[發明專利]形成用于太陽能電池的CIGS光吸收層的方法及CIGS太陽能電池

有效

• 申請號: 201380004295.3
• 申請日: 2013-07-10
• 公開（公告）號: CN104011879A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 尹載浩;郭智惠;安世鎮;尹慶勛;申基植;安承奎;趙阿拉;樸相炫;樸海森;崔森武
• 申請（專利權）人: 韓國ENERGY技術硏究院
• 主分類號: H01L31/0749
• 分類號: H01L31/0749;H01L31/042;H01L31/18
• 代理公司: 北京柏杉松知識產權代理事務所(普通合伙) 11413
• 代理人: 袁波;劉繼富

技術領域

本發明涉及一種形成用于太陽能電池的CIGS光吸收層的方法及CIGS太陽能電池，尤其涉及一種形成CIGS光吸收層的方法，其可以在襯底的堿濃度低，由此CIGS光吸收層的耗盡層厚的情況下，提高太陽能電池的效率。

背景技術

近來由于嚴重的環境污染問題和化石能源的枯竭，下一代清潔能源開發的重要性越來越受到人們的關注。其中，預期用于直接將太陽能轉換為電能的太陽能電池成為能夠解決未來能源問題的能量來源，這是因為其產生較少的污染，采用無限的太陽能，并且具有半永久性的壽命。

太陽能電池根據用于光吸收層的材料分為很多種類，而當前最廣為使用的是利用硅的硅太陽能電池。但是，近來因硅供應量的短缺，硅的價格急劇攀升，因此，薄膜型太陽能電池受到人們的青睞。薄膜型太陽能電池的厚度較小，使得能夠消耗較少量的材料，并且重量輕，因此，用途非常廣泛。對作為這類薄膜型太陽能電池的材料的非晶硅和CdTe、CIS(CuInSe₂)或CIGS(CuIn_1-xGaxSe₂)正在進行深入研究。

CIGS薄膜具有1×10⁵cm^-1的高吸收系數，且根據添加劑的類型可以在1至2.7eV的寬的范圍內調節其帶隙。另外，因為這種薄膜是非常熱穩定的，所以即使長時間暴露于太陽光其也表現出幾乎一致的效率，并具有高的耐濕性。該CIGS薄膜可以通過各種方法形成，特別地，利用基于PVD的共蒸發法形成的CIGS薄膜的太陽能電池具有最高的效率。共蒸發法的實例可以包括一步共蒸發法、兩步共蒸發法和三步共蒸發法。其中，采用三步共蒸發法得到最高的效率。

圖4圖示了一種采用三步共蒸發法形成CIGS光吸收層的方法。

具體地，在第一步驟中，在約450℃的襯底溫度下蒸發In、Ga和Se以沉積(In,Ga)₂Se₃。在第二步驟中，在將襯底溫度升高至約700℃的同時，供應Cu和Se，以形成富Cu的狀態。最后，在第三步驟中，在維持襯底溫度的同時，蒸發In、Ga和Se，從而形成缺Cu的CIGS薄膜。

由此形成的CIGS薄膜由于在第二步驟中通過Cu充足的狀態在表面處形成Cu_2-xSe生長為α相。因此，在第一步驟中形成的β-CIGS和γ-CIGS在第二步驟中相變為α-CIGS的同時，形成粗晶粒。

另外，CIGS薄膜具有根據Ga/(In+Ga)比率變化的帶隙能量，而三步共蒸發法可以通過在第二步驟中降低Ga/(In+Ga)比率憑借雙重分級結構來提高CIGS薄膜太陽能電池的效率，在所述雙層分級結構中，背部電極側和正面的帶隙能量高，而中心的帶隙能量低。

圖5示意性圖示了在CIGS薄膜中形成雙重帶隙傾斜度的情況。(“High?efficiency?graded?bandgap?thin-film?polycrystalline?Cu(In,Ga)Se2-based?solar?cells”,Solar?Energy?Materials?and?Solar?Cells41/42(1996)231-246)

如上所述，當CIGS薄膜的正面的帶隙高于中心部的帶隙時，開路電壓可以增加，并且重組可以減少，。當CIGS薄膜的背側的帶隙高于中心部的帶隙時，電子遷移率可以增加。

同時，CIGS太陽能電池一般在鈉鈣玻璃襯底上制作而成。這是因為通過包含于鈉鈣玻璃襯底中的Na的各種作用提高CIGS太陽能電池的效率。但是，鈉鈣玻璃襯底的熔點較低，因此，在CIGS太陽能電池的制造方面受限。而且，不能使用金屬或聚合物材料的柔性襯底成為CIGS太陽能電池的缺點。為了解決這類問題，正在研究強制注入Na等的各種方法，但亟需不添加Na即可提高太陽能電池效率的技術。

因此，通過改善形成CIGS薄膜的方法而不使用鈉鈣玻璃襯底和Na來提高太陽能電池效率的技術受到關注。

[現有技術文獻]“High?efficiency?graded?bandgap?thin-film?polycrystalline?Cu(In,Ga)Se2-based?solar?cells”,Solar?Energy?Materials?and?Solar?Cells41/42(1996)231-246

發明內容

技術問題