[發明專利]銅銦鎵硒薄膜太陽能電池組件及其光吸收層的制備方法

有效

• 申請號: 201110331329.2
• 申請日: 2011-10-26
• 公開（公告）號: CN102354711A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 肖旭東;楊春雷;劉壯
• 申請（專利權）人: 香港中文大學;中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/032;H01L31/18
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 吳平

【技術領域】

本發明涉太陽能電池技術，特別是涉及一種銅銦鎵硒薄膜太陽能電池組件及其光吸收層的制備方法。

【背景技術】

研究發現，銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的銅銦鎵硒光吸收層的禁帶寬度呈V型分布時能有效的改善光伏電池器件的電學性質，相對于平坦的能帶分布或者單向的能帶分布情形，具有V型雙梯度結構的銅銦鎵硒半導體薄膜可以在保證較好電流收集效率的情況下提升開路電壓。但具有V型分布的能帶結構的太陽能電池，由于其光吸收層的能帶具有很寬的分布，從而導致其在長波段的吸收邊不陡峭，對截止能量附近的長波光子吸收不充分，即使增加光吸收層厚度也不能很好地改善這個性能。

傳統的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的制備是通過臺階式蒸發方法制備銅銦鎵硒薄膜，第一步是在相對較低的襯底溫度下，同時蒸發銦鎵硒三種物質，第二步再在較高的襯底溫度下蒸發銅和硒，第三步再次同時蒸發銦鎵硒三種物質。通過控制三個階段中蒸發的元素之間的比例和工藝時間，并通過較高襯底溫度下的元素擴散，來粗略地實現銅銦鎵硒薄膜的V型禁帶寬度分布的雙梯度帶隙。這種三步共蒸法的過程控制比較復雜，而且在蒸發過程中沒有精確控制各物質之間的比例，這種制備方法不能精確地實現理論設計的能帶結構，從而影響銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的電學性質。

【發明內容】

基于此，有必要提供一種光吸收率高和電學性質優良的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池組件。

進一步，提供上述銅銦鎵硒薄膜太陽能電池組件的光吸收層的制備方法。

一種銅銦鎵硒薄膜太陽能電池組件，包括依次疊合的襯底、背電極層、光吸收層、緩沖層、窗口層、透明電極層和金屬柵電極層，所述光吸收層的禁帶寬度在厚度方向上呈中間平、兩側逐漸升高的梯形分布。

在優選的實施例中，所述光吸收層包括依次疊合的第一光吸收層、第二光吸收層和第三光吸收層，其中所述第三光吸收層遠離所述第二光吸收層的一側為太陽光的入光面；

所述第一光吸收層中，鎵的質量與鎵和銦的質量之和的比值自靠近所述第二光吸收層的一側沿垂直所述第一光吸收層的方向至所述第一光吸收層的另一側由0.2逐漸并均勻地增加至0.4；

所述第二光吸吸收層中，鎵的質量與鎵和銦的質量之和的比值自靠近所述第三光吸收層的一側沿著垂直所述第二光吸收層的方向至所述第二光吸收層的另一側保持0.2不變；

所述第三光吸收層中，鎵的質量與鎵和銦的質量之和的比值自入光面沿著垂直所述第三光吸收層的方向至所述第三光吸收層靠近所述第二光吸收層的一側由0.3逐漸并均勻地減少至0.2。

在優選的實施例中，所述第一光吸收層、第二光吸收層和第三光吸收層中，硒∶(銦+鎵)∶銅的質量比為2∶1∶1。

在優選的實施例中，所述光吸收層的厚度為2～2.8微米。

在優選的實施例中，所述第一光吸收層的厚度為1000～1500納米，所述第二光吸收層的厚度為500～1000納米，所述第三光吸收層的厚度為500～800納米。

一種銅銦鎵硒薄膜太陽能電池組件的光吸收層的制備方法，將襯底維持在450～600℃，將銅銦鎵硒四種物質分別在不同的溫度下同時蒸發；蒸發過程包括以下三個階段，其中在三個階段中，銅的蒸發溫度始終保持1300～1500℃之間，硒的蒸發溫度始終保持200～300℃之間：

第一階段：在8～10分鐘的時間內，開始時銦的蒸發溫度在800～1000℃之間，然后逐漸并均勻地升高20～30℃；開始時鎵的蒸發溫度在900～1100℃之間，然后逐漸并均勻地降低20～30℃，以形成第一光吸收層；

第二階段：第一階段結束后，保持銦和鎵的蒸發溫度不變，蒸發8～10分鐘形成第二光吸收層；

第三階段：第二階段結束后，在2～4分鐘的時間內，逐漸并均勻地將鎵的蒸發溫度升高10℃，同時逐漸并均勻地將銦的蒸發溫度降低10℃，以形成第三光吸收層，最終得到所述銅銦鎵硒薄膜太陽能電池組件的光吸收層。

在優選的實施例中，在所述三個蒸發階段中，銅的蒸發量與銦和鎵的蒸發量之和的比值為0.8～0.95。

在優選的實施例中，蒸發過程中，分別實時監測銅、銦、鎵和硒四種蒸發源的蒸發溫度并通過監測結果反饋調節控制蒸發溫度，同時分別實時監測襯底上的銅、銦、鎵和硒四種元素的蒸發量并通過監測結果反饋調節控制蒸發溫度。