一种CIGS薄膜太阳能电池窗口层的制备方法技术

一种CIGS薄膜太阳能电池窗口层的制备方法，步骤1、清洗沉积有硫化镉的CdS缓冲层衬底；步骤2、利用低压化学气相沉积法(LPCVD)依次制备本征氧化锌层和BZO导电窗口层，步骤依次为：先将步骤1清洗好的硫化镉缓冲层衬底，传入TCO设备的预热腔体中真空预热；再将预热好的衬底送入TCO设备的反应腔室，分以下两个阶段沉积：第一阶段生长i-ZnO层；第二阶段生长BZO导电窗口。本发明专利技术制备工艺简单，反应温度低，而且在水汽保护下，不会对电池产生破坏，可在一定程度上形成退火处理，使得电池结构更为紧密；其次，通过连续改变B2H6流量，可形成梯度结构的BZO层，改善光电性能，增加其电池转化效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能电池制造工艺，特别涉及用于一种CIGS薄膜太阳能电池窗口层的制备方法。
技术介绍
铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池具有低成本、高效率、稳定性好等优点，是公认的最具有发展和市场潜力的第二代太阳能电池。人们对其研究兴起于上个世纪八十年代初，经过三十多年发展，CIGS薄膜太阳能电池的理论研究以及制备工艺取得了可喜的成果。CIGS薄膜太阳能电池的最高实验室光电转化效率达到21.7％。柔性衬底的CIGS薄膜太阳能电池以可绕曲的金属箔或者聚合物箔为衬底，其在空间应用是比较理想的光伏器件。CIGS柔性薄膜太阳能电池不仅重量比功率高，而且可弯曲折叠，不怕碰摔，可以应用在很多特殊的场合，包括屋顶、衣服上、汽车顶部以及航空航天领域等等，具有广阔的应用范围和市场空间。传统的CIGS薄膜光伏电池普遍采用ZnO：Al(AZO)透明电极作为窗口层。制备过程多采用磁控溅射法制备，不具备绒面结构，还得再镀一层减反膜MgF2减小AZO对光的反射，增加光的吸收作用。尽管研究工作者通过对薄膜工艺进行改善，降低Al的浓度同时进行掺H处理，或者对窗口层进行绒面处理形成“陷光结构”，但是这些方法并不能完全避免窗口层薄膜在近红外波段的吸收损耗，而且使电池的制备工艺更加繁琐，不利于CIGS薄膜太阳能电池生产成本的降低。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术提出一种CIGS薄膜太阳能电池窗口层的制备方法。主要解决传统CIGS薄膜太阳能电池窗口层制备工艺复杂、光电性能不理想问题。本专利技术的技术方案为：一种CIGS薄膜太阳能电池窗口层的制备方法，其步骤为：步骤1、清洗沉积有硫化镉的CdS缓冲层衬底：利用清洗机，采用中高压DI水喷淋、风力高温烘干；步骤2、利用低压化学气相沉积法(LPCVD)依次制备本征氧化锌层和BZO导电窗口层，步骤依次为：2-1、先将步骤1清洗好的硫化镉缓冲层衬底，传入TCO设备的预热腔体中真空预热，温度为160-260℃，预热时间为2-10min；2-2、再将预热好的衬底送入TCO设备的反应腔室，分以下两个阶段沉积：2-2-1、第一阶段生长i-ZnO层，反应时间为0.5-5min，温度为150-250℃，各气体流量分别为：DEZn250-600sccm、H2O300-700sccm、B2H650-225sccm；2-2-2、第二阶段生长BZO导电窗口层，反应时间为4-10min，温度为150-250℃，各气体流量为DEZn100-600sccm、H2O100-700sccm、B2H650-225sccm，其中B2H6的通入流量随沉积时间逐渐增大，形成梯度结构，提高太阳能电池的效率；所述的梯度结构为BZO层，晶粒尺寸下大上小；B2H6通入反应腔前B2H6是经H2稀释过的，稀释浓度为B2H6体积0.5％-2％，所述的本征氧化锌i-ZnO层的厚度为20-100nm；所述的BZO层厚度为100-1000nm。本专利技术的技术效果是：本专利技术制备的CIGS薄膜太阳能电池窗口层，ZnO：B层作为CIGS太阳能电池结构的透明导电窗口层，比传统导电窗口层ZnO：Al层具有更低方块电阻，而且通过LPCVD法制备出的透明导电氧化ZnO：B层，直接具有“绒面结构”结构，可作为前电极，提高电池对光的利用率的同时降低了生产成本。本专利技术的优势在于，制备工艺简单，反应温度低，而且在水汽保护下，不会对电池产生破坏，可在一定程度上形成退火处理，使得电池结构更为紧密；其次，通过连续改变B2H6流量，可形成梯度结构的BZO层，改善光电性能，增加其电池转化效率，更好的促进目前CIGS的发展，在大规模生产具有重要的参考价值。附图说明图1为CIGS薄膜太阳能电池的整体结构图。图中：1、基体；2、阻挡层；3、钼背电极层；4、钼钠层；5、CIGS光吸收层；6、CdS缓冲层；7、本征氧化锌层；8、硼掺杂氧化锌导电窗口层(BZO导电窗口层)；9、表面金属电极层。具体实施方式本专利技术涉及一种CIGS薄膜太阳能电池窗口层的制备方法。以下简单叙述CIGS的基本结构，重点以案例形式阐述CIGS薄膜太阳能电池窗口层的制备方法。图1为CIGS薄膜太阳能电池的整体结构。其中，基底1可为柔性不锈钢、铝、镍、铂或其合金的衬底，厚度为10-100μm，也可以为硬质玻璃，柔性玻璃衬底，其厚度为0.2-5mm。阻挡层2为铬、钛化钨合金等，厚度为10-200nm，能有效的阻挡柔性金属基板1作为衬底时金属杂质对上层的CIGS光吸收层5扩散影响。钼背电极层3作为整个CIGS薄膜太阳能电池的背电极，厚度是200-1500nm。钼钠层4是钼钠预置层，其厚度是10-300nm。CIGS光吸收层5在整个电池中作为p型电极，其厚度是1-3μm。CdS(硫化镉)缓冲层6是连接CIGS光吸收层5和本征氧化锌(i-ZnO)层7之间的中间层结构，调节带隙和晶格匹配，起到缓冲的桥梁作用，同时作为电池器件N极的组成部分；其厚度30nm-50nm。本征氧化锌(i-ZnO)层7作为整个CIGS太阳能电池器件的N极，本征氧化锌层7的厚度为20-100nm。CIGS光吸收层5与硫化镉缓冲层6及本征氧化锌层7形成太阳能电池的PN结。硼掺杂氧化锌导电窗口层(BZO导电窗口层)8作为整个CIGS太阳能电池的透明导电氧化物窗口层，硼掺杂氧化锌(BZO)窗口层，可将太阳能电池表面的入射光收集，减少因界面反射造成的损失，能保护电池内部结果的同时增加电池的光学性能，其厚度为100-1000nm。在导电窗口层8上配置表面金属电极栅线9。表面金属电极栅线9由银浆组成，通过丝网印刷技术印刷在电池表面烧结形成。主要作用就是收集表面的光生载流子，输出电子。因为它是不透光的，所以必须细小，成网栅状结构分布在导电窗口层8表面，减少串联电阻和效率损失。制备CIGS薄膜太阳能电池窗口层的前期工作为：依次沉积完阻挡层、钼背电极层、钼钠层、CIGS光吸收层和CdS缓冲层后，进行清洗，传送入TCO设备预热腔体中真空预热，温度为230℃，预热时间为5min；再将预热好的CdS缓冲层衬底送入低压化学气相沉积设备(以下简称TCO设备)的反应腔室，反应温度为200℃。反应结束后，将反应好的衬底传送到第三个腔体，冷却室，通过通入冷氮快速降低衬底温度，加快工作效率，同时在保护气氛的下，能防止薄膜氧化，稳定电池的性能。本专利技术CIGS薄膜太阳能电池窗口层的制备方法为：步骤1、清洗沉积有硫化镉的(CdS)缓冲层衬底：利用清洗机，采用中高压DI水喷淋、风力高温烘干。步骤2、利用低压化学气相沉积法(LPCVD)依次制备本征氧化锌层和BZO导电窗口层；步骤依次为：2-1、先将步骤1清洗好的硫化镉缓冲层衬底，传入TCO设备的预热腔体中真空预热，温度为160-260℃，预热时间为2-10min；2-2、再将预热好的衬底送入TCO设备的反应腔室，分以下两个阶段沉积：2-2-1、第一阶段生长i-ZnO层，反应时间为0.5-5min，温度为150-250℃，各气体流量分别为DEZn(250-600sccm)、H2O(300-700sccm)、B2H6(0sccm)；2-2-2、第二阶段生长硼掺杂氧化锌(BZO)层，反应时间为4-10min，温度为150-250℃，各气体流量为DEZn(1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CIGS薄膜太阳能电池，依次包括基底、阻挡层、钼背电极层、钼钠层、CIGS光吸收层、CdS缓冲层、本征氧化锌层和BZO导电窗口层；在BZO导电窗口层上配置表面金属电极层，表面金属电极层由银浆组成，通过丝网印刷技术印刷在电池表面烧结形成，其不透光，成网栅状结构分布在BZO导电窗口层表面。

【技术特征摘要】
1.一种CIGS薄膜太阳能电池，依次包括基底、阻挡层、钼背电极层、钼钠层、CIGS光吸收层、CdS缓冲层、本征氧化锌层和BZO导电窗口层；在BZO导电窗口层上配置表面金属电极层，表面金属电极层由银浆组成，通过丝网印刷技术印刷在电池表面烧结形成，其不透光，成网栅状结构分布在BZO导电窗口层表面。2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：基底为柔性不锈钢、铝、镍、铂或其合金的衬底，厚度为10-100μm；或，基底为硬质玻璃或柔性玻璃衬底，其厚度为0.2-5mm。3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：阻挡层为铬或钛化钨合金，厚度为10-200nm。4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：钼背电极层作为整个CIGS薄膜太阳能电池的背电极，厚度是200-1500nm。5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：钼钠层是钼钠预置层，其厚度是10-300nm。6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：CIGS光吸收层在整个电池中作为p型电极，其厚度是1-3μm。7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：本征氧化锌层作为整个CIGS太阳能电池器件的N极，本征氧化锌层7的厚度为20-100nm。8.根据权利要求1、6或7所述的太阳能电池，其特征在于：CdS缓冲层作为CIGS薄膜太阳能电池的衬底，是连接CIGS光吸收层和本征氧化锌层之间的结构，起到缓冲的桥梁作用，其厚度30nm-50nm；CIGS光吸收层与硫化镉缓冲层及本征氧化锌层形成PN结。9.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱登华，赵联波，王宝玉，
申请(专利权)人：常德汉能薄膜太阳能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43