一種銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池的制備方法技術

本發明專利技術涉及一種銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池的制備方法，在襯底上制備背電極層；在所制得的背電極層上制備CIGS吸收層；將含有Cd離子的溶液噴淋于CIGS吸收層表面，并在100℃-500℃下加熱10min-60min后取出；在CIGS吸收層上制備CdS緩沖層；在所制得的CdS緩沖層上制備窗口層；在窗口層上制備電極層，即得銅銦鎵硒薄膜太陽能電池。本發明專利技術在制備CIGS吸收層后，通過在CIGS吸收層表面噴淋含Cd離子的溶液，然后經高溫加熱，使Cd離子向CIGS吸收層表面加速擴散，在CIGS吸收層表面淺層形成淺埋結，減少載流子在CIGS/CdS界面層的復合，增強銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池的N型特性，提高電池轉換效率達5-10％。

【技術實現步驟摘要】


本專利技術涉及太陽能電池領域，具體涉及一種銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池的制備方法。

技術介紹

隨著經濟社會的發展，人們對能源的需求也與日俱增。由于常規化石能源儲量有限，污染環境。因此，發展利用新的清潔能源就成為解決常規能源匱乏，環境污染的唯一途徑。由于太陽能取之不盡用之不竭，清潔無污染，是未來最理想最可持續的可再生能源。太陽能電池直接將光能轉變為電能，是太陽能利用的一種重要方式。
銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池具有高光吸收系數、高轉化效率、可調的禁帶寬度、高穩定性、較強的抗輻射能力等優點，目前轉換效率已經超過多晶硅電池，并仍在不斷獲得新突破，是一種非常有發展潛力的薄膜太陽能電池。太陽能電池中的CIGS吸收層是一種P型半導體材料，這是由于太陽能電池所需的CIGS吸收層成分為貧Cu狀態，薄膜內有大量的Cu空位VCu等受主缺陷存在。另外，研究表明：在CIGS吸收層的表面有一層幾十納米的(CuIn5Se8，CuIn3Se5，CuIn2Se3.5，Cu3In5Se9等)有序缺陷化合物(ODC)存在，它們為N型材料，可在CIGS表面淺層形成淺埋PN結，使PN結與CIGS/CdS界面分離，進而減少載流子復合。
在CIGS太陽能電池中，通常采用CdS作為緩沖層，來減少吸收層與窗口層的晶格和帶隙適配。此外，在制備CdS緩沖層時，Cd原子可以向CIGS表面的ODC層擴散，占據Cu原子的位置，形成CdCu施主缺陷，增強ODC層的N型特性，改善異質結界面特性。通常CdS緩沖層的制備采用化學水浴法(CBD)制備，水浴溫度較低，所制備的CdS緩沖層與CIGS吸收層間Cd原子向CIGS吸收層擴散較少，CIGS表面的反型層較薄，使得PN結與CIGS/CdS界面不能有效分離，界面處易發生光生載流子復合，影響電池轉換效率。

技術實現思路

為此，本專利技術為了增加Cd離子向CIGS吸收層表面的擴散，提高CIGS表面的反型，減少CIGS/CdS界面復合，改善界面特性，本專利技術提供了一種銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池的制備方法。
所采用技術方案如下所述：
一種銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池的制備方法，所述方法包括如下步驟：
步驟一，在襯底上制備背電極層；
步驟二，在所制得的背電極層上制備CIGS吸收層；
步驟三，將含有Cd離子的溶液噴淋于CIGS吸收層表面，并在100℃-500℃下加熱10min-60min后取出；
步驟四，在步驟三中的CIGS吸收層上制備CdS緩沖層；
步驟五，在所制得的CdS緩沖層上制備窗口層；
步驟六，在窗口層上制備電極層，即得銅銦鎵硒薄膜(CIGS)太陽能電池。
優選地，所述步驟三中將CIGS吸收層放置于250-350℃下的擴散爐中加熱25-45min取出。
所述步驟四中可采用化學水浴法(CBD)、磁控濺射法或蒸發法在所述的CIGS吸收層表面上沉積制得CdS緩沖層，CdS緩沖層沉積厚度為10nm-100nm。
所述襯底包括鈉鈣玻璃，低Fe玻璃，太陽能浮法玻璃，不銹鋼箔，Al箔，Mo箔，Cu箔，聚酰亞胺(PI)，聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂(PET)中的一種。
所述CIGS吸收層采用蒸發法、濺射后硒化或混合濺射方式制備。
所述步驟六中的電極層為Ni/Al雙層電極層。
本專利技術相對于現有技術具有如下有益效果：
本專利技術在制備CIGS吸收層后，通過在CIGS吸收層表面噴淋含Cd離子的溶液，然后經高溫加熱，使Cd離子在CIGS吸收層表面加速擴散，在CIGS吸收層表面淺層形成淺埋結，減少載流子在CIGS/CdS界面層的復合，增強銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池的N型特性，提高電池轉換效率達5-10％。本專利技術所提供的制備方法簡單可控，與常規藝兼容性好，成本低。
附圖說明
為了使本專利技術的內容更容易被清楚的理解，下面根據本專利技術的具體實施例并結合附圖，對本專利技術作進一步詳細的說明，其中
圖1是本專利技術提供的銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池制備方法框圖；
圖2是本專利技術所提供的銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池結構圖。
圖中：1-襯底，2-背電極層，3-CIGS吸收層，4-CdS緩沖層，5-窗口層，51-本征透明氧化物層，52-透明導電氧化物層，6-電極層。
具體實施方式
為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本專利技術實施方式作進一步地詳細描述。
本專利技術提供一種銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池制備方法，如圖所示，其中圖2為銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池的結構圖，包括襯底1、背電極層2、CIGS吸收層3、CdS緩沖層4、窗口層5和鎳鋁(Ni/Al)電極層6。電池制備過程中，在CIGS吸收層3表面噴淋含Cd離子溶液并經高溫加熱，使Cd離子加速向CIGS吸收層3表層擴散，然后再進行CdS緩沖層4及其他各層的制備。通過在CIGS吸收層表面噴淋含Cd離子溶液并進行高溫加熱，使Cd離子向CIGS吸收層表面進行熱擴散，促進CIGS吸收層表面反型，改善CIGS/CdS界面層特性。這里含Cd離子的溶液包括醋酸鎘Cd(CH3COO)3溶液、硫酸鎘CdSO4溶液、碘化鎘CdI2溶液或氯化鎘CdCl2溶液等。
其中的襯底1包括鈉鈣玻璃，低Fe玻璃，太陽能浮法玻璃，不銹鋼箔，Al箔，Mo箔，Cu箔，聚酰亞胺(PI)，聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂(PET)及其他適合的襯底。
背電極層2采用直流磁控濺射真空沉積，厚度為0.1-2μm。
CIGS吸收層3可以采用蒸發法、濺射后硒化或混合濺射等方式制備，吸收層厚度為0.5-3μm。
如圖1所示，制備銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池的方法包括如下步驟：
【S1】在襯底上制備背電極層；
【S2】在所制得的背電極層上制備CIGS吸收層；
【S3】將含有Cd離子的溶液噴淋于CIGS吸收層表面，并在100℃-500℃下加熱10min-60min后取出；其中優選的加熱溫度為250℃-350℃，加熱時間為25-45min。
【S4】在S2步驟中的CIGS吸收層上制備CdS緩沖層；
優選采用化學水浴法(CBD)在CIGS吸收層表面上沉積制得CdS緩沖層，反應溶液優選采用如下配比：在1000mL的燒杯容器中配比1mol/L醋酸鎘Cd(CH3COO)2，5mol/L硫脲NH2CSNH2，1mol/L醋酸銨CH3COONH4和0.4mol/L氨水NH4OH，使用的溶液為分析純，溶液PH＝10-13；沉積溫度：60-80℃，水浴沉積時間5-30min，CdS緩沖層沉積厚度為10-100nm。當然也可以采用磁控濺射法或蒸發法在所述的CIGS吸收層表面上沉積制得CdS緩沖層，這里不再贅述。
【S5】在所制得的CdS緩沖層上制備窗口層；
所述窗口層包括本征透明氧化物層，如i-ZnO層，i-SnO2及其他適合材料采，本征層厚度為30-100nm。
所述窗口層包括透明導電氧化物層(TCO)，如摻鋁氧化鋅(ZnO：Al)，摻鎵氧化鋅(ZnO：Ga)，摻硼氧化鋅(ZnO：B)，摻氫氧化鋅(ZnO：H)，摻氟氧化錫(SnO2：F)，摻錫氧化銦(In2O3：5n)以及其他適合材料，薄膜厚度為200-1500nm。
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【技術保護點】
一種銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：步驟一，在襯底上制備背電極層；步驟二，在所制得的背電極層上制備CIGS吸收層；步驟三，將含有Cd離子的溶液噴淋于CIGS吸收層表面，并在100℃?500℃下加熱10min?60min后取出；步驟四，在步驟三中的CIGS吸收層上制備CdS緩沖層；步驟五，在所制得的CdS緩沖層上制備窗口層；步驟六，在窗口層上制備電極層，即得銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池。

【技術特征摘要】
1.一種銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在
于，所述方法包括如下步驟：
步驟一，在襯底上制備背電極層；
步驟二，在所制得的背電極層上制備CIGS吸收層；
步驟三，將含有Cd離子的溶液噴淋于CIGS吸收層表面，并在100
℃-500℃下加熱10min-60min后取出；
步驟四，在步驟三中的CIGS吸收層上制備CdS緩沖層；
步驟五，在所制得的CdS緩沖層上制備窗口層；
步驟六，在窗口層上制備電極層，即得銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太
陽能電池。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟三中
將CIGS吸收層放置于250-350℃下的擴散爐中加熱25-45min取出。...

【專利技術屬性】
技術研發人員：韓安軍，張慶釗，彭東陽，顧世海，李琳琳，
申請(專利權)人：北京漢能創昱科技有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11