一種CIGS/CdTe雙結疊層薄膜太陽能電池及其制備方法技術

本發明專利技術提供了一種CIGS/CdTe雙結疊層薄膜太陽能電池，自下而上依次包括襯底、CIGS底電池、復合導電層和CdTe頂電池；所述CIGS底電池自下而上依次包括導電電極、p型CIGS吸收層和底電池n型CdS緩沖層；所述復合導電層自下而上依次包括底電池本征氧化鋅絕緣層、導電連接層和頂電池本征氧化鋅絕緣層；所述CdTe頂電池自下而上依次包括頂電池n型CdS緩沖層、p型CdTe吸收層和銅金合金電極。本發明專利技術利用復合導電層將窄帶隙的底電池和寬帶隙的頂電池連接，形成疊層電池，提高了薄膜電池的轉換效率。實驗結果表明，本發明專利技術提供的CIGS/CdTe雙結疊層薄膜太陽能電池的電池轉換效率可以達到17.3％。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種薄膜太陽能電池的
，特別涉及一種CIGS/CdTe雙結疊層薄膜太陽能電池及其制備方法。
技術介紹
常規的單結太陽能電池對太陽光譜的利用率并不高，光子能量大于吸收層帶寬的光子被吸收轉變為光生載流子，但光子高于禁帶寬度的部分能量則以聲子發射的方式損失掉，光子能量小于禁帶寬度的光子不能轉化為光生載流子。采用不同帶寬吸收層多結組合方式拓寬吸收層的太陽光譜利用范圍是提升太陽電池轉換效率的重要途徑。多結太陽電池研發和生產最為成功的是空間太陽電池板用三結砷化鎵電池，其轉換效率達到45％，遠高于單結電池31％的極限轉換效率。銅銦鎵硒(CIGS)和碲化鎘(CdTe)薄膜太陽能電池具有轉換效率高、長期穩定性好、抗輻射能力強等優點，是太陽電池領域的兩個主要發展方向，技術成熟度相對較高。目前CdTe薄膜太陽能電池實驗室最高轉換效率達到21.5％，工業化生產的CdTe電池組件轉換效率達到16.5％，CIGS太陽能電池實驗室最高轉換效率達到21.7％，工業化生產的CdTe電池組件轉換效率達到15％。CdTe禁帶寬度為1.46eV，CIGS禁帶寬度隨Ga含量變化而變化，在1.02eV至1.62eV范圍可調，目前應用最為廣泛的CuIn0.3Ga0.7Se2吸收層禁帶寬度為1.15eV左右。有研究團隊通過改變Ga含量調整其禁帶寬度，制備禁帶寬度連續變化的吸收層，并且期望利用高Ga子電池和低Ga子電池疊層多結電池拓寬太陽光譜吸收范圍。但是在實際制備過程中需要先制備低Ga含量CIGS子電池，后制備高Ga含量CIGS子電池，Ga含量越高，CIGS晶粒尺寸越小，晶界復合將增加，需要更高的溫度沉積高Ga含量的CIGS吸收層，在制備高Ga含量CIGS子電池過程中，先期制備低Ga含量CIGS低電池各功能層互擴散嚴重，導致電池報廢，因此，如何制備雙結疊層薄膜太陽能電池，進一步提高太陽能電池的電池轉換效率仍然是本領域中亟需解決的問題。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術目的在于提供一種電池轉換效率高的CIGS/CdTe雙結疊層薄膜太陽能電池及其制備方法。本專利技術提供了一種CIGS/CdTe雙結疊層薄膜太陽能電池，自下而上依次包括襯底、CIGS底電池、復合導電層和CdTe頂電池；所述CIGS底電池自下而上依次包括導電電極、p型CIGS吸收層和底電池n型CdS緩沖層；所述復合導電層自下而上依次包括底電池本征氧化鋅絕緣層、導電連接層和頂電池本征氧化鋅絕緣層；所述CdTe頂電池自下而上依次包括頂電池n型CdS緩沖層、p型CdTe吸收層和銅金合金電極。優選的，所述導電電極的厚度為800～1000nm。優選的，所述p型CIGS吸收層的厚度為1.0～1.5μm；所述p型CIGS吸收層中Ga的摻雜量為0～30％。優選的，所述底電池n型CdS緩沖層的厚度為50～80μm；所述頂電池n型CdS緩沖層的厚度為80～120nm。優選的，所述底電池本征氧化鋅絕緣層的厚度為50～80nm；所述頂電池本征氧化鋅絕緣層的厚度為20～30nm。優選的，所述導電連接層的厚度為400～600nm；所述導電連接層為摻氟氧化錫導電連接層、氧化銦錫導電連接層和錫酸鎘導電連接層中的一種。優選的，所述p型CdTe吸收層的厚度為1.0～1.5μm。優選的，所述銅金合金電極的厚度為10～20nm。本專利技術提供了一種上述方案所述薄膜太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：在襯底材料上依次制備導電電極、p型CIGS吸收層、底電池n型CdS緩沖層、底電池本征氧化鋅絕緣層、導電連接層、頂電池本征氧化鋅絕緣層、頂電池n型CdS緩沖層、p型CdTe吸收層和銅金合金電極。優選的，包括以下步驟：(1)采用磁控濺射法在襯底材料表面濺射導電電極；(2)采用三步共蒸發法在導電電極表面沉積p型CIGS，形成p型CIGS吸收層；(3)采用化學水浴法在p型CIGS吸收層表面沉積n型CdS，形成底電池n型CdS緩沖層；(4)采用磁控濺射法在n型CdS緩沖層表面濺射氧化鋅，形成底電池本征氧化鋅絕緣層；(5)采用磁控濺射法在本征氧化鋅絕緣層表面濺射導電連接層；(6)采用磁控濺射法在導電連接層表面濺射氧化鋅，形成頂電池本征氧化鋅絕緣層；(7)采用化學水浴法在頂電池本征氧化鋅表面沉積n型CdS，形成頂電池n型CdS緩沖層；(8)采用CdTe粉末蒸發法在頂電池頂電池n型CdS緩沖層表面沉積p型CdTe，形成p型CdTe吸收層；(9)采用熱蒸發法在p型CdTe吸收層表面沉積銅金合金電極。本專利技術提供了一種CIGS/CdTe雙結疊層薄膜太陽能電池，自下而上依次包括襯底、CIGS底電池、復合導電層和CdTe頂電池；所述CIGS底電池自下而上依次包括導電電極、p型CIGS吸收層和底電池n型CdS緩沖層；所述復合導電層自下而上依次包括底電池本征氧化鋅絕緣層、導電連接層和頂電池本征氧化鋅絕緣層；所述CdTe頂電池自下而上依次包括頂電池n型CdS緩沖層、p型CdTe吸收層和銅金合金電極。本專利技術提供的CIGS/CdTe雙結疊層薄膜太陽能電池中包括CIGS底電池和CdTe頂電池，其中CIGS底電池帶寬為1.15eV，CdTe頂電池的帶寬為1.46eV，復合導電層將窄帶隙的底電池和寬帶隙的頂電池內部電學連接，形成疊層電池，其中復合導電層作為底電池和頂電池的公共電子輸出端。本專利技術提供的CIGS/CdTe雙結疊層薄膜太陽能電池進一步提高了太陽能電池的轉換效率，并且本專利技術中的頂電池采用下襯底結構，在應用過程中太陽光直接入射進入CdTe吸收層，避免了常規CdTe電池出現的短波損失問題。實驗結果表明，本專利技術提供的CIGS/CdTe雙結疊層薄膜太陽能電池的電池轉換效率可以達到17.3％。附圖說明圖1為是本專利技術實施例制備的CIGS/CdTe雙結疊層薄膜太陽能電池結構示意圖；圖1中：1-襯底；2-導電電極；3-p型CIGS吸收層；4-底電池n型CdS緩沖層；5-底電池本征氧化鋅絕緣層；6-導電連接層；7-頂電池本征絕緣層；8-頂電池n型CdS緩沖層；9-p型CdTe吸收層；10-銅金合金電極。具體實施方式本專利技術提供了一種CIGS/CdTe雙結疊層薄膜太陽能電池，自下而上依次包括襯底、CIGS底電池、復合導電層和CdTe頂電池；所述CIGS底電池自下而上依次包括導電電極、p型CIGS吸收層和底電池n型CdS緩沖層；所述復合導電層自下而上依次包括底電池本征氧化鋅絕緣層、導電連接層和頂電池本征氧化鋅絕緣層；所述CdTe頂電池自下而上依次包括頂電池n型CdS緩沖層、p型CdTe吸收層和銅金合金電極。本專利技術提供的CIGS/CdTe雙結疊層薄膜太陽能電池包括襯底。本專利技術對襯底材料沒有特殊要求，使用本領域中的常規襯底材料即可，優選為玻璃襯底襯底、金屬箔材等。本專利技術提供的CIGS/CdTe雙結疊層薄膜太陽能電池包括設置在所述襯底表面的CIGS底電池；所述CIGS底電池優選自下而上依次包括導電電極、p型CIGS吸收層和底電池n型CdS緩沖層；所述導電電極設置于所述襯底表面；所述導電電極的厚度優選為800～1000nm，更優選為900～950nm；所述p型CIGS吸收層設置于所述導電電極表面；所述p型CIGS吸收層的厚度優選為1.0～1.5μm，更優選為1.本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種CIGS/CdTe雙結疊層薄膜太陽能電池，自下而上依次包括襯底、CIGS底電池、復合導電層和CdTe頂電池；所述CIGS底電池自下而上依次包括導電電極、p型CIGS吸收層和底電池n型CdS緩沖層；所述復合導電層自下而上依次包括底電池本征氧化鋅絕緣層、導電連接層和頂電池本征氧化鋅絕緣層；所述CdTe頂電池自下而上依次包括頂電池n型CdS緩沖層、p型CdTe吸收層和銅金合金電極。

【技術特征摘要】
1.一種CIGS/CdTe雙結疊層薄膜太陽能電池，自下而上依次包括襯底、CIGS底電池、復合導電層和CdTe頂電池；所述CIGS底電池自下而上依次包括導電電極、p型CIGS吸收層和底電池n型CdS緩沖層；所述復合導電層自下而上依次包括底電池本征氧化鋅絕緣層、導電連接層和頂電池本征氧化鋅絕緣層；所述CdTe頂電池自下而上依次包括頂電池n型CdS緩沖層、p型CdTe吸收層和銅金合金電極。2.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述導電電極的厚度為800～1000nm。3.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述p型CIGS吸收層的厚度為1.0～1.5μm；所述p型CIGS吸收層中Ga的摻雜量為0～30％。4.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述底電池n型CdS緩沖層的厚度為50～80μm；所述頂電池n型CdS緩沖層的厚度為80～120nm。5.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述底電池本征氧化鋅絕緣層的厚度為50～80nm；所述頂電池本征氧化鋅絕緣層的厚度為20～30nm。6.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池，其特征在于，所述導電連接層的厚度為400～600nm；所述導電連接層為摻氟氧化錫導電連接層、氧化銦錫導電連接層和錫酸鎘導電連接層中的一種。7.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池，其特征...

【專利技術屬性】
技術研發人員：屈飛，李輝，古宏偉，丁發柱，張賀，
申請(專利權)人：中國科學院電工研究所，
類型：發明
國別省市：北京;11