[發明專利]透明導電玻璃銅銦硒薄膜太陽能電池器件及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202110333502.6
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113078224A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 辛顥;劉新格;江晶晶;李秉研
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/032;H01L31/0749;H01L31/18;H01L21/02
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 王路

本發明公開了一種透明導電玻璃銅銦硒薄膜太陽能電池器件及其制備方法與應用，具體是銅銦硒(CuInSe₂和CuIn(S,Se)₂，CIS)薄膜太陽能電池在FTO(摻雜F的SnO₂)導電玻璃基底上的制備方法與應用，使用簡單金屬化合物或簡單金屬配合物作為前驅體化合物配制前驅體溶液，旋涂在FTO導電玻璃基底上，可以制備結晶性好、晶粒均勻致密排布的吸光層，獲得光電轉換效率為9％的CIS太陽能電池。與傳統Mo玻璃襯底相比，FTO導電玻璃的使用，降低了背接觸電阻，可以使器件背面照光，促進吸光層背面生載流子有效分離，迅速傳至導電玻璃表面通過外電路形成光電流，使電池效率增加。該方法制備工藝簡單，生產成本低，具有極大的工業應用潛力。

技術領域

本發明屬于新能源光伏發電技術領域，涉及透明導電玻璃銅銦硒薄膜太陽能電池器件及其制備方法與應用，具體是用于光伏器件的制備。

背景技術

能源短缺，可再生能源的發展迫在眉睫，光伏發電技術是可再生能源中最具前景的發展方向。以硅太陽能電池為主導，包括多元化合物薄膜太陽能電池，有機化合物太陽能電池，染料敏化太陽能電池等光伏發電技術已經得到廣泛研究^[1-5]。多元化合物薄膜太陽能電池中的中的黃銅礦薄膜(銅銦鎵硒(CIGS)和銅銦硒(CIS))太陽能電池因其諸多優點引起廣泛關注^[6,7]：(1)轉換效率高(23.4％)，超過多晶硅；(2)吸光層材料為直接帶隙半導體材料，吸光系數高(10⁵/cm)，原料需求少(1-2μm)；(3)對雜相和缺陷態具有很高的耐受度，控制鎵的含量可以控制帶隙在1.01-1.7eV變化(4)成本較低，穩定性好，使用壽命長。目前高效率CIGS太陽能電池均采用真空法制備，并且采用金屬Mo作為襯底，在高溫成膜過程中，需要保持硒氣氛圍，不可避免的形成方阻較大的MoSe₂層。另外金屬Mo不透光，電池只能從一面照光，降低了吸光層背面載流子的收集效率^[8,9]。

目前研究制備出以良好導電性材料為基底,且具有良好光透性的薄膜太陽能電池，對太陽能電池的正面和背面均可以利用輻射照明，是太陽能電池的熱門研究方向之一。FTO玻璃表面方阻小，對太陽光透光性好，紫外吸收系數大，太陽光照射下能促進CIS/CIGS吸光層光生載流子有效分離,使電子迅速傳至導電玻璃表面通過外電路形成光電流，有助于提高太陽能電池的短路電流密度從而提高其光電轉換效率^[10]。目前基于FTO基底的CIS/CIGS太陽能電池一般采用磁控濺射沉積和蒸鍍法，其需要昂貴的真空設備，成分難以精確控制，難以實現大規模均勻成膜。非真空方法中的前驅體溶液法，因具有諸多優點被大量研究:(1)成本低，材料利用率高；(2)可以精確調控溶液組分，容易控制膜的均一性；(3)制備工藝簡單。采用溶液法制備在FTO透明基底上制備雙面照光的CIS/CIGS薄膜電池具有很好的應用前景。肼溶液制備的CIGS電池已超過18％，但肼溶液具有劇毒性，爆炸性，不能大規模應用^[11]；非肼溶劑如DMSO，DMF，乙二胺和乙二硫醇均報道了超過15％的轉換效率，表明環境友好溶液法制備的良好前景^[12-14]。

參考文獻

[1]P.Jackson,M.Powalla,E.Lotter,D.Hariskos,S.Paetel,R.Wuerz,R.Menner,W.Wischmann,Prog.Photovolt.2011,19.

[2]F.Fu,T.Feurer,T.E.Avancini,B.Bissig,S.Yoon,S.Buecheler,A.N.Tiwari,,Nat.Commun.2015,6.

[3]J.Wu,Y.Li,Q.Tang,G.Yue,J.Lin,M.Huang,L.Meng,Sci.Rep.4(2014)4028.

[4]J.Benemann,O.Chehab,E.Schaar-Gabriel,Sol.Energy Mater.Sol.Cells2001,67.