[發明專利]薄膜太陽電池吸收層形成方法、薄膜太陽電池及制備方法

有效

• 申請號: 202011078437.9
• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112201702B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 張毅;孫亞利;郭洪玲;孟汝濤;劉越
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: H01L31/0216
• 分類號: H01L31/0216;H01L31/18;H01L31/0445
• 代理公司: 北京得信知識產權代理有限公司 11511
• 代理人: 袁偉東;阿蘇娜

本發明公開一種薄膜太陽電池吸收層形成方法、薄膜太陽電池及制備方法。該薄膜太陽電池吸收層形成方法，包括以下步驟：在底電極上依次形成第一前驅膜、Al₂O₃層和第二前驅膜，構成前驅膜疊層；對所述前驅膜疊層進行高溫硒化或硫化處理形成吸收層，所述吸收層表面具有與其體內相反的半導體類型的特性，其中，所述第一前驅膜和所述第二前驅膜為I?II?IV?VI族化合物半導體，且所述第一前驅膜至少包含Cu元素，所述第二前驅膜至少包含Ag元素。由此，增加了開路電壓(V_OC)，使得相應的開路電壓赤字(V_OC,def)低至0.327V，并且優化了載流子傳輸，改善了載流子收集效率，使得吸收層/緩沖層的界面復合減小，顯著提高了薄膜太陽電池的光電轉換效率。

技術領域

本發明涉及薄膜太陽電池領域，具體涉及一種薄膜太陽電池吸收層形成方法、薄膜太陽電池及制備方法。

背景技術

近年來，薄膜太陽電池逐漸成為新型太陽電池的研究熱點。因為其光學帶隙與單結太陽能電池的最佳光學禁帶寬度值匹配，光吸收系數大，組成元素豐富，環境友好無毒，成本低廉。

目前已經開發出不同類型的薄膜太陽能電池，并且其典型示例是I-II-IV-VI族化合物半導體太陽能電池。盡管其太陽電池轉化效率低，卻被認為是有望取代銅銦鎵硒(CuIn_xGa_1-xSe₂,簡稱CIGSe)的一種光伏材料。所以，研究人員開始借鑒CIGSe太陽能電池的優化策略，去突破當前I-II-IV-VI族化合物半導體材料的高開路電壓赤字(V_OC,def)問題。例如，(a)陽離子取代：Ag取代Cu，Cd、Mn取代Zn，Ge取代Sn等以抑制陽離子無序和帶尾態。(b)能帶設計：分別控制導帶頂(CBM)和價帶底(VBM)以自由控制能帶結構或設計類似于CIGSe薄膜太陽能電池的“V”型帶隙，去優化載流子傳輸。(c)表面類型反轉：形成淺埋結以減少界面復合。前兩種策略都可以通過Ag摻雜于I-II-IV-VI族化合物薄膜太陽電池來改善性能。而對于第三種優化策略：在CIGSe太陽電池吸收層的表面實現類型反轉能夠將異質結結構改變為淺埋結，這將有助于減少界面復合，促進光生電荷的收集，從而改善器件性能。但是，I-II-IV-VI族化合物作為CIGSe的替代者，其表面卻難以在結界面上像CIGSe一樣形成大量導致表面類型反轉的Cd_Cu施主缺陷。

那么，如果在其表面通過引入Ag去構造n型薄膜，是否同樣會改善器件性能？面臨的第一個問題就是，Ag在高溫下擴散非常快并且極易均勻分布于膜中，因此在后續高溫硒化或硫化過程中難以控制Ag的這種行為。當然，降溫硒化或硫化再加上改變Ag的梯度濃度確實可以控制Ag的分布。但是，低溫會降低吸收層的結晶質量從而影響器件轉化效率。因此如何充分利用Ag摻雜帶來的這三大積極作用去減小吸收層體內和界面的復合來提高太陽電池的轉化效率是亟待解決的問題。

發明內容

為了解決上述問題，本發明公開一種形成薄膜太陽電池吸收層的方法，包括以下步驟：在底電極上依次形成第一前驅膜、Al₂O₃層和第二前驅膜，構成前驅膜疊層；對所述前驅膜疊層進行高溫硒化或硫化處理形成吸收層，所述吸收層表面具有與其體內相反的半導體類型的特性，其中，所述第一前驅膜和所述第二前驅膜為I-II-IV-VI族化合物半導體，且所述第一前驅膜至少包含Cu元素，所述第二前驅膜至少包含Ag元素。

本發明的薄膜太陽電池吸收層形成方法中，優選為，所述吸收層的表面滿足50％≤Ag/(Cu+Ag)的特征，所述吸收層的體內滿足50％≤Cu/(Cu+Ag)的特征。

本發明的薄膜太陽電池吸收層形成方法中，優選為，所述第一前驅膜表示為M1₂M2M3X₄，其中M1是銅或銅與銀的組合，M2是鋅、鎂、鎘、鋇、錳或其組合，M3是鍺、錫或其組合，X是硒、硫或其組合。