[發(fā)明專(zhuān)利]一種摻鈉銅銦鎵硒太陽(yáng)電池器件及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410532537.2
• 申請(qǐng)日: 2014-09-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104241422A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 薛玉明;尹富紅;劉君;宋殿友;朱亞?wèn)|;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(kāi)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L31/0445
• 分類(lèi)號(hào): H01L31/0445;H01L31/18
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及薄膜太陽(yáng)電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復(fù)合襯底的摻鈉銅銦鎵硒太陽(yáng)電池器件及其制備。

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(jiàn)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。

航空航天領(lǐng)域需要太陽(yáng)電池有較高的質(zhì)量比功率，即希望單位質(zhì)量的太陽(yáng)電池能發(fā)出更多的電量。對(duì)于地面光伏建筑物的曲面造型和移動(dòng)式的光伏電站等要求太陽(yáng)電池具有柔性、可折疊性和不怕摔碰，這就促進(jìn)了柔性太陽(yáng)電池的發(fā)展。由于相對(duì)較強(qiáng)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(wú)法與銅銦鎵硒材料本身很好的匹配。在溫度較高時(shí)，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。所以，目前基于聚酰亞胺襯底的銅銦鎵硒制備時(shí)襯底溫度較低。從而導(dǎo)致生長(zhǎng)出的薄膜結(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。

銅銦鎵硒薄膜中摻入適量的鈉(Na)可使銅銦鎵硒太陽(yáng)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(yáng)電池的制備中，鈉可由襯底向銅銦鎵硒吸收層自發(fā)擴(kuò)散而實(shí)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(jìn)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

有鑒于此，為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復(fù)合襯底的銅銦鎵硒太陽(yáng)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(fù)合襯底，其次在其表面依次制備背接觸層、氟化鈉預(yù)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(yáng)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(yáng)電池。其核心特點(diǎn)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(fù)合襯底的摻鈉銅銦鎵硒薄膜附著性結(jié)晶質(zhì)量好，晶粒粗大，缺陷少。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種基于聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復(fù)合襯底的摻鈉銅銦鎵硒太陽(yáng)電池器件，其特征在于：其襯底由蘇打玻璃及生長(zhǎng)于其表面的聚酰亞胺膜構(gòu)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(zhǎng)于聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復(fù)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(tǒng)制備；氟化鈉預(yù)制層薄膜生長(zhǎng)于鉬背接觸層之上，化學(xué)分子式為NaF，厚度為20-30nm，采用硒化爐薄膜制備系統(tǒng)，應(yīng)用共蒸發(fā)制備工藝；銅銦鎵硒吸收層生長(zhǎng)于氟化鈉預(yù)制層薄膜之上，化學(xué)分子式為CuIn_1-xGa_xSe₂，式中x為0.25-0.35，導(dǎo)電類(lèi)型為p型，厚度為1.5-2μm，采用硒化爐薄膜制備系統(tǒng)，應(yīng)用共蒸發(fā)改進(jìn)型三步法制備工藝；硫化鎘緩沖層生長(zhǎng)于銅銦鎵硒吸收層表面，化學(xué)分子式為CdS，導(dǎo)電類(lèi)型為n型，厚度為45-50nm，采用化學(xué)水浴法制備工藝；透明窗口層生長(zhǎng)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(dǎo)電類(lèi)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(tǒng)和直流磁控濺射制備系統(tǒng)制備；鋁上電極薄膜生長(zhǎng)于透明窗口層之上，其后為為0.8-1.5μm，采用共蒸發(fā)制備系統(tǒng)制備。

聚酰亞胺膜-蘇打玻璃復(fù)合襯底的制備步驟如下：

1)對(duì)蘇打玻璃進(jìn)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(jìn)行勻膠；

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