[發明專利]In摻雜CdS薄膜、制備方法及制備的CIGS電池

有效

• 申請號: 202011526666.2
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112563118B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 周正基;袁勝杰;武四新;常倩倩
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L31/0296;H01L31/032;H01L31/0352;H01L31/0392;H01L31/068
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 王紅培

本發明提供了一種In摻雜CdS薄膜、制備方法及制備的CIGS電池，步驟如下：（1）制備CIGS吸收層薄膜；（2）向硝酸鎘溶液中加入氨水和硫脲溶液，混合后加入步驟（1）制備得到的CIGS吸收層薄膜，水浴加熱；（3）將In(NO₃)₃溶液加入恒壓漏斗中，稀釋后逐滴滴加到水熱溶液中，控制滴加速度為4 s每滴；（4）滴加完畢后，得到In摻雜CdS薄膜。本發明通過在CdS緩沖層過程中連續滴加In(NO₃)₃溶液，通過調節溶液中In離子的濃度和滴加速度，控制緩沖層中In、Cd的比例，制備了平整致密的In摻雜CdS薄膜。用In摻雜CdS薄膜做緩沖層的CIGS電池光電轉換效率由13.43%提高到16.39%。

技術領域

本發明涉及太陽能電池領域，具體涉及一種In摻雜CdS薄膜、制備方法及制備的CIGS電池。

背景技術

銅銦鎵硒薄膜太陽能電池是以多晶CuIn_1-xGa_xSe₂(CIGS)半導體薄膜為吸收層的太陽電池。典型的CIGS電池結構如附圖1所示，包括鈉鈣玻璃襯底、Mo背電極、CIGS吸收層、CdS緩沖層、本征ZnO和Al摻雜ZnO窗口層以及Ni-Al頂電極組成。

CdS薄膜是目前使用最多且得到最高效率CIGS太陽能電池采用的一種緩沖層。它是一種直接帶隙的n型半導體，帶隙寬度為2.4 eV。CdS薄膜與p型的CIGS吸收層薄膜形成p-n結，構成了CIGS薄膜太陽能電池最基本的單元。因此，在CIGS吸收層上制備高質量的CdS緩沖層對獲得高效率的CIGS電池是非常關鍵的。

化學浴沉積（CBD）可以制得均勻分布的，完全覆蓋整個CIGS吸收層表面的致密CdS薄膜。但是，制備得到的CdS緩沖層可以吸收光子能量大于2.4 eV的太陽光譜，降低了CIGS太陽能電池在短波波段的光譜相應。因此，降低CdS緩沖層的無效光吸收可以有效提高CIGS太陽能電池的光利用效率。目前主要采用兩種方法來降低CdS的光吸收：一是進一步減薄CdS的薄膜厚度，減少太陽光透過時的損失。二是通過摻雜提高CdS的帶隙，降低其對短波譜段太陽光的無效吸收。In摻雜CdS可以增加CdS薄膜的帶隙，而且In離子與Cd離子半徑相近，更易發生摻雜。

利用CBD沉積CdS薄膜可以制得均勻致密，厚度很薄且無針孔的高質量薄膜。同時，在CBD沉積過程中，可以溶解掉CIGS吸收層薄膜表面的氧化物，而且Cd離子可以擴散到吸收層表面，修改CIGS吸收層表面缺陷。但是，由于In₂S₃的溶度積（5.7×10^?74）遠遠小于CdS（8.0×10^?27），致使在溶液中In離子濃度較大時，優先形成In₂S₃薄膜，對用CBD發制備In摻雜CdS薄膜造成困難。

發明內容

本發明提出了一種In摻雜CdS薄膜、制備方法及制備的CIGS電池，解決了目前采用CBD法沉積CdS薄膜時，由于In₂S₃的溶度積遠小于CdS，而導致In無法摻雜的問題。

實現本發明的技術方案是：

一種用于CIGS太陽能電池緩沖層的In摻雜CdS薄膜的制備方法，步驟如下：

（1）利用銅粉、銦粉、鎵粉和硒粉制備CIGS前驅體薄膜，將CIGS前驅體薄膜硒化處理，制得CIGS吸收層薄膜；

（2）向硝酸鎘溶液中加入氨水和硫脲溶液，混合后加入步驟（1）制備得到的CIGS吸收層薄膜，65-85℃水浴加熱；

（3）將In(NO₃)₃溶液加入恒壓漏斗中，稀釋后逐滴滴加到步驟（2）的水熱溶液中，控制滴加速度為4 s每滴；

（4）滴加完畢后，待薄膜表面呈藍紫色后取出，得到In摻雜CdS薄膜。