[发明专利]铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件及其光吸收层的制备方法有效

专利信息
申请号: 201110331329.2 申请日: 2011-10-26
公开(公告)号: CN102354711A 公开(公告)日: 2012-02-15
发明(设计)人: 肖旭东;杨春雷;刘壮 申请(专利权)人: 香港中文大学;中国科学院深圳先进技术研究院
主分类号: H01L31/0352 分类号: H01L31/0352;H01L31/032;H01L31/18
代理公司: 广州华进联合专利商标代理有限公司 44224 代理人: 吴平
地址: 香港特别行*** 国省代码: 中国香港;81
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摘要:
搜索关键词: 铜铟镓硒 薄膜 太阳能电池 组件 及其 光吸收 制备 方法
【权利要求书】:

1.一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件,包括依次叠合的衬底、背电极层、光吸收层、缓冲层、窗口层、透明电极层和金属栅电极层,其特征在于,所述光吸收层的禁带宽度在厚度方向上呈中间平、两侧逐渐升高的梯形分布。

2.根据权利要求1所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件,其特征在于,所述光吸收层包括依次叠合的第一光吸收层、第二光吸收层和第三光吸收层,其中所述第三光吸收层远离所述第二光吸收层的一侧为太阳光的入光面;

所述第一光吸收层中,镓的质量与镓和铟的质量之和的比值自靠近所述第二光吸收层的一侧沿垂直所述第一光吸收层的方向至所述第一光吸收层的另一侧由0.2逐渐并均匀地增加至0.4;

所述第二光吸收层中,镓的质量与镓和铟的质量之和的比值自靠近所述第三光吸收层的一侧沿着垂直所述第二光吸收层的方向至所述第二光吸收层的另一侧保持0.2不变;

所述第三光吸收层中,镓的质量与镓和铟的质量之和的比值自入光面沿着垂直所述第三光吸收层的方向至所述第三光吸收层靠近所述第二光吸收层的一侧由0.3逐渐并均匀地减少至0.2。

3.根据权利要求1所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件,其特征在于,所述第一光吸收层、第二光吸收层和第三光吸收层中,硒∶(铟+镓)∶铜的质量比为2∶1∶1。

4.根据权利要求1所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件,其特征在于,所述光吸收层的厚度为2~2.8微米。

5.根据权利要求1所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件,其特征在于,所述第一光吸收层的厚度为1000~1500纳米,所述第二光吸收层的厚度为500~1000纳米,所述第三光吸收层的厚度为500~800纳米。

6.一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件的光吸收层的制备方法,其特征在于,将衬底维持在450~600℃,将铜铟镓硒四种物质分别在不同的温度下同时蒸发;蒸发过程包括以下三个阶段,其中在三个阶段中,铜的蒸发温度始终保持1300~1500℃之间,硒的蒸发温度始终保持200~300℃之间:

第一阶段:在8~10分钟的时间内,开始时铟的蒸发温度在800~1000℃之间,然后逐渐并均匀地升高20~30℃;开始时镓的蒸发温度在900~1100℃之间,然后逐渐并均匀地降低20~30℃,以形成第一光吸收层;

第二阶段:第一阶段结束后,保持铟和镓的蒸发温度不变,蒸发8~10分钟形成第二光吸收层;

第三阶段:第二阶段结束后,在2~4分钟的时间内,逐渐并均匀地将镓的蒸发温度升高10~12℃,同时逐渐并均匀地将铟的蒸发温度降低10~12℃,以形成第三光吸收层,最终得到所述铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件的光吸收层。

7.根据权利要求6所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件的光吸收层的制备方法,其特征在于,在所述三个蒸发阶段中,铜的蒸发量与铟和镓的蒸发量之和的比值为0.8~0.95。

8.根据权利要求6或7所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件的制备方法,其特征在于,蒸发过程中,分别实时监测铜、铟、镓和硒四种蒸发源的蒸发温度并通过监测结果反馈调节控制蒸发温度,同时分别实时监测衬底上的铜、铟、镓和硒四种元素的蒸发量并通过监测结果反馈调节控制蒸发温度。

9.一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件的光吸收层的制备方法,其特征在于,首先将衬底加热并维持在450~600℃之间并固定在某一个温度,然后将铜铟镓硒四种物质分别在不同的温度下同时蒸发;蒸发过程包括以下三个阶段,其中在三个阶段中,铜的蒸发温度始终保持在1300~1500℃之间,硒的蒸发温度始终保持在200~300℃之间,铟的蒸发温度始终保持在800~1000℃之间:

第一阶段:在8~10分钟的时间内,首先镓的蒸发温度从900~1100℃之间的某一个温度开始,并逐渐均匀地降低30~50℃,以形成第一光吸收层;

第二阶段:第一阶段结束后,保持镓的蒸发温度不变,蒸发8~10分钟形成第二光吸收层;

第三阶段:第二阶段结束后,在2~4分钟的时间内,逐渐并均匀地将镓的蒸发温度升高15~30℃,以成第三光吸收层,最终得到所述铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件的光吸收层。

10.根据权利要求9所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件的光吸收层的制备方法,其特征在于,在所述三个阶段中,铜的蒸发量与铟和镓的蒸发量之和的比值为0.8~0.95。

11.根据权利要求9或10所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件的制备方法,其特征在于,蒸发过程中,分别实时监测铜、铟、镓和硒四种蒸发源的蒸发温度并通过监测结果反馈调节控制蒸发温度,同时分别实时监测衬底上的铜、铟、镓和硒四种元素的蒸发量并通过监测结果反馈调节控制蒸发温度。

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