一种CIGS薄膜太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及CIGS薄膜太阳能电池领域，公开了一种CIGS薄膜太阳能电池制备方法，该电池包括依次层叠的衬底、金属背电极、铜铟镓硒薄膜、缓冲层、窗口层，所述铜铟镓硒薄膜的导带底比所述缓冲层材料的导带底高0.001～0.1eV。制备CIGS薄膜太阳能电池的方法包括：在衬底上依次层叠形成金属背电极、铜铟镓硒薄膜、缓冲层、窗口层，其中，所述铜铟镓硒薄膜的导带底比所述缓冲层的导带底高0.001‑0.1eV。本发明专利技术提供的CIGS薄膜太阳能电池具有无毒且高透过率的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种CIGS薄膜太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及CIGS薄膜太阳能电池领域，具体地，涉及一种CIGS薄膜太阳能电池、一种制备CIGS薄膜太阳能电池的方法及由该方法制备得到的CIGS薄膜太阳能电池。
技术介绍
在铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池中，一般用硫化镉(CdS)薄膜作为电池的缓冲层，对CdS要求有高的透过率、与CIGS薄膜之间良好的能带匹配，可以与CIGS形成良好的PN结。在文献1“具有81.2％的填充因子的效率为19.9％的ZnO/CdS/CuInGaSe2太阳能电池(19.9％-efficientZnO/CdS/CuInGaSe2SolarCellwith81.2％FillFactor,IngridRepins,etc,Prog.Photovolt:Res.Appl.2008；16:235-239)”中，其通过高含量的填充因子实现了对ZnO/CdS/CuInGaSe2太阳能电池的改性，具体地，该现有技术的ZnO/CdS/CuInGaSe2太阳能电池的效率达到19.9％。然而，该现有技术中使用的硫化镉中含镉，具有毒性较大且对环境不友好的缺点。在文献2“具有Zn(O,S,OH)x缓冲层的Cu(InGa)Se2基薄膜PV模块的发展(DevelopmentofCu(InGa)Se2-basedthin-filmPVmoduleswithaZn(O,S,OH)xbufferlayer)”中，该现有技术用Zn(O,S,OH)x作为缓冲层替代传统的CdS，Zn(O,S,OH)x的禁带宽度更高，所有有更好的光学透过率。并且Zn(O,S,OH)x不含镉，对环境友好。但是，Zn(O,S,OH)x中的硫氧比对CIGS电池的各个性能参数均有显著的影响，并且Zn(O,S,OH)x薄膜的制备工艺比较难于控制，现有技术中能够制造适合铜铟镓硒电池的这种薄膜的结构很少。事实上，制作出这种薄膜很容易，但是要用在电池上，并且达到一个较好的效率却很难。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的方法工艺复杂、毒性高以及透过率低的缺陷，提供一种CIGS薄膜太阳能电池及其制备方法，以获得无毒且高透过率的CIGS薄膜太阳能电池。本专利技术的专利技术人发现，传统的缓冲层材料为CdS，它的导带底比CIGS的导带底要高大约0.3eV，这个势垒不利于产生的电子从CIGS流到CdS方向，从而增加CIGS/CdS界面处的复合，降低电池的电流，从而降低电池效率。若采用导带底比CIGS的导带底低的材料形成缓冲层时，不会阻碍电子的传输，有利于提高电池的电流，从而得到高效率的电池。例如，采用TiO2作为缓冲层材料替代传统的CdS薄膜时，由于TiO2的导带底比CIGS的导带底低0.1eV，不会阻碍电子的传输，有利于提高电池的电流，从而得到高效率的电池。优选情况下，若采用的缓冲层材料的禁带宽度高时，有可能制作出光学透过率更高的薄膜，从而提高电池效率，例如TiO2的禁带宽度为3.2eV，大于CdS薄膜2.4eV的禁带宽度。基于上述发现，本专利技术的专利技术人提出了如下的技术方案。第一方面，本专利技术提供一种CIGS薄膜太阳能电池，该电池包括依次层叠的衬底、金属背电极、铜铟镓硒薄膜、缓冲层和窗口层，所述铜铟镓硒薄膜的导带底比所述缓冲层材料的导带底高0.001～0.1eV。第二方面，本专利技术提供一种制备CIGS薄膜太阳能电池的方法，该方法包括：在衬底上依次层叠形成金属背电极、铜铟镓硒薄膜、缓冲层和窗口层，其中，所述铜铟镓硒薄膜的导带底比所述缓冲层的导带底高0.001～0.1eV。第三方面，本专利技术提供由前述方法制备得到的CIGS薄膜太阳能电池。本专利技术提供的CIGS薄膜太阳能电池具有无毒、高透过率的优点。本专利技术提供的制备含有二氧化钛薄膜的电池的方法具有工艺简单的优点。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。第一方面，本专利技术提供了一种CIGS薄膜太阳能电池，该电池包括依次层叠的衬底、金属背电极、铜铟镓硒薄膜、缓冲层和窗口层，所述铜铟镓硒薄膜的导带底比所述缓冲层材料的导带底高0.001～0.1eV。优选地，所述缓冲层材料的禁带宽度为3～3.2eV。优选地，所述缓冲层为二氧化钛薄膜。由二氧化钛薄膜作为CIGS薄膜太阳能电池的缓冲层具有无毒、高透过率的优点，从而使得含有该二氧化钛薄膜作为缓冲层的CIGS薄膜太阳能电池具有相对于现有技术中例如使用硫化镉作为缓冲层的电池具有更加优异的性能。并且，本专利技术提供的二氧化钛薄膜相对传统的缓冲层材料硫化镉来说，与CIGS有更好的能带匹配，有利于电子的传输。优选地，所述缓冲层的厚度为1～100nm；优选为5～90nm；更优选为10～80nm；进一步优选为20～75nm。优选地，所述铜铟镓硒薄膜的厚度为1.5～2.5μm。优选地，在所述铜铟镓硒薄膜中，以其中含有的总原子数为基准，铜原子数占比为20～22％，铟原子数占比为17～22％，镓原子数占比为5～13％，以及硒原子数占比为50～51％。优选地，所述衬底为钠钙玻璃。优选地，所述衬底的厚度为2.5～3.3mm。优选地，所述金属背电极为钼背电极。优选地，所述金属背电极的厚度为0.4～1μm。所述窗口层包括本征氧化锌薄膜和掺铝氧化锌薄膜。优选地，所述本征氧化锌薄膜的厚度为40～60nm。优选地，所述掺铝氧化锌薄膜的厚度为100～800nm。优选情况下，所述掺铝氧化锌薄膜中的三氧化二铝的重量含量为1.5～2.5％。优选地，所述电池中还含有金属栅线，所述电池为镍银薄膜或镍铝薄膜。优选地，所述镍银薄膜表示依次设置的镍薄膜和银薄膜；以及所述镍铝薄膜表示依次设置的镍薄膜和铝薄膜。优选地，所述金属栅线的厚度为750～3100nm。更加优选情况下，所述金属栅线中的镍薄膜的厚度为40～60nm，优选为约50nm；以及所述金属栅线中的银薄膜或铝薄膜的厚度为700～3050nm。第二方面，本专利技术提供了一种制备CIGS薄膜太阳能电池的方法，该方法包括：在衬底上依次层叠形成金属背电极、铜铟镓硒薄膜、缓冲层和窗口层，其中，所述铜铟镓硒薄膜的导带底比所述缓冲层的导带底高0.001～0.1eV。优选地，所述缓冲层材料的禁带宽度为3～3.2eV。优选地，所述缓冲层为二氧化钛薄膜。优选地，形成所述缓冲层的过程包括：将在衬底上层叠形成有金属背电极和铜铟镓硒薄膜的电池中间体与四氯化钛溶液进行第一接触。优选地，所述第一接触的条件包括：温度为40～100℃，时间为20～180min。所述四氯化钛溶液例如可以为四氯化钛的水溶液。对所述四氯化钛溶液的浓度没有特别的限定，只要能够使得进行第一接触后得到的电池中间体的缓冲层的厚度为1～100nm；优选为5～90nm；更优选为10～80nm；进一步优选为20～75nm即可。本领域技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CIGS薄膜太阳能电池，该电池包括依次层叠的衬底、金属背电极、铜铟镓硒薄膜、缓冲层和窗口层，其特征在于，所述铜铟镓硒薄膜的导带底比所述缓冲层材料的导带底高0.001～0.1eV。

【技术特征摘要】
1.一种CIGS薄膜太阳能电池，该电池包括依次层叠的衬底、金属背电极、铜铟镓硒薄膜、缓冲层和窗口层，其特征在于，所述铜铟镓硒薄膜的导带底比所述缓冲层材料的导带底高0.001～0.1eV。2.根据权利要求1所述的电池，其中，所述缓冲层材料的禁带宽度为3～3.2eV。3.根据权利要求1或2所述的电池，其中，所述缓冲层为二氧化钛薄膜。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的电池，其中，所述缓冲层的厚度为1～100nm；优选为5～90nm；更优选为10～80nm；进一步优选为20～75nm。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的电池，其中，在所述铜铟镓硒薄膜中，以其中含有的总原子数为基准，铜原子数占比为20～22％，铟原子数占比为17～22％，镓原子数占比为5～13％，以及硒原子数占比为50～51％。6.根据权利要求1-5中任意一...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭凯，于涛，张传升，宋斌斌，左宁，李新连，赵树利，陈颉，
申请(专利权)人：神华集团有限责任公司，北京低碳清洁能源研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11