[發明專利]銅銦鎵硒電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201210014456.4
• 申請日: 2012-01-17
• 公開（公告）號: CN102544132A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 李帥;蘇青峰;賴建明;張根發;羅軍;王長君;馬禮敏;鄭澤秀
• 申請（專利權）人: 上海聯孚新能源科技有限公司
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 上海碩力知識產權代理事務所 31251
• 代理人: 王建國

技術領域

本發明涉及電池，尤其涉及銅銦鎵硒電池及該銅銦鎵硒電池的制備方法。

背景技術

由于成本過高、工藝復雜、生產設備昂貴等原因，傳統的晶硅太陽能電池的普及受到限制，薄膜太陽能電池以其成本低廉、工藝簡單等特點為新能源取代傳統能源開辟了新的道路，如何大規模生產薄膜太陽能電池是如今太陽能行業的研究熱點。

近年來，銅銦鎵硒電池(Cu(In，Ga)Se，簡稱CIGS)因為其成本低廉、穩定性強、轉換效率高以及可制備在柔性基底上等原因，受到了廣泛的關注，得到了迅猛的發展。傳統的利用共蒸法制備的CIGS電池因為對鎵元素的分布可控，保證鎵元素在吸收層內呈“V”字狀分布，而使得制得的電池效率最高，但共蒸法生產效率低且受設備限制難以實現大規模生產，因此，如何使用簡單的工藝制備高品質的CIGS吸收層是取得突破的關鍵。

在制備CIGS吸收層的各種工藝中，電沉積法以其可以通過調節沉積電壓、電沉積液濃度配比等有效控制沉積制備的效果，而且設備簡單，不需要真空條件等優勢成為了研究的熱點，但是，如何在CIGS吸收層中實現鎵元素“V”字分布以及如何在不銹鋼基底CIGS電池摻鈉仍然是電沉積法所面臨的技術問題。

發明內容

本發明解決的問題是在CIGS吸收層中實現鎵元素“V”型分布和以不銹鋼為基底的CIGS吸收層中摻鈉困難的問題。

為解決上述問題，本發明提供一種銅銦鎵硒電池，該銅銦鎵硒電池包括依次包括襯底、P型摻鈉的CIGS吸收層、n型緩沖層、n型氧化鋅層、透明導電層和采集電極，所述P型摻鈉的CIGS吸收層和n型氧化鋅層構成PN結，所述P型摻鈉的CIGS吸收層的厚度是1～10微米，依次包括鎵濃度為1％～1.5％的低鎵CIGS吸收層、鎵濃度為3％～5％的中鎵CIGS吸收層和鎵濃度為6％～8％的高鎵CIGS吸收層。

可選地，所述低鎵CIGS吸收層鎵濃度為1％，中鎵CIGS吸收層鎵濃度為4％，高鎵CIGS吸收層的鎵濃度為6％。

本發明還提供上述銅銦鎵硒電池的制備方法，該方法包括如下步驟：制備電沉積液原料：將金屬銦溶于濃鹽酸制備氯化銦溶液，將金屬鎵溶于濃鹽酸制備氯化鎵溶液，將金屬鎵溶于濃硝酸制備硝酸鎵溶液；制備電沉積液：將氯化銅和檸檬酸鈉與上述電沉積液原料溶于去離子水，攪拌均勻而獲得鎵離子濃度依次升高的第一份電沉積液、第二份電沉積液和第三份電沉積液，其中，每份電沉積液的PH值在1～1.8之間，第一份電沉積液的氯化銅的濃度為0.01～0.025M/L、氯化銦的濃度為0.025～0.125M/L、氯化鎵與硝酸鎵總濃度分別為0.02～0.2M/L，第二份電沉積液的氯化銅的濃度為0.01～0.025M/L、氯化銦的濃度為0.025～0.125M/L、氯化鎵與硝酸鎵總濃度分別為0.025～0.25M/L，第三份電沉積液的氯化銅的濃度為0.01～0.025M/L、氯化銦的濃度為0.025～0.125M/L、氯化鎵與硝酸鎵總濃度分別為0.03～0.3M/L；電沉積銅銦鎵層：以鍍鉬的不銹鋼襯底作為陰極，按照鎵離子濃度從低至高的順序先后將所述鍍鉬的不銹鋼襯底在三份電沉積液中沉積，取出用氮氣烘干；硒化摻鈉：將所述銅銦鎵層置于硒化室中，使用固態硒化源，該固態硒化源含有濃度為0.1％～1％的硒化鈉；用水浴法制備n型緩沖層；用溶膠凝膠法制備n型氧化鋅層；用濺射法制備透明導電層；用蒸鍍法制備采集電極。

可選地，電沉積銅銦鎵層步驟中，沉積電壓為1.0～1.8V，沉積時間為1～3分鐘。

可選地，硒化摻鈉步驟具體是：將硒化室真空抽至3×10-3Pa以下，溫度保持在300～700℃，硒化時間為10～30分鐘的條件下進行

可選地，所述PH＝1.5。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

本發明利用電沉積工藝，以鎵離子濃度由低至高的順序將鍍鉬的不銹鋼襯底先后在所述電沉積液中沉積，這樣，確保在CIGS吸收層中鎵元素呈“V”字分布，再者，本發明通過在固態硒化源中摻雜硒化鈉，克服了在不銹鋼為基底的CIGS吸收層中摻鈉困難的問題，提高了CIGS吸收層的傳導率，鈍化了晶界缺陷。另外，本發明采用電沉積法，工藝步驟簡單，與真空法制備銅銦鎵硒電池相比，不需要昂貴的抽真空設備和高純度的原料，大大地降低了銅銦鎵硒電池的生產成本，適合大規模產業化。

附圖說明

圖1是本發明銅銦鎵硒電池的結構示意圖

圖2是本發明用于制備CIGS吸收層的裝置的結構示意圖。

具體實施方式