一种无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池，采用金属栅极层/透明电极层/缓冲层/光吸收层/背电极层/衬底的结构,去除了铜铟镓硒薄膜太阳能典型结构中的本征ZnO窗口层，。本发明专利技术还提供了上述电池的全溅射制备方法。本发明专利技术去除了本征ZnO窗口层，简化了工艺制备步骤，降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电材料新能源
，具体涉及一种无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池作为最有潜力的薄膜太阳能电池之一，具有高吸收系数、带隙可调、抗辐射能力强，性能稳定、弱光性能好、成本低等优点。典型结构为多层膜结构，从入光面开始，依次包括金属栅极层(Al) /透明导电层(AZO) /窗口层(ZnO) /缓冲层(CdS) /光吸收层(CIGS) /背电极层(Mo) /玻璃，其中CIGS吸收层的制备主要采用共蒸发法或溅射后硒化法，如CN02104073和CN201110367960，这两种方法都有工艺过程繁复，难于规模化的缺点。CdS作为缓冲层一般采用化学浴沉积法，这存在着一些缺点(I)Cd对 人体有害，污染环境(2)化学浴沉积法属于湿法制备方法，破坏了采用真空沉积方法制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池的完整性。因此人们致力于干法制备无镉铜铟镓硒薄膜太阳能缓冲层的开发，如专利CN201110294472中用溅射法制备硫化锌(ZnS)缓冲层取代传统的水浴沉积法制备CdS缓冲层，但这个专利仍使用本征ZnO作为窗口层，工艺过程繁复，生产成本较闻。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法，去除了本征ZnO窗口层，简化了工艺制备步骤，降低了生产成本。本专利技术是通过如下技术方案实现的一种无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池，其从上往下依次由透明导电层、缓冲层、光吸收层、金属背电极层和衬底组成。所述金属背电极层为金属Mo层,所述光吸收层为铜铟镓硒(CuInxGahSe2)薄膜，所述缓冲层为ZnS薄膜，所述透明导电层为氧化锌掺铝AZO薄膜。一种无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池，采用全溅射方法，包含以下制备步骤(I)在磁控溅射腔体内安装Mo靶、CuInxGa1^xSe2靶(O彡x彡I)、ZnS靶和AZO靶，并安装清洗好的钠钙玻璃基片，然后对腔体抽真空至lX10_3Pa以下。在通入99. 999%的高纯Ar气，使用射频电源在基片上溅射厚度为O. 5 μ m-1. 5 μ m的Mo薄膜，作为薄膜太阳能电池的背电极，溅射条件为基片温度为25-600°C，靶基距为5-lOcm，Ar气的流量为10-100SCCM，Mo的溅射气压为l_5mTorr，溅射功率为100-400W，相应的溅射时间为20_90mino(2)制备好Mo层后，使用射频电源在镀有Mo的钠钙玻璃基片上溅射厚度为I. 5-3 μ m的CIGS薄膜，作为薄膜太阳能电池的吸收层，溅射条件为基片温度为25_600°C，靶基距为5-10cm, Ar气的流量为10-100SCCM，溅射气压为O. 5-4mTorr,溅射功率为100-400W，溅射时间为l-4h。(3)制备好CIGS层后，使用射频电源溅射厚度为30-100nm的ZnS薄膜，作为薄膜太阳能电池的缓冲层，溅射条件为基片温度为25-600°C，靶基距为5-10cm，Ar气的流量为10-100SCCM，溅射气压为l_5mTorr，溅射功率为100W-400W，溅射时间为2_15min。(4)制备好ZnS层后，使用射频电源溅射厚度为500-1000nm的AZO薄膜，作为薄膜太阳能电池的透明导电层，溅射条件为基片温度为25-600°C，靶基距为5-10cm，Ar气的流量为20-100SCCM，溅射气压为l_4mTorr，溅射功率为100W-400W，溅射时间为10_60min。(5)最后在透明导电层上覆铝金属引线，制成太阳能电池。步骤(I)所述的AZO靶中Al2O3掺杂比例为I. 5%_3%。本专利技术的技术效果体现在现有技术通常认为无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池必须包含有窗口层(本征ZnO)，这样才能够防止电池短路，但是其导致整个太阳能电池工艺过程繁复，生产成本较高。本·专利技术克服了现有技术的偏见，除去了典型铜铟镓硒薄膜太阳能电池结构中的窗口层(本征ZnO)，试验证明，制备得到的电池仍然能正常稳定工作，而且结构简单，简化了其制备工艺，大幅度降低了成本，提闻了良品率。附图说明图I为本专利技术太阳能电池结构示意图。图2为本专利技术实施案例一中所制备的无镉铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池的断面SEM图。图3为本专利技术实施案例一中所制备的无镉铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池的I-V特性曲线图。具体实施例方式下面通过具体实施例和图f 3的阐述，以进一步说明本专利技术实质性特点和显著的进步，但本专利技术绝非仅局限于实施例。实施例一一种无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池，制备步骤如下(I)在磁控溅射腔体内安装Mo靶、CuIna 3Ga0.7Se2靶、ZnS靶和AZO (Al2O3掺杂比例为2%)靶，并安装清洗好的钠钙玻璃基片，然后对腔体抽真空至IXlO-3Pa以下。在通入99. 999%的高纯Ar气，使用射频电源在基片上溅射厚度为I. 2 μ m的Mo薄膜，作为薄膜太阳能电池的背电极，溅射条件为基片温度为25°C，靶基距为9cm，Ar气的流量为30SCCM，Mo的溅射气压为4mTorr，溅射功率为300W，相应的溅射时间为60min。(2)制备好Mo层后，使用射频电源在镀有Mo的钠钙玻璃基片上溅射厚度为2 μ m的CIGS薄膜，作为薄膜太阳能电池的吸收层，溅射条件为基片温度为350°C，靶基距为9cm，Ar气的流量为30SCCM，溅射气压为lmTorr，溅射功率为200W，溅射时间为3h。(3)制备好CIGS层后，使用射频电源溅射厚度为50nm的ZnS薄膜，作为薄膜太阳能电池的缓冲层，溅射条件为基片温度为25°C，靶基距为9cm，Ar气的流量为30SCCM，溅射气压为3. 75mTorr，溅射功率为100W，溅射时间为5min。(4)制备好ZnS层后，使用射频电源溅射厚度为700nm的AZO薄膜，作为薄膜太阳能电池的透明导电层，溅射条件为基片温度为25 °C，靶基距为9cm，Ar气的流量为30SCCM，溅射气压为3mTorr，溅射功率为200W，溅射时间为35min。( 5 )最后在透明导电层上覆铝金属引线，制成太阳能电池。图2为本实施例所制备的无镉铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池的断面SEM照片，从图中可看出薄膜结晶状态良好。图3为本实施例所制备的无镉铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池的I-V特性曲线图，制备得到的电池开路电压为627mV，短路电流密度为15. 6mA/cm2。填充因子为O. 37，光电转化效率为3. 61%。实施例二(I)在磁控溅射腔体内安装Mo靶、CuIna2Gaa8Se2靶、ZnS靶和AZO (Al2O3掺杂比例为2%)靶，并安装清洗好的钠钙玻璃基片，然后对腔体抽真空至IXlO-3Pa以下。在通入 99. 999%的高纯Ar气，使用射频电源在基片上溅射厚度为O. 5μ m的Mo薄膜，作为薄膜太阳能电池的背电极，溅射条件为基片温度为25°C，靶基距为10cm，Ar气的流量为10SCCM，Mo的溅射气压为ITorr，溅射功率为100W，相应的溅射时间为90min。(2)制备好Mo层后，使用射频电源在镀有Mo的钠钙玻璃基片上溅射厚度为I. 5 μ m的CIGS薄膜，作为薄膜太阳能电池的吸收层，溅射条件为基片温度为25°C，靶基距为IOcm, Ar气的流量为10SCCM，溅射气压为O. 5mT本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池，其特征在于，其从上往下依次由透明导电层、缓冲层、光吸收层、金属背电极层和衬底组成。

【技术特征摘要】
1.一种无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池，其特征在于，其从上往下依次由透明导电层、缓冲层、光吸收层、金属背电极层和衬底组成。2.根据权利要求I所述的无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池，其特征在于，所述金属背电极层为金属Mo层，所述光吸收层为铜铟镓硒薄膜，所述缓冲层为ZnS薄膜，所述透明导电层为氧化锌掺铝AZO薄膜。3.制备权利要求I或2所述无镉铜铟镓硒薄膜太阳能电池的方法，具体为 (1)在磁控溅射腔体内安装Mo靶、CuInxGahSe2靶、ZnS靶和AZO祀，并安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：缪向水，向君，黄醒，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：