一种高效薄膜太阳能电池光吸收层的制备方法技术

本发明专利技术涉及半导体薄膜的制备中光伏新能源技术领域，特别涉及一种高效薄膜太阳能电池光吸收层的制备方法，将Ｃｕ↓［２］Ｓ、Ｓ加入到联氨溶液中混合均匀得溶液Ａ；将Ｉｎ↓［２］Ｓｅ↓［３］和Ｓｅ加入到联氨溶液中或将Ｉｎ↓［２］Ｓ↓［３］和Ｓ加入到联氨溶液中制得溶液Ｂ；将Ｓｅ或Ｓ加入到联氨溶液中制得溶液Ｃ；将Ｇａ和Ｓｅ加入到联氨溶液中或将Ｇａ和Ｓ加入到联氨溶液中制得溶液Ｄ；将上述制备而得的溶液Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ或Ａ、Ｂ、Ｃ混合制成反应前驱体溶液；然后将前驱体溶液采用物理法覆在导电衬底上制备ＣＩＧＳ薄膜。本发明专利技术同现有技术相比，工艺简单，可精确调控吸收层中各金属原子比例，且能保持１４～１８％的较高的光电转化效率，免除硒化或硫化后处理工艺。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体薄膜的制备中光伏新能源
，特别涉及一 种高效薄膜太阳能电池光吸收层的制备方法。 铜铟(镓)硒(硫)包括铜铟镓硒(Cu(In，Ga)Se2)、铜铟硒(CuInSe2) 或铜铟镓硫(Cu(In，Ga)S2)、铜铟硫(CuInS2)薄膜(统称CIGS)太阳 能电池是20世纪80年代后期开发出来的新型化合物半导体太阳能电池。 CIGS电池的典型结构为玻璃(不锈钢)衬底、背电极层(Mo)、吸收层 (CIGS)、缓冲层(CdS)、双层结构的ZnO窗口层、本征ZnO(i-ZnO)层、掺 Al低阻透明ZnO(Al:ZnO)层和铝电极。其中CIGS薄膜为光吸收层，是 CIGS太阳电池的核心材料。制备高效CIGS电池的关键之一是要获得高 质量的CIGS多晶薄膜。高质量的CIGS薄膜应该偏离材料化学计量比较小， 具有单一黄铜矿结构，具有较好的致密性及较大的晶粒。这样材料的光 学和电学特性就相应较好，从而有利于电池转换效率的提高。目前制备CIGS吸收层主要有三种方法磁控溅射、真空(电子束) 蒸发、电化学沉积法。真空(电子束)蒸发法，包括两种工艺，分别是 (1)共蒸Cu、 In、 Ga合金预制膜，然后硒(硫)化。(2)Cu、 In、 Ga、 Se (S)共蒸发；磁控溅射一般首先溅射CuIn和CuGa沉积CuInGa合金预 制层，然后硒(硫)化；电化学沉积法则采用电沉积和硒(硫)化退火 的方法在镀钼电极的基片上制备出高质量的CIGS多晶薄膜。现有技术采用的磁控溅射、共蒸发、电镀等方法制备的CIGS太阳能 电池转换效率较高，但是需要高真空系统进行薄膜的制备，成本较高，大面积制备均匀性较差，硒(硫)工艺温度较高(400-550°C)，且硒(硫) 化过程中使用的仏Se (H2S)或Se (S)均是剧毒物质，环保成本高，对 其保存和使用的操作要求比较严格，严重影响了CIGS的制备。 本专利技术的目的是提供一种高效CIGS薄膜太阳能电池光吸收层的制 备方法，不但可以低成本制备CIGS薄膜，而且可以避免硒(硫)化后 处理过程，操作简易，有利于大面积生产和环保要求及光伏能源的开发 利用。为实现上述目的，本专利技术一种高效薄膜太阳能电池光吸收层的制备 方法，其特征在于首先，制备反应前驱体溶液a、 在无氧干燥的惰性气氛中分别制备如下4种溶液将Cu2S、 S 加入到联氨溶液中混合均匀得溶液A;将In2Se3和Se加入到联氨溶液中 或将In^和S加入到联氨溶液中制得溶液B;将Se或S加入到联氨溶 液中制得溶液C;将Ga和Se加入到联氮溶液中或将Ga和S加入到联氨 溶液中制得溶液D;b、 制得反应前驱体溶液取上述制备而得的溶液A、 B、 C、 D或A、 B、 C混合后放入干燥器中，经充分搅拌过滤，制得反应前驱体溶液；然后，采用物理方法制备CIGS薄膜在惰性气氛中将制备的反应 前驱体溶液采用物理法覆在导电衬底上，经热处理后制得CIGS薄膜。通过调节溶液A、 B、 C、 D的浓度和体积比，从而控制CIGS薄膜中 Cu: In: Ga: Se或S原子摩尔比为l: 0. 7 1: 0 0. 3: 2。所述导电衬底为In203:Sn或Sn(kF或ZnO:Al或Mo或Al或Ag。所述物理方法为旋涂法或提拉法或丝网印刷法或喷涂法。 本专利技术同现有技术相比，采用化学反应制备前驱体溶液后经旋涂等物理方法制备的CIGS太阳能电池光吸收层，其制备工艺简单，可精确 控制和调节吸收层中各金属原子比例，且能保持14 18%的较高的光电 转化效率，更适合于工业化大面积生产和开发新一代光伏材料；且制备 的高效CIGS薄膜太阳能电池光吸收层还具有沉积温度低、设备简单、 成本低、效率高、性能稳定和免除复杂的硒化或硫化后处理工艺等优点。 [附图说明]图1为本专利技术中CIGS薄膜太阳能电池的结构示意图。 图2为本专利技术一个实施例中CIGS薄膜太阳能电池的电流一电压曲线图。图3为本专利技术另一个实施例中CIGS薄膜太阳能电池的电流一电压曲 线图。图4为本专利技术又一个实施例中CIGS薄膜太阳能电池的电流一电压曲 线图。指定图l为摘要附图。 实施例l首先，在氮气保护气氛中分别制备如下溶液制备溶液A:称取l. 283g Cu2S、 0.512gS加入到16mL的联氨溶液中， 经10h的搅拌反应后静置形成澄清黄色溶液A;制备无色溶液B:将2.486g In2Se:^P0.421g Se溶解在16mL的联氨溶 液中制备得到；制备溶液C:将1.264g的Se溶解到8mL的联氨中反应而成；制备溶液D:继续称取0.561g Ga、 1. 264g Se置于16mL的联氨溶液 中得到无色溶液D。然后，分别移取溶液A 2. OmL、溶液B 2. 3mL、溶液C 2. 5mL和溶液D 1.2mL，混合放入干燥容器中，经充分搅拌过滤后，在氮气氛围中采用 旋涂法以850rpm的转速涂覆到镀Mo玻璃衬底上，经300。C恒温10min热处 理后，以10 25。C/min的程序升温至450 55(TC，保持45min，最终得 到Cu(In,Ga)Se2薄膜，即铜铟镓硒薄膜，采用本例中制备方法制备的铜 铟镓硒薄膜，再按图1所示的结构制备的CIGS薄膜太阳能电池，用100w 的模拟太阳光照射CIGS薄膜太阳能电池，电流-电压曲线参见图2，从图 上可以看出，所制备的太阳能电池开路电压为635mV，短路电流密度为 35. 2mA/cm—2，光电转换效率达到15. 2%。实施例2首先，在氮气保护气氛中分别制备如下溶液制备溶液A:称取O. 803g的Cii2S、 0. 321g的S加入到10mL的联氨溶 液中，经10h的搅拌反应后静置形成溶液A;制备溶液B:将2.3411g的lri2Se3和0.395g的Se溶解在10mL的联氨 溶液中制备得到；制备溶液C:将0.956g的Se溶解到5mL的联氨中反应而成。然后，分别移取溶液A 2.0mL、溶液B 2. OmL、溶液C 2.4mL，混合 放入干燥容器中，经充分搅拌过滤后，在氮气氛围中采用喷涂法涂覆到 镀Mo玻璃衬底上，经30(TC恒温5min热处理后，以10 25tVmin的程序 升温至450 55(TC，保持45min，最终得到CuInSe2薄膜，即铜铟硒薄膜，采用本例中制备方法制备的铜铟镓硒薄膜，再按图l所示的结构制备CIGS薄膜太阳能电池，用100w的模拟太阳光照射CIGS薄膜太阳能电池， 电流-电压曲线参见图3，从图上可以看出，所制备的太阳能电池开路电 压为622mV，短路电流密度为34. 3mA/cm—2,光电转换效率达到14. 5%。 实施例3首先，在氮气保护气氛中分别制备如下溶液制备溶液A:称取0.955g的Cu2S和0. 382g的S加入到12mL的联氨溶 液中，经10h的搅拌反应后静置形成溶液A;制备溶液B:将1.9434g的lri2S3和0. 1909g的S溶解在12mL的联氨溶 液中制备得到；制备溶液C:将0.384g的S溶解至lj6mL的联氨中反应而成。然后，分别移取溶液A 4.0mL、溶液B 4. OmL、溶液C 1. 6mL，混合 放入干燥容器中，经充分搅拌过滤后，在氮气氛围中采用喷涂法涂覆到 镀Mo玻璃衬底上，经300。C恒温5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效薄膜太阳能电池光吸收层的制备方法，其特征在于：　（１）制备反应前驱体溶液：　ａ、在无氧干燥的惰性气氛中分别制备如下４种溶液：将Ｃｕ↓［２］Ｓ、Ｓ加入到联氨溶液中混合均匀得溶液Ａ；将Ｉｎ↓［２］Ｓｅ↓［３］和Ｓｅ加入到联氨溶液中或将Ｉｎ↓［２］Ｓ↓［３］和Ｓ加入到联氨溶液中制得溶液Ｂ；将Ｓｅ或Ｓ加入到联氨溶液中制得溶液Ｃ；将Ｇａ和Ｓｅ加入到联氨溶液中或将Ｇａ和Ｓ加入到联氨溶液中制得溶液Ｄ；　ｂ、制得反应前驱体溶液：取上述制备而得的溶液Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ或Ａ、Ｂ、Ｃ混合后放入干燥器中，经充分搅拌过滤，制得反应前驱体溶液；　（２）采用物理方法制备ＣＩＧＳ薄膜：在惰性气氛中将制备的反应前驱体溶液采用物理法覆在导电衬底上，经热处理后制得ＣＩＧＳ薄膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潘丽坤，曹美玲，林丽锋，
申请(专利权)人：华东师范大学，上海纳晶科技有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]