[发明专利]CIGS太阳能光电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明特别涉及到一种具有新型光子晶体结构CIGS吸收层的薄膜太阳能电池及其制备方法，属于光电子器件领域，

背景技术

随着能源和环境危机的日趋严重，寻找新能源正在成为一项亟待解决的任务。太阳光能以其取之不尽，用之不竭，而且清洁无污染成为最具潜力的技术。其中薄膜太阳能技术近年开始兴起，因为其具有重量轻、成本低、易安装等优点。CIGS(铜(Cu)铟(In)镓(Ga)硒(Se)，简称CIGS)则是薄膜太阳能技术中效率最高的(20.6％)，其制备过程采用三阶段式的沉积方法，形成V型能级结构，可在长波区有更高的外量子效率，从而可提高器件的短路电流，而且还有更高的开路电压。最近NANOSOLAR和IBM的研究组分别开发了利用溶液法来制备CIGS活性膜的技术，这类技术不需要真空蒸镀设备，大大减低制作成本，而且容易规模化，但是，由于溶液法制备的CIGS薄膜的结晶性不高，需要高温后退火处理过程，这无形中增大了产品的生产成本，另外，CIGS薄膜的结晶度不高，导致其光吸收效率降低，降低了器件的光电流和能量转换效率。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种CIGS薄膜太阳能光电池及其制备方法，其采用压印技术将溶液法制备的CIGS活性层形成具有特殊形状的光子晶体结构，可有效提高光电池对光的吸收效率，从而增加太阳能的转换效率，为大规模，低成本的生产CIGS太阳能光电池提供了可能。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种CIGS太阳能光电池，包括依次形成于导电衬底上的CIGS活性层、n型半导体层、窗口层、透明电极层和采集电极，该n半导体层与CIGS活性层形成PN结，其特征在于：所述CIGS活性层具有光子晶体结构，其厚度在0.5μm～10μm之间。

进一步的讲，所述CIGS活性层是采用如下工艺制备的：首先采用溶液法在导电衬底上覆设CIGS层，再按照设定光子晶体结构采用压印技术将CIGS层加工成型，最后在200-1000℃退火形成连续的CIGS活性层。

所述光子晶体结构至少选自球面、柱面和环面中的任意一种，其口径10nm-1000μm，其排列方式至少选自立方和六方，其填充因子为100nm-2000nm。

所述导电衬底为金属导电薄膜，其厚度为200-2000nm。

所述n型半导体层由II-VI组三元化合物组成，其厚度在20-200nm之间，所述II-VI组三元化合物至少选自硫化镉、硫化锌、硒化镉、硒化锌、碲化镉和碲化锌中的任意一种以上。

所述窗口层的材料至少选自氧化锌薄膜和掺杂氧化锌薄膜中的任意一种，其中掺杂元素至少选自铝、镓和镉中的任意一种以上，并且该窗口层厚度为20-200纳米。

所述透明电极层的材料至少选自氧化铟锡薄膜和掺铝、镓或镉的氧化锌薄膜；所述采集电极的材料至少选自镍、铝、金、银、铜、钛和铬中的任意一种以上。

如上所述CIGS太阳能光电池的制备方法，包括依次在导电衬底上形成CIGS活性层、n型半导体层、窗口层、透明电极层和采集电极的工序，其特征在于，

该方法中在导电衬底上形成CIGS活性层的操作具体为：首先采用溶液法在导电衬底上覆设CIGS层，再按照设定光子晶体结构采用压印技术将CIGS层加工成型，最后在200-1000℃退火形成连续的CIGS活性层。

所述光子晶体结构至少选自球面、柱面和环面，其口径10nm-1000μm，其排列方式至少选自立方和六方，其填充因子为100nm-2000nm。

所述溶液法至少选自旋涂法、喷涂法和糟模法中的任意一种以上。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：该CIGS太阳能光电池的CIGS活性层由于具有特定的光子晶体结构，可利用其具有的慢光效应与在空间中复杂的结构，使得光子在太阳能电池中的留滞时间与平均光子路径增加，同时这种光子晶体结构可增加活性层的粗糙度，增加漫发射，从而起到陷光作用，以达到提升太阳能电池的吸收率之效果；同时，其制备工艺简单，成本低廉，并具有良好的可控性。

附图说明

图1为本发明CIGS薄膜太阳能光电池的结构示意图，其中：导电衬底1、CIGS活性层2、n型半导体层3、窗口层4、透明电极层5、金属采集电极6。

具体实施方式

下面结合附图及一较佳实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

参阅图1，该CIGS薄膜太阳能光电池包括：

导电衬底1；