一種CIGS基薄膜太陽能電池制造技術

本發(fā)明專利技術提供了一種CIGS基薄膜太陽能電池，包括：基板，在基板上形成背電極層，在背電極層上形成銀鎵合金膜層，在銀鎵合金膜層上形成光吸收層，在光吸收層上形成緩沖層，在緩沖層上形成透明導電層。在背電極層上形成銀鎵合金膜層可以提高光吸收層的結晶質量，使背電極層與光吸收層的粘結更加牢固，可減少背電極層受硫族元素的腐蝕，改善開路電壓和短路電流。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及薄膜太陽能電池
，更具體的，本專利技術提供一種CIGS基薄膜太陽能電池。
技術介紹
隨著全球氣候變暖、生態(tài)環(huán)境惡化和常規(guī)能源的短缺，越來越多的國家開始大力發(fā)展太陽能利用技術。太陽能光伏發(fā)電是零排放的清潔能源，具有安全可靠、無噪音、無污染、資源取之不盡、建設周期短、使用壽命長等優(yōu)勢，因而備受關注。銅銦鎵硒(CIGS)是一種直接帶隙的P型半導體材料，其吸收系數(shù)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范圍內連續(xù)可調，可實現(xiàn)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(wěn)定、抗輻射能力強、弱光也能發(fā)電等優(yōu)點，其轉換效率在薄膜太陽能電池中是最高的，已超過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(chǎn)業(yè)化。傳統(tǒng)的CIGS基薄膜太陽能電池結構如圖1所示，其都是在鉬背電極層上直接形成光吸收層，如中國專利CN201352562Y公開了一種單結銅銦鎵硫薄膜太陽能電池，該電池的光吸收層銅銦鎵硫直接形成于背電極層上；中國專利CN101661971A公開了一種CIGS基薄膜太陽能電池制備方法，該方法是在Mo電極層上采用濺射靶材直接濺射沉積銅銦鎵硒光吸收層。對上述公開的CIGS基薄膜太陽能電池的光吸收層進行熱處理，在鉬背電極層上會形成一層較厚的硒化鉬層或硫化鉬層，硒化鉬層或硫化鉬層如果太厚將會導致電池的串聯(lián)電阻升高，使電池的性能下降。在鉬背電極層上直接形成光吸收層，由于它們之間的界面材料的不同，將會影響光吸收層的結晶質量，同時也會影響背電極層與光吸收層之間的粘結牢固性。為了提高薄膜太陽能電池的開路電壓，通常可采用提高吸收層的鎵含量來實現(xiàn)，若采用先濺射后硒化工藝來制備薄膜電池，就需要使用鎵含量較高的靶材來濺射沉積預制層，但是鎵含量高的靶材在濺射過程中比較不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)鎵的滲出，導致靶材成分出現(xiàn)較大波動，使沉積后的膜層各組分的比例發(fā)生改變，使形成的光吸收層的組分發(fā)生較大波動，進而影響薄膜太陽能電池的性能。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的在于克服現(xiàn)有技術之不足，提供一種CIGS基薄膜太陽能電池，通過在銀鎵合金膜層上形成p型光吸收層，能夠有效抑制硒化過程中硒化鉬厚度的增長，同時增加背電極層與p型光吸收層之間的粘結性，銀鎵合金膜層中的鎵擴散進入p型光吸收層的底部，可減少載流子在該界面處的復合，提高薄膜電池的開路電壓和短路電流，從而提高薄膜太陽能電池的性能。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種CIGS基薄膜太陽能電池，其特征在于：包括基板，覆蓋基板的背電極層，覆蓋背電極層的銀鎵合金膜層，覆蓋銀鎵合金膜層的p型光吸收層，覆蓋p型光吸收層的緩沖層，覆蓋緩沖層的透明導電層；所述銀鎵合金膜層中至少含有50at％的銀，所述銀鎵合金膜層的厚度不大于200nm。所述銀鎵合金膜層是使用銀鎵合金靶材進行濺射沉積，所述銀鎵合金靶材中至少含有50at％的銀(at％為原子比百分比)。本專利技術還提供了另一種CIGS基薄膜太陽能電池，其特征在于：包括基板，覆蓋基板的背電極層，覆蓋背電極層的銀鎵合金膜層，覆蓋銀鎵合金膜層的p型光吸收層，覆蓋p型光吸收層的緩沖層，覆蓋緩沖層的透明導電層；所述銀鎵合金膜層中還含有至多20at％的M元素，所述M元素選自鉬、鉑、鈦、鉻中的至少一種，所述銀鎵合金膜層中至少含有50at％的銀，所述銀鎵合金膜層的厚度不大于200nm。所述銀鎵合金膜層是使用含有銀、鎵和含有至多20at％的M元素的合金靶材進行濺射沉積，所述M元素選自鉬、鉑、鈦、鉻中的至少一種，所述合金靶材中至少含有50at％的銀。所述的p型光吸收層為銅銦鎵硒、銅銦鎵硫、銅銦鎵硒硫、銅銦鎵鋁硒、銅銦鎵鋁硫、銅銦鎵鋁硒硫、銅銦鋁硒硫、銅銦鋁硒、銅銦鋁硫、銅銦硒硫、銅銦硫或銅銦硒的一種，所述p型光吸收層中含有堿元素，所述p型光吸收層中優(yōu)選含有鈉，所述p型光吸收層中還可含有銻和/或鉍的元素。所述銀鎵合金膜層的厚度優(yōu)選不大于100nm；所述銀鎵合金膜層也可采用真空蒸鍍方法沉積。所述背電極層中含有氧，所述背電極層中也可含有堿元素。進一步的，在緩沖層與透明導電層之間插入一層具有高電阻率的氧化鋅膜層，所述具有高電阻率的氧化鋅膜層選自本征氧化鋅膜層、具有電阻率為0.08Ωcm至95Ωcm的摻雜氧化鋅膜層或它們的組合，所述摻雜氧化鋅膜層的摻雜劑選自B、Al、Ga或In中的至少一種。進一步的，在基板與背電極層之間插入一層電介質材料層；所述電介質材料層選自氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氮化鈦、氧化鈦、氮氧化鈦、氮氧化鋯、氧化鋯、氮化鋯、氮化鋁、氧化鋁、氧化硅鋁、氮化硅鋁、氮氧化硅鋁、鋅錫氧化物或它們的混合物組成；所述電介質材料層或由硅、鋯和鈦中的至少一種元素與鉬組成的至少兩種元素的氧化物、氮化物或氮氧化物組成；當基板為玻璃基板時，所述電介質材料層可由一含有Li、K中至少一種元素的堿過濾層替代，該堿過濾層包含Li、K中的至少一種元素和Si、Al、O三種元素。所述基板為玻璃基板、聚酰亞胺板、鋁薄板、鈦薄板或不銹鋼板中的一種；所述背電極層為Mo層、Ti層、Cr層、Cu層或AZO層中的至少一種，所述背電極層優(yōu)選為Mo層；所述緩沖層為硫化鎘、氧化鋅、硫化鋅、硒化鋅、硫硒化鋅、硫硒化銦、硒化銦、硫化銦或鋅鎂氧化物中的至少一種；所述透明導電層選用銀基透明導電膜、氧化銦摻雜錫(ITO)、氧化鋅摻雜鋁(AZO)、氧化鋅摻雜鎵(GZO)、氧化鋅摻雜銦(IZO)、氧化錫摻雜氟(FTO)、氧化錫摻雜碘、氧化錫摻雜銻(ATO)或石墨烯中的至少一種。與現(xiàn)有技術相比本專利技術具有以下優(yōu)點：1、本專利技術通過在銀鎵合金膜層上形成p型光吸收層，能夠有效抑制形成p型光吸收層的熱處理過程中硒化鉬層或硫化鉬層厚度的過度增長，因而可降低薄膜太陽能電池的串聯(lián)電阻，提高薄膜太陽能電池的性能。2、本專利技術通過在銀鎵合金膜層上形成p型光吸收層，能夠增加背電極層與p型光吸收層之間的粘結性，使p型光吸收層不會從背電極層上脫落，提高了薄膜太陽能電池的使用的可靠性。3、本專利技術通過在銀鎵合金膜層上形成p型光吸收層，在形成p型光吸收層的熱處理過程中，銀鎵合金膜層中的鎵擴散進入p型光吸收層的底部，這可減少載流子在該界面處的復合，提高薄膜電池的開路電壓和短路電流，從而提高薄膜太陽能電池的性能。4、本專利技術通過在銀鎵合金膜層上形成p型光吸收層，在此銀鎵合金膜層可看作起到一個過渡界面的作用，可提高p型光吸收層的結晶質量。5、本專利技術的銀鎵合金膜層的沉積采用濺射沉積，能夠實現(xiàn)大面積均勻成膜，與CIGS基薄膜電池的生產(chǎn)工藝相匹配，可實現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)。附圖說明圖1為傳統(tǒng)的CIGS基薄膜太陽能電池的結構示意圖；圖2為本專利技術的CIGS基薄膜太陽能電池的一種結構示意圖；圖中數(shù)字說明：1-基板，21-電介質材料層，2-背電極層，31-銀鎵合金膜層，3-p型光吸收層，4-緩沖層，5-本征氧化鋅膜層，6-透明導電層。具體實施方式下面結本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種CIGS基薄膜太陽能電池，其特征在于：包括基板，覆蓋基板的背電極層，覆蓋背電極層的銀鎵合金膜層，覆蓋銀鎵合金膜層的p型光吸收層，覆蓋p型光吸收層的緩沖層，覆蓋緩沖層的透明導電層；所述銀鎵合金膜層中至少含有50at％的銀，所述銀鎵合金膜層的厚度不大于200nm。

【技術特征摘要】
1.一種CIGS基薄膜太陽能電池，其特征在于：包括基板，覆蓋基板的背電極層，覆蓋背
電極層的銀鎵合金膜層，覆蓋銀鎵合金膜層的p型光吸收層，覆蓋p型光吸收層的緩
沖層，覆蓋緩沖層的透明導電層；所述銀鎵合金膜層中至少含有50at％的銀，所述銀
鎵合金膜層的厚度不大于200nm。
2.一種CIGS基薄膜太陽能電池，其特征在于：包括基板，覆蓋基板的背電極層，覆蓋背
電極層的銀鎵合金膜層，覆蓋銀鎵合金膜層的p型光吸收層，覆蓋p型光吸收層的緩
沖層，覆蓋緩沖層的透明導電層；所述銀鎵合金膜層中還含有至多20at％的M元素，
所述M元素選自鉬、鉑、鈦、鉻中的至少一種，所述銀鎵合金膜層中至少含有50at％
的銀，所述銀鎵合金膜層的厚度不大于200nm。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種CIGS基薄膜太陽能電池，其特征在于：所述的p型光
吸收層為銅銦鎵硒、銅銦鎵硫、銅銦鎵硒硫、銅銦鎵鋁硒、銅銦鎵鋁硫、銅銦鎵鋁硒
硫、銅銦鋁硒硫、銅銦鋁硒、銅銦鋁硫、銅銦硒硫、銅銦硫或銅銦硒中的一種，所述
p型光吸收層中含有堿元素。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種CIGS基薄膜太陽能電池，其特征在于：所述銀鎵合金膜層
是使用銀鎵合金靶材進行濺射沉積，所述銀鎵合金靶材中至少含有50at％的銀。
5.根據(jù)權利要求2所述的一種CIGS基薄膜太陽能電池，其特征在于：所述銀鎵合金膜層
是使用含有銀、鎵和含有至多20at％的M元素的合金靶材進行濺射沉積，所述M元素
選自鉬、鉑、鈦、鉻中的至少一種，所述合金靶材中至少含有50at％的銀。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的一種CIGS基薄膜太陽能電池，其特征在于：所述銀鎵合金
膜層的厚度不...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：李藝明，鄧國云，
申請(專利權)人：廈門神科太陽能有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：福建;35