[發明專利]非真空預定量涂布法制備CIGS太陽能電池光吸收層的方法

有效

• 申請號: 201110068475.0
• 申請日: 2011-03-22
• 公開（公告）號: CN102694057A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 李延輝;呂茂水;張林林;楊田林;吳安琦;孟凡君;宋淑梅
• 申請（專利權）人: 昆山恒輝新能源有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;C23C20/08
• 代理公司: 昆山四方專利事務所 32212
• 代理人: 盛建德

技術領域

本發明涉及一種太陽能電池器件，尤其涉及一種非真空預定量涂布法制備CIGS太陽能電池光吸收層的方法。

背景技術

太陽能具有取之不盡、用之不竭和無污染的資源優勢，太陽能光伏發電是太陽能利用的重要技術。近幾年來，傳統能源的日漸短缺及全球對環境問題的日益重視，使得以光伏產業為代表的可再生能源迎來了發展高峰期。世界太陽能電池市場在2000年以后急速增長，近幾年更是以年30％～40％的增長率飛速發展，按照保守估計，太陽能電池市場將從08年的5.625GW上升至2015年79.53GW，在2030年產量將達到380GW，屆時光伏發電將成為滿足全球能源需求的安全保障之一。目前，商品化的晶硅太陽電池占據光伏市場的大部分，但是，2005年以后光伏晶硅供應開始極度緊張，使得國內外企業紛紛加緊了對薄膜電池大規模生產工藝和生產設備的研制開發，為薄膜太陽能電池提供了快速發展的時機。薄膜太陽能電池具有用料少、工藝簡單、能耗低等成本優勢，還具有容易與建筑完美結合的特點，而且，比晶硅電池成本下降空間要大得多，轉換效率也可以逼近晶體硅。據NanoMarkets預計，到2015年薄膜太陽能電池的發電量將達到26GW，銷售額將超過200億美元，發電成本大約會是8美分/千瓦時。到2030年，發電量將達到133GW，在PV產品的市場占有率也將迅速增長，估計會從由2010年的20％上升到2030年的35％。薄膜太陽能電池成為光伏發電的重要潛在市場，在未來幾年內將以50％左右的年平均增長率增長，在快速增長的整體太陽能電池產業中獨占鰲頭。薄膜太陽能電池材料主要有元素半導體硅基材料如非晶硅(α-Si)、II-VI族材料包括硫化鎘(CdS)、碲化鎘(CdTe)和銅銦鎵硒(CIGS)以及III-V族材料砷化鎵(GaAs)等。非晶硅太陽能電池轉換效率較高、成本較低，是目前薄膜太陽能電池的主流產品，但由于1.7eV的光學帶隙對太陽輻射光譜的長波區域不敏感，限制了該種電池的轉換效率，并且由于光致衰退(S-W)效應，使得電池性能不穩定，因此限制了其應用。硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率介于非晶硅薄膜電池和單晶硅電池之間，成本較低，易于大規模生產，但由于劇毒鎘會造成嚴重環境污染，因此，不是理想的電池材料。砷化鎵材料光學帶隙與太陽光譜匹配，吸收效率高，抗輻照能力強，電池的轉換效率可達28％，開發出的高效聚光太陽電池成功用于軍事和空間技術，但是，GaAs材料的價格昂貴，不利于工業和民用的大規模普及。

銅銦硒薄膜電池被國際上稱為“下一時代非常有前途的新型薄膜太陽能電池”，具有以下優點：是直接帶隙半導體材料，帶隙隨Ga含量變化在1.0～1.6eV之間可調，具有理想的光譜吸收特征，而且吸收系數高(α＞10⁴～10⁵cm^-1)，不存在光致衰退現象，穩定性壽命長達20年，抗輻照性能、弱光性能好，污染小、成本低等優點。其光電轉換效率居各種薄膜太陽能電池之首(20.3％)，與多晶硅太陽能電池接近，成本卻是晶體硅太陽電池的1/3，優勢顯然。此外，該電池具有柔和、均勻的顏色外觀，在現代化高層建筑等領域有很大市場，更加適合與建筑一體化的應用，是對外觀有較高要求場所的理想選擇。盡管存在銦和硒都是稀有元素，對電池發展造成一定影響，但隨著科學和工藝進步，這些問題有望解決。銅銦鎵硒薄膜太陽能電池被認為是最具發展前景新型薄膜光伏電池。預計到2015年，CIGS將占薄膜太陽能市場的43.3％，占總的太陽能市場的13.2％，是未來的投資亮點，前景誘人。CIGS電池無論是在地面陽光發電還是在空間微小衛星動力電源的應用上具有廣闊的前景。

CIGS薄膜太陽能電池是多層膜結構組件，其典型的結構為：Glass或柔性襯底/Mo電極層/ClGS襯底層/CdS或ZnS/ZnO緩沖層/AZO透明導電層，通常的制備順序是在玻璃襯底磁控濺射沉積Mo電極層，真空或非真空方法制備吸收層CIGS，化學浴沉積法(CBD)制備ZnS緩沖層，磁控濺射制備ZnO/ZAO層。