[發明專利]一種銅銦鎵硒薄膜預制層及其制備方法

有效

• 申請號: 201210405315.5
• 申請日: 2012-10-22
• 公開（公告）號: CN103779439A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 郭偉民;廖成;黃迎春;曾波明;劉煥明
• 申請（專利權）人: 中物院成都科學技術發展中心
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/032
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 王蕓;劉雪蓮

技術領域

本發明涉及一種太陽能電池薄膜，特別涉及一種銅銦鎵硒薄膜預制層及其制備方法。

背景技術

隨著人類能源消耗的不斷增加，不可再生的能源如化石燃料的耗盡已是亟待解決的問題。化石能源消耗總量將于約2030年出現拐點，可再生能源的比重將不斷上升，其中，太陽能在未來能源結構中的比重將越來越大，保守估計這比重于2100年會超過60%。太陽能是眾多可再生能源中最為豐富的能源，全球接收的一小時太陽光的能量就相當于地球一年的能耗，遠遠高于風能、地熱、水電、海洋能、生物能等能源。

制約太陽能大規模發電的瓶頸主要是光伏器件的低轉化效率和光伏面板的成本。發電要實現“平價上網”，發電成本要達到每度人民幣0.6元，光伏板成本要降至每瓦人民幣3～4元，售價每瓦人民幣5～7元。由于目前市場多晶硅光伏板價格已接近企業的成本價，多晶硅光伏板制造技術也已相對成熟，下調空間有限，以多晶硅光伏板實現“平價上網”難以實現。

銅銦鎵硒（CuIn_xGa_ySe_z，也可包括硫，簡寫為CIGS）薄膜光伏板以其轉換效率高、長期穩定性好、抗輻射能力強等優點成為光伏界的研究熱點，有望成為下一代的廉價光伏板。它有以下優勢：

（1）高的光電轉換效率，目前玻璃襯底銅銦鎵硒薄膜光伏板實驗室效率已經超過20%，接近傳統晶硅光伏板的世界紀錄。大面積銅銦鎵硒薄膜光伏板組件的轉換效率也有超過14%的產品，是所有薄膜光伏板中最高的；

（2）弱光性能好，在非太陽直照時也可產生電，從光伏發電場實際運行的經驗，陰天及早上黃昏可提供更多的電能。

（3）溫度系數低，在溫度高時包括當地溫度高或因陽光照射而溫度高，CIGS光伏板可保持較高的轉換效率。因此在相同的效率下，CIGS光伏板比傳統晶硅光伏板產電更多；

（4）成本低、材料消耗少；

（5）長期穩定性好，室外使用不衰減；

（6）能量償還周期短；

（7）適合發展多用途的柔性光伏組件。

這些優勢令銅銦鎵硒薄膜光伏板在民用領域以及軍用領域具有廣闊的應用前景，如光伏建筑一體化、大規模低成本發電站、太陽能照明光源、空間及鄰近空間系統等。

銅銦鎵硒薄膜光伏板是多層膜結構，通常包括：襯底、背電極、銅銦鎵硒薄膜、緩沖層、透明導電層等，其中銅銦鎵硒薄膜是太陽能光伏板最關鍵的組成部分，其制備方法決定了光伏板的質量和成本。

目前在市場上普遍應用于光電器件的化合物半導體的生產工藝幾乎都是使用高真空技術比如蒸鍍或者濺射，特別是在CIGS領域。但是上述真空技術在前期投入和運行過程中均需耗費大量的成本。此外，儀器設備的真空室尺寸也會限制薄膜的產量，進一步影響生產效率。以此發展非真空法制備銅銦鎵硒薄膜有利于CIGS大規模化生產。常用的非真空法有納米粒子涂覆法和電化學沉積方法。

Nanosolar公司率先采用了墨水打印制備銅銦鎵硒薄膜的技術（參見K.Pichler，美國專利號7,122,398及引用文獻）。其制備流程是：先通過化學方法制備得到CIGS納米顆粒，然后把這些納米顆粒分散形成膠體溶液（通常叫做CIGS納米墨水），加入合適的表面活性劑以防止納米顆粒團聚，除此之外還加入打印過程所需的其他化學添加劑。CIGS納米墨水在打印形成薄膜后，需要熱處理去掉先前加入的溶劑，表面活性劑以及其他化學添加劑，然后才能燒結形成均一薄膜。

許多導電材料都可以通過低成本的電化學沉積大規模制備得到，用電沉積法制備銅銦鎵硒薄膜成為降低成本、獲得大面積銅銦鎵硒薄膜的主要研究方向之一。電化學沉積得到的銅銦鎵硒薄膜預制層需要進一步熱處理，才能得到銅銦鎵硒薄膜。電化學沉積時需要嚴格控制溶液中Cu、In、Ga、Se各元素的量，以及準確控制電化學還原電位，并控制溶液在電化學沉積過程中不產生其他副反應，使銅銦鎵硒薄膜中各元素的化學計量比合適，從而為獲得良好質量的銅銦鎵硒薄膜提供有利基礎。