[發明專利]堿金屬摻雜銅銦鎵硒薄膜太陽電池吸收層的制備方法

在審

• 申請號: 201711203485.4
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN109841702A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 楊亦桐;張超;鄧朝文;喬在祥
• 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: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;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

本發明涉及一種堿金屬摻雜銅銦鎵硒薄膜太陽電池吸收層的制備方法。本發明屬于薄膜太陽電池技術領域。堿金屬摻雜銅銦鎵硒薄膜太陽電池吸收層的制備方法：步驟1：將鍍Mo的聚酰亞胺、鈦箔或不銹鋼箔襯底放置共蒸發腔室；步驟2：真空條件下在Mo背電極上共蒸發In、Ga、Se材料2－4min；步驟3：共蒸發Cu、In、Ga、Se材料25－30min；步驟4：共蒸發In、Ga、Se材料6－9min；步驟5：共蒸發NaF、Se材料8－12min；步驟6：共蒸發KF、Se材料4－6min；步驟7：保持襯底溫度在340－360℃不變，停止Se蒸發源加熱，直至Se蒸發源溫度低于160℃后，銅銦鎵硒薄膜吸收層制備完成。本發明具有界面結晶質量好，減少界面復合，保證吸收層薄膜表面具有良好的電學性能等優點。

技術領域

本發明屬于薄膜太陽電池技術領域，特別是涉及一種堿金屬摻雜銅銦鎵硒薄膜太陽電池吸收層的制備方法。

背景技術

光伏發電是用太陽電池將太陽能轉化為電能的能源利用方式，具有無噪聲、無污染、能源取之不盡、不受地域限制等優點，被廣泛關注和大力推廣。

銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽電池是一種四元化合物太陽電池，具有較高的質量比功率和光吸收系數，以及良好的穩定性、抗輻照能力和弱光特性，是太陽電池領域研究的熱點。近年來，銅銦鎵硒薄膜太陽電池的開發取得了較快的進展，單體電池和組件的光電轉換效率不斷提高，成為光伏行業發展的主流方向之一。

堿金屬摻雜是提高銅銦鎵硒薄膜太陽電池吸收層性能的有效手段，目前應用比較廣泛的是鈉(Na)的摻雜工藝。研究表明，摻雜0.01％～0.1％的Na元素可以有效地減少銅銦鎵硒吸收層中的施主缺陷，增加空穴濃度，從而提高吸收層的電學性能，將銅銦鎵硒薄膜太陽電池的光電轉換效率提升30％～50％。近年來最新的研究結果表明，銅銦鎵硒吸收層中摻入一定量的鉀(K)元素也可以提升電池的光電轉換效率，這是由于一方面K元素可以促進鎵(Ga)元素融入銅銦鎵硒晶格，提高吸收層材料對Ga含量的容忍度，為實現制備高Ga吸收層提供了可能，高Ga吸收層有助于提高太陽電池的開路電壓；另一方面K元素能夠促進緩沖層中的鎘(Cd)元素向銅銦鎵硒吸收層中擴散，從而起到提高異質結界面結晶質量，減少界面復合的作用。

對于柔性襯底(聚酰亞胺、不銹鋼、鈦箔等)銅銦鎵硒薄膜太陽電池，由于襯底材料中不含有堿金屬元素，無法如鈉鈣玻璃襯底一樣實現制備過程中堿金屬從襯底擴散進吸收層，因此需要采用人為摻雜堿金屬的方法來改善太陽電池的性能。采用共蒸發法制備銅銦鎵硒太陽電池吸收層的過程中，堿金屬摻雜可以采取前摻、共摻(對于三步法共蒸發銅銦鎵硒工藝，又分為第一步共摻、第二步共摻、第三步共摻)、后摻等多種方式，其中前摻和共摻的方法堿金屬會聚集在晶界處阻礙晶粒間的融合，從而影響吸收層的結晶質量。

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堿金屬摻雜銅銦鎵硒薄膜太陽電池吸收層的制備方法。

本發明的目的是提供一種具有工藝簡單，操作方便，控制準確，產品界面結晶質量好，減少界面復合，保證吸收層薄膜表面具有良好的電學性能等特點的堿金屬摻雜銅銦鎵硒薄膜太陽電池吸收層的制備方法。

針對申請號CN201710099197.2和CN201610333959.6發明中所述的摻雜單一種類堿金屬的方法，本發明提出了在銅銦鎵硒吸收層中依次摻入Na、K的工藝，利用摻K提升界面結晶質量的同時促進Na的摻雜，提高載流子濃度。另外針對申請號CN201410724780.4發明中所述的第三步共摻堿金屬的方法，本發明提出了后摻堿金屬Na、K工藝，可以減小堿金屬摻雜對于吸收層結晶質量的不利影響。本發明制備銅銦鎵硒薄膜太陽電池采用的技術方案：