一种柔性铜铟镓硒薄膜太阳能电池制造技术

本发明专利技术公开了一种柔性铜铟镓硒薄膜太阳能电池，其特点是该电池由柔性衬底上依次制备碱性硅酸盐薄膜层、下电极层、铜铟镓硒光吸收层、过渡层、本征氧化锌层、掺铝氧化锌层和上电极层而成。本发明专利技术与现有技术相比具有较高的电池开路电压和填充因子，大大提高了太阳能电池的光转换效率、寿命、质量和性能，制作工艺简单，生产成本低的优点，使我国的太阳能电池能进一步得到广泛的应用和推广。

A flexible copper indium gallium selenide thin film solar cell

The invention discloses a flexible CIGS thin film solar cell, which is characterized by flexible substrates in the cell preparation of alkaline silicate film layer, a lower electrode layer, copper indium gallium selenium light absorbing layer, transition layer, intrinsic layer, Zinc Oxide Zinc Oxide aluminum doped layer and the upper electrode layer formed. Compared with the prior art, has a high open circuit voltage and the fill factor, greatly improving the optical conversion efficiency of solar cells, life, quality and performance, simple manufacturing process, the production cost is low, the Chinese solar battery can be further applied and popularized widely.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能光伏电池，具体地说是一种高光电转换效率的柔性铜铟 镓硒薄膜太阳能电池。
技术介绍
在人类进入二十一世纪，环境污染和能源短缺已愈来愈制约着社会的可持 续发展，太阳能等可再生能源技术代表了清洁能源的发展方向，作为最具可持 续发展理想特征的太阳能光伏发电将进入人类能源结构并成为基础能源的重要组成部分。预计到2030年，光伏发电将成为新能源利用中占重要份额的组成部 分，而太阳能电池制备技术是光伏发电产业发展的基础。太阳能电池的种类， 依材料可分为硅、化合物半导体及有机半导体等材料，依材料制备型态则可分 为块状及薄膜型。铜铟镓硒Cu(In， Ga)Se2 (CIGS)化合物薄膜太阳电池，其光吸收效率高、 户外性能稳定，是目前国际上太阳电池的研究重点，实验室的转换效率高达 19.9% (小面积0.419cm2)。 CIGS化合物具有承受标准配比(1， III和VI族 成分的比例)变化的能力，具有可改变合金成分所带来的设计上的灵活性，而 且其性能长期稳定，抗辐射能力强，制备的电池不存在光致衰退，被一致认为 是硅材料的最佳替代者及下一代空间电源的候选者。CIGS吸收层是CIGS太阳 电池的核心，制备出高质量的CIGS吸收层是获得高性能太阳电池的关键。要获 得高质量的CIGS吸收层需要满足两个条件高温沉积CIGS吸收层，衬底的温 度在沉积CIGS吸收层时必须有部分阶段达到500—600。C;其次CIGS吸收层内 部含有约O. lat. X的Na元素，它能显著提高CIGS太阳电池的效率和重复性。目前，人们主要利用纳钙玻璃基片做为衬底材料，采用多元共蒸发法或磁控溅射法成膜工艺制备CIGS薄膜太阳能电池，Na的掺入是通过纳钙玻璃衬底内 的Na通过背电极Mo扩散到CIGS层内或蒸发含Na物质预置层来实现。两种物理气 相制备方法都涉及在H2Se气氛下，对金属预置层铜铟镓CuInGa及硒膜，进行加 热硒化。采用H2Se进行硒化的缺点是H2Se的毒性很大，因此对于大规模生产环境 的人们十分危险。另外，传统的CIGS薄膜太阳能电池采用刚性的玻璃基底和钼 作为背电极，由于玻璃和钼的热膨胀系数的差异，直接在玻璃上溅射的钼电极 和后续制备的铜铟镓硒吸收层在高温褪火处理会很容易出现皲裂、剥落的现象， 从而严重影响电池的性能。玻璃基片的使用还导致所生产的电池板或组件笨重、 不易安装或携带。柔性C1GS薄膜太阳电池不但具有质量轻、可弯曲、不怕摔碰、 功率高、显著降低发射成本等优点，而且在空间高能粒子的辐照下具有很好的 稳定性，在空间领域具有很强的应用前景。另外，柔性衬底太阳电池可采用绕 带式沉积，利于实现大规模生产，并显著降低生产成本。因此，采用轻质柔性 基板如不锈钢、钛、不锈钢、氧化锆或聚酰亚胺等为衬底，研制高效率轻质柔 性C1GS薄膜太阳电池是突破传统的光伏电池的应用受地域、时间、空间等环境 因素制约的关键技术，对于推动光伏产业的发展意义十分重大。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足而提供的 一种柔性铜铟镓硒薄膜太阳 能电池，它采用柔性衬底有效地改善了铜铟镓硒薄膜的制作工艺，提高了电池 的开路电压和填充因子及铜铟硒太阳能电池的光转换效率，结构简单，制作方 便，无污染，稳定性能好。实现本专利技术的具体技术方案是 一种柔性铜铟镓硒薄膜太阳能电池，其特 点是该电池由柔性衬底上依次制备碱性硅酸盐薄膜层、下电极层、铜铟镓硒 (Cu(In， Ga)Se2)光吸收层、过渡层、本征氧化锌(Zn0)层、掺铝氧化锌(AZ0)层和上电极层而成。所述柔性衬底为钛、合金铝、钼、不锈钢、氧化锆或聚酰亚胺薄片，采用功率为20~ 50W的等离子体对其进行辉光处理，薄片厚度为20 200um。所述碱性硅酸盐薄膜层采用磁控溅射法在柔性衬底上制备厚度为 100 150nm含钠的碱性硅酸盐薄膜，其溅射靶材为含纳的玻璃，溅射压力为 1.0 2.0Pa,射频功率为150~ 300W,沉积时间为40~ 90分钟。所述下电极层采用Cu/Mo (铜/钼)合金，其膜层厚度为800nm lum。 所述铜铟镓硒(Cu(In， Ga)Se2)光吸收层采用CuInGaSe四元单靶加温磁 控溅射法或多靶溅射沉积CuInGa预制层，然后利用固体硒粉两步法对预制层 进行硒化制备黄铜矿相铜铟镓硒(Cu(In， Ga)Se2)光吸收层，其膜层厚度为 1. 5 2. 5um。所述过渡层为水浴法制备的CdS或ZnS层，其膜层厚度为40 60nm。 所述本征氧化锌(ZnO)层和掺铝氧化锌(AZO)层采用RF磁控溅射法制备，本征氧化锌(ZnO)层厚度为50 100nm，惨铝氧化锌(AZO)层厚度为600~ 2000nm。所述上电极层采用铝(Al)或银(Ag)，其膜层厚度为2 10um。所述CuInGaSe四元单靶为CuIm—xGaxSey,合金靶，其中x值为0. 2 0. 35，y值为2 5，衬底温度为450~550°C。所述CuInGa预制层采用原子比为1:1. 0 1. 3的Culn合金靶材和原子比为1:0. 5 1的CuGa合金靶材，通过共溅或交替溅射制备CuIn/CuGa/……/CuIn/CuGa纳米级交替预制层，然后利用固体硒粉两步法对铜铟镓预制层进行硒化。本专利技术与现有技术相比具有较高的电池开路电压和填充因子，制作工艺简单，生产成本低的优点，大大提高了太阳能电池的光转换效率、寿命、质量和性能，使我国的太阳能电池能进一步得到广泛的应用和推广。附图说明图1为本专利技术结构示意图 具体实施例方式参阅附图1，本专利技术由柔性衬底1上依次制备碱性硅酸盐薄膜层2、下电极 层3、铜铟镓硒(Cu(In， Ga)Se2)光吸收层4、过渡层5、本征氧化锌(Zn0) 层6、掺铝氧化锌(AZ0)层7和上电极层8而成的柔性铜铟镓硒薄膜太阳能电 池。上述柔性衬底1为钛、合金铝、钼、不锈钢、氧化锆或聚酰亚胺薄片，采 用功率为20~ 50W的等离子体对其进行辉光处理，薄片厚度为20~ 200um。上述碱性硅酸盐薄膜层2采用磁控溅射法在柔性衬底1上制备厚度为 100 150nm含钠的碱性硅酸盐薄膜层2，其溅射耙材为含纳的各种玻璃，溅射 压力为1. 0~ 2. OPa，射频功率为150~ 300W，沉积时间为40~ 90分钟。上述下电极层3采用Cu/Mo (铜/钼)合金，其膜层厚度为800nm lum。上述铜铟镓硒(Cu(In， Ga)Se2)光吸收层4采用CuInGaSe四元单靶加温 磁控溅射法或多靶溅射沉积CuInGa预制层，CuInGa预制层采用原子比为 1:1.0 1.3的CuIn合金耙材和原子比为1:0. 5 1的CuGa合金靶材，通过共 溅或交替溅射制备CuIn/CuGa/……/CuIn/CuGa纳米级交替的预制层，然后利 用固体硒粉两步法对铜铟镓预制层进行硒化制备黄铜矿相 铟镓硒(Cu(In， Ga)Se2)光吸收层4，其膜层厚度为1.5 2.5um。 CuInGaSe四元单靶为 CuIm-xGaxSe,合金靶，其中x值为0.2 0.35， y值为:2 5，衬底温度为 450 550°C。上述过渡层5为CdS或ZnS层，采用水浴法制备，其膜层厚度为40 60nm。 上述本征氧化锌(ZnO)层6和掺铝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性铜铟镓硒薄膜太阳能电池，其特征在于该电池由柔性衬底上依次制备碱性硅酸盐层、下电极层、铜铟镓硒（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ↓［２］）光吸收层、过渡层、本征氧化锌（ＺｎＯ）层、掺铝氧化锌（ＡＺＯ）层和上电极层而成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄素梅，王正安，孙卓，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]