[發明專利]預處理裝置和預處理方法及緩沖層及其制備方法和設備與太陽能電池及其制備方法和系統

有效

• 申請號: 201710127908.2
• 申請日: 2017-03-06
• 公開（公告）號: CN108538955B
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發明（設計）人: 左寧;于濤;郭凱;張傳升;宋彬彬;李新連;趙樹利
• 申請（專利權）人: 神華集團有限責任公司;北京低碳清潔能源研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0749
• 代理公司: 11283 北京潤平知識產權代理有限公司
• 代理人: 嚴政;劉依云

本發明涉及太陽能電池領域，具體提供了一種預處理裝置和制備緩沖層的設備以及太陽能電池及其制備方法。所述制備緩沖層的方法包括將覆蓋有吸收層的太陽能電池背電極經抽真空之后浸泡在水中，之后注入沉積反應液以在所述吸收層的表面通過化學水浴沉積形成緩沖層。采用本發明提供的方法制備緩沖層，能夠顯著提高相應的太陽能電池的光電轉化效率。

技術領域

本發明涉及太陽能電池領域，具體地，涉及一種用于在形成太陽能電池緩沖層時進行預處理的裝置、一種形成太陽能電池緩沖層的設備、一種用于在形成太陽能電池緩沖層時進行預處理的方法、一種形成太陽能電池緩沖層的方法以及由該方法形成的緩沖層、一種制備太陽能電池的方法以及由該方法制備得到的太陽能電池、一種生產太陽能電池的系統。

背景技術

由于化石能源逐漸枯竭，新型能源如太陽能、風能逐漸興起。太陽能電池作為一種直接將太陽能轉化為電能的裝置，具有安裝形式多樣、安全無污染、取之不盡、用之不竭的優點，近年來得到了大力發展。

銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池作為一種非常重要的太陽能電池，其通常包括基底以及依次層疊在基底上的底電極(鉬層)、吸收層、緩沖層(硫化鎘層)、氧化鋅層、氧化鋅鋁層和前電極(Ni-Ag層或Ni-Al層等)，其中，在玻璃基板上鍍制一層底電極薄膜通常統稱為背電極。底電極通常采用直流磁控濺射法形成，具體地，在真空環境下，通入氬氣并電離成Ar⁺，Ar⁺在陰極電壓下的加速下轟擊鉬靶材，被轟擊的原子或原子團沉積到玻璃基板上形成薄膜，其中，沉積溫度通常為常溫至200℃。吸收層通常采用三步共蒸鍍法形成，具體地，將基底溫度升至約300℃后共蒸鍍In-Ga-Se制得(In,Ga)₂Se₃層，然后關閉In源、Ga源和Se源，將溫度升至約550℃，開啟Cu源，制得富銅CIGS層，接著在富銅CIGS層表面制備少量的In-Ga-Se層以使CIGS層貧銅。硫化鎘層通常采用化學水浴法形成，具體地，將鎘源(如硫酸鎘、氯化鎘、醋酸鎘等)體系采用化學水浴法制備硫化鎘(CdS)層，沉積溫度通常為60-90℃。氧化鋅層和氧化鋅鋁層均可以采用射頻磁控濺射法形成，具體地，在真空環境下，通入氬氣并電離成Ar⁺，Ar⁺在陰極電壓的加速下分別轟擊ZnO靶材和ZnO:Al靶材，被轟擊的ZnO原子或原子團、ZnO:Al原子或原子團沉積形成薄膜，其中，沉積溫度通常為常溫至200℃。前電極通常采用電子束蒸發法形成，具體地，在真空條件下，利用高能電子束加熱蒸發材料Ni-Ag或Ni-Al等，使蒸發材料氣化并向基板運輸，在基板上凝結形成薄膜。

CIGS薄膜太陽能電池具有光譜相應范圍寬、光電轉化效率高、發電效益好、無衰退、抗輻射、壽命長、成本低等特點。經過近30年的研究和發展，CIGS薄膜太陽能電池的光電轉化效率為所有已知薄膜太陽能電池中最高，已成為最有發展前途的光伏電池技術之一。作為緩沖層，硫化鎘薄膜與CIGS吸收層薄膜共同構成p-n結，對CIGS薄膜太陽能電池性能的改善起十分重要的作用。化學水浴法是目前制備硫化鎘薄膜最常用的方法之一。

例如，CN102544237A公開了一種銅銦鎵硒薄膜太陽能電池緩沖層材料的制備方法，采用化學水浴沉積法，以硫酸鋅溶液作為Zn²⁺源，以硫脲溶液作為S^2-源，以氨水作為緩沖劑，以無毒的檸檬酸鈉作為絡合劑，配制化學反應前驅物，把已制備好銅銦鎵硒吸收層的襯底和清洗干凈的玻璃襯底沿著燒杯壁豎直浸入溶液中，用鋁箔把燒杯口密封后，放入水浴鍋中進行恒溫反應，制備得到Zn(O,S)半導體薄膜，作為銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的緩沖層材料。然而，雖然采用該方法制備得到的太陽能電池較為經濟、環保，但是其光電轉化效率仍然有待進一步提高。

發明內容