一种CIGS/CdTe梯度吸收层薄膜太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种CIGS/CdTe梯度吸收层薄膜太阳能电池，自下而上依次包括衬底、Mo背电极、梯度禁带宽度吸收层、n型CdS缓冲层、本征氧化锌绝缘层、导电层和上电极；所述梯度禁带宽度吸收层自下而上包括p型CIGS吸收层和p型CdTe吸收层。本发明专利技术利用CIGS基吸收层和CdTe吸收层组成梯度吸收层，拓宽了吸收层的太阳光谱利用范围，进一步提升了太阳电池转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种薄膜太阳能电池的
，特别涉及一种CIGS/CdTe梯度吸收层薄膜太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
太阳能电池通过吸收能量大于吸收层禁带宽度的光子产生光生载流子而形成电能，但光子高于禁带宽度的部分能量则以声子发射的方式损失掉。采用梯度禁带宽度吸收层拓宽吸收层的太阳光谱利用范围是提升太阳电池转换效率的重要途径。铜铟镓硒(CIGS)和碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池具有转换效率高、长期稳定性好、抗辐射能力强等优点，是太阳电池领域的两个主要发展方向，技术成熟度相对较高。目前CdTe薄膜太阳能电池实验室最高转换效率达到21.5％，工业化生产的CdTe电池组件转换效率达到16.5％，CIGS太阳能电池实验室最高转换效率达到21.7％，工业化生产的CdTe电池组件转换效率达到15％。CdTe禁带宽度为1.46eV，CIGS禁带宽度随Ga含量变化而变化，在1.02eV至1.62eV范围可调，目前应用最为广泛的CuIn0.3Ga0.7Se2吸收层禁带宽度为1.15eV左右。有研究团队通过改变Ga含量调整其禁带宽度，制备禁带宽度连续变化的吸收层，以此提高吸收层对太阳光谱的吸收范围，但CIGS制备需要高温，在制备过程中In和Ga互扩散严重，设计的成分难以实现。因此通过Ga含量变化制备梯度带宽CIGS吸收层仅在理论设计上存在，没有实际价值，因此，如何提高吸收层对太阳光谱的吸收范围，提高薄膜太阳能电池的电池转化率仍然是本领域亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种电池转换效率高的CIGS/CdTe梯度吸收层薄膜太阳能电池及其制备方法。本专利技术提供了一种CIGS/CdTe梯度吸收层薄膜太阳能电池，自下而上依次包括衬底、Mo背电极、梯度禁带宽度吸收层、n型CdS缓冲层、本征氧化锌绝缘层、导电层和上电极；所述梯度禁带宽度吸收层自下而上包括p型CIGS吸收层和p型CdTe吸收层。优选的，所述Mo背电极的厚度为0.8～1.0μm。优选的，所述p型CIGS吸收层的厚度为1.0～1.5μm；所述CIGS吸收层中Ga的掺杂量为0～30％。优选的，所述p型CdTe吸收层的厚度为0.8～1.0μm。优选的，所述n型CdS缓冲层的厚度为30～60nm。优选的，所述导电层为掺氟氧化锡导电层、氧化铟锡导电层、锡酸镉导电层氧化锌基透明导电层中的一种；所述导电层的厚度为500～800nm。优选的，所述本征氧化锌绝缘层的厚度为50～80nm。优选的，所述上电极的材料为金、银和镍中的一种；所述上电极的厚度1.0～3.0μm。本专利技术提供了一种上述方案所述薄膜太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：在衬底材料上依次制备Mo背电极、p型CIGS吸收层、p型CdTe吸收层、n型CdS缓冲层、本征氧化锌绝缘层、导电层和上电极。优选的，包括以下步骤：(1)采用磁控溅射法在衬底材料表面溅射Mo背电极；(2)采用三步共蒸发法在Mo背电极表面沉积p型CIGS，形成p型CIGS吸收层；(3)采用CdTe粉末蒸发法在p型CIGS吸收层表面沉积p型CdTe，形成p型CdTe吸收层；(4)使用化学水浴法在p型CdTe吸收层表面沉积n型CdS，形成n型CdS缓冲层：(5)通过磁控溅射法在n型CdS缓冲层表面溅射氧化锌，形成本征氧化锌绝缘层；(6)采用磁控溅射法在本征氧化锌绝缘层表面溅射导电层；(7)采用磁控溅射法在导电层表面溅射上电极。本专利技术提供了一种CIGS/CdTe梯度吸收层薄膜太阳能电池，自下而上自下而上依次包括衬底、Mo背电极、梯度禁带宽度吸收层、n型CdS缓冲层、本征氧化锌绝缘层、导电层和上电极；所述梯度禁带宽度吸收层自下而上包括p型CIGS吸收层和p型CdTe吸收层。本专利技术提供的梯度吸收层薄膜太阳能电池的吸收层包括窄带隙的CIGS吸收层和宽带隙的CdTe吸收层，其中CIGS吸收层的带宽为1.15ev，CdTe吸收层的带宽为1.46ev，二者形成梯度禁带宽度吸收层，利用CIGS/CdTe梯度禁带宽度吸收层拓宽了吸收层的太阳光谱利用范围，进一步提升了太阳电池转换效率。试验结果表明，本专利技术提供的薄膜太阳能电池的转换效率可以达到16.5％。附图说明图1为是本专利技术实施例制备的CIGS/CdTe梯度禁带宽度吸收层薄膜太阳电池结构示意图；图1中1-衬底；2-Mo电极；3-p型CIGS吸收层；4-p型CdTe吸收层；5-n型CdS缓冲层；6-本征氧化锌绝缘层；7-导电层；8-上电极。具体实施方式本专利技术提供了一种CIGS/CdTe梯度吸收层薄膜太阳能电池，自下而上依次包括衬底、Mo背电极、梯度禁带宽度吸收层、n型CdS缓冲层、本征氧化锌绝缘层、导电层和上电极；所述梯度禁带宽度吸收层自下而上包括p型CIGS吸收层和p型CdTe吸收层。本专利技术提供的CIGS/CdTe梯度吸收层薄膜太阳能电池包括衬底。本专利技术对衬底材料没有特殊要求，使用本领域中的常规衬底材料即可，优选为玻璃衬底、金属箔材等，本专利技术采用下衬底的方式制备薄膜太阳能电池。本专利技术提供的CIGS/CdTe梯度吸收层薄膜太阳能电池包括设置在所述衬底表面的Mo背电极。在本专利技术中，所述Mo背电极的厚度优选为0.8～1.0μm，更优选为0.85～0.95μm。本专利技术提供的CIGS/CdTe梯度吸收层薄膜太阳能电池包括设置在所述Mo背电极表面的梯度禁带宽度吸收层；所述梯度禁带宽度吸收层自下而上包括p型CIGS吸收层和p型CdTe吸收层。在本专利技术中，所述p型CIGS吸收层的厚度优选为1.0～1.5μm，更优选为1.2～1.3μm；所述CIGS吸收层中Ga的掺杂量优选为0～30％，更优选为5～15％。在本专利技术中，所述p型CdTe吸收层设置在所述p型CIGS吸收层上表面。在本专利技术中，所述p型CdTe吸收层的厚度优选为0.8～1.0μm，更优选为0.85～0.95μm。本专利技术提供的CIGS/CdTe梯度吸收层薄膜太阳能电池包括设置在所述p型CdTe吸收层表面的n型CdS缓冲层。在本专利技术中，所述n型CdS缓冲层的厚度优选为30～60nm，更优选为40～50nm。本专利技术提供的CIGS/CdTe梯度吸收层薄膜太阳能电池包括设置在所述n型CdS缓冲层表面的本征氧化锌绝缘层。在本专利技术中，所述本征氧化锌绝缘层的厚度优选为50～80nm，更优选为60～70nm。本专利技术提供的CIGS/CdTe梯度吸收层薄膜太阳能电池包括设置在所述n型CdS缓冲层表面的导电层。在本专利技术中，所述导电层优选为透明导电层，更优选为掺氟氧化锡导电层、氧化铟锡导电层、锡酸镉导电层氧化锌基透明导电层中的一种；所述导电层的厚度优选为500～800nm，更优选为600～700nm。本专利技术提供的CIGS/CdTe梯度吸收层薄膜太阳能电池包括设置在所述导电层表面的上电极。在本专利技术中，所述上电极的材料优选为金、银和镍中的一种；所述上电极的厚度优选为1.0～3.0μm，更优选为1.5～2.5μm。本专利技术提供了一种上述方案所述薄膜太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：在衬底材料上依次制备Mo背电极、p型CIGS吸收层、p型CdTe吸收层、n型CdS缓冲层、本征氧化锌绝缘层、导电层和上电极。本专利技术在衬底材料上制备Mo背电极。在本专利技术中，优选通过磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CIGS/CdTe梯度吸收层薄膜太阳能电池，自下而上依次包括衬底、Mo背电极、梯度禁带宽度吸收层、n型CdS缓冲层、本征氧化锌绝缘层、导电层和上电极；所述梯度禁带宽度吸收层自下而上包括p型CIGS吸收层和p型CdTe吸收层。

【技术特征摘要】
1.一种CIGS/CdTe梯度吸收层薄膜太阳能电池，自下而上依次包括衬底、Mo背电极、梯度禁带宽度吸收层、n型CdS缓冲层、本征氧化锌绝缘层、导电层和上电极；所述梯度禁带宽度吸收层自下而上包括p型CIGS吸收层和p型CdTe吸收层。2.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述Mo背电极的厚度为0.8～1.0μm。3.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述p型CIGS吸收层的厚度为1.0～1.5μm；所述p型CIGS吸收层中Ga的掺杂量为0～30％。4.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述p型CdTe吸收层的厚度为0.8～1.0μm。5.根据权利要求1或3所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述n型CdS缓冲层的厚度为30～60nm。6.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述导电层为掺氟氧化锡导电层、氧化铟锡导电层、锡酸镉导电层和氧化锌基透明导电层中的一种；所述导电层的厚度为500～800nm。7.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈飞，李辉，古宏伟，丁发柱，张贺，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11