[發明專利]銅銦鎵硒太陽能電池裝置及其制備方法

有效

• 申請號: 201110422209.3
• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN102522437A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 尹苓;肖旭東;張康
• 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: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;H01L31/18;C23C28/00
• 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】

本發明涉及太陽能電池領域，尤其涉及一種銅銦鎵硒太陽能電池裝置及其制備方法。

【背景技術】

銅銦鎵硒(CIGS)薄膜光伏電池具有低成本、高效率、穩定性好等優點，是公認的最具有發展和市場潛力的第二代太陽能電池。人們對其研究興起于上個世紀八十年代初，經過三十多年發展，CIGS薄膜太陽能電池的理論研究以及制備工藝取得了可喜的成果。CIGS薄膜太陽能電池的最高實驗室光電轉化效率達到20.3％，是目前轉化效率最高的薄膜光伏電池。

傳統的CIGS薄膜光伏電池普遍采用ZnO:Al透明電極作為窗口層，由于ZnO:Al薄膜具有較高的載流子濃度(10²⁰～10²¹cm^-3)，使得薄膜在近紅外波段具有較高的自由載流子吸收，此部分的光損耗，降低了電池的有效光利用率，最終降低了電池性能。盡管研究工作者通過對薄膜工藝進行改善，降低Al的濃度同時進行摻H處理，或者對窗口層進行絨面處理形成陷光結構，但是這些方法并不能完全避免窗口層薄膜在近紅外波段的吸收損耗，而且使電池的制備工藝更加繁瑣，不利于CIGS薄膜電池成本的降低。

【發明內容】

基于此，有必要提供一種有效光利用率較高的銅銦鎵硒太陽能電池裝置及其制備方法。

一種銅銦鎵硒太陽能電池裝置，包括依次層疊設置的襯底、背電極層、銅銦鎵硒光吸收層、緩沖層、阻擋層及導電窗口層，所述導電窗口層為n型的石墨烯薄膜。

在優選的實施方式中，所述n型的石墨烯薄膜包括多層層疊設置的單層石墨烯。

進一步優選的，所述多層是4層。

在優選的實施方式中，所述襯底的材料為玻璃、不銹鋼或柔性聚合物；所述背電極層的材料為鉬；所述緩沖層的材料為硫化鎘；所述阻擋層的材料為i-ZnO。

一種銅銦鎵硒太陽能電池裝置的制備方法，包括如下步驟：在襯底上制備依次層疊設置的背電極層、銅銦鎵硒光吸收層、緩沖層及阻擋層；在所述阻擋層表面粘合石墨烯薄膜；對所述石墨烯薄膜處理形成n型的石墨烯薄膜作為導電窗口層；及對所述n型的石墨烯薄膜與所述阻擋層之間進行鍵合處理，得到所述銅銦鎵硒太陽能電池。

在優選的實施方式中，在襯底上制備依次層疊設置的背電極層、銅銦鎵硒光吸收層、緩沖層及阻擋層包括如下步驟：使用磁控濺射鉬金屬靶材沉積得到鉬金屬層作為背電極層；使用磁控濺射硒化或者四源共蒸發工藝制備銅銦鎵硒光吸收層；使用化學水浴法沉積硫化鎘得到硫化鎘層作為緩沖層；使用射頻磁控濺射氧化鋅陶瓷靶材沉積i-ZnO高阻層作為阻擋層，其中，所述射頻磁控濺射氧化鋅陶瓷靶材過程中功率密度為0.5～0.8W/cm²，濺射時間為10min～15min，氣流體積比Ar∶O₂為10∶1。

在優選的實施方式中，所述石墨烯薄膜為單層石墨烯，所述在阻擋層表面粘合石墨烯薄膜包括如下步驟：用化學氣相沉積法在金屬基底上制備單層石墨烯；在所述單層石墨烯表面涂覆一層樹脂載體；腐蝕去除所述金屬基底，洗凈后得到粘有樹脂載體的所述單層石墨烯；將粘有樹脂載體的單層石墨烯貼附在所述阻擋層表面；以及溶解去除樹脂載體。

在優選的實施方式中，所述石墨烯薄膜為多層層疊設置的單層石墨烯，所述在阻擋層表面粘合石墨烯薄膜包括如下步驟：用化學氣相沉積法在金屬基底上制備單層石墨烯；在所述單層石墨烯表面涂覆一層樹脂載體；腐蝕去除所述金屬基底，洗凈后得到粘有樹脂載體的所述單層石墨烯；將粘有樹脂載體的單層石墨烯貼附在所述阻擋層表面；溶解去除樹脂載體；以及重復上述步驟將多層的單層石墨烯貼附在所述阻擋層表面。

在優選的實施方式中，所述用化學氣相沉積法在金屬基底上制備單層石墨烯薄膜包括如下步驟：室溫下，將清洗后的金屬基底放入化學氣相沉積爐中，抽真空后通入氫氣，并調節氫氣流量至爐中氣壓為250～350毫托；升溫至900～1000℃，將所述金屬基底在氫氣氛圍下退火20～30分鐘；向爐中通入甲烷，調節甲烷流量為10sccm，并控制氫氣流量為5sccm，保持加熱溫度不變，反應25～35分鐘后降溫至室溫，取出金屬基底，所述金屬基底表面即沉積有單層石墨烯。

在優選的實施方式中，對所述石墨烯薄膜處理形成n型的石墨烯薄膜的步驟包括：將前步驟制得的結構置于體積濃度為20％～99％的乙醇水溶液中浸泡或者其蒸汽中浸沒處理10～15分鐘，或者將前步驟制得的結構置于體積濃度為5％～35％的氨水中浸泡或者其蒸汽中浸沒處理10～15分鐘，最后通入氮氣吹干，對石墨烯薄膜進行n型摻雜。