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，用以提供一种带隙渐变的无镉薄膜太阳能电池缓冲层，从而增加缓冲层的带隙宽度，有利于获得蓝光区的光谱响应，减少光的反射率、增加透过率，提高薄膜太阳能电池的量子效率及转换效率。所述薄膜太阳能电池包括：衬底；设置在衬底上的缓冲层，缓冲层包括交叠设置的氧化锌膜层和硫化锌膜层；其中，缓冲层至少包括：依次设置在衬底上的第一氧化锌膜层、第一硫化锌膜层、第二氧化锌膜层以及第二硫化锌膜层，且第一氧化锌膜层中氧原子占第一氧化锌膜层和第一硫化锌膜层中氧原子和硫原子总量的含量，大于，第二氧化锌膜层中氧原子占第二氧化锌膜层和第二硫化锌膜层中氧原子和硫原子总量的含量。

Thin film solar cell and its preparation

The invention discloses a thin film solar cell and a preparation method thereof, which is used to provide a cadmium free thin film solar cell buffer layer with gradual band gap, so as to increase the band gap width of the buffer layer, benefit to obtain the spectral response of the blue light area, reduce the reflectivity of light, increase the transmittance, and improve the quantum efficiency and conversion efficiency of the thin film solar cell. The thin film solar cell comprises: a substrate; a buffer layer arranged on the substrate, wherein the buffer layer comprises at least: a first zinc oxide film layer, a first zinc sulfide film layer, a second zinc oxide film layer and a second zinc sulfide film layer arranged on the substrate successively, wherein the oxygen atom in the first zinc oxide film accounts for the first The total amount of oxygen and sulfur atoms in the zinc oxide film and the first zinc sulfide film is larger than that in the second zinc oxide film, and the oxygen atoms account for the total amount of oxygen and sulfur atoms in the second zinc oxide film and the second zinc sulfide film.

【技术实现步骤摘要】
薄膜太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及薄膜太阳能电池
，尤其涉及一种薄膜太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
在传统的铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池中，设置有缓冲层，缓冲层的主要作用是与吸收层形成pn结，用以作为薄膜太阳能电池的工作区，可以将光能转换成电能。为了能与吸收层形成良好的pn结，缓冲层与吸收层间必须具有良好的能带匹配，以获得最大的开路电压。现有技术中，使用CdS作为缓冲层，但是Cd是有毒元素，对环境会产生危害。而且，CdS的禁带宽度在2.4-2.5eV，会吸收太阳光谱中350-550nm的高能光子，导致光电流的损失，降低了薄膜太阳能电池的转换效率，并且CdS多用湿法制造，与产线其他真空法不兼容，同时还会产生大量废液。因此，无Cd缓冲层材料成为CIGS电池研究的一大热点，现主要集中在Zn(O,S)、(Zn,Mg)O及(Zn,Sn)Oy方面。而现有的Zn(O,S)光学材料形成的缓冲层，薄膜太阳能电池转换效率低。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种薄膜太阳能电池及其制备方法，用以提供一种带隙渐变的薄膜太阳能电池缓冲层，增加缓冲层的带隙宽度，从而有利于获得蓝光区的光谱响应，同时减少光的反射率、增加透过率，提高薄膜太阳能电池的量子效率及转换效率。本专利技术实施例提供了一种薄膜太阳能电池，包括：衬底；设置在所述衬底上的缓冲层，所述缓冲层包括交叠设置的氧化锌膜层和硫化锌膜层；其中，所述缓冲层至少包括：依次设置在所述衬底上的第一氧化锌膜层、第一硫化锌膜层、第二氧化锌膜层以及第二硫化锌膜层，且所述第一氧化锌膜层中氧原子占所述第一氧化锌膜层和所述第一硫化锌膜层中氧原子和硫原子总量的含量，大于，所述第二氧化锌膜层中氧原子占所述第二氧化锌膜层和第二硫化锌膜层中氧原子和硫原子总量的含量。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种薄膜太阳能电池的制备方法，该方法包括：提供一衬底；在所述衬底上依次形成第一氧化锌膜层、第一硫化锌膜层、第二氧化锌膜层以及第二硫化锌膜层；其中，所述第一氧化锌膜层中氧原子占所述第一氧化锌膜层和第一硫化锌膜层中氧原子和硫原子总量的含量，大于，所述第二氧化锌膜层中氧原子占所述第二氧化锌膜层和第二硫化锌膜层中氧原子和硫原子总量的含量。本专利技术的技术方案具有如下有益的技术效果：本专利技术提供的薄膜太阳能电池，通过在衬底表面形成交叠设置的氧化锌膜层和硫化锌膜层，从而形成缓冲层。缓冲层至少包括：依次设置在衬底上的第一氧化锌膜层、第一硫化锌膜层、第二氧化锌膜层以及第二硫化锌膜层，且第一氧化锌膜层中氧原子占第一氧化锌膜层和第一硫化锌膜层中氧原子和硫原子总量的含量，大于，第二氧化锌膜层中氧原子占第二氧化锌膜层和第二硫化锌膜层中氧原子和硫原子总量的含量。其中，室温下，氧化锌(ZnO)的禁带宽度为3.37eV，硫化锌(ZnS)的禁带宽度为3.68eV，因此，本专利技术中缓冲层随着逐渐远离衬底的方向，氧原子的含量越来越少，则带隙宽度从3.37eV开始逐渐增大，最大到3.68eV，从而使得缓冲层的带隙宽度逐渐增大，渐变带隙的材料增加光入射，增大的带隙将减少短波长光的吸收，使得更多的光进入太阳能电池中，从而提高薄膜太阳能电池的量子效率及转换效率。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本专利技术技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本专利技术的技术方案，并不构成对本专利技术技术方案的限制。图1为本专利技术实施例提供的一种薄膜太阳能电池的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的第二种薄膜太阳能电池的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的第三种薄膜太阳能电池的结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的第四种薄膜太阳能电池的结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的第五种薄膜太阳能电池的结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的第六种薄膜太阳能电池的结构示意图；图7为本专利技术实施例提供的一种薄膜太阳能电池的制备方法的流程示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供一种薄膜太阳能电池及其制备方法，用以提供一种带隙渐变的薄膜太阳能电池缓冲层，增加缓冲层的带隙宽度，从而有利于获得蓝光区的光谱响应，提高薄膜太阳能电池的量子效率及转换效率。参见图1，本专利技术实施例提供的一种薄膜太阳能电池，包括：衬底01，设置在衬底01上的缓冲层，缓冲层包括交叠设置的氧化锌薄膜和硫化锌薄膜，其中，如图1所示，缓冲层至少包括：依次设置在衬底01上的第一氧化锌膜层02、第一硫化锌膜层03、第二氧化锌膜层04以及第二硫化锌膜层05；其中，第一氧化锌膜层02中氧原子占第一氧化锌膜层02和第一硫化锌膜层03中氧原子和硫原子总量的含量，大于，第二氧化锌膜层04中氧原子占第二氧化锌膜层04和第二硫化锌膜层05中氧原子和硫原子总量的含量。需要说明的是，本专利技术实施例中的衬底可以为单层结构，如衬底基板，也可以为多层结构，如衬底包括：玻璃基板、依次设置在玻璃基板上的背电极、光吸收层，在光吸收层表面形成缓冲层。另外，本专利技术中第一氧化锌膜层中氧原子，占，第一氧化锌膜层和第一硫化锌膜层中氧原子和硫原子总量的含量，可以表示为：第一氧化锌膜层中氧原子的数量/(该第一氧化锌膜层中氧原子的数量+第一硫化锌膜层中硫原子的数量)；或者，还可以表示为：第一氧化锌膜层中氧化锌的分子数量/(该第一氧化锌膜层中氧化锌的分子数量+第一硫化锌膜层中硫化锌的分子数量)。即，O/(O+S)的比值沿逐渐远离衬底的方向呈减小趋势。缓冲层还可以包括多个交叠设置的氧化锌膜层和硫化锌膜层，并不限于图1中示意的两层氧化锌膜层和两层硫化锌膜层。具体地，本专利技术实施例提供的缓冲层包括ZnO膜层和ZnS膜层，即缓冲层的材料包括Zn(O,S)。其中，室温下，ZnO的禁带宽度为3.37eV，ZnS的禁带宽度为3.68eV，因此，本专利技术中提供的薄膜太阳能电池中，缓冲层随着逐渐远离衬底的方向，氧原子的含量呈减少趋势，则带隙宽度从3.37eV开始逐渐增大，最大可以增大到3.68eV，从而使得缓冲层的带隙宽度沿逐渐远离衬底的方向呈增大趋势，渐变带隙的材料增加光入射，增大的带隙将减少短波长光的吸收，使得更多的光进入太阳能电池中，从而提高薄膜太阳能电池的量子效率及转换效率。另外，缓冲层中无有毒元素的引入，避免对环境的危害。在一些可选的实施例中，缓冲层中交叠设置的氧化锌膜层和硫化锌膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄膜太阳能电池，其特征在于，所述薄膜太阳能电池包括：/n衬底；/n设置在所述衬底上的缓冲层，所述缓冲层包括交叠设置的氧化锌膜层和硫化锌膜层；/n其中，所述缓冲层至少包括：依次设置在所述衬底上的第一氧化锌膜层、第一硫化锌膜层、第二氧化锌膜层以及第二硫化锌膜层，且所述第一氧化锌膜层中氧原子占所述第一氧化锌膜层和所述第一硫化锌膜层中氧原子和硫原子总量的含量，大于，所述第二氧化锌膜层中氧原子占所述第二氧化锌膜层和第二硫化锌膜层中氧原子和硫原子总量的含量。/n

【技术特征摘要】
1.一种薄膜太阳能电池，其特征在于，所述薄膜太阳能电池包括：
衬底；
设置在所述衬底上的缓冲层，所述缓冲层包括交叠设置的氧化锌膜层和硫化锌膜层；
其中，所述缓冲层至少包括：依次设置在所述衬底上的第一氧化锌膜层、第一硫化锌膜层、第二氧化锌膜层以及第二硫化锌膜层，且所述第一氧化锌膜层中氧原子占所述第一氧化锌膜层和所述第一硫化锌膜层中氧原子和硫原子总量的含量，大于，所述第二氧化锌膜层中氧原子占所述第二氧化锌膜层和第二硫化锌膜层中氧原子和硫原子总量的含量。


2.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述缓冲层中交叠设置的氧化锌膜层和硫化锌膜层满足以下任一条件：
所述第一氧化锌膜层中氧原子的数量大于所述第二氧化锌膜层中氧原子的数量，所述第一硫化锌膜层中硫原子的数量等于所述第二硫化锌膜层中硫原子的数量；
所述第一氧化锌膜层中氧原子的数量等于所述第二氧化锌膜层中氧原子的数量，所述第一硫化锌膜层中硫原子的数量小于所述第二硫化锌膜层中硫原子的数量；
所述第一氧化锌膜层中氧原子的数量大于所述第二氧化锌膜层中氧原子的数量，所述第一硫化锌膜层中硫原子的数量小于所述第二硫化锌膜层中硫原子的数量；
所述第一氧化锌膜层中氧原子的数量大于所述第二氧化锌膜层中氧原子的数量，所述第一硫化锌膜层中硫原子的数量大于所述第二硫化锌膜层中硫原子的数量；
所述第一氧化锌膜层中氧原子的数量小于所述第二氧化锌膜层中氧原子的数量，所述第一硫化锌膜层中硫原子的数量小于所述第二硫化锌膜层中硫原子的数量。


3.根据权利要求2所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述氧原子的数量或所述硫原子的数量包括掺杂浓度或者所在膜层的厚度。


4.根据权利要求1-3任一权项所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述第一氧化锌膜层与所述衬底接触。


5.根据权利要求4所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述缓冲层还包括：
设置在所述第一硫化锌膜层和第二氧化锌膜层之间的第三氧化锌膜层和第三硫化锌膜层，所述第三氧化锌膜层与所述第一硫化锌膜层接触，所述第三硫化锌膜层夹设于所述第三氧化锌膜层和所述第二氧化锌膜层之间；
所述第三氧化锌膜层中氧原子占所述第三氧化锌膜层和第三硫化锌膜层中氧原子和硫原子总量的含量，大于所述第二氧化锌膜层中氧原子占所述第二氧化锌膜层和第二硫化锌膜层中氧原子和硫原子总量的含量，且小于所述第一氧化锌膜层中氧原子占所述第一氧化锌膜层和第一硫化锌膜层中氧原子和硫原子总量的含量；或者
所述第三氧化锌膜层中氧原子占所述第三氧化锌膜层和第三硫化锌膜层中氧原子和硫原子总量的含量，等于，所述第二氧化锌膜层中氧原子占所述第二氧化锌膜层和第二硫化锌膜层中氧原子和硫原子总量的含量；或者
所述第三氧化锌膜层中氧原子占所述第三氧化锌膜层和第三硫化锌膜层中氧原子和硫原子总量的含量，等于，所述第一氧化锌膜层中氧原子占所述第一氧化锌膜层和第一硫化锌膜层中氧原子和硫原子总量的含量。


6.一种薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭逦达，叶亚宽，赵树利，杨立红，
申请(专利权)人：北京铂阳顶荣光伏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11