薄膜光伏电池及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种薄膜光伏电池及其制造方法。所述薄膜光伏电池包括衬底、电极层、ｐ型吸收层、ｎ型缓冲层、高阻层、窗口层；所述衬底、电极层、ｐ型吸收层、ｎ型缓冲层、高阻层、窗口层按着从下到上的顺序层叠设置；所述窗口层是近红外波段低吸收高电导ＺｎＯ基透明导电窗口层；所述薄膜光伏电池采用陷光结构。所述薄膜光伏电池的制造方法包括：提供衬底；沉积电极层；沉积ｐ型吸收层；沉积ｎ型缓冲层；沉积高阻层；沉积近红外低吸收ＺｎＯ基窗口层；形成陷光结构。所述薄膜光伏电池的吸收层厚度较小，并且有效光利用率较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
铜铟镓硒/铜铟硒(CIGS/CIS)薄膜光伏电池具有低成本、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光伏电池。人们对其研究兴起于上个世纪 八十年代初，经过二十多年发展，CIGS/CIS薄膜光伏电池的理论研究以及制备工艺取得了 可喜的成果，目前其最高实验室光电转化效率达到19.9% (NREL)，是目前转化效率最高的 薄膜光伏电池。传统CIGS/CIS薄膜光伏电池的吸收层吸收长波的波长上限可以达到llOOnm，吸 收层在近红外波段的光吸收系数与在可见光波段相比下降一个数量级，为了保证入射光的 充分吸收，传统CIGS/CIS薄膜光伏电池的吸收层厚度一般大于2 μ m。因此，传统CIGS/CIS 薄膜光伏电池的吸收层较厚，需要消耗更多的材料，增加材料成本。此外，传统CIGS/CIS薄膜光伏电池一般采用AZO (ZnO Al，含Al约2wt % )薄膜作 为窗口层，AZO薄膜具有可见光波段透过率较高、导电性较好、氢等离子体还原环境下稳定 性好、无毒以及成本低廉等优点。但是AZO薄膜具有较高的载流子浓度(102° IO21CnT3)， 因此AZO薄膜在近红外波段具有较高的自由载流子吸收。为了降低窗口层的电阻，电池组 件的窗口层厚度一般达到1 μ m。在入射光传播路径中，光首先进入窗口层再进入吸收层，除 了光反射带来的损耗外，较厚的窗口层也引起了入射光的吸收损耗，从而降低CIGS/CIS薄 膜光伏电池的有效光利用率，最终降低电池性能。
技术实现思路
有鉴于此，有必要针对传统薄膜光伏电池吸收层较厚且有效光利用率不高的问 题，提供一种能大幅降低电池吸收层厚度，节约原材料，并显著提高有效光利用率的薄膜光 伏电池。一种薄膜光伏电池，包括衬底、电极层、ρ型吸收层、η型缓冲层、高阻层、窗口层； 所述衬底、电极层、P型吸收层、η型缓冲层、高阻层、窗口层按着从下到上的顺序层叠设置； 所述窗口层是近红外波段低吸收高电导ZnO基透明导电窗口层，并且所述窗口层采用陷光 结构。优选的，所述陷光结构是涟漪形状、V型沟槽、杂乱或均勻分布的金字塔形状中的一种。优选的，所述电极层、ρ型吸收层、η型缓冲层、高阻层也是采用陷光结构。优选的，所述衬底、电极层、ρ型吸收层、η型缓冲层、高阻层也是采用陷光结构。优选的，所述窗口层中Al的含量为0.01wt% _2wt%，H的含量为0-0. 5wt%。优选的，所述ρ型吸收层的厚度为0. 3 μ m-2 μ m。优选的，所述窗口层的厚度为0. 5μπι-1. 5μπι。此外，还提供一种薄膜光伏电池的制造方法。一种薄 膜光伏电池的制造方法，包括提供衬底；沉积电极层；沉积P型吸收层； 沉积η型缓冲层；沉积高阻层；沉积近红外低吸收ZnO基窗口层；形成陷光结构。优选的，所述形成陷光结构的方法是采用酸性溶液刻蚀窗口层的表面或采用离子 束刻蚀窗口层的表面。优选的，所述形成陷光结构的方法是采用酸性溶液刻蚀或采用离子束刻蚀电极层 的表面。优选的，所述形成陷光结构的方法是采用喷砂、轧制、酸性溶液刻蚀或离子束刻蚀 衬底表面。优选的，所述沉积近红外低吸收ZnO基窗口层的方法是磁控溅射含适量Al2O3的 ZnO靶材，并在溅射过程中导入适量Η2。优选的，所述沉积近红外低吸收ZnO基窗口层的方法中所使用靶材为含 0. 01wt% -2wt% Al2O3的ZnO靶材，沉积过程中通入的H2/Ar气体流量比值为0-0. 03。上述薄膜光伏电池采用陷光结构，入射光入射到这些结构表面上时，发生散射，改 变传播方向，使得入射光线在电池内易进难出，并且入射光在电池内部进行多次的反射，增 加了入射光在电池内传播的光程，只用较薄的吸收层就能保证入射光的吸收，从而大幅降 低吸收层厚度，节约原材料。并且电池采用近红外低吸收ZnO基窗口层，降低了入射光在窗 口层中的吸收损耗，使得绝大部分入射光得以被吸收层吸收，产生光生电流，因此提高了电 池有效光利用率。附图说明图1是CIGS/CIS薄膜光伏电池第一实施方式的示意图。图2是CIGS/CIS薄膜光伏电池第二实施方式的示意图。图3是CIGS/CIS薄膜光伏电池第三实施方式的示意图。图4是三种CIGS薄膜光伏电池的有效光利用率与入射光波长的关系示意图。具体实施例方式图1是CIGS/CIS薄膜光伏电池第一实施方式的示意图。从下到上分别为衬底201、 电极层202、p型吸收层203、n型缓冲层204、高阻层205和窗口层206。衬底201可以是钠 钙玻璃衬底，电极层202可以是钼电极层，ρ型吸收层203的材料为CIGS/CIS，η型缓冲层 204的材料为CdS，高阻层205的材料为ZnO，窗口层206是近红外波段低吸收高电导ZnO基 透明导电窗口层，窗口层206采用陷光结构。陷光结构是指表面凹凸不平的形状。具体可以是涟漪形状、V型沟槽、杂乱或均勻 分布的金字塔形状等等。陷光结构可以使光发生散射，改变传播方向，从而使得入射光线 “陷入”电池内，易进难出，提高了光的利用率。第一实施方式的CIGS/CIS薄膜光伏电池20的制造方法如下以2mm厚的平板钠钙玻璃为衬底201，用直流磁控溅射工艺溅射钼金属靶材沉积 钼电极层(即电极层202)，厚度为2μπι;用磁控溅射后硒化工艺沉积CIGS吸收层(即ρ 型吸收层203)，厚度为0. 5 μ m ；用化学水浴法沉积CdS缓冲层(η型缓冲层204)，厚度为0. 05 μ m ；用射频磁控溅射工艺溅射ZnO陶瓷靶材沉积本征ZnO高阻层(即高阻层205)，厚 度0. 05 μ m ；用射频磁控溅射工艺溅射掺杂Al2O3浓度0. 2wt %的AZO陶瓷靶材，溅射开始 前将真空腔内气压抽到低于2xl(T4帕斯卡，通入氩气作为溅射气体，同时通入氢气进行掺 杂，通入氢气量为通入氩气量的0. 3%，维持溅射时真空腔气压为0. 17帕斯卡，沉积近红外 低吸收ZnO基窗口层(即窗口层206)，厚度为1 μ m。用0. 5%浓度稀盐酸溶液刻蚀窗口层 206的上表面，形成陷光结构。窗口层206的陷光结构还可以采用离子束刻蚀的方法来制作。CIGS/CIS薄膜光伏电池20采用陷光结构使得入射光在电池内部进行多次来回反 射，从而提高入射光在CIGS/CIS薄膜光伏电池20内的传播光程，使得入射光得以被充分吸 收，从而可以大幅降低P型吸收层203的厚度(厚度是0. 5 μ m)，相应可以降低CIGS/CIS薄 膜光伏电池20的材料成本，并提高入射光利用率。窗口层206是CIGS/CIS薄膜光伏电池20的关键膜层，与常规AZO透明导电窗口 层相比，其Al掺杂浓度下降，并且在沉积过程中导入适量的氢气。Al掺杂浓度的降低减少 了窗口层206中的载流子浓度，但增加了载流子迁移率，H的掺杂可以降低ZnO多晶薄膜 的晶格间隙中的高能级势垒，进一步增加载流子迁移率。通过载流子迁移率的增加可以补 偿载流子浓度降低带来的薄膜电学性质下降，从而使得窗口层206得以维持较高的导电能 力，并且使得由自由载流子吸收带来的窗口层206近红外波段吸收损耗得以大大降低。窗口层206可以通过磁控溅射的方法实现。使用掺杂Al2O3浓度低于2衬％的 AZO靶材作为溅射靶材，或者采用多靶材共溅射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜光伏电池，其特征在于：包括衬底、电极层、ｐ型吸收层、ｎ型缓冲层、高阻层、窗口层；所述衬底、电极层、ｐ型吸收层、ｎ型缓冲层、高阻层、窗口层按着从下到上的顺序层叠设置；所述窗口层是近红外波段低吸收高电导ＺｎＯ基透明导电窗口层，并且所述窗口层采用陷光结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋秋明，肖旭东，强骥鹏，施成营，刘壮，陈旺寿，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]