[發(fā)明專利]三步法吸收層前摻鈉柔性太陽(yáng)電池的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310395416.3
• 申請(qǐng)日: 2013-09-03
• 公開（公告）號(hào): CN104425650A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李微;張嘉偉;趙彥民;喬在祥
• 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)明屬于太陽(yáng)電池制作技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種三步法吸收層前摻鈉柔性太陽(yáng)電池的制備方法。

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(jì)70年代出現(xiàn)以來(lái)，得到非常迅速的發(fā)展，并將逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。此電池有以下特點(diǎn)：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(duì)可見光的吸收系數(shù)高達(dá)105cm-1。銅銦鎵硒吸收層厚度只需1.5～2.5μm，整個(gè)電池的厚度為3～4μm。③抗輻照能力強(qiáng)，比較適合作為空間電源。④轉(zhuǎn)換效率高。2010年德國(guó)太陽(yáng)能和氫能研究中心（ZSW）研制的小面積銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率已高達(dá)20.3%。⑤弱光特性好。因此銅銦鎵硒多晶薄膜太陽(yáng)電池有望成為下一代太陽(yáng)電池的主流產(chǎn)品之一。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的領(lǐng)域需要太陽(yáng)電池即有較高的質(zhì)量比功率，又能夠在惡劣環(huán)境中正常使用，這就促進(jìn)了柔性太陽(yáng)電池技術(shù)的發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)既具有較高的質(zhì)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(yáng)電池，聚酰亞胺（PI）為襯底的銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)電池脫穎而出。然而由于聚酰亞胺的熱膨脹系數(shù)無(wú)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(shí)，作為襯底的聚酰亞胺會(huì)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，而溫度較低時(shí)，生長(zhǎng)出的銅銦鎵硒薄膜結(jié)晶質(zhì)量較差，晶粒細(xì)小，缺陷較多，增加了載流子的復(fù)合，縮短了少子的壽命，進(jìn)而影響了電池性能。

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)問題而提供一種高溫時(shí)襯底不變形，生長(zhǎng)出的銅銦鎵硒薄膜不脫落，并且銅銦鎵硒薄膜結(jié)晶質(zhì)量好，晶粒大，缺陷少，電學(xué)特性好的三步法吸收層前摻鈉柔性太陽(yáng)電池的制備方法。

本發(fā)明包括如下技術(shù)方案：

三步法吸收層前摻鈉柔性太陽(yáng)電池的制備方法，其特點(diǎn)是：包括以下步驟：

步驟1.制作聚酰亞胺膜-蘇打玻璃構(gòu)成的剛性復(fù)合襯底；

步驟2.在剛性復(fù)合襯底的聚酰亞胺膜上制作三步法吸收層前摻鈉柔性太陽(yáng)電池；制作過(guò)程包括：在步驟1的聚酰亞胺膜上依次制作Mo背接觸層、氟化鈉預(yù)置層、銅銦鎵硒吸收層、硫化鎘緩沖層、透明窗口層和上電極；所述氟化鈉預(yù)置層的制作過(guò)程包括：制有背接觸層的剛性復(fù)合襯底置于薄膜制備系統(tǒng)的硒化爐中，將硒化爐抽真空，襯底溫度為200-300℃，NaF蒸發(fā)源的溫度達(dá)到800-850℃時(shí)，蒸發(fā)1-2min；襯底溫度達(dá)到400-450℃，在Se氣氛下進(jìn)行退火，其中Se蒸發(fā)源的溫度為240-280℃，退火時(shí)間為20-30min；背接觸層上形成化學(xué)分子式為NaF、厚度為20-30nm的氟化鈉預(yù)置層；所述銅銦鎵硒吸收層的制作過(guò)程包括：制有氟化鈉預(yù)置層的剛性復(fù)合襯底置于薄膜制備系統(tǒng)的硒化爐中；⑴將硒化爐抽真空，剛性復(fù)合襯底溫度為350-400℃，共蒸發(fā)In、Ga、Se，其中In蒸發(fā)源溫度為850-900℃，Ga蒸發(fā)源溫度為880-920℃，Se蒸發(fā)源溫度為240-280℃，蒸發(fā)時(shí)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(fù)合襯底升溫至550-580℃，共蒸發(fā)Cu、Se，其中Cu蒸發(fā)源溫度為1120-1160℃，Se蒸發(fā)源溫度為240-280℃，蒸發(fā)時(shí)間為15-20min；⑶剛性復(fù)合襯底溫度保持550-580℃，共蒸發(fā)In、Ga、Se，其中In蒸發(fā)源溫度為850-900℃，Ga蒸發(fā)源溫度為880-920℃，Se蒸發(fā)源溫度為240-280℃，In和Ga的蒸發(fā)時(shí)間為2-4min，控制Cu/(In+Ga)在0.88-0.92，襯底冷卻到350-400℃，關(guān)閉Se蒸發(fā)源，剛性復(fù)合襯底冷卻到25℃時(shí)，氟化鈉預(yù)置層上形成1.5-2μm厚的p-CIGS薄膜，即為銅銦鎵硒吸收層。

步驟3.將聚酰亞胺膜與蘇打玻璃分離，完成剛性襯底制作三步法吸收層前摻鈉柔性太陽(yáng)電池的過(guò)程。

本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)措施：

步驟1中剛性復(fù)合襯底的制作過(guò)程包括：⑴對(duì)蘇打玻璃進(jìn)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(yù)制膜；⑶將涂有聚酰亞胺預(yù)制膜的蘇打玻璃放入烘箱內(nèi)進(jìn)行固化，即得到聚酰亞胺膜-蘇打玻璃構(gòu)成的剛性復(fù)合襯底。