[發明專利]一種摻鈉銅銦鎵硒太陽電池器件及其制備方法

在審

• 申請號: 201410532537.2
• 申請日: 2014-09-30
• 公開（公告）號: CN104241422A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 薛玉明;尹富紅;劉君;宋殿友;朱亞東;李鵬海;潘洪剛;馮少君;張嘉偉;劉浩;高林;航偉;喬在祥;馮永旺;劉貴川;閆兵;靳忠杰;胡盛開
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: H01L31/0445
• 分類號: H01L31/0445;H01L31/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及薄膜太陽電池技術領域，特別是一種基于聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底的摻鈉銅銦鎵硒太陽電池器件及其制備。

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。

航空航天領域需要太陽電池有較高的質量比功率，即希望單位質量的太陽電池能發出更多的電量。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展。由于相對較強的耐高溫能力和較為適合的膨脹系數，聚酰亞胺(PI)在其中脫穎而出。

然而聚酰亞胺的熱膨脹系數還是無法與銅銦鎵硒材料本身很好的匹配。在溫度較高時，聚酰亞胺會產生較大的形變，導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。從而導致生長出的薄膜結晶質量較差，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。

銅銦鎵硒薄膜中摻入適量的鈉(Na)可使銅銦鎵硒太陽電池的性能提高30-50％。在傳統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擴散而實現Na的摻雜。但是由于聚酰亞胺膜中不含有鈉元素，并且其高分子的結構阻止復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。

發明內容

有鑒于此，為克服現有技術的不足，本發明提供了一種基于聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底的銅銦鎵硒太陽電池器件及其制備方案，首先將聚酰亞胺膠涂于蘇打玻璃表面，固化成聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底，其次在其表面依次制備背接觸層、氟化鈉預制層、銅銦鎵硒吸收層、硫化鎘緩沖層、透明窗口層和上電極，在完整的銅銦鎵硒太陽電池制備完成后，將其與蘇打玻璃襯底分離，得到以聚酰亞胺膜為襯底的柔性銅銦鎵硒太陽電池。其核心特點為：以鋼性襯底制備柔性電池。此種基于聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底的摻鈉銅銦鎵硒薄膜附著性結晶質量好，晶粒粗大，缺陷少。

本發明的技術方案：

一種基于聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底的摻鈉銅銦鎵硒太陽電池器件，其特征在于：其襯底由蘇打玻璃及生長于其表面的聚酰亞胺膜構成，其中蘇打玻璃的厚度為1.5-2mm，聚酰亞胺膜厚度為25-30μm，采用勻膠、固化制備工藝；鉬背接觸層生長于聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底之上，分為高阻層和低阻層，其中高阻層的厚度為80-120nm，低阻層的厚度為600-700nm，采用直流磁控濺射系統制備；氟化鈉預制層薄膜生長于鉬背接觸層之上，化學分子式為NaF，厚度為20-30nm，采用硒化爐薄膜制備系統，應用共蒸發制備工藝；銅銦鎵硒吸收層生長于氟化鈉預制層薄膜之上，化學分子式為CuIn_1-xGa_xSe₂，式中x為0.25-0.35，導電類型為p型，厚度為1.5-2μm，采用硒化爐薄膜制備系統，應用共蒸發改進型三步法制備工藝；硫化鎘緩沖層生長于銅銦鎵硒吸收層表面，化學分子式為CdS，導電類型為n型，厚度為45-50nm，采用化學水浴法制備工藝；透明窗口層生長于硫化鎘緩沖層之上，分為高阻本征氧化鋅薄膜和低阻氧化鋅鋁薄膜，導電類型為n型，其中本征氧化鋅薄膜的厚度為50-100nm，氧化鋅鋁薄膜的厚度為0.4-0.6μm，分別采用射頻磁控濺射制備系統和直流磁控濺射制備系統制備；鋁上電極薄膜生長于透明窗口層之上，其后為為0.8-1.5μm，采用共蒸發制備系統制備。

聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底的制備步驟如下：

1)對蘇打玻璃進行表面清理；

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；

3)將勻膠后的樣品放入烘箱內進行固化，即可得到聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復合襯底。