[發(fā)明專利]柔性銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)電池的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210495682.9
• 申請(qǐng)日: 2012-11-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102956752A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊亦桐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十八研究所
• 主分類號(hào): H01L31/18
• 分類號(hào): H01L31/18
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標(biāo)代理有限公司 12101
• 代理人: 李鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于柔性銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種柔性銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)電池的制備方法。

背景技術(shù)

銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)電池是一種近年來(lái)引起普遍關(guān)注的新型太陽(yáng)電池，其轉(zhuǎn)換效率高、穩(wěn)定性好、抗輻照能力強(qiáng)，具有廣泛的應(yīng)用前景。研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在鈉鈣玻璃（SLG）襯底上沉積銅銦鎵硒薄膜電池吸收層的過(guò)程中，玻璃中含有的Na元素會(huì)通過(guò)Mo背電極擴(kuò)散至吸收層中，Na在銅銦鎵硒中起到了鈍化失主缺陷、增加有效p型摻雜，增加載流子濃度、降低電阻率的作用，顯著地提高了銅銦鎵硒太陽(yáng)電池的電學(xué)性能。目前銅銦鎵硒電池轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄便是通過(guò)摻Na的方法實(shí)現(xiàn)的。

采用聚酰亞胺膜、鈦箔、不銹鋼箔片等材料作為襯底的柔性銅銦鎵硒薄膜電池能夠克服玻璃剛性襯底電池不能鋪設(shè)于不平整表面的不足，擴(kuò)大了銅銦鎵硒電池的應(yīng)用范圍。但是，由于這些材料中不含有Na元素，無(wú)法實(shí)現(xiàn)制備過(guò)程中Na從襯底擴(kuò)散進(jìn)吸收層，因此需要采用人為摻雜Na的方法來(lái)改善太陽(yáng)電池的性能。

目前，制備銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)電池過(guò)程中，摻入Na的方法有很多種，包括：在制備Mo背電極之前先在襯底上沉積一層含Na的預(yù)置層；在Mo背電極表面沉積含Na預(yù)置層；在制備銅銦鎵硒吸收層過(guò)程中共沉積Na元素（對(duì)于目前普遍采用的三步法制備銅銦鎵硒，又可分為第一步摻、第二部共摻、第三步共摻）等方法。采用這些方法摻雜Na元素雖然都可以改善薄膜太陽(yáng)電池的電學(xué)性能，但是通過(guò)觀察其吸收層晶體結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，吸收層薄膜晶粒尺寸相比未摻Na的樣品都有所減小，晶界增多，這在一定程度上又會(huì)對(duì)銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)電池的性能帶來(lái)負(fù)面的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題而提供了一種吸收層摻Na后，結(jié)晶質(zhì)量不受影響、薄膜晶粒尺寸不變，制備成的銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)電池開(kāi)路電壓、短路電流、填充因子和光電轉(zhuǎn)換效率均有所提高的柔性銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)電池的制備方法。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

柔性銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)電池的制備方法，包括在柔性襯底上依次制備Mo背電極、吸收層、CdS緩沖層、i-ZnO/ZnO：Al透明導(dǎo)電層/窗口層和Ni/Al電極，其特點(diǎn)是：所述吸收層采用后摻鈉的制備方法。

本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)方案：

所述吸收層采用后摻鈉的制備方法步驟包括：

步驟1、在柔性襯底上帶有Mo背電極的一面向下置入真空室的蒸發(fā)腔內(nèi)，柔性襯底的上方置有襯底加熱裝置，作為蒸發(fā)源的Cu、Ga、Se、In均勻分布在蒸發(fā)腔內(nèi)Mo背電極下方的周邊，作為蒸發(fā)源的NaF9置于蒸發(fā)腔內(nèi)吸收層下面的中心處；Cu、Ga、Se、In和NaF蒸發(fā)源各自置于溫度可控的加熱裝置中；柔性襯底與Cu、Ga、Se、In和NaF蒸發(fā)源之間均置有蒸發(fā)源擋板；

步驟2、通過(guò)真空泵將蒸發(fā)腔內(nèi)抽真空至10^-3Pa，襯底加熱至450°C~500°C，Cu蒸發(fā)源加熱到1200-1300°C、In蒸發(fā)源加熱到800-1000°C、Ga蒸發(fā)源加熱到900-1100°C、Se蒸發(fā)源加熱到200-300°C，打開(kāi)Cu、In、Ga、Se的蒸發(fā)源擋板，在Mo背電極上共蒸發(fā)Cu、In、Ga、Se元素制備厚度為1-5μm的吸收層；關(guān)閉Cu、In、Ga的蒸發(fā)源擋板；

步驟3、保持柔性襯底溫度不變，NaF蒸發(fā)源加熱到550°C~600°C，打開(kāi)NaF上面的蒸發(fā)源擋板，NaF持續(xù)蒸發(fā)15~20min后關(guān)閉NaF上面的蒸發(fā)源擋板，停止NaF加熱；

步驟4、柔性襯底在Se氣氛下以20-30°C/min的速率降溫，直至柔性襯底溫度低于250°C后關(guān)閉Se的蒸發(fā)源擋板，停止通入Se蒸汽，待柔性襯底冷卻至室溫后取出，吸收層即形成后摻雜Na的吸收層。

所述步驟1中柔性襯底為聚酰亞胺膜、鈦箔或不銹鋼箔片。

所述步驟1中溫度可控的加熱裝置為內(nèi)周圍盤繞有加熱電阻絲的氮化硼坩堝，坩堝外壁貼附有測(cè)量并控制加熱溫度的熱偶。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

本發(fā)明由于采用吸收層制備工藝完成后再通過(guò)蒸發(fā)NaF進(jìn)行后摻Na，不僅增加了吸收層的載流子濃度、降低了電阻率，而且吸收層晶體質(zhì)量不受影響，吸收層薄膜晶粒尺寸不變，改善了吸收層的電學(xué)性能，能夠有效提高薄膜太陽(yáng)電池的電學(xué)性能，與目前同類電池比，采用該吸收層制備電池的光電轉(zhuǎn)換效率可提高20%~30%。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明用真空室側(cè)視示意圖；

圖2是本發(fā)明用真空室俯視示意圖。