[發明專利]一種具有高結合力吸收層的柔性薄膜太陽電池

在審

• 申請號: 201410652856.7
• 申請日: 2014-11-17
• 公開（公告）號: CN105590973A
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發明（設計）人: 王赫;喬在祥;趙彥民;李微;張超;楊亦桐;王勝利;楊立
• 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: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032
• 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

本發明屬于銅銦鎵硒薄膜太陽電池技術領域，特別是涉及一種具有高結合力吸收層的 柔性薄膜太陽電池。

背景技術

目前，柔性襯底銅銦鎵硒(Cu(In,Ga)Se₂，簡稱CIGS)薄膜太陽電池具有質量比功率 高、抗輻射能力強、穩定性好等優勢，特別是柔性襯底CIGS薄膜電池，其質量比功率一 般大于600W/kg，而且電池組件適合卷對卷制備和單片集成，在批量生產和降低成本方面 具有很大潛力，應用范圍更加廣泛(相比于剛性襯底)。目前，制約該類電池性能提高的 關鍵問題和技術難點是高性能CIGS吸收層的沉積技術。

CIGS吸收層是該類太陽電池的核心，提高CIGS吸收層結晶質量，優化其光電性質是 實驗室中獲得高效率CIGS薄膜太陽電池的關鍵，同時也是商業化生產中提高電池組件成 品率，降低成本的基礎。然而，對于柔性襯底，特別是聚酰亞胺塑料襯底(Polyimide， 簡稱PI襯底)，除了吸收層結構和光電性質外，CIGS薄膜與襯底和底電極之間的結合力 也是影響電池性能的重要因素之一。先前有專利(專利號：CN200610016182.7)給出了柔 性CIGS薄膜太陽電池的典型結構為：柔性襯底/Mo電極層/CIGS吸收層/CdS緩沖層/透明 導電窗口層/Ni-Al柵電極/減反射膜。該專利沒有考慮PI襯底上沉積CIGS吸收層的附著 性問題。由于薄膜層之間的熱膨脹系數差別較大，如表1所示，在CIGS吸收層生長過程中， PI襯底受熱發生形變，使CIGS薄膜內部積累了較大應力。按照附圖1的薄膜電池結構， 得到的CIGS吸收層裂痕較多，甚至出現從Mo/PI襯底上脫落現象，如圖3(a)所示。CIGS 吸收層在化學水浴、濺射沉積等后續工藝處理中，脫落問題會更加嚴重，對電池的性能和 成品率造成很大影響。

表1柔性襯底及相關半導體材料的熱膨脹系數

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具有高結合力吸收層的柔性薄 膜太陽電池。

本發明的目的是提供一種能夠獲得高結合力CIGS吸收層，有效避免了柔性襯底上的 CIGS薄膜因內應力而開裂、甚至脫落等問題，改善了吸收層電學性質等特點的具有高結 合力吸收層的柔性薄膜太陽電池。

本發明具有高結合力吸收層的柔性薄膜太陽電池結構為：柔性襯底/Mo電極層/應力 緩沖層/CIGS吸收層/CdS緩沖層/透明導電窗口層/Ni-Al柵電極/減反射膜。相比于已有 專利公開的柔性CIGS薄膜太陽電池結構，該結構的特點是在CIGS吸收層與Mo電極層之 間設計了一個應力緩沖層，提高了柔性襯底上生長的CIGS吸收層的結合力，有效避免了 吸收層的脫落問題，能夠提高柔性CIGS薄膜太陽電池的性能和成品率。

本發明柔性CIGS薄膜太陽電池包含多層結構，如附圖1所示。采用柔性襯底(包括 PI襯底，金屬襯底等)，其上結構依次為：Mo底電極(厚度約為0.5～1μm)；應力緩沖 層(In_1-x,Ga_x)₂Se₃薄膜(厚度約為100nm～1000nm，簡稱IGS)；p型CIGS吸收層(厚度 在1～3μm之間)；n型CdS緩沖層(厚度約為50nm)；i-ZnO層和ZnO:Al窗口層(厚度 分別為50nm和300～500nm)；Ni/Al金屬柵電極。對于小面積CIGS薄膜太陽電池，為了 減小因電池表面反射而造成的光吸收損失，提高電池性能，在上述電池結構的表面沉積一 層厚度約為100nm的MgF₂減反射層，如附圖2所示。