率大於1. 80的第一材料層，以及覆蓋該第一材料層的折射率小於1. 70的第二材料層。
2.根據權利要求1所述的一種CIGS基薄膜太陽能電池，其特徵在於襯底為玻璃、聚醯亞胺板、鋁薄板或不鏽鋼板中的一種。
3.根據權利要求1所述的一種CIGS基薄膜太陽能電池，其特徵在於背電極層為Mo層、Ti層、Cr層或Cu層。
4.根據權利要求1所述的一種CIGS基薄膜太陽能電池，其特徵在於光吸收層為銅銦鎵硒、銅銦鎵硫、銅銦鎵硒硫、銅銦招硒、銅銦招硫、銅銦硫或銅銦硒。
5.根據權利要求1所述的一種CIGS基薄膜太陽能電池，其特徵在於緩衝層為硫化鎘、氧化鋅、硫化鋅、硫化銦或鋅鎂氧化物中的一種。
6.根據權利要求1所述的一種CIGS基薄膜太陽能電池，其特徵在於透明導電窗口層選用氧化銦摻雜錫、氧化鋅摻雜鋁、氧化鋅摻雜鎵、氧化鋅摻雜銦、氧化錫摻雜氟、氧化錫摻雜銻中的一種或兩種以上透明導電膜。
7.根據權利要求1所述的一種CIGS基薄膜太陽能電池，其特徵在於第一材料層為氧化鈦、氮化矽、氮化矽鋁、氧化鋯或氧化鈮中的一種，其膜層厚度為l_50nm。
8.根據權利要求1所述的一種CIGS基薄膜太陽能電池，其特徵在於第二材料層為氧化矽、氧化鋁、氧化矽鋁或氟化鎂中的一種,其膜層厚度為55-130nm。
9.根據權利要求1所述的一種CIGS基薄膜太陽能電池，其特徵在於在襯底和背電極層之間還插入一層阻擋襯底元素擴散的阻擋層。
專利摘要本實用新型公開了一種CIGS基薄膜太陽能電池，其包括襯底、背電極層、光吸收層、緩衝層、本徵氧化鋅層、透明導電窗口層、高折射率材料層、低折射率材料層。本實用新型通過在透明導電窗口層上增設高折射率材料層和低折射率材料層，可減少太陽光線的反射，使更多的光被光吸收層吸收，提高電池的功率。
文檔編號H01L31/032GK202855752SQ20122058515
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月7日 優先權日2012年11月7日
發明者李藝明, 田宏波 申請人:廈門神科太陽能有限公司