一种CIGS基薄膜太阳能电池制造技术

本实用新型专利技术提供了一种CIGS基薄膜太阳能电池，其包括：衬底、背电极层、金属氮化物层、光吸收层、缓冲层、透明导电层。本实用新型专利技术通过在背电极层与光吸收层之间设置一金属氮化物层可有效控制硒化热处理对背电极层的影响，同时可将光反射进入光吸收层中，因此本实用新型专利技术增大薄膜太阳能电池的短路电流且可降低薄膜太阳能电池的串联电阻，提高薄膜电池的性能。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及薄膜太阳能电池
,尤其涉及一种具有黄铜矿结构的CIGS基薄膜太阳能电池。
技术介绍
随着全球气候变暖、生态环境恶化和常规能源的短缺，越来越多的国家开始大力发展太阳能利用技术。太阳能光伏发电是零排放的清洁能源，具有安全可靠、无噪音、无污染、资源取之不尽、建设周期短、使用寿命长等优势，因而备受关注。铜铟镓硒是一种直接带隙的P型半导体材料，其吸收系数高达105/cm，2um厚的铜铟镓硒薄膜就可吸收90％以上的太阳光。CIGS薄膜的带隙从1.04eV到1.67eV范围内连续可调，可实现与太阳光谱的最佳匹配。铜铟镓硒薄膜太阳电池作为新一代的薄膜电池具有成本低、性能稳定、抗辐射能力强、弱光也能发电等优点，其转换效率在薄膜太阳能电池中是最高的，目前实验室的转化率已超过22％。传统的CIGS基薄膜太阳能电池的结构依次为：基底、Mo背电极层、CIGS光吸收层、CdS缓冲层、本征ZnO层、AZO透明导电窗口层。当进行硒化热处理时，背电极层与光吸收层之间会形成一层金属硒化物层，这会使透过光吸收层的光不被再次反射回吸收层中，因此降低了薄膜太阳能电池的性能；同时产生的金属硒化物层会影响薄膜太阳能电池的串联电阻，从而也影响了薄膜太阳能电池的性能。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题，在于提供一种CIGS基薄膜太阳能电池，该薄膜太阳能电池可反射透过光吸收层的光再次回到光吸收层中，增加薄膜太阳能电池的短路电流；同时又可以控制金属硒化物层的厚度进而改善薄膜太阳能电池的串联电阻，从而提高电池的转换效率。为实现上述目的，本技术采用以下技术方案：一种CIGS基薄膜太阳能电池，包括衬底，覆盖衬底表面的背电极层，覆盖背电极层的金属氮化物膜层，覆盖金属氮化物膜层的具有黄铜矿结构的光吸收层，覆盖光吸收层的缓冲层，覆盖缓冲层的透明导电层。进一步的，所述金属氮化物膜层由至少一层金属氮化物单元层组成；所述金属氮化物单元膜层为氮化锆膜层、氮化钛膜层、氮化钼膜层、氮化铌膜层、氮化铬膜层中的一种。进一步的，所述衬底为玻璃、聚酰亚胺、铝薄板、钛薄板或薄的不锈钢板中的一种。进一步的，所述背电极层为钼层、钛层、铬层、铜层、AZO膜层、ITO膜层、GZO膜层、石墨烯膜层中的至少一种；所述背电极层优选为钼；所述背电极层中含有氧，所述背电极层中或含有碱元素。进一步的，所述光吸收层为铜铟镓硒、铜铟镓硒硫、铜铟镓硫、铜铟硒、铜铟硫、铜铟铝硒、铜铟铝硫、铜铟铝硒硫、铜锌锡硫、铜锌锡硫硒中的至少一种；所述光吸收层中含有碱元素，所述光吸收层中优选含有钠。进一步的，所述缓冲层为硫化镉、硫化锌、硒化锌、硫化铟、硒化铟、氧化锌或锌镁氧化物中的一种。进一步的，所述透明导电层选用氧化铟掺锡、氧化锌掺铝、氧化锌掺镓、氧化锌掺硼、氧化锌掺铟、氧化锡掺氟、氧化锡掺锑、氧化锡掺碘、石墨烯、锡酸镉、银基透明导电膜中的至少一种。进一步的，还包括在透明导电层上沉积的减反射膜层。进一步的，所述减反射膜层为一层氟化镁膜层或氧化硅膜层。进一步的，所述减反射膜层有两层，包括折射率大于1.80的第一材料层，以及覆盖该第一材料层的折射率小于1.70的第二材料层。进一步的，还包括在衬底与背电极层之间插入的一层阻挡衬底元素扩散的阻挡层。进一步的，所述阻挡层材料选自氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氮化钛、氧化钛、氮氧化 钛、氮氧化锆、氧化锆、氮化锆、氮化铝、氧化铝、氧化硅铝、氮化硅铝、氮氧化硅铝、锌锡氧化物中的一种或它们的混合物。进一步的，所述阻挡层材料由硅、锆和钛中的至少一种元素与钼组成为包含至少两种元素的氧化物、氮化物或氮氧化物。进一步的，当衬底为玻璃基板时，所述阻挡层由一含有Li、K中至少一种元素的碱过滤层替代，该碱过滤层包含Li、K中的至少一种元素和Si、Al、O三种元素。进一步的，还包括在缓冲层与透明导电层之间插入的一层高电阻率膜层，所述高电阻率膜层为氧化锌膜层、掺杂氧化锌膜层中的至少一种，所述掺杂氧化锌膜层为氧化锌掺杂有硼、铝、镓或铟中的至少一种元素；所述氧化锌膜层的电阻率不小于0.08Ωcm；所述掺杂氧化锌膜层，其电阻率不小于0.08Ωcm，同时不大于95Ωcm。本技术通过在CIGS基薄膜电池的背电极层与光吸收层之间插入一层金属氮化物层可增加薄膜太阳能电池的短路电流，降低薄膜太阳能电池的串联电阻，从而提高电池的转换效率。附图说明下面参照附图结合实施例对本技术作进一步的说明。图1为本技术的CIGS基薄膜太阳能电池的结构示意图；图2为本技术的CIGS基薄膜太阳能电池的另一结构示意图。图中，1-衬底 2-阻挡层 3-背电极层 4-金属氮化物膜层 5-光吸收层 6-缓冲层 7-本征氧化锌膜层 8-透明导电层 9-减反射膜层。具体实施方式下面结合具体实施例对本技术进行详细说明。实施例1如图1所示，在钠钙玻璃基板上采用磁控溅射沉积500nm的金属钼电极层；接着在钼电极层上溅射沉积50nm的氮化锆膜层；接着在氮化锆膜层上形成1.8um厚的具有黄铜矿结构 的铜铟镓二硒光吸收层；在光吸收层上采用化学浴(CBD)方法沉积50nm的CdS缓冲层；在缓冲层上采用溅射沉积50nm的本征氧化锌膜层；接着采用磁控溅射沉积600nmAZO膜层作为透明导电层。本实施例作为本技术的最佳实施例。实施例2如图2所示，在钠钙玻璃基板上溅射沉积50nm的氮化硅膜层；接着在氮化硅膜层上采用磁控溅射沉积500nm的金属钼电极层；接着在钼电极层上溅射沉积50nm的氮化钛膜层；接着在氮化钛膜层上形成1.9um厚的具有黄铜矿结构的铜铟镓二硒硫光吸收层；在光吸收层上采用化学浴(CBD)方法沉积50nm的硫化铟缓冲层；在缓冲层上采用溅射沉积60nm的本征氧化锌膜层；接着采用磁控溅射沉积600nmAZO膜层作为透明导电层；接着在透明导电层上沉积100nm氟化镁膜层作为减反射膜层。实施例3如图1所示，在钠钙玻璃基板上采用磁控溅射沉积500nm的金属钼电极层；接着在钼电极层上溅射沉积20nm的氮化钼膜层，接着在氮化钼层上溅射沉积30nm氮化锆膜层；接着在氮化锆膜层上形成1.8um厚的具有黄铜矿结构的铜铟镓二硫光吸收层；在光吸收层上采用化学浴(CBD)方法沉积50nm的CdS缓冲层；在缓冲层上采用溅射沉积60nm的电阻率为10Ωcm的掺杂铝的氧化锌膜层；接着采用磁控溅射沉积700nmAZO膜层作为透明导电层。实施例4如图1所示，在不锈钢薄基板上溅射沉积80nm的氮氧化硅膜层；接着在氮氧化硅膜层上采用磁控溅射沉积500nm的金属钼电极层；接着在钼电极层上溅射沉积20nm的氮化锆膜层，接着在氮化锆膜层上溅射沉积20nm的氮化钼膜层，接着在氮化钼层上溅射沉积20nm氮化锆膜层；接着在氮化锆膜层上形成1.8um厚的具有黄铜矿结构的铜铟镓铝二硒光吸收层；在光吸收层上采用化学浴(CBD)方法沉积40nm的CdS缓冲层；在缓冲层上采用溅射沉积 80nm的电阻率为12Ωcm的掺杂铝的氧化锌膜层；接着采用磁控溅射沉积900nmAZO膜层作为透明导电层。实施例5如图1所示，在钠钙玻璃基板上采用磁控溅射沉积600nm的金属钼电极层；接着在钼电极层上溅射沉积60nm的氮化铌膜层；接着在氮化铌膜层上形成2.1um厚的具有黄铜矿结构的铜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于，包括衬底，覆盖衬底表面的背电极层，覆盖背电极层的金属氮化物膜层，覆盖金属氮化物膜层的具有黄铜矿结构的光吸收层，覆盖光吸收层的缓冲层，覆盖缓冲层的透明导电层。

【技术特征摘要】
1.一种CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于，包括衬底，覆盖衬底表面的背电极层，覆盖背电极层的金属氮化物膜层，覆盖金属氮化物膜层的具有黄铜矿结构的光吸收层，覆盖光吸收层的缓冲层，覆盖缓冲层的透明导电层。2.根据权利要求1所述的CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于：所述金属氮化物膜层由至少一层金属氮化物单元层组成；所述金属氮化物单元层为氮化锆膜层、氮化钛膜层、氮化钼膜层、氮化铌膜层、氮化铬膜层中的一种。3.根据权利要求1所述的CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于，所述衬底为玻璃、聚酰亚胺、铝薄板、钛薄板或薄的不锈钢板中的一种。4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艺明，邓国云，
申请(专利权)人：厦门神科太阳能有限公司，
类型：新型
国别省市：福建;35