[發明專利]一種銅銦鎵硒薄膜電池透明導電層結構及其制造方法

無效

• 申請號: 201210531568.7
• 申請日: 2012-12-10
• 公開（公告）號: CN103022173A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 湯勇;彭潔旻;楊曉軍;萬珍平;陸龍生;袁偉;梁元敏;鐘福回
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L31/0236
• 分類號: H01L31/0236;H01L31/0224;H01L31/18;C23C14/54;C23C14/34;C23C14/14
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術領域

本發明屬于光電材料新能源技術領域，涉及一種具有“類金字塔”表面陷光結構的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的透明導電層結構及其制造方法。

背景技術

目前，薄膜太陽能電池在降低成本方面比發展最成熟的晶體硅太陽電池具有更大的優勢：一是實現薄膜化后，可以極大地節省昂貴的半導體材料；二是薄膜電池的材料制備和電池同時形成，因此節省了許多工序；三是薄膜太陽電池采用低溫工藝技術，不僅有利于節能降耗，而且便于采用廉價襯底（玻璃、不銹鋼、聚合物等）。因此，發展低成本新型薄膜太陽能電池是未來國際光伏產業的必然趨勢。作為直接能隙半導體化合物材料，銅銦鎵硒薄膜（CIGS）太陽能電池的吸收系數高達105cm^-1，光電轉化效率是所有薄膜太陽能電池中最高的；而且穩定性好、無光致衰減效應；同時允許以廉價、柔性襯底連續化沉積，其材料成本和生產成本具有更大的降低空間。CIGS薄膜電池為新一代最有競爭力的商業化薄膜太陽能電池，已成為全球光伏領域研究熱點之一，從而研究CIGS薄膜電池光電轉化率具有重要意義。

表面陷光結構可增加光吸收的表面積，能有效地降低光的反射率，從而降低光學損失并提高電池轉化效率。因此，可以通過制作表面陷光結構來改善CIGS薄膜太陽能電池透明導電層結構單一的現狀，從而提高吸收層光的吸收率，增強CIGS薄膜電池的光電轉化率。

現有技術中主要采用MOCVD或熱噴涂的方法直接沉積出“類金字塔”表面陷光結構，但容易產生有害物質，對環境會造成污染。而另一種用磁控濺射沉積平面薄膜后再用稀HCL腐蝕出“類金字塔”表面陷光結構的方法，加工效率低，對環境有污染，而且“類金字塔”表面陷光結構不可控。

發明內容

本發明的目的之一在于針對當前CIGS薄膜太陽能電池的透明導電層結構單一，吸收層的光吸收率受限的不足，提出一種能夠有效提高光的吸收效率的具有類金字塔形表面陷光結構的銅銦鎵硒薄膜電池透明導電層結構。

本發明的目的之二在于提出一種具有類金字塔形表面陷光結構的銅銦鎵硒薄膜電池透明導電層結構的制造方法。此制造方法簡單高效，可控精確，適應工業化生產。

為實現本發明的目的之一所采用的技術方案為：一種銅銦鎵硒薄膜電池透明導電層結構，包括銅銦鎵硒透明導電層，所述導電層具有表面陷光結構，該表面陷光結構為類金字塔形。

優選的，所述表面陷光結構具有多個類金字塔形凸起，所述多個類金字塔形凸起的大小一致或不同。

優選的，所述類金字塔形凸起的大小，類金字塔形凸起分為若干部分，同一部分的大小相同，不同部分的大小不同。

優選的，所述類金字塔形的凸起為圓錐體、斜棱錐或棱臺的凸起結構。

優選的，該銅銦鎵硒透明導電層為含Al摻雜ZnO的導電膜。

優選的，該銅銦鎵硒透明導電層的厚度為0.1um～0.6um。

為實現本發明的目的之二所采用的技術方案為：一種根據權利要求1所述銅銦鎵硒薄膜電池透明導電層結構的制造方法，包括以下制造步驟：

（1）基于分形幾何理論的表面陷光結構微觀形貌特征的數字化建模方法，在計算機上構建類金字塔形表面陷光結構的數字模型；

（2）將一定比例的Zn和Al封在石英管中并接上真空系統，抽真空后將石英管封離，或用高純惰性氣體保護，然后進行加熱熔煉，最終制成Zn-Al合金靶；

（3）將已依次疊合有背電極、吸收層、緩沖層和窗口層的襯底在丙酮中超聲波清洗，再依次在去離子水和無水乙醇中清洗后用氮氣吹干，同時將ZnAl合金靶置于純氬氣氛下預濺射以清潔靶面；

（4）將襯底置于直流反應磁控濺射設備中，運用計算機根據所設計的類金字塔形的表面陷光結構模型的數據，來控制濺射靶的三維行走軌跡，最終在窗口層表面上形成類金字塔形的表面陷光結構。

上述封離，指在器件排氣過程終了，管內氣體壓強達10-5帕以下時，將器件與排氣系統分開并保持密封的過程。

優選的，Al摻雜在合金靶中的含量為2～3%（wt），2～3%（wt）表示重量比為2～3%。

優選的，襯底在丙酮中超聲波清洗時間為25～35min。

優選的，Zn-Al合金靶置于純氬氣氛下預濺射時間為7～9min。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：