[發(fā)明專利]一種柔性不銹鋼襯底銅銦鎵硒薄膜電池及制備方法

無效

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• 申請日: 2011-11-02
• 公開（公告）號: CN102509737A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設計）人: 張毅;孫云;李博研;周志強;劉瑋
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: H01L31/0392
• 分類號: H01L31/0392;H01L31/0749;H01L31/18
• 代理公司: 天津佳盟知識產(chǎn)權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

本發(fā)明涉及太陽電池技術領域，特別是一種柔性不銹鋼襯底銅銦鎵硒薄膜電池及制備方法。

背景技術

在應對全球氣候變暖、人類生態(tài)環(huán)境惡化和常規(guī)能源短缺的危機中，尤其是2009年12月哥本哈根世界氣候大會的召開，越來越多的國家開始大力發(fā)展太陽能利用技術。我國“太陽能行動計劃”規(guī)劃在2050年前后使太陽能成為我國的重要能源。太陽能光伏發(fā)電是一種零排放的清潔能源，具有安全可靠、無噪音、無污染、資源取之不盡、用之不竭、建設周期短、使用壽命長等優(yōu)勢，因而備受關注。Cu(In，Ga)Se₂(CIGS)是一種直接帶隙的p-型半導體材料，其帶隙從1.04eV到1.67eV范圍內連續(xù)可調，可實現(xiàn)與太陽光譜的最佳匹配。在可見光區(qū)域，CIGS吸收系數(shù)高達10⁵/cm，2μm厚的CIGS薄膜就可吸收90％以上的太陽光。以多晶CIGS薄膜為吸收層的銅銦鎵硒薄膜太陽電池具有成本低、效率高、性能穩(wěn)定、抗輻射能力強、弱光性能好等優(yōu)點，在德國、美國、日本等發(fā)達國家受到了極大重視并得到了很大發(fā)展。

柔性不銹鋼襯底CIGS電池由于其可卷曲、不怕摔撞、抗輻射能力強及質功比高等優(yōu)點受到國際光伏界的廣泛關注。在制備CIGS薄膜的過程中，不銹鋼襯底中的Fe會擴散通過Mo背電極而進入CIGS吸收層，造成吸收層電學性能惡化。為了解決不銹鋼襯底中的Fe等雜質進入CIGS吸收層，國際上傳統(tǒng)工藝都采用在不銹鋼襯底上制備一層阻擋層材料，如Al₂O₃和SiO_x等，來阻擋Fe的擴散。因此，該種電池的結構為：不銹鋼箔/阻擋層/底電極/吸收層/緩沖層/窗口層/柵電極。雖然目前采用該種電池結構，已經(jīng)研制出效率為17.5％的電池，但是阻擋層帶來了許多問題。一方面，阻擋層材料與不銹鋼襯底和Mo底電極之間的結合力不佳，會導致不銹鋼襯底CIGS電池失效。另一方面，阻擋效果好的阻擋層需要厚度達到至少3μm，采用的設備主要是PECVD方法，設備昂貴，沉積速率低，設備操作復雜，而且采用的原料為有毒氣體，污染環(huán)境。所以，制備阻擋層材料不僅給柔性不銹鋼襯底銅銦鎵硒太陽電池的工藝增加了復雜性，提高了電池的成本，而且污染環(huán)境，使電池結構復雜化。因此，需要提出新的電池結構，解決柔性不銹鋼襯底電池由于阻擋層的存在造成電池剝落、爆皮。同時，采用新結構的電池要能夠制備出高質量的電池，而CIGS吸收層材料性能對電池性能有決定性作用。因此，開發(fā)新電池結構，解決阻擋層帶來的問題，以及如何制備高質量CIGS薄膜，從而制備出高質量CIGS薄膜電池，具有非常重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是針對上述存在問題，提供一種柔性不銹鋼襯底銅銦鎵硒薄膜電池及制備方法，該薄膜電池中多層膜之間接觸良好，制備工藝簡單且制備效率高。

本發(fā)明的技術方案：

一種柔性不銹鋼襯底銅銦鎵硒薄膜太陽電池，為不銹鋼箔襯底與多層膜組合結構，所述多層膜包括底電極、吸收層、緩沖層、本征ZnO層、摻鋁ZnO層和柵電極并依次疊加構成。

所述襯底為柔性不銹鋼箔，型號為SUS304或SUS430，厚度為0.02-0.2mm。

所述底電極為雙層Mo薄膜，第一層厚度為0.1-0.3微米，第二層厚度為0.8-2.5微米；所述柵電極為Ni/Al柵電極，厚度為2-3μm，柵線寬度為0.8-1.2mm。

所述吸收層為銅銦鎵硒薄膜，厚度為1.5-2.5微米。

所述緩沖層為CdS薄膜，厚度為50-100nm。

所述本征ZnO層厚度為50-200nm；摻鋁ZnO層為AZO薄膜，厚度為400-1000nm。

一種所述柔性不銹鋼襯底銅銦鎵硒薄膜電池吸收層的制備方法，步驟如下：

1)將襯底超聲清洗后，放置在真空室中在300-600℃溫度下加熱，真空度為5×10^-4Pa；

2)采用磁控濺射制備雙層Mo薄膜，工作電流1.2-1.5安培，第一層濺射氣壓1-2Pa，第二層濺射氣壓為0.1-0.2Pa；

3)采用共蒸發(fā)法制備銅銦鎵硒薄膜；

4)采用化學水浴法制備厚度為50-100納米的CdS薄膜，水浴溫度為60-90℃，pH為11.2-12，沉積時間為30-50min；