一種cigs基薄膜太陽電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及薄膜太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種具有黃銅礦結(jié)構(gòu)的銅銦鎵硒 (硫）薄膜電池的堿過濾層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球氣候變暖、生態(tài)環(huán)境惡化和常規(guī)能源的短缺，越來越多的國家開始大力 發(fā)展太陽能利用技術(shù)。太陽能光伏發(fā)電是零排放的清潔能源，具有安全可靠、無噪音、無污 染、資源取之不盡、建設(shè)周期短、使用壽命長等優(yōu)勢(shì)，因而備受關(guān)注。銅銦鎵硒（CIGS)是一 種直接帶隙的P型半導(dǎo)體材料，其吸收系數(shù)高達(dá)l〇5/cm，2um厚的銅銦鎵硒薄膜就可吸收 90%以上的太陽光。CIGS薄膜的帶隙從1. 04eV到1. 67eV范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，可實(shí)現(xiàn)與太陽 光譜的最佳匹配。銅銦鎵硒薄膜太陽電池作為新一代的薄膜電池具有成本低、性能穩(wěn)定、抗 輻射能力強(qiáng)、弱光也能發(fā)電等優(yōu)點(diǎn)，其轉(zhuǎn)換效率在薄膜太陽能電池中是最高的，可接近20% 的轉(zhuǎn)化率，因此日本、德國、美國等國家都投入巨資進(jìn)行研究和產(chǎn)業(yè)化。
[0003] 太陽能在環(huán)境上是清潔的并且從某種角度上已經(jīng)成功，但是，在使其進(jìn)入普通百 姓的家庭之前，仍有許多問題有待解決。例如，單晶硅太陽能電池能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)化為電能， 然而，單晶硅材料是比較昂貴的。傳統(tǒng)在使用薄膜技術(shù)制造太陽能電池時(shí)，也存在一些問 題：如傳統(tǒng)的非晶硅薄膜太陽電池效率低，其在使用過程容易造成衰減；而高性能CIGS薄 膜組件的產(chǎn)品良率偏低，并且從高效率薄膜電池到獲得同樣效率的大尺寸組件的過程受復(fù) 雜生產(chǎn)設(shè)備的限制而難以短時(shí)間實(shí)現(xiàn)等。
[0004] 在CIGS薄膜電池中，鈉鈣玻璃基板中的鈉金屬離子通過熱擴(kuò)散進(jìn)入p型光吸收 層，這可以促進(jìn)晶粒生長和影響載流子濃度。換句話說，如果進(jìn)入P型光吸收層的鈉離子 太多或分布不均勻，將容易發(fā)生P型光吸收層從背電極層剝落和光吸收層結(jié)晶不理想等問 題。因此制造一CIGS基薄膜太陽能電池的過程中，對(duì)于均勻控制最佳的鈉離子量進(jìn)入p型 光吸收層是相當(dāng)重要的，它可以改善電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0005] 銅銦鎵硒薄膜太陽能電池基本采用如下結(jié)構(gòu)，先在一基板上沉積鑰電極層，接著 在其上沉積銅銦鎵硒光吸收層，接著沉積硫化鎘緩沖層，接著沉積透明導(dǎo)電氧化物窗口層， 接著是沉積金屬柵狀電極和減反射層。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)會(huì)存在如下問題：若基板為鈉鈣玻璃時(shí)， 在硒化熱處理過程，基板中的鈉離子會(huì)不受控的擴(kuò)散通過鑰電極層進(jìn)入光吸收層中，這會(huì) 影響光吸收層的結(jié)晶狀態(tài)，從而影響電池的轉(zhuǎn)化效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的主要目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題：在硒化和/或硫化過程中， 玻璃基板中的鈉離子會(huì)不受控的熱擴(kuò)散進(jìn)入光吸收層，造成光吸收層的結(jié)晶不理想，從而 導(dǎo)致電池的轉(zhuǎn)化效率較低。
[0007] 本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題采用如下技術(shù)方案：一種CIGS基薄膜太陽 電池的制備方法，該制備方法包括如下步驟：在玻璃基板上形成一含有Li、K中至少一種 元素的堿過濾層、在堿過濾層上形成一金屬背電極層、在金屬背電極層上形成CIGS基光吸 收層、在光吸收層上形成一緩沖層、在緩沖層上形成一n型透明導(dǎo)電膜層，其特征在于：所 述的堿過濾層厚度為1 - 15nm，且允許玻璃基板中的一部分堿金屬離子通過熱擴(kuò)散進(jìn)入到 CIGS光吸收層中，此外，所述的光吸收層中的堿金屬離子可以是從玻璃基板中的堿金屬離 子擴(kuò)散進(jìn)入光吸收層，也可以是從玻璃基板中的堿金屬離子和含有堿金屬離子的銅銦鎵金 屬預(yù)制層中的堿金屬離子一同擴(kuò)散進(jìn)入光吸收層；所述CIGS基光吸收層可由銅銦鎵金屬 預(yù)制層或含有堿金屬離子的銅銦鎵金屬預(yù)制層進(jìn)行硒化和/或硫化熱處理后獲得；所述堿 金屬離子是Na、K、Li中的至少一種，優(yōu)選是Na。
[0008] 所述堿過濾層的厚度為1 _ 15nm，優(yōu)選厚度為2-13nm，更優(yōu)選厚度為3-10nm，最優(yōu) 選厚度為4-8nm。
[0009] 所述堿過濾層優(yōu)選包括由Li、K中的至少一種元素和Si、A1、0三種元素組成；在 Si和A1兩種元素中，Si所占的質(zhì)量百分比為X，其中1. 59wt%彡X〈100wt%。所述堿過濾 層可由濺射鍍膜獲得。
[0010] 所述堿過濾層含有0. 〇〇5-5wt%的Li、K中的至少一種元素，優(yōu)選含有0. 01-4wt% 的Li、K中的至少一種元素，更優(yōu)選含有0. 05-3wt%的Li、K中的至少一種元素，最優(yōu)選含 有0? 08-2wt%的Li、K中的至少一種元素。
[0011] 在優(yōu)選實(shí)施例中，堿過濾層為Li0a-A10b-Si0c堿過濾層（a彡0. 5,b彡1.5， c彡 2)，或是K0a-A10b-Si0c堿過濾層（a彡 0? 5，b彡 1. 5，c彡 2)，或是Li0a-K0b-A10c-Si0d 喊過濾層（a< 0? 5,b< 0? 5,c< 1. 5,d< 2)。
[0012] 所述含有堿金屬離子的銅銦鎵金屬預(yù)制層含有0.Olat% -o. 15at%的堿金屬離 子，優(yōu)選含有〇. 〇2at%-0. 13at%的堿金屬離子，更優(yōu)選含有0. 03at%-0. 12at%的堿金屬 離子，最優(yōu)選含有〇. 〇5at% _0.lat%的堿金屬離子。
[0013] 所述玻璃基板為普通超白鈉鈣玻璃或高應(yīng)變點(diǎn)鈉鈣玻璃。
[0014] 所述含有堿金屬離子的銅銦鎵金屬預(yù)制層是通過含有堿金屬離子的濺射靶材濺 射沉積或在銅銦鎵金屬預(yù)制層上沉積一層含有堿金屬離子的薄膜層。
[0015] 一種CIGS基薄膜太陽電池，其光吸收層選用具有黃銅礦結(jié)構(gòu)的銅銦鎵硒（硫）膜 層或銅銦硒（硫）膜層，緩沖層選用硫化鎘、氧化鋅、硫化鋅、硒化鋅、硫化銦或鋅鎂氧化物 中的一種，窗口層選用IT0(Sn摻雜ln203)、AZ0 (A1 摻雜ZnO)、GZ0(Ga摻雜ZnO)、IZ0(In摻 雜ZnO)、FT0 (F摻雜Sn02)、AT0 (Sb摻雜Sn02)透明導(dǎo)電膜中的至少一種。
[0016] 本發(fā)明提供了一種用于CIGS基薄膜太陽電池的制備方法，即在鈉鈣玻璃基板表 面沉積一層較薄的含有Li、K中至少一種元素的堿過濾層，就能夠有效控制鈉鈣玻璃基板 中的鈉離子熱擴(kuò)散進(jìn)入光吸收層。
[0017] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0018] 在鈉鈣玻璃基板表面沉積一層含有Li、K中至少一種元素的堿過濾層，當(dāng)進(jìn)行硒