一种铜铟镓硒叠层薄膜太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种铜铟镓硒叠层薄膜太阳能电池，包括相串联的下电池与上电池，所述下电池包含基底，基底顶面由下至上依次层叠有Mo电极层、CIS膜层、CIGS膜层、下In

【技术实现步骤摘要】
一种铜铟镓硒叠层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
，具体是一种铜铟镓硒叠层薄膜太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
近来，随着研究和生产技术的发展，太阳能电池将在传统能源领域发挥重大作用。现在的市场主要有硅基太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池以及有机染料敏化太阳能电池等。其中硅基太阳能电池因其在原材料储备方面的优势而成为太阳能电池的主导产品，保持了80%以上的市场占有率。与其他类型的太阳能电池相比，其科研和生产已经相对成熟和稳定，光电转换效率较高，在未来几年间，全球各国光伏发电的巨大需求将促使硅基太阳能电池的发展势头将会保持强劲而不会发生逆转。尽管硅基太阳能电池有诸多优势，但硅材料价格相对较高，这使其在价格方面处于较为弱势的地位。因此，薄膜电池的专利技术极大地降低了原材料的成本。但是，目前薄膜电池面临着效率较低且制备成本较大的问题。因此，如何提高薄膜电池的效率很很多厂商都急待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铜铟镓硒叠层薄膜太阳能电池及其制备方法，该太阳能电池的转换效率高、量子效率高，能够显著提高开路电压和填充因子，提高电池效率，并且工艺简单、制备方便。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种铜铟镓硒叠层薄膜太阳能电池，包括相串联的下电池与上电池，所述下电池包含基底，基底顶面由下至上依次层叠有Mo电极层、CIS膜层、CIGS膜层、下In2S3膜层、下i-ZnO膜层与下AZO膜层；所述上电池包含带有通孔的玻璃基底，玻璃基底顶面由下至上依次层叠有ITO膜层、CGS膜层、上In2S3膜层、上i-ZnO膜层与上AZO膜层；所述通孔内填充有连接下AZO膜层与上ITO膜层的导电介质。进一步的，所述Mo电极层的厚度为0.5-1.0µm；CIS膜层的厚度为50±20nm；CIGS膜层的厚度为1.5-2µm；下In2S3膜层与上In2S3膜层的厚度均为0.05～0.1µm；下i-ZnO膜层与上i-ZnO膜层的厚度均为0.05～0.1µm；下AZO膜层与上AZO膜层的厚度均为0.5～1.5µm；ITO膜层的厚度为0.5～1.0µm；CGS膜层的厚度为0.2～0.3µm。进一步的，所述基底的材料采用金属箔、玻璃或塑料。进一步的，所述导电介质为Al。本专利技术还提供一种铜铟镓硒叠层薄膜太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：S1、清洗基底，并在基底顶面制备Mo电极层；S2、采用磁控溅射工艺与蒸镀工艺，在Mo电极层表面沉积CIS膜层，溅射靶材为CuNa与In；S3、采用磁控溅射工艺与蒸镀工艺，在CIS膜层表面沉积CIGS膜层，溅射靶材为CuNa、CuGa与In；S4、在CIGS膜层表面蒸镀下In2S3膜层；S5、在下In2S3膜层表面依次溅射下i-ZnO膜层与下AZO膜层，得到下电池；S6、清洗表面带有通孔的玻璃基底，在通孔内填充导电介质；S7、在玻璃基底顶面制备ITO膜层；S8、采用磁控溅射工艺与蒸镀工艺，在ITO膜层表面沉积CGS膜层，溅射靶材为CuNa与CuGa；S9、在CGS膜层表面蒸镀上In2S3膜层；S10、在上In2S3膜层表面依次溅射上i-ZnO膜层与上AZO膜层，得到上电池；S11、将上电池叠于下电池顶面，使上、下电池串联，得到所述铜铟镓硒叠层薄膜太阳能电池。本专利技术的有益效果是，构建独立的上电池和下电池，形成叠层结构；对于下电池，在CIGS膜层和Mo电极层之间引入功能层CIS膜层，由于CIS膜层中不含有Ga元素，其带隙宽度较窄，可以降低与Mo电极的晶格失配，从而减少界面间的悬挂键的产生，提升载流子的收集效率，另外外致密的CIS膜层可以有效降低漏电流的产生；由于CIGS的112取向和CIS的102晶面具有相似对称性，沉积后使得元素扩散后形成贫Cu的预制层依然保持CIGS的112择优取向。对于上电池，直接采用CGS作为吸收层，一方面可以借助其宽带隙的优势，增强对太阳光短波长的吸收，另一方面，可以获得较高的开路电压，在叠层电池中提升整个电池的功率输出。本专利技术CIS膜层与CGS膜层的引入，通过磁控溅射设备一步制得，并在真空条件下完成对薄膜电池的制备，避免了其他杂质对电池的污染，使铜铟镓硒薄膜太阳能电池表面的界面结构发生变化从而降低铜铟镓硒太阳能电池中吸收区与接触膜层的界面态密度，有效消除了悬挂键，从而提高太阳能电池的开压和填充因子，并最终提升电池的转化效率；不仅成本低，操作简单，质量较高；且原料成本便宜，容易获得，成本低廉，适用于工业化生产。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明：图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术玻璃基底的示意图；图3是本专利技术铜铟镓硒叠层薄膜太阳能电池的EQE和IQE及反射曲线图。具体实施方式结合图1与图2所示，本专利技术提供一种铜铟镓硒叠层薄膜太阳能电池，包括相串联的下电池1与上电池2，所述下电池包含基底11，基底11顶面由下至上依次层叠有Mo电极层12、CIS膜层13、CIGS膜层14、下In2S3膜层15、下i-ZnO膜层16与下AZO膜层17；所述上电池包含带有通孔21a的玻璃基底21，玻璃基底21顶面由下至上依次层叠有ITO膜层22、CGS膜层23、上In2S3膜层24、上i-ZnO膜层25与上AZO膜层26；所述通孔21a内填充有连接下AZO膜层与上ITO膜层的导电介质27。作为优选的，Mo电极层12的厚度为0.5-1.0µm；CIS膜层13的厚度为50±20nm；CIGS膜层14的厚度为1.5-2µm；下In2S3膜层15与上In2S3膜层24的厚度均为0.05～0.1µm；下i-ZnO膜层16与上i-ZnO膜层25的厚度均为0.05～0.1µm；下AZO膜层17与上AZO膜层26的厚度均为0.5～1.5µm；ITO膜层22的厚度为0.5～1.0µm；CGS膜层23的厚度为0.2～0.3µm。基底11的材料采用金属箔、玻璃或塑料。导电介质27为Al。本专利技术还提供一种铜铟镓硒叠层薄膜太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：S1、清洗基底11，并在基底11顶面制备Mo电极层12；清洗基底时可以先放入洗液中超声两个小时，然后在超纯水中超声清洗半个小时，最后在超纯水中冲洗并干燥；S2、采用磁控溅射工艺，在Mo电极层12表面沉积CIS膜层13，溅射靶材为CuNa与In；气源采用氩气，CuNa靶材溅射功率为4.5Kw,In靶材溅射功率为10kW，溅射时间为48秒，Ar流量为240sccm，溅射完成后的进入蒸发腔室，进行Se蒸镀，Se源温度为370°，蒸镀时间为24秒，随后将完成蒸镀的基底在H2S气氛中进行退火处理，退火处理时可采用阶段式退火处理，退火温度400±10℃和550±10℃,退火维持时间分别为300秒；S3、采用磁控溅射工艺，在CIS膜层表面沉积CIGS膜层，溅射靶材为CuNa、CuGa与In；CuGa靶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜铟镓硒叠层薄膜太阳能电池，其特征在于，包括相串联的下电池与上电池，所述下电池包含基底，基底顶面由下至上依次层叠有Mo电极层、CIS膜层、CIGS膜层、下In

【技术特征摘要】
1.一种铜铟镓硒叠层薄膜太阳能电池，其特征在于，包括相串联的下电池与上电池，所述下电池包含基底，基底顶面由下至上依次层叠有Mo电极层、CIS膜层、CIGS膜层、下In2S3膜层、下i-ZnO膜层与下AZO膜层；所述上电池包含带有通孔的玻璃基底，玻璃基底顶面由下至上依次层叠有ITO膜层、CGS膜层、上In2S3膜层、上i-ZnO膜层与上AZO膜层；所述通孔内填充有连接下AZO膜层与上ITO膜层的导电介质。


2.根据权利要求1所述的一种铜铟镓硒叠层薄膜太阳能电池，其特征在于，所述
Mo电极层的厚度为0.5-1.0µm；CIS膜层的厚度为50±20nm；CIGS膜层的厚度为1.5-2µm；下In2S3膜层与上In2S3膜层的厚度均为0.05～0.1µm；下i-ZnO膜层与上i-ZnO膜层的厚度均为0.05～0.1µm；下AZO膜层与上AZO膜层的厚度均为0.5～1.5µm；ITO膜层的厚度为0.5～1.0µm；CGS膜层的厚度为0.2～0.3µm。


3.根据权利要求1或2所述的一种铜铟镓硒叠层薄膜太阳能电池，其特征在于，所述基底的材料采用金属箔、玻璃或塑料。


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【专利技术属性】
技术研发人员：彭寿，徐根保，郭小佳，张建伟，韩福英，孙旭，
申请(专利权)人：凯盛光伏材料有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34