铜铟镓硒薄膜太阳能电池及制备方法技术

本发明专利技术提供一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池及制备方法，所述铜铟镓硒薄膜太阳能电池包括衬底层和依次形成在所述衬底层上的第一电极层、GIGS吸光层和窗口层，所述GIGS吸光层的材料中掺杂有Si；通过在GIGS吸光层的材料中掺杂适量的Si，利用Si起钝化作用，可以有效改善晶粒界面，保证铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光电转换率，这样就无需在GIGS吸光层和窗口层之间额外设置缓冲层，从而简化制备工艺、降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】
铜铟镓硒薄膜太阳能电池及制备方法
本专利技术涉及显示
，具体涉及一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池及制备方法。
技术介绍
随着全球生态环境和能源短缺问题的日益严重，清洁可再生能源受到全世界的普遍重视，尤其是太阳能光伏技术。在现有的太阳能电池技术中，硅基太阳能电池技术是最为成熟的、也是市场占有率最高的，但是受制于高耗能、高污染的制备过程，其并不能成为最理想的太阳能技术。铜铟镓硒(简称CIGS)薄膜太阳能电池具有光吸收能力强、白天发电时间长、稳定性好、抗辐射性能好、效率高、成本低，以及可以做成柔性组件，最适合作为光伏建筑一体化使用等优点，逐渐受到人们关注，是很有发展潜力的太阳能电池技术。目前，理论上铜铟镓硒薄膜电池的光电转换效率最高为33％，最新报道的实验室研发的光电转换效率最高达到22.9％。为了得到高光电转换效率的铜铟镓硒电池，通常通过在CIGS吸光层和窗口层之间加入缓冲层，减少CIGS吸光层和窗口层之间的晶格失配和能级失配，还可以在制备窗口层的时候保护CIGS吸光层表面不被破坏，从而减小界面复合，提高光电转化效率。缓冲层最常见的材料是硫化镉或硫化锌，通常采用化学水浴法制备，但是这种湿法工艺与电池制备的其他干法工序格格不入，需要设置独立的沉积缓冲层步骤，增加了工艺流程和生产成本。现有的铜铟镓硒薄膜太阳能电池存在窗口层、CIGS吸光层和缓冲层界面不相容的问题，会产生大量载流子复合中心，严重影响太阳能电池的光电转化效率。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的上述不足，提供一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池及制备方法，用以至少部分解决在保证铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光电转换率的前提下，如何简化制备工艺、降低生产成本的问题。本专利技术为解决上述技术问题，采用如下技术方案：本专利技术提供一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池，包括衬底层和依次形成在所述衬底层上的第一电极层、GIGS吸光层和窗口层，所述GIGS吸光层的材料中掺杂有Si。优选的，所述GIGS吸光层表面的元素摩尔百分比满足以下条件：[Cu]/([In]+[Ga]+[Se])为0.8～0.95，且[Ga]/([In]+[Ga]+[Se])为0.15～0.4。进一步的，所述铜铟镓硒薄膜太阳能电池还包括减反层和第二电极层，所述减反层位于所述窗口层远离所述GIGS吸光层的一侧，所述第二电极层位于所述减反层远离所述窗口层的一侧。本专利技术还提供一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法，用于制备如前所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池，所述方法包括：在衬底层上沉积第一电极层；在完成上述步骤的衬底层上采用三步共蒸法制备CIGS吸光层，其中，所述GIGS吸光层的材料中掺杂有Si；在惰性气体环境中，对所述GIGS吸光层进行光照处理和热处理；采用MOCVD工艺，在所述GIGS吸光层上制备窗口层。优选的，所述在所述第一电极层上采用三步共蒸法制备CIGS吸光层，具体包括：在所述第一电机侧上共蒸In、Ga、Se；在完成上述步骤的第一电极层上共蒸Cu、Se；蒸发Si源，并在完成上述步骤的第一电极层上共蒸In、Ga、Se、Si，以实现在所述CIGS吸光层内掺杂Si。优选的，所述Si源的纯度范围为8-11N，所述Si源的蒸发温度范围为1400-1800℃。优选的，所述Si的掺杂浓度范围为0.05％-0.5％。优选的，对所述GIGS吸光层进行光照处理和热处理，具体包括：对所述GIGS吸光层在80-100℃的温度范围内进行热处理，同时以0.4-0.8个太阳的光照强度进行光照处理；光照时长和热处理时长为100-500小时。优选的，所述窗口层的材料为掺杂B的ZnO；所述采用MOCVD工艺，在所述GIGS吸光层上制备窗口层，具体包括：将二乙基锌、水、乙硼烷作为原料，在所述CIGS吸光层上沉积掺杂B的ZnO；其中，沉积温度范围为140-180℃，二乙基锌、水和乙硼烷的流速分别为50-200μmol/min、100-400μmol/min、0.1-0.5μmol/min，沉积时长为0.5-2.5小时。进一步的，所述采用MOCVD工艺，在所述GIGS吸光层上制备窗口层之后，所述方法还包括以下步骤：采用热蒸镀工艺，在所述窗口层上依次制备减反层和第二电极层。本专利技术提供的铜铟镓硒薄膜太阳能电池及制备方法，通过在GIGS吸光层的材料中掺杂适量的Si，利用Si起钝化作用，可以有效改善晶粒界面，保证铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光电转换率，这样就无需在GIGS吸光层和窗口层之间额外设置缓冲层，从而简化制备工艺、降低生产成本。附图说明图1为本专利技术提供的铜铟镓硒薄膜太阳能电池的结构示意图；图2为本专利技术提供的铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备流程图。图例说明：1、衬底层2、第一电极层3、GIGS吸光层4、窗口层5、减反层6、第二电极层具体实施方式下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整的描述，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。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出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。如图1所示，本专利技术提供一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池，所述铜铟镓硒薄膜太阳能电池包括：衬底层1和依次形成在衬底层1上的第一电极层2、GIGS吸光层3和窗口层4，其中，GIGS吸光层3的材料中掺杂有Si。衬底层1可以为钠钙玻璃衬底，第一电极层2的材料可以为Mo，窗口层4为透明电极TCO，其材料可以为ZnO或ZnO:B(掺杂有B的ZnO)。通过在GIGS吸光层3的材料中掺杂适量的Si，利用Si起钝化作用，可以有效改善晶粒界面，保证铜铟镓硒薄膜太阳能电池的光电转换率，这样就无需在GIGS吸光层3和窗口层4之间额外设置缓冲层，从而简化制备工艺、降低生产成本。优选的，GIGS吸光层3表面的元素摩尔百分比满足以下条件：[Cu]/([In]+[Ga]+[Se])为0.8～0.95，且[Ga]/([In]+[Ga]+[Se])为0.15～0.4。进一步的，如图1所示，所述铜铟镓硒薄膜太阳能电池还包括减反层5和第二电极层6，减反层5位于窗口层4远离GIGS吸光层3的一侧，第二电极层6位于减反层5远离窗口4层的一侧，也就是说，减反层5形成在窗口层4上，第二电极层6形成在减反层5上。第一电极层2和第二电极层6中的一者为所述铜铟镓硒薄膜太阳能电池的阴极，另一者为阳极。需要说明的是，减反层5的厚度较薄，通常只有几十纳米，在形成第二电极层6后，第二电极层6的材料会渗透到减反层5内。本专利技术还提供一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法，所述方法用于制备如前所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池，结合图1和图2所示，所述方法包括以下步骤：S1，在衬底层1上沉积第一电极层2。具体的，在衬底层1使用之前先进行清洗，并在清洗后的衬底层1上沉积本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池，其特征在于，包括衬底层和依次形成在所述衬底层上的第一电极层、GIGS吸光层和窗口层，所述GIGS吸光层的材料中掺杂有Si。/n

【技术特征摘要】
1.一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池，其特征在于，包括衬底层和依次形成在所述衬底层上的第一电极层、GIGS吸光层和窗口层，所述GIGS吸光层的材料中掺杂有Si。


2.如权利要求1所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池，其特征在于，所述GIGS吸光层表面的元素摩尔百分比满足以下条件：[Cu]/([In]+[Ga]+[Se])为0.8～0.95，且[Ga]/([In]+[Ga]+[Se])为0.15～0.4。


3.如权利要求1或2所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池，其特征在于，还包括减反层和第二电极层，所述减反层位于所述窗口层远离所述GIGS吸光层的一侧，所述第二电极层位于所述减反层远离所述窗口层的一侧。


4.一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述方法用于制备如权利要求1-3任一项所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池，所述方法包括以下步骤：
在衬底层上沉积第一电极层；
在所述第一电极层上采用三步共蒸法制备CIGS吸光层，其中，所述GIGS吸光层的材料中掺杂有Si；
在惰性气体环境中，对所述GIGS吸光层进行光照处理和热处理；
采用MOCVD工艺，在所述GIGS吸光层上制备窗口层。


5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在所述第一电极层上采用三步共蒸法制备CIGS吸光层，具体包括：
在所述第一电极层上共蒸In、Ga、Se；
在完成上述步骤的第一电极层上共蒸Cu、Se；
蒸发S...

【专利技术属性】
技术研发人员：许吉林，乔秀梅，梁鹏，刘琦，王权，辛智渊，李静文，付红颖，
申请(专利权)人：东泰高科装备科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11