[發(fā)明專利]一種基于復(fù)合襯底的摻鈉銅銦鎵硒薄膜及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310241015.2
• 申請日: 2013-06-18
• 公開（公告）號: CN103311330A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 薛玉明;張嘉偉;喬在祥;李微;許楠;趙彥民;李鵬海;朱亞東;劉君;宋殿友;潘宏剛;馮少君;劉浩;尹富紅
• 申請（專利權(quán)）人: 天津理工大學
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/02;H01L31/18
• 代理公司: 天津佳盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及薄膜太陽電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于復(fù)合襯底的摻鈉銅銦鎵硒薄膜及其制備方法。

背景技術(shù)

銅銦鎵硒材料（CIGS）屬于Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族四元化合物半導(dǎo)體，具有黃銅礦的晶體結(jié)構(gòu)。銅銦鎵硒薄膜太能電池自20世紀70年代出現(xiàn)以來，得到非常迅速的發(fā)展，并將逐步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。此電池有以下特點：1）銅銦鎵硒的禁帶寬度可以在1.04eV-1.67eV范圍內(nèi)調(diào)整；2）銅銦鎵硒是一種直接帶隙半導(dǎo)體，對可見光的吸收系數(shù)高達10⁵cm^-1，銅銦鎵硒吸收層厚度只需1.5-2.5μm，整個電池的厚度為3-4μm；3）抗輻照能力強，比較適合作為空間電源；4）轉(zhuǎn)換效率高，2010年德國太陽能和氫能研究中心（ZSW）研制的小面積銅銦鎵硒太陽電池轉(zhuǎn)換效率已高達20.3%；5）弱光特性好。因此銅銦鎵硒多晶薄膜太陽電池有望成為下一代太陽電池的主流產(chǎn)品之一。

航空航天領(lǐng)域需要太陽電池有較高的質(zhì)量比功率，即希望單位質(zhì)量的太陽電池能發(fā)出更多的電量。對于地面光伏建筑物的曲面造型和移動式的光伏電站等要求太陽電池具有柔性、可折疊性和不怕摔碰，這就促進了柔性太陽電池的發(fā)展。由于相對較強的耐高溫能力和較為適合的膨脹系數(shù)，聚酰亞胺（PI）在其中脫穎而出。

然而聚酰亞胺的熱膨脹系數(shù)還是無法與銅銦鎵硒材料本身很好的匹配。在溫度較高時，聚酰亞胺會產(chǎn)生較大的形變，導(dǎo)致銅銦鎵硒薄膜較為疏松，容易脫落。所以，目前基于聚酰亞胺襯底的銅銦鎵硒制備時襯底溫度較低。從而導(dǎo)致生長出的薄膜附著性較差、結(jié)晶質(zhì)量較差、晶粒細小、缺陷較多，增加了載流子的復(fù)合，縮短了少子的壽命，進而影響了電池性能。

銅銦鎵硒薄膜中摻入適量的鈉可使銅銦鎵硒太陽電池的性能提高30-50%。在傳統(tǒng)蘇打玻璃襯底的銅銦鎵硒太陽電池的制備中，鈉可由襯底向銅銦鎵硒吸收層自發(fā)擴散而實現(xiàn)Na的摻雜。但是由于聚酰亞胺膜中不含有鈉元素，并且其高分子的結(jié)構(gòu)阻止復(fù)合襯底中鈉進入銅銦鎵硒吸收層。因此，向基于聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復(fù)合襯底的銅銦鎵硒吸收層薄膜中摻入鈉就變得極為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對上述存在問題，提供了一種基于復(fù)合襯底的摻鈉銅銦鎵硒薄膜及其制備方法，該摻鈉銅銦鎵硒薄膜為基于聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復(fù)合襯底的摻鈉銅銦鎵硒薄膜，其以鋼性襯底制備柔性電池，制備的銅銦鎵硒薄膜附著性優(yōu)秀、結(jié)晶質(zhì)量好、晶粒大、缺陷少；且在摻入鈉元素之后，可較大幅度地提高銅銦鎵硒薄膜的電學特性，提高電池的開路電壓和填充因子，進而提升組件電池的性能。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種基于復(fù)合襯底的摻鈉銅銦鎵硒薄膜，該摻鈉銅銦鎵硒薄膜為基于聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復(fù)合襯底的摻鈉銅銦鎵硒薄膜，由玻璃、聚酰亞胺和銅銦鎵硒吸收層薄膜組成并形成疊層結(jié)構(gòu)，其中襯底由蘇打玻璃及生長于其表面的聚酰亞胺膜構(gòu)成，蘇打玻璃的厚度為1.5-2mm，聚酰亞胺膜厚度為25-30μm；銅銦鎵硒吸收層薄膜的化學分子式為CuIn_1-xGa_xSe₂，式中x為0.25-0.35，導(dǎo)電類型為p型，薄膜厚度為1.5-2μm。

一種所述基于復(fù)合襯底的摻鈉銅銦鎵硒薄膜的制備方法，首先將聚酰亞胺膠涂覆于蘇打玻璃表面，固化成聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復(fù)合襯底，然后在其表面制備一層極薄的氟化鈉預(yù)置層薄膜，然后在其上制備銅銦鎵硒薄膜。

所述聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復(fù)合襯底的制備方法，步驟如下：

1）對蘇打玻璃進行表面清洗，清洗方法是：

首先將10cm×10cm的蘇打玻璃放入重鉻酸鉀溶液中浸泡2h，重鉻酸鉀溶液由300克重鉻酸鉀、3升濃硫酸和300毫升去離子水配置而成，將蘇打玻璃取出用去離子水沖洗后置于濃度為99.5w%的丙酮溶液中，放入超聲波清洗機中清洗，超聲波頻率為20-30kHz，時間為20-25min，然后將蘇打玻璃從丙酮溶液中取出，用去離子水沖洗后置于濃度為99.7w%的酒精中，放入超聲波清洗機中清洗超聲波頻率為20-30kHz，時間為20-25min，最后將蘇打玻璃從酒精中取出，放入盛有去離子水的燒杯中，放入超聲波清洗機中清洗3遍，超聲波頻率為20-30kHz，時間為20-25min；

2）將聚酰亞胺膠涂覆于蘇打玻璃表面，采用勻膠工藝進行勻膠，工藝參數(shù)為：轉(zhuǎn)速為1300-1500r/min，時間為35-45s；