一种薄膜太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种薄膜太阳能电池及其制备方法，其包括衬底层、背电极层、光吸收层、缓冲层、高阻透明导电窗口层、低阻透明导电窗口层和采集电极，所述低阻透明导电窗口层包括阵列型纳米孔；所述制备方法，包括：(1)依次在衬底层上制备背电极层、光吸收层、缓冲层、高阻透明导电窗口层和低阻透明导电窗口层；(2)制备阵列型纳米孔；(3)制备采集电极。低阻透明导电窗口层上阵列型纳米孔的制备可降低低阻透明导电窗口层对光的吸收性，增大光吸收层的进光量。在采集电极制备过程中，电极材料可填充纳米孔，提高采集电极与低阻透明导电窗口层的有效接触面积，提高太阳能电池的输出功率，该制备方法比现有技术工艺简便，设备简单，易于操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种太阳能电池及其制备方法。具体地说涉及一种具有纳米孔状电极 结构的薄膜太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
随着人类工业文明的迅速发展，石化燃料成为稀缺资源，且随时间的推移将消耗 殆尽，同时其在燃烧过程中会产生大量毒害气体及固体悬浮颗粒，对环境造成严重破坏；因 此开发具有环保价值的新能源成为刻不容缓的事情。太阳能作为一种取之不尽，用之不竭 的能量来源，且具有不受地域限制，可实现光伏系统模块化的特点，成为了最受青睐的研究 对象。光伏发电已成为人类未来能源的希望，科学家们致力于开发不同材料的太阳能电池， 最受关注的是包含非晶/微晶娃、蹄化領（CdTe)或铜钢嫁砸化合物（CIG巧的薄膜太阳能 电池，因为薄膜太阳能电池的光吸收层由厚度为数百纳米至数微米的薄膜构成，与常规太 阳能电池相比，送种太阳能电池可显著地减少材料用量，能够显著降低成本。薄膜太阳能电 池的另一个优点在于，与常规晶体娃太阳能电池不同，薄膜太阳能电池可在各种基板上形 成。薄膜太阳能电池中，CIGS因其半导体层由铜、钢、嫁等金属和砸非金属元素组成的直接 带隙化合物半导体材料构成，有着与多娃晶太阳能电池接近的光电转换效率，具有低成本 和高稳定性的优势，容易低成本大规模商业化生产，是最有希望降低光伏发电成本的高效 薄膜太阳电池。 薄膜太阳能电池通常由衬底层、光吸收层、覆盖层和采集电极构成，其中覆盖层包 括缓冲层、高阻透明导电窗口层和低阻透明导电窗口层。缓冲层为n型半导体层，与光吸收 层形成PN结。长久W来，光电转换效率较低是薄膜太阳能电池发展的主要瓶颈，尤其随着 光吸收层厚度减小，薄膜太阳能电池的光吸收就越弱，从而导致光伏器件转换效率的降低， 另外，高阻透明导电窗口层与低阻透明导电窗口层的厚度影响薄膜太阳能电池的内阻，进 而影响太阳能电池的输出功率；为增强薄膜太阳能电池的光吸收，提高光电转换效率，在光 伏器件表面或是背面制作陷光结构成为了一个主要的研究方向，让光在光吸收层中多反射 几次，即可在较小的膜厚条件下达到全部吸收的效果。 中国专利文献CN103107217A公布了一种薄膜太阳能电池及其制作方法，该薄膜 太阳能电池由衬底层、光吸收层和覆盖层构成，覆盖层上表面或衬底层下表面随机分布多 个纳米孔或纳米柱；其制作方法有H种；第一种制作方法包括多孔氧化铅膜制作、多孔氧 化铅膜加载、一次刻蚀、二次刻蚀、去除掩膜步骤；该专利技术第二种制作方法包括多孔氧化铅 膜制作、防粘处理、纳米压印、刻蚀步骤；该专利技术第H种制作方法包括锥铅、娃基多孔氧化铅 膜制作、娃刻蚀、去除掩膜、防粘处理、纳米压印、薄膜太阳能电池片刻蚀步骤。该专利技术所述 的陷光结构可一定程度提高薄膜太阳能电池的光吸收效率，但制作方法包括多个氧化、腐 蚀步骤，工艺复杂，难于操作，不适于规模化生产。而且纳米孔或纳米柱随机分布使得光生 载流子在纳米孔上传导出现分布不均匀，吸光效果存在不确定性及不均匀性，不能有效降 低薄膜太阳能的内阻值与提高光线透过率。
技术实现思路
为此，本专利技术所要解决的技术问题在于现有技术中陷光结构的制作工艺复杂，太 阳能电池内阻值无法有效降低且光线透过率不足，导致薄膜太阳能电池光吸收性差，光电 转换效率低，从而提出。 为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为；一方面本专利技术提供了一种薄膜太阳 能电池，包括衬底层，W及沿远离衬底层的方向依次设置在衬底层上的背电极层、光吸收 层、缓冲层、高阻透明导电窗口层、低阻透明导电窗口层和采集电极，所述低阻透明导电窗 口层包括阵列型纳米孔，所述阵列型纳米孔的深度小于或等于所述低阻透明导电窗口层的 厚度。 所述阵列型纳米孔的开孔面积占所述低阻透明导电窗口层面积的50%~80%， 单个所述纳米孔横截面的截面积为1XIO4~4Xl〇6nm2。 所述阵列型纳米孔为圆形孔、方形孔或六角形孔中的一种。 所述衬底层为不镑钢或铅导电材料层。 所述背电极层为钢材料层、铁材料层、館材料层、铜材料层中的一种。 所述光吸收层为铜钢嫁砸化物材料层、铜钢嫁硫化物材料层中的一种。 所述缓冲层为硫化锋材料层、硫化領材料层、硫化钢材料层中的一种。 所述高阻透明导电窗口层为氧化锋材料层、氧化钢材料层、氧化锡材料层中的一 种。 所述低阻透明导电窗口层为氧化锋、氧化钢、氧化锡W及上述化合物与铅、砸、嫁、 钢、領、錬等元素的渗杂形成的一种或几种材料的堆叠结构。所述采集电极为Ti/W、Al、Ag、Au、Ni、Cu、Cu/Ni、Al/Ni、Ti/Pd/Ag中的一种。 另一方面，本专利技术还提供了一种薄膜太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：S1、依次在衬底层上制备背电极层、光吸收层、缓冲层、高阻透明导电窗口层和低 阻透明导电窗口层；S2、制备阵列型纳米孔；采用反应离子刻蚀或感应禪合等离子体刻蚀或湿法腐蚀 方法在所述低阻透明导电窗口层上制备阵列型纳米孔，其中阵列型纳米孔的深度小于或等 于低阻透明导电窗口层的厚度；S3、制备采集电极：采用热蒸发的方法在具有阵列型纳米孔结构的所述低阻透明 导电窗口层上沉积一层金属层或金属合金层作为采集电极。 本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有W下优点：[002。 1.本专利技术提出，其包括衬底层，W及沿远离衬 底层的方向依次设置在衬底层上的背电极层、光吸收层、缓冲层、高阻透明导电窗口层、低 阻透明导电窗口层和采集电极，所述低阻透明导电窗口层上分布有阵列型纳米孔，所述纳 米孔的侧壁为低阻透明材料，且纳米孔在二维方向呈网状连通，光线进入纳米孔时，经纳米 孔的侧壁反射进入到光吸收层中，起到陷光的作用，进一步地，与现有技术相比，呈阵列型 规则设置的纳米孔，可降低低阻透明导电窗口层对光的吸收性，增大光吸收层的进光量，可 提高进光量达1. 78-3. 77%。另外，在采集电极制备过程中，电极材料可填充纳米孔，从而提 高采集电极与透明导电电极层的有效接触面积，提高太阳能电池的输出功率至14.82%。 2.本技术方案中纳米孔的制备采用反应离子刻蚀或感应禪合等离子体刻蚀或湿 法腐蚀技术，在所述低阻透明导电窗口层表面一次刻蚀即可制备阵列型纳米孔，比现有技 术经多次氧化与刻蚀的方法工艺简便，设备简单，易于操作，适合规模化生产。【附图说明】 为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合 附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中 图1是本专利技术一个实施例的一种薄膜太阳能电池的剖面图； 图2至图4是本专利技术一个实施例的一种薄膜太阳能电池中透明电极上纳米孔的局 部放大图。图中附图标记表示为：101-衬底层；201-背电极层；202-光吸收层；203-缓冲层； 204-高阻透明导电窗口层；205-低阻透明导电窗口层；301-方形纳米孔；302-圆形纳米 孔；303-六角形纳米孔；401-采集电极。【具体实施方式】 为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的实 施方式作进一步地详细描述。 本专利技术可WW许当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜太阳能电池，包括衬底层，以及沿远离衬底层的方向依次设置在衬底层上的背电极层、光吸收层、缓冲层、高阻透明导电窗口层、低阻透明导电窗口层和采集电极，其特征在于，所述低阻透明导电窗口层包括阵列型纳米孔，所述阵列型纳米孔的深度小于或等于所述低阻透明导电窗口层的厚度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：兰立广，童翔，李鸿儒，张英，张庆钊，丁建，
申请(专利权)人：北京汉能创昱科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11