[發明專利]三步法吸收層后摻鈉柔性太陽電池的制備方法

無效

• 申請號: 201310395080.0
• 申請日: 2013-09-03
• 公開（公告）號: CN104425655A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: 李微;張嘉偉;趙彥民;喬在祥
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十八研究所
• 主分類號: H01L31/20
• 分類號: H01L31/20
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 李鳳

技術領域

本發明屬于太陽電池制作技術領域，特別是涉及一種三步法吸收層后摻鈉柔性太陽電池的制備方法。

背景技術

銅銦鎵硒材料（CIGS）屬于Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族四元化合物半導體，具有黃銅礦的晶體結構。銅銦鎵硒薄膜太能電池自20世紀70年代出現以來，得到非常迅速的發展，并將逐步實現產業化。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范圍內調整。②銅銦鎵硒是一種直接帶隙半導體，對可見光的吸收系數高達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薄膜太陽電池轉換效率已高達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品之一。

隨著科學技術的發展，越來越多的領域需要太陽電池即有較高的質量比功率，又能夠在惡劣環境中正常使用，這就促進了柔性太陽電池技術的發展。為實現既具有較高的質量比功率，又具有柔性、可折疊性和不怕摔碰的銅銦鎵硒薄膜太陽電池，聚酰亞胺（PI）為襯底的銅銦鎵硒薄膜太陽電池脫穎而出。然而由于聚酰亞胺的熱膨脹系數無法與銅銦鎵硒材料本身具有很好的匹配，并且在溫度較高時，作為襯底的聚酰亞胺會產生較大的形變，導致銅銦鎵硒薄膜較為疏松，容易脫落，而溫度較低時，生長出的銅銦鎵硒薄膜結晶質量較差，晶粒細小，缺陷較多，增加了載流子的復合，縮短了少子的壽命，進而影響了電池性能。

發明內容

本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種高溫時襯底不變形，生長出的銅銦鎵硒薄膜不脫落，并且銅銦鎵硒薄膜結晶質量好，晶粒大，缺陷少，電學特性好的三步法吸收層后摻鈉柔性太陽電池的制備方法。

本發明包括如下技術方案：

三步法吸收層后摻鈉柔性太陽電池的制備方法，其特點是：包括以下制備步驟：

步驟1.制備聚酰亞胺膜-蘇打玻璃構成的剛性復合襯底；

步驟2.在剛性復合襯底的聚酰亞胺膜上制備后摻鈉柔性太陽電池；制備過程包括：在步驟1的聚酰亞胺膜上依次制備Mo背接觸層、銅銦鎵硒吸收層、氟化鈉預置層、硫化鎘緩沖層、透明窗口層和上電極；所述銅銦鎵硒吸收層的制備過程包括：制有Mo背接觸層的剛性復合襯底置于薄膜制備系統的硒化爐中；⑴將硒化爐抽真空，剛性復合襯底溫度為350-400℃，共蒸發In、Ga、Se，其中In蒸發源溫度為850-900℃，Ga蒸發源溫度為880-920℃，Se蒸發源溫度為240-280℃，蒸發時間為15-20min，控制原子比例In：Ga=0.7:0.3，(In+Ga)：Se為2:3；⑵剛性復合襯底升溫至550-580℃，共蒸發Cu、Se，其中Cu蒸發源溫度為1120-1160℃，Se蒸發源溫度為240-280℃，蒸發時間為15-20min；⑶剛性復合襯底溫度保持550-580℃，共蒸發In、Ga、Se，其中In蒸發源溫度為850-900℃，Ga蒸發源溫度為880-920℃，Se蒸發源溫度為240-280℃，In和Ga的蒸發時間為2-4min，控制Cu/(In+Ga)在0.88-0.92，襯底冷卻到350-400℃，關閉Se蒸發源，剛性復合襯底冷卻到25℃時，背接觸層上形成1.5-2μm厚的p-CIGS薄膜，即為銅銦鎵硒吸收層；所述氟化鈉預置層的制備過程包括：制有銅銦鎵硒吸收層的剛性復合襯底置于薄膜制備系統的硒化爐中，將硒化爐抽真空，襯底溫度為200-300℃，NaF蒸發源的溫度達到800-850℃時，蒸發1-2min；襯底溫度達到400-450℃，在Se氣氛下進行退火，其中Se蒸發源的溫度為240-280℃，退火時間為20-30min；銅銦鎵硒吸收層上形成化學分子式為NaF、厚度為20-30nm的氟化鈉預置層。

步驟3.將聚酰亞胺膜與蘇打玻璃分離，完成剛性襯底制備三步法吸收層后摻鈉柔性太陽電池的過程。

本發明還可以采用如下技術措施：

步驟1中剛性復合襯底的制備過程包括：⑴對蘇打玻璃進行表面清洗；⑵將聚酰亞胺膠均勻涂覆于蘇打玻璃表面，形成聚酰亞胺預制膜；⑶將涂有聚酰亞胺預制膜的蘇打玻璃放入烘箱內進行固化，即得到聚酰亞胺膜-蘇打玻璃構成的剛性復合襯底。